单片机原理与应用第二章PPT讲稿.ppt

单片机原理与应用第二章单片机原理与应用第二章第1页，共50页，编辑于2022年，星期五u自1971年微型计算机问世以来，由于实际应用的需要，微型计算机向两个不同的应用方向发展：高速度、大容量、高性能的高档计算机 稳定可靠、体积小、价格低的单片机第2页，共50页，编辑于2022年，星期五2.1 单片机的概念片机的概念u一、单片机的硬件系统：1、微机系统基本组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备 （CPUCPU）RAM+ROM RAM+ROM （I /OI /O）2、单片机的硬件组成 把组成微型计算机的各功能部件：CPUCPU、RAMRAM、ROMROM、中断中断系统系统、T/CT/C以及I/OI/O等主要微型机部件，集成在一块芯片上。第3页，共50页，编辑于2022年，星期五2.1 单片机的概念片机的概念一、单片机的硬件系统u二、单片机的软件系统1、在单片机系统中，使用机器语言2、在单片机开发时，使用机器语言、汇编语言、高级语言（如C-51、MBISIC-51等）第4页，共50页，编辑于2022年，星期五2.1 单片机的概念片机的概念一、单片机的硬件系统二、单片机的软件系统u三、单片机的名称1、单片机是单片微型计算机的简称。2、单片机主要应用于控制领域，它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，故又称为微控制器（Micro Controller Unit MCU）。3、由于单片机在应用时通常是被控系统的核心并融入其中，即以嵌入的方式工作，为了强调其“嵌入”的特点，也常常将单片机称为嵌入式微控制器。第5页，共50页，编辑于2022年，星期五2.1 单片机的概念片机的概念u四、单片机的发展 第一阶段（19711974年）：单片机出现。第二阶段（19741978年）：初级单片机阶段。MCS-48系列 第三阶段（19781983年）：高性能单片机阶段。MCS-51系列 第四阶段（1983年现在）：8位单片机巩固发展及16位、32位 单片机推出阶段。*单片机的发展朝多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗方向发展。第6页，共50页，编辑于2022年，星期五2.1 单片机的概念片机的概念四、单片机的发展u五、单片机的主流系列1、MC6800系列：Motorola公司产品，8位的CPU，典型产品如MC68HC05芯片。含模拟比较器，可编程的Watchdog等。2、Z-8系列：Zilog公司的产品8位CPU，OTP型，低价格。3、INTEL MCS-51系列：8位的CPU，含布尔处理机，典型产品如8051芯片。第7页，共50页，编辑于2022年，星期五2.1 单片机的概念片机的概念四、单片机的发展u五、单片机的主流系列4、PHILIPS-51系列：除含MCS-51功能外，增加多种外部接口功能，如Watchdog、ADC、高速I/O等5、ATMEL-51系列：除含MCS-51功能外，内有FLASH-ROM。典型产品如89C51芯片。6、华邦-W78C51系列：除含MCS-51功能外，内有FLASH-ROM，容量大。典型产品如W78C51芯片。7、PIC16系列：Microchip公司产品，8位CPU，精简指令系统，Watchdog等功能。典型产品如PIC16C64芯片。第8页，共50页，编辑于2022年，星期五2.1 单片机的概念片机的概念四、单片机的发展u五、单片机的主流系列 除PHILIPS-51系列、ATMEL-51系列、华邦-W78C51系列外，以MCS-51为内核的其它高性能单片机层出不穷，以MCS-51为内核的单片机仍是当今主流之一。第9页，共50页，编辑于2022年，星期五2.1 单片机的概念片机的概念六、51单片机的分类分为51子系列和52子系列u1、51子系列的四种芯片（以片内ROM形式分）8031：无ROM 8051：掩膜ROM 8751：EPROM，紫外线可擦除ROM 8951：EEPROM，电可擦除ROM第10页，共50页，编辑于2022年，星期五六、六、51单片机的分类单片机的分类1、51子系列的四种芯片u2、51子系列和52子系列的性能比较资源配置资源配置子系列子系列片内片内ROMROM形式形式片内片内ROMROM容容量量片内片内RAMRAM容容量量定时定时器器/计计数器数器中断中断源源无无ROMROMEPROMEPROME E2 2PROMPROM5151子系列子系列803180318051805187518751895189514KB4KB128B128B2162165 55252子系列子系列803280328052805287528752895289528KB8KB256B256B3163166 6第11页，共50页，编辑于2022年，星期五六、六、51单片机的分类单片机的分类1、51子系列的四种芯片u2、51子系列和52子系列的性能比较（1）型号比较：末尾数字“1”“2”，即8032、8052（2）51子系列 与 52子系列 的资源配置比较 4KB ROM8KB ROM 128B RAM 256B RAM 2个 T/C 3 T/C：定时器/计数器 5个中断 6个中断 第12页，共50页，编辑于2022年，星期五六、六、51单片机的分类单片机的分类1、51子系列的四种芯片2、51子系列和52子系列的性能比较u3、51单片机的制造工艺（1）HMOS：高密度短沟道MOS工艺，具有高速、高密度的特点。（2）CHMOS：CMOS和HMOS的结合，高速、高密度和低功耗的特点。*型号上的差别：80CXX，如80C31、80C51、87C51、89C51*CHMOS单片机增加功能：待机方式、掉电方式第13页，共50页，编辑于2022年，星期五2.2 80C51单片机的内部片机的内部结构和信号引脚构和信号引脚u一、80C51的内部结构1、8位CPU2、内部RAM256字节，供用户使用的是前128字节3、内部ROM4K字节4、2个16位的加法计数结构的计数器5、并行I/O口四个6、一个全双工的串行口7、5个中断源2级中断优先级的中断控制系统8、时钟电路、布尔处理机、总线第14页，共50页，编辑于2022年，星期五2.2 80C51单片机的内部片机的内部结构和信号引脚构和信号引脚一、8051的内部结构u二、信号引脚1、四个并行口（共32脚）P0口：双向口，P0.0P0.7P1口：准双向口,P1.0P1.7P2口：准双向口,P2.0P2.7P3口：准双向口,P3.0P3.72、ALE：地址锁存控制信号3、/PSEN：外部程序存储器读选通信号，由芯片本身控制。第15页，共50页，编辑于2022年，星期五2.2 MCS-51单片机的内部片机的内部结构和信号引脚构和信号引脚一、8051的内部结构u二、信号引脚4、/EA：访问程序存储器控制信号，由用户硬件控制/EA接低电平：表示对ROM的读操作仅限定在外部。/EA接高电平：表示对ROM的读操作从内部延续到外部。*注意与/PSEN引脚的不同控制意义第16页，共50页，编辑于2022年，星期五2.2 MCS-51单片机的内部片机的内部结构和信号引脚构和信号引脚一、8051的内部结构u二、信号引脚1、四个并行口（共32脚）2、ALE：地址锁存控制信号3、/PSEN：外部程序存储器读选通信号，4、/EA：访问程序存储器控制信号 5、RST：复位信号6、XTAL1、XTAL2：外部晶体振荡器输入引脚7、Vss和Vcc：地、电源第17页，共50页，编辑于2022年，星期五2.2 MCS-51单片机的内部片机的内部结构和信号引脚构和信号引脚一、8051的内部结构二、信号引脚u三、信号引脚的第二功能1、P3口的第二功能：除作为一般输入/输出应用外，还有口线引脚功能P3.010RXD(串行输入口)P3.111TXD(串行输出口)P3.212INT0(外部中断0)P3.313INT1(外部中断1)P3.414T0(定时器0外部输入)P3.515T1(定时器1外部输入)P3.616/WR(外部数据存储器写脉冲)P3.717/RD(外部数据存储器读脉冲)第18页，共50页，编辑于2022年，星期五2.2 MCS-51单片机的内部片机的内部结构和信号引脚构和信号引脚一、8051的内部结构二、信号引脚u三、信号引脚的第二功能1、P3口的第二功能2、固化EPROM所需信号u固化的意义uALE/PROG：地址锁存控制信号/编程脉冲输入uEA/VPP：访问程序存储器控制信号/编程电压输入3、备用电源输入uRST/VPD：复位/备用电源输入第19页，共50页，编辑于2022年，星期五2.3 8051单片机的内部存片机的内部存储器器u一、内部RAM低128单元（00H7FH）1、寄存器区（00H1FH）：共32个字节，分为四组寄存器组，每组以符号R0R7表示，通过PSW寄存器的RS1、RS0选择寄存器组0 组PSW.4(RS1)PSW.3(RS0)当前使用的工作寄存器组 R0R7000组(00H07H)011组(08H0FH)102组(10H17H)113组(18H1FH)0组第20页，共50页，编辑于2022年，星期五2.3 8051单片机的内部存片机的内部存储器器u一、内部RAM的低128单元（00H7FH）1、寄存器区（00H1FH）2、位寻址区（20H2FH）u有字节地址，又有位地址 字节地址：20H2FH 位 地 址：00H7FHu能字节操作，又能位操作u是布尔处理机的存储空间3、用户RAM区（30H7FH）第21页，共50页，编辑于2022年，星期五2.3 8051单片机的内部存片机的内部存储器器一、内部RAM的低128单元（00H7FH）u二、内部RAM的高128单元（80HFFH）离散地分布着一些特殊功能寄存器SFR 符号名称地址符号名称地址P0*P0锁存器80HP1*P1锁存器90HSP堆栈指针81HSCON*串行口控制寄存器98HDPL数据指针低位字节82HSBUF串行数据缓冲器99HDPH数据指针高位字节83HP2*P2锁存器A0HPCON电源控制及波特率选择87HIE*中断允许寄存器A8HTCON*定时器/计数器控制寄存器88HP3*P3锁存器B0HTMOD定时方式选择寄存器89HIP*中断优先级寄存器B8HTL0定时器/计数器0低位字节8AHB*B寄存器F0HTL1定时器/计数器1低位字节8BHPSW*程序状态寄存器D0HTH0定时器/计数器0高位字节8CHACC*累加器E0HTH1定时器/计数器1高位字节8DH第22页，共50页，编辑于2022年，星期五2.3 8051单片机的内部存片机的内部存储器器一、内部RAM的低128单元（00H7FH）u二、内部RAM的高128单元（80HFFH）1、专用寄存器SFR介绍（1）PC 程序计数器（Program Counter）u不占RAM单元，不可寻址 u16位，PC的内容是将要执行的指令的地址u取出一条指令，PC的内容自动加1（2）A 累加器 Accumulatoru地址：E0H，符号为Acc（3）B 寄存器：用于完成乘除运算第23页，共50页，编辑于2022年，星期五2.3 8051单片机的内部存片机的内部存储器器u二、内部RAM的高128单元（80HFFH）1、专用寄存器SFR介绍（4 4）PSW:PSW:程序状态字（程序状态字（Program State WordProgram State Word）位序位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位标志位标志CYACF0RS1RS0OVF1P 软件控制软件控制：F0F0、F1 F1 用户通用标志位用户通用标志位 RS1 RS1、RS0 RS0 选择寄存器组选择寄存器组 硬件控制硬件控制：CYCY、ACAC、OVOV、P P CY CY：算术运算的：算术运算的进借位标志进借位标志；CY=1，表示，表示有有进借位。进借位。AC AC：辅助进位位；一字节中低四位向高四位的有进借位，：辅助进位位；一字节中低四位向高四位的有进借位，AC=1AC=1 OV OV：加减、乘、除运算时溢出标志位；：加减、乘、除运算时溢出标志位；CPUCPU判定条件判定条件 P P：奇偶标志位，：奇偶标志位，P=1P=1，表示累加器，表示累加器A A中含中含“1”“1”的个数为奇数个的个数为奇数个第24页，共50页，编辑于2022年，星期五练练 习习例1：将数据34H与50H的和传送到A寄存器，问PSW寄存器的P、OV、AC、CY位的状态。例2：将数据34H与50H的差传送到A寄存器，问PSW寄存器的P、OV、AC、CY位的状态。第25页，共50页，编辑于2022年，星期五2.3 8051单片机的内部存片机的内部存储器器一、内部RAM的低128单元（00H7FH）u二、内部RAM的高128单元（80HFFH）1、专用寄存器SFR介绍（1）PC 程序计数器（Program Counter）（2）A 累加器 Accumulator（3）B 寄存器：用于完成乘除运算（4）PSW:程序状态字（Program State Word）（5）DPTR：16位的寄存器u 高八位：DPH，地址为83Hu 低八位：DPL，地址为82H第26页，共50页，编辑于2022年，星期五2.3 8051单片机的内部存片机的内部存储器器一、内部RAM的低128单元（00H7FH）u二、内部RAM的高128单元（80HFFH）1、专用寄存器SFR介绍（PC、A、B、PSW、DPTR）2、专用寄存器的寻址u直接寻址：使用直接地址或寄存器符号 如访问B寄存器，可使用符号B，或其地址F0Hu位寻址：仅限于专用寄存器的地址能被8整除的 （见P22表2.3）第27页，共50页，编辑于2022年，星期五2.3 8051单片机的内部存片机的内部存储器器一、内部RAM的低128单元二、内部RAM的高128单元u三、堆栈及其指示器 堆栈是一种数据结构，就是只允许在其一端进行数据插入和数据删除操作的线性表。1、堆栈有关术语u入栈、出栈u栈底、栈顶、堆栈指示器SP（栈顶的地址）2、堆栈的操作规则：后进先出，LIFO3、堆栈的类型u向上生长型：随数据入栈，SP增加u向下生长型：随数据入栈，SP减少 栈底 栈顶 顶端 SP 第28页，共50页，编辑于2022年，星期五2.3 8051单片机的内部存片机的内部存储器器u三、堆栈及其指示器4、堆栈的开辟：内部RAM，或外部RAM。5、数据入栈、出栈的步骤向上生长型：入栈：SP=SP+1，数据写入 出栈：数据从SP单元读出，SP=SP-1向下生长型：入栈：SP=SP-1，数据写入 出栈：数据读出，SP=SP+16、堆栈的功能和使用u功能：保护断点，即PC值 保护现场，即有冲突使用的单元u使用：自动方式，如保护断点 指令方式，如保护现场栈底 栈顶 顶端 SP 第29页，共50页，编辑于2022年，星期五2.3 8051单片机的内部存片机的内部存储器器u三、堆栈及其指示器1、堆栈有关术语2、堆栈的操作规则3、堆栈的类型4、数据入栈、出栈的步骤5、堆栈的开辟6、堆栈的功能和使用7、MCS-51单片机的堆栈u向上生长型，开辟在内部RAM中u复位后：SP=07Hu堆栈的位置是浮动的第30页，共50页，编辑于2022年，星期五2.3 8051单片机的内部存片机的内部存储器器一、内部RAM的低128单元二、内部RAM的高128单元三、堆栈及其指示器u四、内部程序存储器1、51子系列的ROM配置情况2、内部ROM的地址：0000H0FFFH3、几个特殊单元u0000H：复位后的PC值u0003H/0013H：外中断0入口地址/外中断1入口地址u000BH/001BH：定时器0入口地址/定时器1入口地址u0023H：串行口入口地址第31页，共50页，编辑于2022年，星期五2.4 并行并行I/O结构构u一、并行口的分工uP0口：分时送出8位数据和低八位地址、I/O口uP1口：I/O口uP2口：高八位地址、I/O口uP3口：I/O口、第二功能输入u二、并行口的负载特性uP0口：8个TTL负载，双向口uP1P3口：4个TTL负载，准双向口第32页，共50页，编辑于2022年，星期五2.4 并行并行I/O结构构u三、各并行口结构1、P1口结构uD触发器功能:在写入脉冲的作用下，Q=D，/Q=/DuMOS管工作特性：当栅极输入高电平时，漏极电位=源极电位=0当栅极输入低电平时，漏极由电阻拉为高电平。即漏极=/栅极。u三态门功能：当控制信号有效时，三态门的输出等于其输入。第33页，共50页，编辑于2022年，星期五2.4 并行并行I/O结构构u三、各并行口结构1、P1口结构u写功能：在写入脉冲的作用下，/Q=/D，P1.X=/（/Q）=/（/D）=D。u读锁存器：（上三态门）当读锁存器控制信号有效时，三态门的输出(内部总线某位)等于其输入(Q)u读引脚：（下三态门）当读引脚控制信号有效时，三态门的输出(内部总线某位)等于其输入(P1.X)。第34页，共50页，编辑于2022年，星期五2.4 并行并行I/O结构构u三、各并行口结构2、P2口结构（了解）u高八位地址输出 在控制信号的作用下，MUX打向“地址”端，地址信号通过非门和MOS管两级反相后输出到引脚P2.X。uI/O：内部总线上的数据输入/输出 在控制信号的作用下，MUX打向“Q”，同P1口。有“写、读引脚、读锁存器”功能第35页，共50页，编辑于2022年，星期五2.4 并行并行I/O结构构u三、各并行口结构3、P3口结构（了解）u数据输入/输出输出：“第二功能输出”信号维持1时，在写入脉冲作用下，P3.X=Q=内部总线的数据。输入：读锁存器，同P1口；读引脚，经两级三态门电路到内部总线u第二功能输入、输出输出：Q维持高电平，P3.X=“第二功能输出”输入：Q端和“第二功能输出”维持高电平，在读引脚信号控制下，“第二功能输入可到达内部总线第36页，共50页，编辑于2022年，星期五2.4 并行并行I/O结构构u三、各并行口结构4、P0口结构（了解）u8位数据和低八位地址的输出“控制”信号=1，MUX打向“地址/数据”端，uI/O口“控制”信号=1，MUX打向“/Q”端，第37页，共50页，编辑于2022年，星期五2.5 时钟电路和路和时序序u一、时钟电路及时钟信号1、振荡电路：P30 图2.112、时钟电路：P30 图2.12第38页，共50页，编辑于2022年，星期五2.5 时钟电路和路和时序序一、时钟电路及时钟信号u二、时序定时单位1、拍节：P（晶体振荡周期），1P=2、状态：S（时钟信号周期），1S=2P=2 3、机器周期：1个机器周期=6S=12P4、指令周期：执行一条指令所需时间最短指令周期=1个机器周期最长指令周期=4个机器周期（仅乘除指令）第39页，共50页，编辑于2022年，星期五2.5 时钟电路和路和时序序一、时钟电路及时钟信号二、时序定时单位u三、指令分类1、按指令长度分：单字节指令：INC A ；04H MUL AB 双字节指令：ADD A,#01H ；24H 01H 三字节指令：MOV 30H,#00H；75H 30H 00H第40页，共50页，编辑于2022年，星期五2.5 时钟电路和路和时序序一、时钟电路及时钟信号二、时序定时单位u三、指令分类1、按指令长度分：2、按指令执行时间分：单机器周期指令：如INC A双机器周期指令：如ADD A,#01H 四机器周期指令：如MUL AB第41页，共50页，编辑于2022年，星期五2.5 时钟电路和路和时序序一、时钟电路及时钟信号二、时序定时单位u三、指令分类1、按指令长度分：2、按指令执行时间分：u综合分类单字节单机器周期指令：如INC A双字节单机器周期指令：单字节双机器周期指令：双字节双机器周期指令：三字节双机器周期指令：见指令表，P50第42页，共50页，编辑于2022年，星期五2.6 MCS-51单片机的工作方式片机的工作方式u一、复位方式1、复位信号的要求：2个机器周期以上的高电平2、复位后单片机的状态：PC=0000H；SP=07H；PSW=00H P0P3=FFH；（P38)3、复位信号的连接：上电复位、按键手动复位(P39图2.14）第43页，共50页，编辑于2022年，星期五2.6 MCS-51单片机的工作方式片机的工作方式一、复位方式u二、程序执行方式1、依靠PC自动加一功能，实现程序顺序执行。2、使用跳转指令，实现程序转移 第44页，共50页，编辑于2022年，星期五2.6 MCS-51单片机的工作方式片机的工作方式一、复位方式二、程序执行方式u三、HMOS的掉电保护方式第45页，共50页，编辑于2022年，星期五2.7 CHMOS单片机的低功耗工作模式片机的低功耗工作模式一、CHMOS的低功耗方式1、进入低功耗方式的控制位序B7B6B5B4B3B2B1B0位符号SMOD/GF1GF0PDIDLPD：掉电方式控制，PD=1，进入掉电方式IDL：空闲方式控制，IDL=1，进入空闲工作方式第46页，共50页，编辑于2022年，星期五2.7 CHMOS单片机的低功耗工作模式片机的低功耗工作模式u一、CHMOS的低功耗方式1、进入低功耗方式的控制 PCON空闲方式（IDL=1）：u晶振仍振荡，但不向CPU提供时钟u工作电流降低u可用中断或复位唤醒掉电方式（PD=1）u晶振停振u工作电流大大降低u只能复位唤醒第47页，共50页，编辑于2022年，星期五2.7 CHMOS单片机的低功耗工作模式片机的低功耗工作模式u一、CHMOS的低功耗方式1、进入低功耗方式的控制 PCON2、低功耗方式的电流比较u正常运行：约20mA（5V、12MHz）u待机方式：3.7mA（5V、12MHz）u掉电方式：50 A（2V、停振）第48页，共50页，编辑于2022年，星期五二、低功耗方式的应用二、低功耗方式的应用1、降低功耗u电池容量：100mA小时（5号电池）u单片机工作于正常方式，可工作5小时u工作于待机方式，可工作约27小时u工作于掉电方式，2000小时=83天2、抗电磁干扰第49页，共50页，编辑于2022年，星期五第二章第二章 作业作业P43：（一）：3、4（二）：2、3、4第50页，共50页，编辑于2022年，星期五