MCS-51单片机系统及其应用.ppt

MCS-51MCS-51单片机系统及其应用单片机系统及其应用http:/ 单片机单片机 硬件硬件知识和知识和汇编语汇编语言程序设计言程序设计入门课程，也是一门重要的专业技入门课程，也是一门重要的专业技术基础课程。术基础课程。学习和掌握微型单芯片计算机的学习和掌握微型单芯片计算机的基本组成基本组成、工工作原理作原理、接口电路接口电路、硬件连接硬件连接及及汇编语言汇编语言程序程序设计方法，建立单片机系统的整体概念，培养设计方法，建立单片机系统的整体概念，培养初步的单片机系统硬、件软设计能力初步的单片机系统硬、件软设计能力。课程性质、目的和任务课程性质、目的和任务http:/ 闭卷笔试闭卷笔试7070 平时成绩平时成绩3030 http:/ 0”开始；开始；所有同学都站在同一起跑线上；所有同学都站在同一起跑线上；http:/ 8学时）学时）单片机的指令系统及程序设计（单片机的指令系统及程序设计（8 8学时）学时）单片机的扩展技术及应用单片机的扩展技术及应用 （8 8学时）学时）机电一体化技术及应用机电一体化技术及应用 （2 2学时）学时）实验实验 （6 6学时）学时）http:/ 1 1)汇编语言汇编语言 指令功能指令功能 2)2)程序程序 设计与调试设计与调试本课程的重点1.1.掌握单片机应用系统硬件掌握单片机应用系统硬件结构及结构及原理原理 1)1)芯片内部芯片内部 编程结构编程结构 2)2)芯片引脚芯片引脚 外部特性外部特性3.3.掌握掌握单片机的扩展技术及应用单片机的扩展技术及应用 1 1)存储器扩展存储器扩展 译码电路与地址译码译码电路与地址译码2 2)I/O)I/O 扩展扩展 http:/ 论论单片机的结构特点单片机的结构特点http:/ 从应用形态上，微机可以分成三种：从应用形态上，微机可以分成三种：多板机（系统机）多板机（系统机）将将CPUCPU、存储器、存储器、I/OI/O接口电路和总线接接口电路和总线接口等组装在一块主机板（即微机主板）。各口等组装在一块主机板（即微机主板）。各种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、软软/硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内，硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内，再配上系统软件，就构成了一台完整的微型再配上系统软件，就构成了一台完整的微型计算机系统（简称系统机）。计算机系统（简称系统机）。工业工业PCPC机机 也属于多板机。也属于多板机。http:/ 单板机单板机 将将CPUCPU芯片、芯片、存储器存储器芯片、芯片、I/OI/O接口接口芯片芯片和简单的和简单的I/OI/O设备设备（小键盘、（小键盘、LEDLED显示器）等显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序监控程序（固化在（固化在ROMROM中），就构成了一台单板微型中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。计算机（简称单板机）。http:/ 单片机单片机 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、器、I/OI/O接口电路，从而构成了接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，单芯片微型计算机，即单片机即单片机。三种应用形态的比较三种应用形态的比较：单板机单板机单片机单片机系统机（多板机）系统机（多板机）http:/ 运运 算算 器器控控 制制 器器CPU存存 储储 器器输输入入接接口口电电路路输输入入设设备备输输出出设设备备输输出出接接口口电电路路硬件系统硬件系统http:/ 算算 器器控控 制制 器器CPU存存 储储 器器输输入入接接口口电路电路输输入入设设备备输输出出设设备备输输出出接接口口电路电路硬件系统硬件系统2 2、单片微型计算机、单片微型计算机（单芯片微型计算机）（单芯片微型计算机）把把 CPUCPU、RAMRAM、ROMROM、I/O I/O 接口电路、定时器接口电路、定时器/计数器等器件集成在一个芯片上的微型计算机。计数器等器件集成在一个芯片上的微型计算机。Single Chip MicrocomputerSingle Chip Microcomputer单片机单片机http:/ 3、单片微型计算机、单片微型计算机应用应用系统系统http:/ 1）单片机）单片机硬件系统硬件系统 单片机、单片机、输入设备、输出设备。输入设备、输出设备。汇编语言编写汇编语言编写 二进制机器语言二进制机器语言 源程序源程序 目标程序目标程序 ADD A,#08H 00100100 00001000ADD A,#08H 00100100 00001000汇编程序汇编程序 2 2）单片机软件系统）单片机软件系统 （1 1）监控程序（操作系统）监控程序（操作系统 OSOS）（2 2）应用程序（二进制目标代码）应用程序（二进制目标代码）http:/ 1、存储结构、存储结构 采用采用ROMROM和和RAMRAM严格分开的哈佛结构，严格分开的哈佛结构，可分为可分为内部内部ROMROM、RAMRAM，外部外部ROMROM、RAMRAM。2 2、引脚采用、引脚采用分时复用分时复用技术技术 由于芯片集成度高，而引脚又不宜过多，由于芯片集成度高，而引脚又不宜过多，因此将部分引脚设计为多功能的。例如，因此将部分引脚设计为多功能的。例如，地址总线和数据总线采用分时复用。地址总线和数据总线采用分时复用。http:/ 3、特殊、特殊(专用专用)功能寄存器功能寄存器 采用特殊功能寄存器采用特殊功能寄存器(SFR)(SFR)来控制单片机的来控制单片机的 功能状态。功能状态。4 4、全双工串行接口、全双工串行接口 内部具有全双工串行接口，可实现单机或多内部具有全双工串行接口，可实现单机或多 机通讯，为实现分布式控制系统提供了可能。机通讯，为实现分布式控制系统提供了可能。5 5、布尔处理器、布尔处理器 内部具有布尔处理器，可十分方便的进行内部具有布尔处理器，可十分方便的进行 二进制二进制位位逻辑运算，进行组合逻辑设计。逻辑运算，进行组合逻辑设计。http:/ 1.1.单片机的特点单片机的特点 1 1）体积小，重量轻体积小，重量轻电源单一，功耗低电源单一，功耗低功能强，价格低功能强，价格低2 2）运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高http:/ 工业方面工业方面民用方面民用方面仪表方面仪表方面电讯方面电讯方面 数据处理方面数据处理方面 汽车方面汽车方面http:/ 生产厂商生产厂商（P5P5）美国微芯片公司美国微芯片公司:PIC16C:PIC16C系列、系列、PIC17CPIC17C系列、系列、PIC1400PIC1400系列，系列，美国英特尔公司的美国英特尔公司的MCS-48MCS-48和和 MCS-51MCS-51 系列，系列，美国摩托罗拉公司的美国摩托罗拉公司的MC68HC05MC68HC05系列和系列和MC68HC11MC68HC11系列，系列，美国齐洛格公司的美国齐洛格公司的Z8Z8系列，系列，日本电气公司的日本电气公司的PD78PD78系列，系列，美国莫斯特克公司和仙童公司合作生产的美国莫斯特克公司和仙童公司合作生产的F8F8（38703870）系列）系列ATMEL公司的公司的AT89系列系列等。等。http:/ MCS-51MCS-51系列系列单片机介绍单片机介绍1-2 MCS-51MCS-51系列系列单片机结构和原理单片机结构和原理1-3 MCS-51MCS-51系列系列单片机的单片机的内部资源内部资源1-4 MCS-51MCS-51系列系列单片机的工作方式单片机的工作方式1-5 MCS-51MCS-51系列系列单片机的时序单片机的时序1-6 MCS-51MCS-51单片机单片机外部扩展常用芯片外部扩展常用芯片第一章第一章 MCSMCS5151单片机的结构和原理单片机的结构和原理http:/ 号号片内程序存储器片内程序存储器片内数据存储器片内数据存储器8031NO128Bytes80514K ROM128Bytes87514K EPROM128Bytes8032NO256Bytes89C514K E2PROM128Bytes89C528K E2PROM256Bytes89C20512K E2PROM128Bytes1-1 MCS-51MCS-51系列系列单片机介绍单片机介绍http:/ 在功能上，该系列单片机有基本型和在功能上，该系列单片机有基本型和增强型两大类：增强型两大类：增强型增强型：8052/8752/803280C52/87C52/80C32基本型基本型：8051/8751/803180C51/87C51/80C31http:/ 5151子系列子系列:基本型基本型 5252子系列：增强型子系列：增强型 ROM 4 KB 8 KBROM 4 KB 8 KB RAM 128 B 256 B RAM 128 B 256 B 定时定时/计数器计数器 2 2个个 3 3个个 中断源中断源 5 5个个 6 6个个 1、子系列配置子系列配置http:/ 4、型号标记中有、型号标记中有 C C 的与无的与无 C C 芯片其制造工艺不同芯片其制造工艺不同,有有 C C（CHMOSCHMOS工艺）的是低功耗型。工艺）的是低功耗型。MOS:Metal-Oxide-Semiconductor即半导体金属氧化物即半导体金属氧化物 HMOS:高密度短沟道高密度短沟道MOS工艺工艺 CMOS:Complementary Metal Oxide Semiconductor 指互补指互补金属氧化物金属氧化物 CHMOS:是是CMOS和和HMOS的结合的结合 2 2、3131（3232）片内）片内无无 ROM,51(52)ROM,51(52)片内有片内有 ROM ROM；3 3、80 80 有普通有普通 ROM,87 ROM,87 有有 EPROM EPROM，89 有有 E2 2PROMhttp:/ MCS-51MCS-51系列单片机结构原理系列单片机结构原理一、一、8051 8051 内部组成内部组成（P11P11）CPUCPUROMROMRAMRAM定时定时/计数计数并行口并行口串行口串行口中断源中断源 总线总线 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1T0 T1T0 T1控控制制电电路路时钟电路时钟电路http:/ D7 7D D6 6D D5 5D D4 4D D3 3D D2 2D D1 1D D0 00 00 00 00 00 00 00 00 01 11 11 11 11 11 11 11 1 128+64+32+16+8+4 +2+1 =255 128+64+32+16+8+4 +2+1 =255 可处理数据：可处理数据：128 128 127127十进制十进制 0 0 十进制十进制 2552551 1、中央处理器中央处理器CPUCPU：8 8位，运算和控制功能位，运算和控制功能http:/ 3、内部掩膜内部掩膜ROMROM ：4KB4KB（4102441024字节）字节）4 4、定时定时/计数器计数器 ：2 2个个1616位位 的的 加一加一 计数器计数器2 2、内部内部 RAMRAM ：256B256B（字节）（字节）高高 128B 128B 设置专用寄存器设置专用寄存器低低 128 B 128 B 用户可使用用户可使用http:/ 5、并行并行I/O I/O 口口 ：P0 P0、P1P1、P2P2、P3 P3，4848位共位共3232线线6 6、串行口串行口：一个：一个全双工全双工串行口串行口半双工：分时收发半双工：分时收发单单 工：只能收或发工：只能收或发全双工全双工：同时收发：同时收发http:/ 7、中断源中断源 5 5个：个：2 2 个外中断个外中断 :INT0,INT1:INT0,INT1 2 2 个定时个定时/计时中断计时中断1 1 个串行中断个串行中断http:/ 8、时钟电路时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率1.2MHZ-12MHZ1.2MHZ-12MHZ9 9、控制电路：控制电路：可寻址可寻址64KB64KB外部外部ROM ROM 和和64KB64KB外部外部 RAM RAM 的的http:/ 1、MCS-51MCS-51单片机信号引脚简介单片机信号引脚简介 (P9(P9 图图2-1)2-1)P3P3口线的第二功能口线的第二功能口线的第二功能口线的第二功能（P15P15）VSSXTAL2XTAL1P0.0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7P1.0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0ALEP3.0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7(2)(2)、振荡电路：、振荡电路：XTAL1XTAL1、XTAL2XTAL2(3)(3)、复位引脚：、复位引脚：RSTRST(4)(4)、并行口：、并行口：P0P0、P1P1、P2P2、P3P3(7)(7)、ALEALE：地址锁存控制信号：地址锁存控制信号(1)(1)、电源线：、电源线：VCC(+5V)VCC(+5V)、VSS(VSS(地地)EAPSEN(5)(5)、EAEA：访问：访问内外内外程序存储控制信号程序存储控制信号(6)(6)、PSENPSEN：外部：外部ROMROM读选通信号读选通信号RXD/TXD/INT0/INT1/T0/T1/WR/RD/1234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222180318051 875189C511 1、管脚图、管脚图二、二、MCS-51MCS-51系列单片机引脚系列单片机引脚VCCRSThttp:/ 存储器程序固化时需要的信号存储器程序固化时需要的信号:3）备用电源输入引脚：）备用电源输入引脚：RST/VPD 。1）P3口线的二功能：口线的二功能：RXD/P3.0TXD/P3.1INT0/P3.2INT1/P3.3T 0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7ALE/PROG:编程脉冲编程脉冲EA/Vpp:编程电压编程电压 21Vhttp:/ (P9(P9 图图2-1)2-1)1 1、地址总线（、地址总线（ABAB）由由P0P0，P2P2口提供口提供1616位地址位地址2 2、数据总线（、数据总线（DBDB）由由P0P0口提供口提供8 8位数据位数据3 3、控制总线（、控制总线（CBCB）由由P3P3口和口和RSTRST、EAEA、ALEALE、PSENPSEN 组成组成http:/ 把把 CPUCPU、RAMRAM、ROMROM、I/O I/O 接口电路、接口电路、定时器定时器/计数器等器件集成在一个芯片上计数器等器件集成在一个芯片上的微型计算机。的微型计算机。Single Chip Microcomputerhttp:/ 256 个个RAM单元，用户使用前单元，用户使用前 128 个单元，用个单元，用于存放可读写数据，后于存放可读写数据，后 128 个单元被专用寄存器占用。个单元被专用寄存器占用。3.内部内部ROM：4KB 掩膜掩膜ROM，用于存放程序、原始数据表格。，用于存放程序、原始数据表格。4.定时定时/计数器计数器：两个：两个16位定时位定时/计数器，实现定时或计数功能。计数器，实现定时或计数功能。5.并行并行I/O口口：4 个个 8 位的位的I/O口口P0、P1、P2、P3。6.串行口串行口：一个全双工串行口。：一个全双工串行口。7.中断控制系统中断控制系统：5 个中断源（外中断个中断源（外中断2个，定时个，定时/计数中断计数中断2 个，串行中断个，串行中断1个）个）8.时钟电路时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率1.2MHZ至至12MHZ9.9.总线扩展控制电路总线扩展控制电路：可寻址：可寻址64KB64KB外部外部 ROM ROM 和和64KB64KB外部外部 RAMRAM。单片机的结构单片机的结构 (P11(P11 图图2-2)2-2)http:/ P9 P9 图图2-12-11 1、地址总线（、地址总线（ABAB）由由P2P2，P0P0口提供口提供 1616 位地址位地址2 2、数据总线（、数据总线（DBDB）由由P0P0口提供口提供 8 8 位数据位数据3 3、控制总线（、控制总线（CBCB）由由P3P3口和口和RSTRST、EAEA、ALEALE、PSENPSEN 组成组成http:/