单片机ppt课件 结构.ppt
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1、单片机原理及应用,物联网工程学院自动化系吴定会,第一章 单片机概述,1实训目的 (1) 了解单片机应用系统的基本组成。 (2) 通过最简应用系统实例了解单片机的基本工作过程。,实训1 信号灯的控制1,2实验电路,3实训程序,ORG 0000HSTART:MOV P1,#00H ACALL DELAYMOV P1,#0FFH ACALL DELAY SJMP STARTDELAY: MOV R3,#0FFHDEL2: MOV R4,#0FFH DEL1: NOP DJNZ R4,DEL1 DJNZ R3,DEL2 RET END,ALE,+5V,单片机到底是如何实现这些动作?它里面有些什么呢?,
2、微机系统,微处理器CPU,计算机处理信息的主要部件,控制计算机各部件自动地、协调一致地工作,与外围设备之间进行信息交换 的必经通道,使用和管理计算机的各种程序,内部存储器,输入/输出接口,用来存放程序和数据的部件,1-1什么是单片机,一、微机系统,二、微型计算机的硬件结构,三、什么是单片机,单片计算机:SCMCSingle Chip Micro Computer,单片机又称微控制器:MCUMicro Controller Unit,单 片 机,(微控制器),CPU (微处理器),RAM ROM(EPROM),I/O(串、并、C/T、A/D、中断.),三、什么是单片机,所谓单片机是指在一块硅片上
3、集成了CPU、随机存储器(RAM)、程序存储器(ROM或EPROM)和各种I/O口(包括并行I/O口、串行I/O口、定时器/计数器和A/D转换器等),也就是集成在一块芯片上的计算机。,按CPU字长,可分为4、8、16、32位单片机。,根据内部程序存储器的结构不同,单片机可分为:ROM型单片机;EPROM型单片机;E2PROM型单片机;无ROM型单片机。,四、通用单片机和专用单片机,通用单片机:是一个基本芯片,内部资源比较丰富,性能全面且通用性强,覆盖多种应用需求。,专用单片机:针对某一产品,或某一种控制应用而专门设计的。设计时已经使系统结构最简;软硬件资源利用最优;可靠性以及经济成本最佳。,本
4、课程介绍的MCS51系列单片机是一种通用单片机,其结构和原理对所有单片机都是适用的。,五、单片机系统,在单片机芯片基础上,扩展其他电路或芯片构成具有一定应用功能的计算机系统。,六、单片机应用系统,为控制应用而设计,系统和控制对象结合在一起,七、单片机开发系统,单片机系统开发调试工具,11,1-2单片机的发展概况,首次宣布1971Intel4004位微处理器,第一阶段1971-1976 萌芽阶段 4位、8位双片,功能简单; 1974-12 Fairchild(仙童) F8 8位(配3851芯片)。,第四阶段1982 - 16位机1982 Intel MCS-96 系列 Mostek MK 682
5、00 系列据统计 50多个系列、300多个品种,我国位单片机的应用,大体上始于1982年。86年上海召开全国首届单片机应用与开发交流会,成立了单片机应用协会,使单片机应用的普及和深化掀起了全国性的高潮。,CPU的发展,CPU字长:8位、16位、32位时钟频率:6MHz、 12MHz、 20MHz双CPU结构:处理能力大大提高,片内存储器的发展,所谓片内(相对于片外):集成在单片机芯片内的存储单元。,扩大存储容量,早期单片机RAM:64128字节ROM:12K字节寻址范围:14k(212),新型单片机RAM:256字节ROM:816K字节寻址范围:64k (216),片内EPROM开始E2PRO
6、M,电擦除可编程只读存储器E2PROM可在正常工作电压下进行读写,并能在断电情况下,保持信息不丢失。,片内程序的保密措施,早期单片机:并行输入/输出口,定时器/计数器现代单片机:大功率输入/输出口,可直接驱动VFD(荧光显示管);LCD(液晶显示器)和LED(数码显示管)片内A/D,D/A转换器;CRT控制器,LCD、LED驱动器,正弦波发生器,声音发生器,字符发生器,频率合成器等。,加强片内输入输出口的功能,1-3单片机的特点,体积小、重量轻、便宜、省电。 抗干扰性能强,可靠性高。 控制功能强,运行速度快。片内存储器及I/O口有限,适宜于构成专用微机系统。,1-4单片机的应用,工业方面:工业
7、机器人、过程控制、数字控制 仪器仪表:智能仪器、医疗器械、色谱仪、视波器 民用方面:电路玩具、游戏机、录象机、光盘驱动器 电讯方面:调制解调器、智能线路运行控制 导航与控制:导弹、鱼雷制导控制、智能武器装置 数据处理:图形终端、复印机、硬盘驱动器、磁带机,MCS-48、MCS-51、MCS-96 三大系列,1-5 INTEL公司系列产品简介,76年 MCS-48系列 基本型 EPROM ROM 无ROM(ROM RAM 扩展 C/T I/O 中断) 8748 8048 8035 (1K 64B 4K/320 1*8 2*8 2 )改进型 8749 8049 8039(ROM、RAM 扩大一倍)
8、 8750 8050 8040(ROM、RAM 再扩大一倍),84-85年51-96、之间CHMOS 87C252 83C25280C252 指令与51系列完全兼容,并具有96系列的HSIO(高速输入输出)功能。,82年MCS-96 8796 8396 8096 (ROM RAM 扩展 C/T I/O 中断 串口 ) (8K 232B 64K/64K 4*16 40位 8 1 HSIO),80年MCS-51系列基本型875180518031改进型875280528032,常用单片机系列: Philips 51系列ATMEL 51系列Microchip PIC16C 5XMotorla M68H
9、C05、M68HC11、M68HC16;Zilog Z8 ; NSCOP800、HPC,习 题 和 思 考 题 一、一个完整的单片微机芯片内至少有哪些部件?、根据程序存储器的差别单片机可以分为那些类型?、单片机的主要特性是什么?它适宜于构成一个通用微机系统还是专用微机系统?为什么?,第二章MCS-51系列单片机的硬件结构,2-1总体概况,Intel 80年51子系列: 8031、8051、87518031芯片:无内部ROM,须外接EPROM8051芯片:内部有4KB工厂掩膜编程的ROM8751芯片:内部有4KB用户可编程的EPROM52子系列: 8032、8052、8752,一、主要功能,8位
10、CPUfosc1.212MHZ片内 RAM 128B(52为256B)ROM 4K(52为8K)片外扩展能力:64KROM,64KRAM(通过P0.P2口扩展)21个特殊功能寄存器(SFR)并行I/O口:48P0、P1、P2、P3 一个全双工串行口(P3口两位兼)定时器/计数器216 T0、T1(52 3个 T2)中断源5个(2外3内), 2个优先级(52 6个中断源) 111条指令,位寻址、位处理能力强 片内单总线结构单一5V电源,二、内部结构框图,CPUROMRAM SFRI/O(PIO SIO C/T.),结构框图,中央处理器CPU:8位,运算和控制功能,内部RAM:共256个RAM单元
11、,用户使用前128个单元,用于存放可读写数据,后128个单元被专用寄存器占用。,内部ROM:4KB掩膜ROM,用于存放程序、原始数据和表格。,定时/计数器:两个16位的定时/计数器,实现定时或计数功能。,并行I/O口:4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。,串行口:一个全双工串行口。,中断控制系统:5个中断源(外部中断2个,定时/计数中断2 个,串行中断1个),时钟电路:可产生时钟脉冲序列,允许晶振频率6MHZ和12MHZ,8052+4K,8052 +128B,三、外部引脚说明,40脚 双列直插式封装,1) 主电源管脚:Vcc:5V 正常运行、编程、校验Vss:电源地,2) 外接晶体引脚:
12、XTAL1:片内反相放大器输入端XTAL2:片内反相放大器输出端,VCC,VSS,XTAL2XTAL1,RST,P0. 0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7,P1. 0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7,P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0,ALE,P3. 0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7,P0口: 双向I/O口 扩展:低8位地址/数据复用总线,P2口: 准双向I/O口 扩展:高8位地址总线,P1口:准双向I/O口 52:P1.0T2计数脉冲输入端P1
13、.1T2外部控制端T2EX,P3口: 准双向I/O口 第二功能: (P41,表 2-1),3) 输入/输出引脚 48 = 32根,4) 控制管脚和某些电源复用管脚,RST/VPD RST复位端(两个机器周期的高电平信号, 大于10ms), VPD: 备用电源输入端(5V0.5V)保护片内 RAM数据。,特点:,1)复用管脚多 2)对外呈三总线, VDD:EPROM外部电源输入端 21V,A15 A8,A7 A0,地址总线,习题与思考题二、8051单片机内包含哪些主要逻辑功能部件?、MCS-51单片机结构上有哪些主要特点?,计算机处理信息的主要部件。,由算术逻辑单元ALU、累加器A、暂存寄存器T
14、R、程序状态字PSW和B寄存器等部件组成。,微处理器(CPU):由运算器、控制器组成。是计算机的核心部件,决定功能特性。,功能:实现数据的算术、逻辑运算,位变量处理,数据传送。算术和逻辑运算,可对半字节(4位)和单字节数据进行操作加、减、乘、除、加1、减1、比较等算术运算与、或、异或、求补、循环等逻辑运算布尔处理器(位处理器),2-2 微处理器,一、运算器,进位,辅助进位,用户标志,选择工作寄存器区,溢出位,奇偶位,8位寄存器,主要反映程序执行过程中的状态。,程序状态字PSW,D7D6D5D4D3D2D1 D0,(1)进位标志位 C(PSW.7),算术运算:最高位产生进位或借位时,C1, 否则
15、 C0。,位操作中: C是位累加器,又称布尔累加器。,(2) 辅助进位标志 AC(PSW.6),在加减运算中,低4位向高4位产生进位或借位时,AC=1;否则AC=0。,(3)软件标志F0(PSW.5),用户自定义状态标志,可软件置位或清零。,(4)工作寄存器区选择位RS1(PSW.4)、RS0(PSW.3),用于选择工作寄存器Rn的区域。,000 区 00 H 07 H,011 区 08 H 0F H,102 区 10 H 17 H,113 区 18 H 1F H,算术运算中,结果溢出OV=1;否则OV=0。最高位、次高位之一有进(借)位时,OV1,否则OV0,(6)奇偶标志 P(PSW.0)
16、,当Acc中有偶数个1时,P=0;当Acc中有奇数个1时,P=1。,B寄存器,在乘、除运算中,存放操作数和运算结果;在其他运算中,可以作为一个中间结果寄存器使用。,(5)溢出标志OV(PSW. 2),控制器是产生操作时序和控制信号来控制计算机各种操作的部件。是计算机的心脏。,它包括:指令寄存器,指令译码器,定时及控制电路,程序计数器PC,程序地址寄存器,数据指针DPTR,堆栈指针SP,时钟复位电路,二、控制器,指令寄存器,指令寄存器用于存放指令代码,CPU执行指令过程:由程序存储器(ROM)中读取指令代码送入指令寄存器,经译码器译码后由定时与控制电路发出相应的控制信号,完成指令功能,程序计数器
17、PC,PC用来存放即将要执行的指令地址,共16位,可对64KROM直接寻址。PC低8位经P0口输出,高8位经P2口输出。,三、震荡器和CPU时序,、震荡器,XTAL1、XTAL2为51系列单片机内部反相放大器的输入端、输出端,可由这两引脚接入参考时钟源(内部方式或外部方式)。,内部方式:,定时电路: 晶体、电容并联谐振 晶体:1.212MHZ 电容:530PF 频率微调,外部方式:(44 表 2-2),对外部震荡信号无特殊要求,但需保证高低电平宽度,一般为小于12MHZ的方波。,2、CPU时序,一条指令可分解为若干基本微操作,这些微操作所对应的脉冲信号在时间上有严格的先后次序,这种次序就是计算
18、机的时序。,震荡周期fosc(XTAL2:振荡器输出的振荡脉冲),时钟周期(状态周期或S周期)= 2fosc周期,分两相:( P1 运算、 P2传送),机器周期 = 6个状态周期,指令周期 = 14个机器周期(MUL.DIV 4周期),ALE = 3个状态周期(可作为单片机时钟输出),例 6MHZ1/6us1/3s2s28s1s,程序存储器(ROM)用来存放程序和始终要保留的数据。,2-3 存储器,数据存储器(RAM)用来存放程序运行中所需要的常数和变量。当然,全局数据也可以放在RAM中。,特点:程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)分开,各有各的寻址系统、控制信号和功能。,从物理空间上看
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