单片机基础完美课课件.pptx

1、单片机技术的应用遍布国民经济与人民生活的各个领域：Atmel Intel Motorola Philips Siemens NS LG Winbond Microchip EPSON NEC Cypress Dallas Oki Fairchild Fujitsu Hitachi SAMSUNG什么是单片机什么是单片机什么是计算机帕斯卡和加法器霍列瑞斯和第一台制表机阿德勒曼博士和DNA计算机计算机计算机的组成计算机的发展大型化小型化怎样为大家展示单片机单片机计算机的组成51系列单片机组成51系列单片机结构图单片机与通用PC机n功能：PC机：数据运算、采集、处理、存储、传输；单片机：控制（或受控

2、于）外设。u通用PC擅长于数据运算、采集、处理、存储和传输；u单片机的专长则是测控，往往嵌入某个仪器/设备/系统中，使其达到智能化的效果。单片机与通用PC机n应用特点：个人计算机（微机）：个人计算机（微机）：体积大，功耗大，价格高，用途较固定，属通用计算机。易于学习掌握和使用，但用于控制时必须制作或购买专用的接口卡，并编制专门的应用软件。单片机：单片机：体积小，功耗小，价格低，用途灵活，无处不在，属专用计算机。是一种特殊器件，需经过专门学习方能掌握应用，应用中要设计专业的硬件和软件。单片机与通用PC机认识单片机的引脚（相对于单片机那些是双向、输入、输出）片内有 0K/4K/8K字节 程序存储器

3、ROM单片机的实质就是将计算机的基本组成部件集成在一块集成电路芯片中。Atmel：At89c51snd累加器A、寄存器B图5-1 单拍工作方式的数码寄存器寄存器（Register）ALE/PROG:地址锁存允许/编程脉冲输入端。4）、RS0（PSW.AT 89C51规格书（Data Sheet)MCS-51单片机基本特性TI：ARM Cortex M3Atmel：At89c51输出时一切照常，仅在作输入口用时要先对其单片机的引脚（P1口）外接晶振为12 MHz时,MCS51单片机的4个时间周期的具体值为:Freescale：S127 8 P3.30H7FH是数据缓冲区,也即用户RAM区,共80

4、个单元。读控制端（OE）低有效。怎样使用PC机单片机在电子产品中的作用 信息的获取 使用者的输入 从传感器获取 信息的加工 控制外部设备工作 显示、声音 控制外设工作单片机信息源控制信号动作选择按钮红外线传感器89C2051单片机复位按钮电源指示灯一个简单的测控应用实例简单测控实例原理图怎样用单片机进行控制 控制什么？LED 芯片COMS 4511、4508，TTL 74LS 所控制的东西有什么特性？Data sheet1.功能：Features、Functional Diagram2.电气特性：ELECTRICAL CHARACTERISTICS3.数据特性：Digital CHARACTE

5、RISTICS4.时序：Timing Sequence“直接”控制LED单单片片机机通过芯片COMS 4511控制LED一个单片机控制电压的例子（恒压源）液晶显示单片机键盘某种东西vDAC某种模拟电路某种东西第一次分工DAC:MAX 530+5V,Low-Power,Parallel-Input,Voltage-Output,12-Bit DAC-Buffered Voltage Output-Internal 2.048V Voltage Reference-Operates from Single+5V or Dual 5V Supplies-Low Power Consumption:2

6、50A Operating Current 40A Shutdown-Mode Current-SSOP Package Saves Space-Relative Accuracy:1/2 LSB Max Over Temperature-Guaranteed Monotonic Over Temperature-4-Quadrant Multiplication with No External Components-Power-On Reset-Double-Buffered Parallel Logic InputsFeatures分工：数据部分、模拟部分第二次分工Atmel：At89c

7、51寄存器（Register）需要时可在输出信号（读出信号）控制下，将数据由寄存器输出。是一种特殊器件，需经过专门学习方能掌握应用，应用中要设计专业的硬件和软件。单片机在电子产品中的作用单片机的实质就是将计算机的基本组成部件集成在一块集成电路芯片中。(2)计算机的CPU由运算器、控制器、译码器、寄存器组成，其中就有数据寄存器、指令寄存器、一般寄存器。+5V,Low-Power,Parallel-Input,7:准双向I/O口（内置了上拉电阻）特殊功能寄存器SFR块单片机的引脚（复位端）（输入）通用PC：包括键盘、显示器、鼠标、硬/软/光驱、音箱、打印机、扫描仪等外设。在接收信号（称为写信号）控

8、制下，将数据送入寄存器存放；需要时可在输出信号（读出信号）控制下，将数据由寄存器输出。芯片COMS 4511、4508，TTL 74LS3 中央处理器CPU（Central Processing Unit）-Internal 2.-4-Quadrant Multiplication with No External Components输出时一切照常，仅在作输入口用时要先对其输出时一切照常，仅在作输入口用时要先对其模拟部分两种最典型的接法数据部分连接方式和时序总线模式IO模式n8 位的 CPU，片内有振荡器和时钟电路,工作频率为 112MHz（Atmel 89Cxx为024MHz）n内置1个布

9、尔处理器和1个布尔累加器（Cy）nMCS-51指令集含 111条指令n可寻址片外 64K字节 数据存储器RAMn可寻址片外 64K字节 程序存储器ROMn片内有 128/256字节 RAMn片内有 0K/4K/8K字节 程序存储器ROMn片内 21/26个 特殊功能寄存器（SFR）n4个8位 的并行I/O口（PIO）n1个 全双工串行口（SIO/UART）n2/3个16位 定时器/计数器（TIMER/COUNTER）n可处理 5/6个中断源，两级中断优先级MCS-51单片机基本特性系列系列片内存储器（字节）片内存储器（字节）定时器定时器计数器计数器并行并行I/OI/O串行串行I/OI/O中中断

10、断源源片内片内ROMROM片内片内RAMRAM无无有有ROMROM有有EPROMEPROMIntelIntelMCS-51MCS-51子系列子系列8031803180C3180C318051805180C5180C51(4K(4K字节字节)8751875187C5187C51(4K(4K字节字节)128128字节字节2x162x164x84x8位位1 15 5IntelIntelMCS-52MCS-52子系列子系列8032803280C3280C328052805280C5280C52(8K(8K字节字节)8752875287C5287C52(8K(8K字节字节)256256字节字节3x163

11、x164x84x8位位1 16 6ATMELATMEL89C89C系列系列(常用型常用型)1051(1K)/2051(2K)/4051(4K)1051(1K)/2051(2K)/4051(4K)（2020条引脚条引脚DIPDIP封装）封装）1281282 215151 15 589C51(4K)/89C52(8K)89C51(4K)/89C52(8K)（4040条引脚条引脚DIPDIP封装）封装）128/25128/256 62/32/332321 15/65/651系列单片机配置一览表AT 89C51规格书（Data Sheet)半导体存储器主要有以下三种：用于存储BIOS信息的EEPROM

12、（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，电可擦写可编程只读存储器），数据在断电后仍可以保存，近几年用于BIOS存储的Flash RAM（闪存）也是EEPROM的一种。用于存储临时工作数据的DRAM（Dynamic Random Access Memory，动态随机访问存储器），数据要通过不断的刷新才能保留，断电后消失。用于在CPU中存储常用指令与数据的SRAM（Static Random Access Memory，静态随机访问存储器），数据无需刷新操作，但断电后消失。通常的，我们将数据断电后仍能保留的半导体存储器称为“非易失性

13、（或非发挥性）随机访问存储器”Non-Volatile Random Access Memory，即NVRAM，而像DRAM与SRAM这样的存储器则就称为VRAM。封装 pin configuration认识单片机的引脚（相对于单片机那些是双向、输入、输出）MCS-51MCS-51单片机单片机4040脚脚Vcc,GND 2Vcc,GND 2XTAL1,XTAL2 2XTAL1,XTAL2 2RESET 1RESET 1EA/Vpp 1EA/Vpp 1ALE/PROG 1ALE/PROG 1PSEN 1PSEN 1P0.0P0.0P0.7 8 P1.0P0.7 8 P1.0P1.7 8 P2.0

14、P1.7 8 P2.0P2.7 P2.7 8 P3.08 P3.0P3.7 8P3.7 8nVcc,GND:正电源端与接地端（+5V/3.3V/2.7V)不同的单片机可以允许不同的工作电压，不同的单片机表现出的功耗也不同。单片机的引脚（电源端）：输入nVcc,GND:正电源端与接地端(+5V/3.3V/2.7V)nXTAL1,XTAL2:片内振荡电路输入/输出端1545pfx2112MHz（MCS-51）024MHz（Atmel-89C）XTAL1XTAL2也可以由也可以由 XTAL1 XTAL1端接入端接入外部时钟，此时应将外部时钟，此时应将 XTAL2XTAL2接地：接地：XTAL2XTA

15、L1外部时钟外部时钟通常外接一个通常外接一个晶振两个电容晶振两个电容单片机的引脚（晶振端）（固定或输入）陶瓷振荡子 可寻址片外 64K字节 数据存储器RAM(1)运算中存贮数码、运算结果。30H7FH是数据缓冲区,也即用户RAM区,共80个单元。复位使单片机进入某种确定的初始状态：图灵：计算机是一张纸，一支笔。现实的一面：设计实际产品将要考虑到的方方面面。PSEN 1内置1个布尔处理器和1个布尔累加器（Cy）单片机的实质就是将计算机的基本组成部件集成在一块集成电路芯片中。ALE/PROG:地址锁存允许/编程脉冲输入端。片内有 0K/4K/8K字节 程序存储器ROM从寻址空间分布可分为:程序存储

16、器、内部数据存储器和外部数据存储器ALE端平时会输出周期正脉冲：f fosc/6；-Double-Buffered Parallel Logic Inputs阿德勒曼博士和DNA计算机存储器寻址空间有效条件模拟部分两种最典型的接法 逻辑符号单片机又叫微控器（Micro Controller Unit）从物理结构上可分为:复位使单片机进入某种确定的初始状态：PC值归零（0000H）；各个SFR被赋予初始值（见P.42）：P0P3=0FFH，Acc=0，B=0，TH0=0，TL0=0，TH1=0，TL0=0，SP=7，PSW=0 退出处于节电工作方式的停顿状态、退出一切程序进程、退出程序的死循环，

17、从头开始。nVcc,GND:电源端 （+5V/3.3V/2.7V)nXTAL1,XTAL2:片内振荡电路输入、输出端nRESET:复位端（正脉冲有效，宽度8 mS）单片机的引脚（复位端）（输入）寄存器寄存器复位状态复位状态寄存器寄存器复位状态复位状态PCPC0000H0000HTCONTCON00H00HA A00H00HT2CONT2CON00H00HB B00H00HTH0TH000H00HPSWPSW00H00HTL0TL000H00HSPSP07H07HTH1TH100H00HDPTRDPTR0000H0000HTL1TL100H00HP0P3P0P3FFHFFHSCONSCON00H

18、00HIPIPXX000000BXX000000BSBUFSBUFXXHXXHIEIE0X000000B0X000000BPCONPCON0XXX0000B0XXX0000BTMODTMOD00H00HPC与SFR复位状态表+5V10uF10KVccRSTGND上电复位上电复位10uF10KVccRSTGND手动手动&上电复位上电复位1KnVcc,GND:电源端 （+5V/3.3V/2.7V)nXTAL1,XTAL2:片内振荡电路输入、输出端nRESET:复位端（正脉冲有效，宽度8 mS）+5V单片机的引脚（复位端）单片机的引脚（EA端）（输入）nVcc,GND:电源端 （+5V/3.3V/2

19、.7V)nXTAL1,XTAL2:片内振荡电路输入、输出端nRESET:复位端 （正脉冲有效，宽度8 mS）nEA/Vpp:寻址外部ROM控制端/编程电源输入端。低有效，片内无ROM时必须接地；片内有ROM时应当接高电平；对片内ROM编程时编程正电源加到此端。nVcc,GND:电源端 （+5V/3.3V/2.7V)nXTAL1,XTAL2:片内振荡电路输入、输出端nRESET:复位端 （正脉冲有效，宽度8 mS）nEA/Vpp:寻址外部ROM控制端/编程电源输入端。nALE/PROG:地址锁存允许/编程脉冲输入端。P0口寻址外部低8位地址时接外部锁存器 G端；ALE端平时会输出周期正脉冲：f

20、fosc/6；对片内ROM编程时编程脉冲由此端加入。单片机的引脚（ALE端）（输出）nPSEN：寻址外部程序存储器时选通外部EPROM的 读控制端（OE）低有效。单片机的引脚（PSEN端）（输出）单片机单片机锁存器锁存器74LS373P0.0-P0.7ALEPSENP2.0-P2.48D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GEAOECEEPROMnPSEN：寻址外部程序存储器时选通外部EPROM的 读控制端（OE）低有效。单片机的引脚（PSEN端）单片机能工作的最简电路图计算机的组成D触发器、锁存器、寄存器（a）内部振荡器方式;（b）外部振荡器方式读控制端（OE）低有效。PC与SFR复位状

21、态表单片机的实质就是将计算机的基本组成部件集成在一块集成电路芯片中。通用PC机：上述部件以芯片形式安装在主板上。Freescale：S12它专用于控制、管理单片机内算术逻辑部件、并行I/O口锁存器、串行口数据缓冲器、定时器/计数器、中断系统等功能模块的工作Vcc,GND:电源端 （+5V/3.单片机：上述部件被集成到单芯片中。或者是一个可以由人扮演的游戏7:准双向I/O口（内置了上拉电阻）XTAL1,XTAL2:片内振荡电路输入、输出端EA/Vpp 1一个触发器能存放一位二进制数码；寄存器（Register）PSEN 1诺依曼：计算机可以存储程序，通过存储在硬件中程序控制硬件完成各种操作CPU

22、(进行运算、控制)读控制端（OE）低有效。RESET:复位端 （正脉冲有效，宽度8 mS）1.寄存器通常分为两大类：数码寄存器：存储二进制数码、运算结果或指令等信息的电路。移位寄存器：不但可存放数码，而且在移位脉冲作用下，寄存器中的数码可根据需要向左或向右移位。2.组成：触发器和门电路。一个触发器能存放一位二进制数码；N个触发器可以存放N位二进制数码。寄存器（Register）(1)运算中存贮数码、运算结果。(2)计算机的CPU由运算器、控制器、译码器、寄存器组成，其中就有数据寄存器、指令寄存器、一般寄存器。n寄存器与存储器有何区别?寄存器内存放的数码经常变更，要求存取速度快，一般无法存放大量

23、数据。（常用在CPU中。）存储器存放大量的数据，因此最重要的要求是存储容量。（类似于仓库）寄存器应用n寄存器的用途双D触发器74LS74(a)外引脚图 (b)逻辑符号 1.双D触发器74LS74外引脚图和逻辑符号 集成D触发器（D-TYPE FLIP-FLOP）逻辑符号 “”表示边沿触发方式,“”表示主从触发方式,非号“”：表示低电平有效,加小圆圈“”：表示低电平有效触发或下降沿有效触发,不加小圆圈“”：表示高电平有效触发或上升沿有效触发（Positive Edge-Triggered）。数码寄存器具有接收、存放、输出和清除数码的功能。在接收信号（称为写信号）控制下，将数据送入寄存器存放；需要

24、时可在输出信号（读出信号）控制下，将数据由寄存器输出。图5-1 单拍工作方式的数码寄存器1由D触发器构成的数码寄存器（1）电路组成 数码寄存器锁存器的工作原理 图5-2 锁存器 工作过程：当CP=0时，Q=D，电路接收输入数据；不锁存数据，输出端的信号随输入信号变化；当CP1时，数据被锁住，输出原来的状态（锁存）。由D型锁存器（LATCH）构成的数码寄存器2.3 中央处理器中央处理器CPU（Central Processing Unit）CPU运算部件运算部件程序状态字程序状态字PSW.7PSW.0PSW各位定义各位定义MOV P1,A-Internal 2.简单的一面：MSC51光路通畅，R

25、亮2K51系列单片机配置一览表当CP=0时，Q=D，电路接收输入数据；输出时一切照常，仅在作输入口用时要先对其Maxim：DS80C410使MCS51单片机具有快速现场保护功能,对于提高程序的效率和响应中断的速度是很有利的。+5V,Low-Power,Parallel-Input,可处理 5/6个中断源，两级中断优先级PSEN：寻址外部程序存储器时选通外部EPROM的MOV P1,A单片机的引脚（PSEN端）（输出）单片机：控制（或受控于）外设。片内有 0K/4K/8K字节 程序存储器ROM诺依曼：计算机可以存储程序，通过程序控制复位使单片机进入某种确定的初始状态：一个简单的测控应用实例图5-

26、1 单拍工作方式的数码寄存器控制部件及振荡器控制部件及振荡器时序时序振荡器振荡器（a）内部振荡器方式;（b）外部振荡器方式 例如例如:计算机的组成2.4 MCS51单片机存储器及存储空间 51单片机存储器分类 从物理结构上可分为:从寻址空间分布可分为:程序存储器、内部数据存储器和外部数据存储器 从功能上可分为:程序存储器、内部数据存储器、特殊功能寄存器、位地址空间和外部数据存储器5大部分。程序存储器程序存储器数据存储器数据存储器片外片外片外程序存储器片外程序存储器片外数据存储器片外数据存储器片内片内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51系列单片机结构图存储器寻址空间和编址

27、FFFFH0000H00HFFHFFFFH0000H程序存储器程序存储器内部数据存储器内部数据存储器外部数据存储器外部数据存储器存储器寻址空间有效条件存储器寻址空间存储器寻址空间有效条件（指令）有效条件（指令）程序存储器MOVCMOVC内部数据存储器MOVMOV外部数据存储器MOVXMOVX怎样用同样的地址找到位于不同存储器中的单元？程序存储器 1.程序存储器的编址 2.程序运行的入口地址程序存储器的编址FFFFH0000H程序存储器程序存储器00HFFHFFFFH0000H内部数据存储器内部数据存储器外部数据存储器外部数据存储器0FFFH1000H1FFFH2000H内部52系列内部外部EA

28、1FFFFH0000H程序存储器程序存储器外部EA0程序运行的入口地址 ORG 0000HSTART:MOV A,#03ADD A,#02MOV P1,ALJMP$内部数据存储器FFFFH0000H00HFFHFFFFH0000H程序存储器程序存储器内部数据存储器内部数据存储器外部数据存储器外部数据存储器内部数据存储器的构成 RAM块 工作寄存器区 位寻址区 数据缓冲区 特殊功能寄存器（SFR）块组成内部数据存储器编址内部数据存储器内部数据存储器32 byte16 byte80 byte128 byte工作寄存器区 组成：内部RAM块的00H1FH区,共分4个组,每组有8个工作寄存器R0R7,

29、共32个内部RAM单元。组的选择 通过软件修改PSW中RS0和RS1两位的状态,就可任选一个工作寄存器工作。组的用途 使MCS51单片机具有快速现场保护功能,对于提高程序的效率和响应中断的速度是很有利的。工作寄存器区存储器存放大量的数据，因此最重要的要求是存储容量。-Guaranteed Monotonic Over Temperature指令周期=14 s。模拟部分两种最典型的接法输出时一切照常，仅在作输入口用时要先对其寄存器内存放的数码经常变更，要求存取速度快，一般无法存放大量数据。复杂的一面：TI:430,M3;freescale：S12机器周期:1个机器周期含6个状态周期,用S1、S2

30、、S6表示,共有12个节拍。-Relative Accuracy:1/2 LSB Max Over Temperature-Low Power Consumption:（a）内部振荡器方式;（b）外部振荡器方式RESET:复位端（正脉冲有效，宽度8 mS）PC与SFR复位状态表XTAL1,XTAL2:片内振荡电路输入、输出端片内 21/26个 特殊功能寄存器（SFR）单片机的引脚（EA端）（输入）指令周期：它是指CPU完成一条操作所需的全部时间。单片机技术的应用遍布国民经济与人民生活的各个领域：Atmel Intel Motorola Philips Siemens NS LG Winbond

31、 Microchip EPSON NEC Cypress Dallas Oki Fairchild Fujitsu Hitachi SAMSUNG读控制端（OE）低有效。认识单片机的引脚（相对于单片机那些是双向、输入、输出）工作寄存器区位寻址区 什么是位地址 范围 用户区(20H-2FH)SFR区(80H-FFH)和字节地址的对应关系和字节地址的对应关系数据缓冲区 用途：存放用户数据 范围：30H7FH是数据缓冲区,也即用户RAM区,共80个单元。MCS52子系列片内RAM有256个单元,前两个的单元数与地址都和MCS51子系列一致。用户RAM区从30HFFH,共208个单元。堆栈与堆栈指针

32、用途：在程序实际运行中,往往需要一个后进先出的RAM区,在子程序调用、中断服务处理等场合用以保护CPU的现场,这种后进先出的缓冲区称为堆栈。范围：堆栈指针寄存器SP 大小 堆栈类型：向上生长型特殊功能寄存器SFR块 用途 特殊功能寄存器SFR,又称为专用寄存器。它专用于控制、管理单片机内算术逻辑部件、并行I/O口锁存器、串行口数据缓冲器、定时器/计数器、中断系统等功能模块的工作 SFR的地址空间 80HFFH。寻址 寻址方式 位寻址 分类 内部功能的控制寄存器 和芯片引脚相关的寄存器特殊功能寄存器SFR计算机的组成冯.诺依曼：计算机可以存储程序，通过存储在硬件中程序控制硬件完成各种操作 硬件由

33、Bus、CPU、Memory、IO Interface、IO device构成 软件：程序由指令构成输入、输出 输入、输出设备 输入、输出接口CPUMEMIOInterfaceIOInterfaceIO DeviceIO Device51系列单片机结构图输入、输出实例光路通畅，光路通畅，R亮亮 2K 光路阻断，光路阻断，R暗暗 400K R亮 250K 输入端口nP1.0P1.7:准双向I/O口（内置了上拉电阻）输出时一切照常，仅在作输入口用时要先对其 写“1”。21DQCK/Q读引脚读引脚读锁存器读锁存器写锁存写锁存器器内部总内部总线线Vcc引脚P1.X内部上拉电阻内部上拉电阻单片机的引脚（

34、P1口）21DQCK/Q读引脚读引脚读锁存器读锁存器写锁存写锁存器器内部总内部总线线Vcc引脚P1.X内部上拉电阻内部上拉电阻输出输出数据数据=1 时时110截止=1nP1.0P1.7:准双向I/O口（内置了上拉电阻）输出时一切照常，仅在作输入口用时要先对其 写“1”。单片机的引脚（P1口）21DQCK/Q读引脚读引脚读锁存器读锁存器写锁存写锁存器器内部总内部总线线Vcc引脚P1.X内部上拉电阻内部上拉电阻输出输出数据数据=0 时时001=0导导通通nP1.0P1.7:准双向I/O口（内置了上拉电阻）输出时一切照常，仅在作输入口用时要先对其 写“1”。单片机的引脚（P1口）21DQCK/Q读引

35、脚读引脚=1读锁存器读锁存器写锁存写锁存器器内部总内部总线线Vcc引脚P1.X内部上拉电阻内部上拉电阻输入输入数据时，要先对其写数据时，要先对其写“1”110截止nP1.0P1.7:准双向I/O口（内置了上拉电阻）输出时一切照常，仅在作输入口用时要先对其 写“1”。单片机的引脚（P1口）什么是单片机什么是单片机简单测控实例原理图简单测控实例原理图单片机单片机锁存器锁存器74LS373P0.0-P0.7ALEPSENP2.0-P2.48D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GEAOECEEPROMnPSEN：寻址外部程序存储器时选通外部EPROM的 读控制端（OE）低有效。单片机的引脚（PSEN端）数码寄存器具有接收、存放、输出和清除数码的功能。在接收信号（称为写信号）控制下，将数据送入寄存器存放；需要时可在输出信号（读出信号）控制下，将数据由寄存器输出。图5-1 单拍工作方式的数码寄存器1由D触发器构成的数码寄存器（1）电路组成 数码寄存器2.3 中央处理器中央处理器CPU（Central Processing Unit）存储器寻址空间和编址FFFFH0000H00HFFHFFFFH0000H程序存储器程序存储器内部数据存储器内部数据存储器外部数据存储器外部数据存储器