单片机基础知识课件.ppt

1、1.1 了解单片机的概念了解单片机的概念 1.2 MCS-51 内核单片机内核单片机1.3 单片机的存储器扩展单片机的存储器扩展1.4 AT89S51单片机最小系统单片机最小系统1.5 单片机应用系统设计的一般方法单片机应用系统设计的一般方法什么是单片什么是单片机？机？将微处理器将微处理器CPU、一定容量的、一定容量的ROM和和RAM以及以及I/O口、定时器口、定时器/计数器、中断系统等电路集成在一块计数器、中断系统等电路集成在一块芯片上芯片上，构成单片机微型计算机构成单片机微型计算机，简称单片机简称单片机SCM。单片机主要应用于控制单片机主要应用于控制领域，用以实现各种测领域，用以实现各种测

2、试和控制功能。为了强试和控制功能。为了强调其控制属性，单片机调其控制属性，单片机又被称为又被称为MCU。单片机与单片机系统单片机与单片机系统单片机系统是为了实现某单片机系统是为了实现某一控制应用需要由用户设一控制应用需要由用户设计的，是一个围绕单片机计的，是一个围绕单片机芯片组建的计算机应用系芯片组建的计算机应用系统。在单片机系统中，单统。在单片机系统中，单片机处于核心地位，是构片机处于核心地位，是构成单片机系统的硬件和软成单片机系统的硬件和软件基础。件基础。1.1.1 1.1.1 单片机的发展状况单片机的发展状况1.1.1 1.1.1 单片机的发展状况单片机的发展状况集成度高，抗干扰能力较强

3、，可靠性高；集成度高，抗干扰能力较强，可靠性高；体积小、重量轻、低电压、低功耗，便于生产便携式体积小、重量轻、低电压、低功耗，便于生产便携式产品；产品；控制功能强，运算速度快；控制功能强，运算速度快；硬件通用化、应用灵活，单片机的系统扩展、系统配硬件通用化、应用灵活，单片机的系统扩展、系统配置较为典型、规范，易构成各种规模的应用系统；置较为典型、规范，易构成各种规模的应用系统；研制周期短；研制周期短；价格便宜。价格便宜。l单片机的发展趋势单片机的发展趋势 单片机的发展趋势将是单片机的发展趋势将是。为满足不同用户的要求，各公司竞相推出能满足不同。为满足不同用户的要求，各公司竞相推出能满足不同需要

4、的产品。需要的产品。1 1CPUCPU的改进的改进（1 1）增加）增加CPUCPU数据总线宽度数据总线宽度。例如，各种。例如，各种1616位单片机和位单片机和3232位单片机，位单片机，数据处理能力要优于数据处理能力要优于8 8位单片机。另外，位单片机。另外，8 8位单片机内部采用位单片机内部采用1616位数位数据总线据总线，其数据处理能力明显优于一般，其数据处理能力明显优于一般8 8位单片机。位单片机。（2 2）采用）采用双双CPUCPU结构，以提高数据处理能力。结构，以提高数据处理能力。2 2存储器的发展存储器的发展（1 1）片内程序存储器普遍采用）片内程序存储器普遍采用闪烁（闪烁（Fla

5、shFlash）存储器）存储器。可不用外扩。可不用外扩展程序存储器，简化系统结构。展程序存储器，简化系统结构。（2 2）加大存储容量加大存储容量。目前有的单片机片内程序存储器容量可达。目前有的单片机片内程序存储器容量可达128KB128KB甚至更多。甚至更多。3 3片内片内I/OI/O的改进的改进（1 1）增加并行口）增加并行口驱动能力驱动能力，以减少外部驱动芯片。有的单片机可，以减少外部驱动芯片。有的单片机可以直接输出大电流和高电压，以便能直接驱动以直接输出大电流和高电压，以便能直接驱动LEDLED和和VFDVFD（荧光（荧光显示器）。显示器）。（2 2）有些单片机设置了一些）有些单片机设置

6、了一些特殊的串行特殊的串行I/OI/O功能功能，为，为构成分布式、构成分布式、网络化系统网络化系统提供方便条件。提供方便条件。4 4低功耗化低功耗化 CMOSCMOS化，功耗小，配置有化，功耗小，配置有等待状态、睡眠状态、关闭状态等待状态、睡眠状态、关闭状态等等工作方式。消耗电流仅在工作方式。消耗电流仅在A A或或nAnA量级，适于电池供电的便携式、量级，适于电池供电的便携式、手持式的仪器仪表以及其它消费类电子产品。手持式的仪器仪表以及其它消费类电子产品。5 5外围电路内装化外围电路内装化 众多外围电路全部装入片内，即众多外围电路全部装入片内，即系统的单片化系统的单片化是目前发展趋是目前发展趋

7、势之一。势之一。例如，例如，美国美国CygnalCygnal公司的公司的C8051F020 C8051F020 8 8位单片机，内部采位单片机，内部采用流水线结构，大部分用流水线结构，大部分指令的完成时间指令的完成时间为为1 1或或2 2个时钟周期，个时钟周期，峰值峰值处理能力处理能力为为25MIPS25MIPS。片上集成有。片上集成有8 8通道通道A/DA/D、两路、两路D/AD/A、两路电压比、两路电压比较器，内置温度传感器、定时器、可编程数字交叉开关和较器，内置温度传感器、定时器、可编程数字交叉开关和6464个通个通用用I/OI/O口、电源监测、口、电源监测、看门狗、多种类型的串行接口（

8、两个看门狗、多种类型的串行接口（两个UARTUART、SPISPI）等。一片芯片就是一个）等。一片芯片就是一个“测控测控”系统。系统。综上所述，单片机正在综上所述，单片机正在向多功能、高性能、向多功能、高性能、高速度（时钟达高速度（时钟达40MHz40MHz）、低电压（）、低电压（2.7V2.7V即可工即可工作甚至更低）、低功耗、低价格（几元钱）、作甚至更低）、低功耗、低价格（几元钱）、外围电路内装化以及片内程序存储器和数据存外围电路内装化以及片内程序存储器和数据存储器容量不断增大储器容量不断增大的方向发展。的方向发展。1.1.2 1.1.2 单片机的应用单片机的应用u智能产品上的应用智能产品

9、上的应用u工业控制的应用工业控制的应用u家用电器的应用家用电器的应用u计算机计算机网络和通信领域的应用网络和通信领域的应用u汽车设备领域中的应用汽车设备领域中的应用 单片机应用领域单片机应用领域1.1.31.1.3单片机的系列产品介绍单片机的系列产品介绍ATMEL类单片机类单片机 Intel 单片机单片机 Motorola单片机单片机 Microchip 单片机单片机 东芝单片机东芝单片机 Zilog单片机单片机 1.2 MCS-51内核单片机内核单片机1.2.11.2.1单片机基本组成单片机基本组成 尽管计算机科学技尽管计算机科学技术得到充分发展，但是术得到充分发展，但是计算机体系结构仍然没

10、计算机体系结构仍然没有突破由计算机的开拓有突破由计算机的开拓者、数学家约翰者、数学家约翰冯冯诺诺曼最先提出的经典体系曼最先提出的经典体系结构框架，即一台计算结构框架，即一台计算机是由机是由运算器、控制器运算器、控制器、存储器、输入设备以、存储器、输入设备以及输出设备及输出设备五部分构成五部分构成，单片机系统也不例外，单片机系统也不例外。1.2.11.2.1单片机基本组成单片机基本组成1.2.11.2.1单片机的基本组成单片机的基本组成 MCS-51系列单片机技术参数表系列单片机技术参数表型号型号片内存储器（片内存储器（B）定时器定时器并行线并行线程序存储器程序存储器数据存储器数据存储器8031

11、无无1282个个16位位4880c31无无1282个个16位位4880514KROM1282个个16位位4880c514KROM1282个个16位位4887514KEPROM1282个个16位位4887c514KEPROM1282个个16位位488032无无2563个个16位位4880528KROM2563个个16位位4887528KEPROM2563个个16位位4880518051单单片片机机内内部部结结构构图图 RAM 地址寄存器 寄存器 RAM 128B RAM 程序地址 寄存器 P0 驱动器 P2 锁存器 P2 驱动器 P1 锁存器 暂存器 2 B 寄存器 4KB ROM 暂存器 1

12、ACC SP P0 锁存器 PC PC 增 1 缓冲器 P3 锁存器 OSC 中断、串行口及定时器 PSW ALU DPTR P1 驱动器 P3 驱动器 XTAL1 XTAL2 P0.0P0.7 P2.0P2.7 P3.0P3.7 P1.0P1.7 RST ALE VCC VSS 定时控制 指令译码器 指令寄存器 PSEN EA 1.2.2 1.2.2 单片机的外部引脚单片机的外部引脚 DIP DIP引脚图引脚图 逻辑符号逻辑符号 3.3.控制引脚控制引脚(4(4根根)u (3030脚脚)：地址锁存允许信号输出：地址锁存允许信号输出/编程编程脉冲输入引脚。脉冲输入引脚。PROGALE/3.3.

13、控制引脚控制引脚(4(4根根)u (29 (29脚脚)：片外：片外ROMROM读选通信号端。读选通信号端。当访问外部程序存储当访问外部程序存储器时，此引脚输出负脉冲选通信号，器时，此引脚输出负脉冲选通信号，1616位地址数据将出现在位地址数据将出现在P0P0和和P2 P2 口上，外部程序存储器则把指令数据放到口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0P0口上，由口上，由CPUCPU读入读入并执行。并执行。u (31(31脚脚)：外部程序存储器地址允许输入端。：外部程序存储器地址允许输入端。当当EAEA接高电平接高电平时，时，CPUCPU执行片内执行片内ROMROM指令，但当指令，但当PCPC值超

14、过值超过0FFFH0FFFH时，时，将自动转去执行片外将自动转去执行片外ROMROM指令；指令；当当EAEA接低电平时接低电平时，CPUCPU只执行片外只执行片外ROMROM指令。指令。PSENpp/VEAu RST/VPD(9RST/VPD(9脚脚)：复位信号：复位信号/备用电源输入引脚备用电源输入引脚 当此引脚保持当此引脚保持2 2个机器周期（个机器周期（2424个时钟周期）的高电平后，个时钟周期）的高电平后，就可使就可使80518051完成复位操作。复位方式可以是自动复位或手动复完成复位操作。复位方式可以是自动复位或手动复位。位。（1 1）程序计数器）程序计数器PCPC指向指向0000H

15、0000H；（2 2）P0-P3P0-P3输出口全部为高电平；输出口全部为高电平；（3 3）堆栈指针）堆栈指针SPSP写入写入07H07H，其它专用寄存器被清，其它专用寄存器被清“0”“0”。u RST/VPD(9RST/VPD(9脚脚)：复位信号：复位信号/备用电源输入引脚备用电源输入引脚 4.I/O4.I/O引脚引脚 (1)P0.0(1)P0.0P0.7(39P0.7(393232脚脚)：P0P0口的口的8 8位双向位双向I/OI/O口线。口线。P0P0口可作为通用双向口可作为通用双向I/OI/O口。在外接数据、程序存储器时，可作口。在外接数据、程序存储器时，可作为低为低8 8位地址位地址

16、/数据总线复用引脚。数据总线复用引脚。(2)P1.0(2)P1.0 P1.7(1P1.7(18 8脚脚)：P1P1口的口的8 8位准双向位准双向I/OI/O口线。口线。P1P1口作为通用的口作为通用的I/OI/O口使用。口使用。(3)P2.0(3)P2.0P2.7(21P2.7(212828脚脚)：P2P2口的口的8 8位准双向位准双向I/OI/O口线。口线。P2P2口即可作为通用的口即可作为通用的I/OI/O口使用，也可作为片外存储器的高口使用，也可作为片外存储器的高8 8位地位地址总线，与址总线，与P0P0口配合，组成口配合，组成1616位片外存储器单元地址。位片外存储器单元地址。(4)P

17、3.04)P3.0P3.7(10P3.7(101717脚脚)：P3P3口的口的8 8位准双向位准双向I/OI/O口线。口线。P3P3口除了作为通用的口除了作为通用的I/OI/O口使用之外，每个引脚还具有第二功能口使用之外，每个引脚还具有第二功能。l 由于工艺及标准化等原因，芯片的引脚数目是有限制的，而由于工艺及标准化等原因，芯片的引脚数目是有限制的，而单片机为实现其功能所需要的信号数目却远远超过实际管脚单片机为实现其功能所需要的信号数目却远远超过实际管脚数。数。解决这一矛盾的方式是引脚复用。解决这一矛盾的方式是引脚复用。l 具有第二功能的引脚：具有第二功能的引脚：EPROM存储器程序固化所需信

18、号：存储器程序固化所需信号：编程脉冲编程脉冲ALE/PROG编程电压编程电压备用电源引入：备用电源引入：RST/VPDP3口口pp/VEAP3口的第二功能口的第二功能 对于各种型号的芯片，引脚的第一功能是相同的，所对于各种型号的芯片，引脚的第一功能是相同的，所不同的只在第二功能信号上。不同的只在第二功能信号上。对于对于9 9、3030和和3131各引脚，由于第一功能信号与第二功各引脚，由于第一功能信号与第二功能信号是单片机在不同工作方式下的信号，因此不会能信号是单片机在不同工作方式下的信号，因此不会发生使用上的矛盾。发生使用上的矛盾。P3P3口的情况有所不同，它的第二功能信号都是单片机口的情况

19、有所不同，它的第二功能信号都是单片机的重要控制信号。的重要控制信号。因此在实际使用中，总是先按需要因此在实际使用中，总是先按需要优先选用它的第二功能。优先选用它的第二功能。MCS-51MCS-51单片机单片机程序程序存储器和存储器和数据数据存储器相互独立（存储器相互独立（独独立编址、独立访问立编址、独立访问），即存储器采用是），即存储器采用是哈佛结构哈佛结构。（另外。（另外一种是冯诺曼结构又称为普林斯顿结构）一种是冯诺曼结构又称为普林斯顿结构）在在物理结构物理结构上有上有4 4个存储空间：个存储空间：片内片内程序存储器、程序存储器、片外片外程序存储器、程序存储器、片内片内数据存储器、数据存储器

20、、片外片外数据存储器。单片机的外部数据存储器和数据存储器。单片机的外部数据存储器和I/OI/O接口采用接口采用的方式。的方式。在逻辑结构上在逻辑结构上有有3 3个存储空间：个存储空间：64K64K字节片内片外统一编址的程序存字节片内片外统一编址的程序存储器、储器、256256字节片内数据存储器、字节片内数据存储器、64K64K片外数据存储器。片外数据存储器。在访问三个不同的逻辑存储空间时，采用不同的指令和不同的控制信在访问三个不同的逻辑存储空间时，采用不同的指令和不同的控制信号。号。存储器空间分布图存储器空间分布图 1.程序存储器程序存储器ROM注意事项注意事项 系统若扩展片外程序存储器时，系

21、统若扩展片外程序存储器时，P0P0（通过锁存器）、（通过锁存器）、P2P2口与口与1616位地址线连接；位地址线连接；对于片内有对于片内有ROMROM的单片机，的单片机，/EA=1/EA=1，对于片内无，对于片内无ROMROM的单片机的单片机80318031，调试时，调试时/EA=1/EA=1（不用（不用80318031的程序存储器），而使用时，的程序存储器），而使用时，/EA=0/EA=0；外部程序存储器读选通信号外部程序存储器读选通信号/PSEN/PSEN只用于外部只用于外部ROMROM取指，对片内取指，对片内程序存储器无效；程序存储器无效；6 6组特殊单元，一般存放一条无条件跳转语句；组

22、特殊单元，一般存放一条无条件跳转语句；片外片外ROM和片外和片外RAM的地址出现了重叠，可使用相应的指令的地址出现了重叠，可使用相应的指令进行区分。进行区分。访问外部访问外部ROMROM时，用时，用MOVCMOVC指令。指令。l作用：用于存放运算的中间结果、数据暂存和缓存、标作用：用于存放运算的中间结果、数据暂存和缓存、标志位等。一般采用读写存储器志位等。一般采用读写存储器:静态静态/动态动态RAM。l特点：特点：片内、片外分别编址；片内、片外分别编址；片内：片内：00FFH 片外：片外：0000HFFFFH 片外片外RAM用数据指针用数据指针DPTR寻址，由管脚寻址，由管脚RD/WR控制控制

23、RAM的的读出读出/写入；写入；片内片内RAM分为四个区（工作寄存器区、位寻址区、数据缓冲分为四个区（工作寄存器区、位寻址区、数据缓冲区和特殊功能寄存器区）区和特殊功能寄存器区）内部数据存储器和外部数据存储器在内部数据存储器和外部数据存储器在00H7F范围内地址出现了范围内地址出现了重叠的现象，单片机通过不同的指令格式加以区分。访问片内重叠的现象，单片机通过不同的指令格式加以区分。访问片内RAM使用使用MOV指令，允许采用多种寻址方式。指令，允许采用多种寻址方式。例如：例如：MOV A，R0 MOV R1，A 片外片外RAM采用采用MOVX指令，若指令，若外部存储单元的地址为外部存储单元的地址

24、为8位位，可选择可选择R0或或R1作为间接寻址寄存器。作为间接寻址寄存器。例如例如 MOVX A，R0 MOVX R1，A 若地址为若地址为16位位，必须选，必须选DPTR寄存器地作为间接寻址寄存器。寄存器地作为间接寻址寄存器。例如例如：MOVX A，DPTR MOVX DPTR，A 片内片内RAM分为四个区（工作寄存器区、位寻址区、数据分为四个区（工作寄存器区、位寻址区、数据缓冲缓冲区和特殊功能寄存器区）区和特殊功能寄存器区）(2)(2)位寻址区（位寻址区（20H-2FH20H-2FH）片内片内RAM的的20H2FH单元为位寻址区，它们既可作为单元为位寻址区，它们既可作为一般单元用字节寻址，

25、也可以对其中的某位进行寻址。一般单元用字节寻址，也可以对其中的某位进行寻址。位寻址区共位寻址区共16字节，位地址字节，位地址007FH。“位位”的表示方式：的表示方式：以位地址形式，如以位地址形式，如7FH以存储单元加位的形式，以存储单元加位的形式，如如2FH.7（3 3）用户）用户RAMRAM区（区（30H-7FH30H-7FH）该区用于存放用户数据，对这部分区域的使用不作任该区用于存放用户数据，对这部分区域的使用不作任何规定和限制，何规定和限制，。（4 4）特殊功能寄存器区（）特殊功能寄存器区（80H-FFH80H-FFH）80518051单片机有单片机有2121个特殊功能寄存器，离散分布

26、在片内个特殊功能寄存器，离散分布在片内高高128128字节内，字节内，其中，其中1111个特殊功个特殊功能寄存器还可位寻址，这能寄存器还可位寻址，这1111个字节地址都可被个字节地址都可被8 8整除，如整除，如ACCACC的字节地址为的字节地址为E0HE0H，其位地址为，其位地址为E0H-E7HE0H-E7H。对此区空闲地址的操作是无意义的。对此区空闲地址的操作是无意义的。常用的特殊功能寄存器：常用的特殊功能寄存器：ACCACC、B B、PSWPSW、SPSP、DPTRDPTR等等。符号符号寄存器名称寄存器名称地址地址ACC累加器累加器E0HBB寄存器寄存器F0HPSW程序状态字程序状态字D0

27、HSP堆栈指针堆栈指针81HDPTR数据指针数据指针DPL+DPH82H83HP0P0口锁存寄存器口锁存寄存器80HP1P1口锁存寄存器口锁存寄存器90HP2P2口锁存寄存器口锁存寄存器A0HP3P3口锁存寄存器口锁存寄存器B0HIP中断优先级控制寄存中断优先级控制寄存器器B8HIE中断允许控制寄存器中断允许控制寄存器A8符号符号寄存器名称寄存器名称地址地址TMOD定时器定时器/计数器工作方计数器工作方式寄存器式寄存器89HTCON定时器定时器/计数器控制寄计数器控制寄存器存器88HSBUF串行数据缓冲器串行数据缓冲器99HSCON串行口控制寄存器串行口控制寄存器98HTL0定时器定时器/计数

28、器计数器0（低字（低字节）节）8AHTL1定时器定时器/计数器计数器1（低字（低字节）节）8BHTH0定时器定时器/计数器计数器0（高字（高字节）节）8CHTH1定时器定时器/计数器计数器1（高字（高字节）节）8DHPCON电源控制及波特率选电源控制及波特率选择寄存器择寄存器87H 程序状态字（程序状态字（PSWPSW）PSW PSW是是8 8位寄存器，用于作为程序运行状态的标志。里面存放了位寄存器，用于作为程序运行状态的标志。里面存放了CPUCPU工作时的很多状态，借此，我们可了解工作时的很多状态，借此，我们可了解CPUCPU的当前状态，并作出的当前状态，并作出相应处理。相应处理。CY进位标

29、志位。功能有二：一是存放算术运算的进位标志；二是在位操作中，进位标志位。功能有二：一是存放算术运算的进位标志；二是在位操作中，作为累加位使用。作为累加位使用。AC辅助进位标志位。在加减运算中，当有低辅助进位标志位。在加减运算中，当有低4位向高位向高4位进位或借位时，位进位或借位时，AC由硬件置位，否则被清零，用于调整由硬件置位，否则被清零，用于调整BCD码的运算结果。码的运算结果。F0用户标识位，用于控制程序的转向。用户标识位，用于控制程序的转向。RS1、RS0工工作寄存器组的选择位。作寄存器组的选择位。RS1RS0寄存器组寄存器组片内片内RAM的地址的地址00000H07H01108H0FH

30、10210H17H11318H1FHOV溢出标志位。溢出标志位。P奇偶校验位。用来表示累加器奇偶校验位。用来表示累加器A 内容中二进制数位内容中二进制数位“1”的个数的个数的奇偶的奇偶 性。若为奇数，则性。若为奇数，则P=1，否则为，否则为0。与指针相关的（与指针相关的（2 2个）个）数据指针（数据指针（DPTR DPTR）1616位位SFRSFR，可分开为两个，可分开为两个8 8位：位：DPLDPL和和DPH DPH。存放外部存储器的地址。存放外部存储器的地址。堆栈指针（堆栈指针（SPSP）SP SP是一个是一个8 8位寄存器，指示堆栈顶部在内部位寄存器，指示堆栈顶部在内部RAMRAM中的位

31、置，中的位置，专门用来存放堆栈的栈顶地址。入栈能自动加专门用来存放堆栈的栈顶地址。入栈能自动加1 1，出栈则自动，出栈则自动减减 1 1。堆栈操作遵循先进后出的原则。堆栈操作遵循先进后出的原则。系统复位后初始化的值为系统复位后初始化的值为07H07H，则堆栈由，则堆栈由08H08H单元开始，占单元开始，占用了工作寄存器空间，可以改变用了工作寄存器空间，可以改变SPSP的值，一般设在的值，一般设在30H-7FH30H-7FH。堆栈的作用：堆栈的作用：保护断点保护断点：在调用子程序或中断时，返回地址自动进栈。程序返回时，断：在调用子程序或中断时，返回地址自动进栈。程序返回时，断点自动弹回到点自动弹

32、回到PCPC。保护现场保护现场：使用专用堆栈操作指令：使用专用堆栈操作指令POPPOP与与PUSHPUSH。如现场保护就是指令式的。如现场保护就是指令式的进栈操作；现场恢复就是出栈操作。进栈操作；现场恢复就是出栈操作。堆栈的开辟堆栈的开辟：在内部数据存储器，容量有限；：在内部数据存储器，容量有限；堆栈指示器堆栈指示器SPSP：无论数据进栈还是出栈，都是对栈顶单元进行，：无论数据进栈还是出栈，都是对栈顶单元进行，即对栈顶单元的写和读操作。为了指示栈顶地址，要设置堆栈指即对栈顶单元的写和读操作。为了指示栈顶地址，要设置堆栈指针，针，SPSP的内容就是堆栈栈顶的存储单元地址。的内容就是堆栈栈顶的存储

33、单元地址。堆栈类型：向上生长型（栈底是低地址单元）堆栈类型：向上生长型（栈底是低地址单元）进栈进栈出栈出栈 程序计数器程序计数器PC 是一个是一个16位的计数器，是程序存储器位的计数器，是程序存储器的字节地址计数器，它里面存放着将要执行的下一条的字节地址计数器，它里面存放着将要执行的下一条指令的地址。其特点如下：指令的地址。其特点如下：不不可寻址的专用寄存器可寻址的专用寄存器 物理上是独立的，不占据物理上是独立的，不占据RAM单元；单元；寻址范围为寻址范围为64K字节字节1.时钟电路：时钟电路：MCS-51的时钟有的时钟有2种方式：种方式：（1）内部振荡方式）内部振荡方式:利用单利用单片机内部

34、的振荡电路片机内部的振荡电路,产生产生时钟信号，这种方式单片机时钟信号，这种方式单片机的时钟引脚上接石英晶体和的时钟引脚上接石英晶体和振荡电容；振荡电容；（2）外部时钟方式）外部时钟方式:外部已外部已有时钟信号引入单片机。有时钟信号引入单片机。2.CPU的时序的时序 时序是用定时单位来描述的时序是用定时单位来描述的。MCS-51MCS-51时序单位有时序单位有4 4个，个，从小到大依次为从小到大依次为。（1 1）节拍、状态）节拍、状态（2 2）时钟周期）时钟周期 也称为振荡周期，定义为时钟脉冲的倒数，它是计算也称为振荡周期，定义为时钟脉冲的倒数，它是计算机中最基本的、最小的时间单位。时钟周期就

35、是单片机外机中最基本的、最小的时间单位。时钟周期就是单片机外接晶振的倒数，例如接晶振的倒数，例如12M12M的晶振，它的时间周期就是的晶振，它的时间周期就是1/12 1/12 usus。（3 3）机器周期）机器周期 CPUCPU访问存储器一次所需的时间访问存储器一次所需的时间。例如，取指令、读例如，取指令、读存储器、写存储器等。存储器、写存储器等。5151系列单片机的系列单片机的1 1个机器周期同个机器周期同6 6个状态周期组成个状态周期组成，也就是说，也就是说1 1个机器周期等于个机器周期等于6 6个状态周个状态周期，即期，即1212个时钟周期。个时钟周期。（4 4）指令周期）指令周期 执行

36、执行1 1条指令所需要的时间条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期，一般由若干个机器周期组成。指令不同，所需的机器周期数也不同，有单周期组成。指令不同，所需的机器周期数也不同，有单周期指令、双周期指令和四周期指令。指令、双周期指令和四周期指令。1.2.5 单片机的复位和复位电路单片机的复位和复位电路1.3 1.3 存储器扩展存储器扩展 8051单片机一块芯片就是一个完整的最小微机系统单片机一块芯片就是一个完整的最小微机系统，但片内存储器的容量、并行，但片内存储器的容量、并行I/O端口、定时器等内部端口、定时器等内部资源都还是有限的。可以根据实际需要，对其进行功能资源都还是有限的。可以根据实际

37、需要，对其进行功能扩展，它包括扩展，它包括数据存储器数据存储器和和程序存储器程序存储器等的扩展。等的扩展。系统的扩展是通过总线把单片机和扩展部分连接起系统的扩展是通过总线把单片机和扩展部分连接起来。根据总线传送的信息可分为来。根据总线传送的信息可分为数据总线（数据总线（DB）、地地址总线址总线(AB)和和控制总线控制总线(CB)。l 数据总线数据总线D0D0D7:D7:数据总线的宽度为数据总线的宽度为8 8位，由位，由P0P0口提供。口提供。l地址总线地址总线A0A0A15A15 8051 8051单片机的地址总线宽度为单片机的地址总线宽度为1616位，位，P0P0提供低提供低8 8位地址，位

38、地址，P2P2提提供高供高8 8位地址。可寻址范围位地址。可寻址范围64KB,64KB,。由于。由于P0P0即作低即作低8 8位地址线，又作位地址线，又作数据线，所以它是分时复用的引脚，数据线，所以它是分时复用的引脚，l控制总线控制总线 P3 P3提供的读信号、写信号提供的读信号、写信号,加上控制线、加上控制线、ALEALE、/EA/EA、/PSEN/PSEN等等信号组成控制总线。信号组成控制总线。/RD/RD读和读和/WR/WR写作为扩展数据存储器读、写选通信号；写作为扩展数据存储器读、写选通信号；/EA/EA信号作为片内、外信号作为片内、外ROMROM的选择控制信号；的选择控制信号；ALE

39、ALE信号作为地址锁存器的选通信号，实现对低信号作为地址锁存器的选通信号，实现对低8 8位地址的锁存；位地址的锁存；/PSEN/PSEN号作为扩展程序存储器号作为扩展程序存储器ROMROM的读选通信号。的读选通信号。单片机扩展总线的构造如图单片机扩展总线的构造如图 89S5189S51单片机内部有单片机内部有4KB Flash ROM4KB Flash ROM，当程序大于，当程序大于4KB4KB时，就需要扩展程序存储器。时，就需要扩展程序存储器。1.1.常用程序存储器芯片常用程序存储器芯片 程序存储器有许多种，比如程序存储器有许多种，比如ROM(ROM(只读存储器只读存储器)、PROM(PRO

40、M(可编程可编程ROM)ROM)、EPROM(EPROM(可擦除可编程可擦除可编程ROM)ROM)、EEPROM(EEPROM(电可擦除可编程电可擦除可编程)和和Flash ROM(Flash ROM(闪存存储器闪存存储器)。最常见的芯片是紫外线可擦除的最常见的芯片是紫外线可擦除的EPROMEPROM，主要是，主要是IntelIntel公公司生产的司生产的27XXX27XXX系列，系列，如如27162716（2K2K8 8）、）、27322732（4K4K8 8）、）、27642764（8K8K8 8）、）、2712827128（16K16K8 8）、）、2725627256（32K32K8

41、8）、）、2751227512（64K64K8 8）等。）等。1.3.1 1.3.1 程序存储器扩展程序存储器扩展图图1.12 常用常用EPROM芯片的管脚和封装芯片的管脚和封装（除了（除了2716、2732（DIP24）外，其他均为）外，其他均为DIP28的双列直插式封装。）的双列直插式封装。）EPROM各引脚功能如下各引脚功能如下:A0A15:地址输入线，引脚的数目随芯片的容量有所不同。地址输入线，引脚的数目随芯片的容量有所不同。D0D7:双向三态数据总线，读或编程校验时为数据输出线双向三态数据总线，读或编程校验时为数据输出线，编程时为数据输入线。其余时间呈高阻状态。，编程时为数据输入线。

42、其余时间呈高阻状态。/CE:片选信号，低电平表示该芯片被选中。片选信号，低电平表示该芯片被选中。/OE:读出选通线，低电平输出缓冲器打开，数据输出。读出选通线，低电平输出缓冲器打开，数据输出。/PGM:编程脉冲输入线。正常工作时接编程脉冲输入线。正常工作时接+5V电源，编程时输入电源，编程时输入编程脉冲。编程脉冲。VPP:编程电源输入线，正常工作时接编程电源输入线，正常工作时接+5V电源，编程加编程电源，编程加编程电压。电压。VCC:电源线，接电源线，接+5V电源。电源。NC：空。空。GND：接地。接地。2.2.总线扩展总线扩展线选法多片线选法多片EPROM 的扩展电路的扩展电路线选法多片线选

43、法多片EPROM 的扩展电路的扩展电路0000H-1FFFH2000H-3FFFH4000H-5FFFH 对于多片程序存储器的扩展，其要点：对于多片程序存储器的扩展，其要点：1.3.2 1.3.2 数据存储器的扩展数据存储器的扩展 图图1.14 常用常用RAM芯片的管脚和封装芯片的管脚和封装1.常用常用RAM芯片芯片 A0 A0A15A15：地址输入线，引脚的数目随芯片的容量有所不同。地址输入线，引脚的数目随芯片的容量有所不同。D0 D0D7 D7：双向三态数据总线。：双向三态数据总线。/CE:/CE:片选线，低电平有效。片选线，低电平有效。62646264的的2626脚（脚（CSCS）必须为

44、高电平，）必须为高电平，并且为低电平时才选中该芯片。并且为低电平时才选中该芯片。/OE/OE：读选通线，低电平有效。读选通线，低电平有效。/WR/WR：写选通线，低电平有效。写选通线，低电平有效。VCC VCC：电源线，接：电源线，接+5V+5V电源。电源。NC NC：空。：空。GND GND：接地。：接地。扩展数据存储器由扩展数据存储器由P2P2口提供高口提供高8 8位地址，位地址，P0P0口分时用作口分时用作低低8 8位地址和位地址和8 8位数据总线。片外数据存储器位数据总线。片外数据存储器RAMRAM的读和写的读和写由由(P3.7)(P3.7)和和(P3.6)(P3.6)信号控制。信号控

45、制。1.4 AT89S51最小系统最小系统 AT89S51单片机的最小系统组成单片机的最小系统组成单片机最小系统：能使单片机工作的最少器件构成的系统。单片机最小系统：能使单片机工作的最少器件构成的系统。74HC14实现了实现了6路施密特触发反相路施密特触发反相器，可将缓慢变化的输入信号转换器，可将缓慢变化的输入信号转换成清晰、无抖动的输出信号成清晰、无抖动的输出信号1.5.1 单片机的选型考虑单片机的选型考虑 1.单片机的选型原则单片机的选型原则u 适用原则适用原则u 可开发性原则可开发性原则 2.单片机的选型参考单片机的选型参考 单片机应用系统是以单片机为核心，配上一定的单片机应用系统是以单

46、片机为核心，配上一定的外围电路和软件，实现某种功能的系统。虽然单片机外围电路和软件，实现某种功能的系统。虽然单片机的硬件选型不尽相同，软件编写也千差万别，但系统的硬件选型不尽相同，软件编写也千差万别，但系统的研制步骤和方法是基本一致的，一般都分为如下几的研制步骤和方法是基本一致的，一般都分为如下几个阶段：个阶段：1.1.总体设计总体设计2.2.硬件电路的构思设计硬件电路的构思设计3.3.软件的编制软件的编制4.4.仿真调试。仿真调试。图图1.17 单片机应用系统设计流程单片机应用系统设计流程1、确定总体设计方案确定总体设计方案 拟定设计任务书，确定功能技术指标。拟定设计任务书，确定功能技术指标

47、。单片机的选型单片机的选型 器件和设备选择器件和设备选择 软件硬件功能划分软件硬件功能划分2、硬件设计、硬件设计 硬件设计是以芯片和元件为基础的完整的单片机系统的设硬件设计是以芯片和元件为基础的完整的单片机系统的设计，根据总体设计要求，确定能实现该项目的所有功能的电计，根据总体设计要求，确定能实现该项目的所有功能的电路原理图，涉及到芯片选择、外设路原理图，涉及到芯片选择、外设I/O通道设计、电源设计等通道设计、电源设计等。尽可能选用典型应用电路。尽可能选用典型应用电路。系统的扩展与外围电路的水平，应充分系统的扩展与外围电路的水平，应充分 满足系统功能的满足系统功能的要求并留有余地。要求并留有余

48、地。充分考虑系统各部分的驱动能力和电气性能的配合。充分考虑系统各部分的驱动能力和电气性能的配合。以软件以软件功能代功能代替硬件电路。替硬件电路。3 3、软件设计、软件设计 一旦单片机系统产品研发完成，软件就固化在硬件环境中，一旦单片机系统产品研发完成，软件就固化在硬件环境中，单片机软件是针对相应的单片机硬件系统开发的，是专用的。根单片机软件是针对相应的单片机硬件系统开发的，是专用的。根据总体方案的要求和硬件电路的设计，编写应用程序完成软件功据总体方案的要求和硬件电路的设计，编写应用程序完成软件功能，编写时可将其分成多个功能模块，便于调试、修改、连接和能，编写时可将其分成多个功能模块，便于调试、

49、修改、连接和移植。移植。4 4、单片机应用系统抗干扰的设计、单片机应用系统抗干扰的设计 滤滤波技术波技术 隔离技术隔离技术 接地技术：比如接地技术：比如AGNDAGND与与DGNDDGND分开，最后单点接地；交分开，最后单点接地；交流地、功率地和信号地不能共用；高频电路就近多点接流地、功率地和信号地不能共用；高频电路就近多点接地，低频电路一点接地等。地，低频电路一点接地等。1.5.3 单片机应用系统的仿真与调试单片机应用系统的仿真与调试图图1.18 仿真器开发环境仿真器开发环境1.单片机应用系统的开发工具单片机应用系统的开发工具 典型的单片机开发环境如图所示，它包括典型的单片机开发环境如图所示

50、，它包括PC机、仿机、仿真器和编程器。真器和编程器。单片机开发系统具备对用户程序进行输入、编辑、汇编和单片机开发系统具备对用户程序进行输入、编辑、汇编和调试的功能；此外，还具备在线仿真功能、辅助设计功能等。调试的功能；此外，还具备在线仿真功能、辅助设计功能等。2.单片机应用系统的调试方法单片机应用系统的调试方法 单片机应用系统的硬件故障和软件调试是分不开单片机应用系统的硬件故障和软件调试是分不开的，许多硬件故障在软件调试只能中才能发现。但首的，许多硬件故障在软件调试只能中才能发现。但首先要排除硬件中的明显故障。常见的故障有：先要排除硬件中的明显故障。常见的故障有：u 逻辑错误逻辑错误u 元件失