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1、单片机硬件结构第1页，本讲稿共38页3 31 1 单片机概述单片机概述一、定义：一、定义：采用一定的采用一定的工艺手段工艺手段将将CPUCPU、存储器、存储器、I/OI/O口集成口集成在一个芯片上。在一个芯片上。二、特点：二、特点：抗干扰性强，工作温度范围宽抗干扰性强，工作温度范围宽 ；可靠性高；可靠性高；控制功能很强，数值计算能力较差；控制功能很强，数值计算能力较差；指令系统比通用微机系统简单；指令系统比通用微机系统简单；更新换代速度比通用微机处理器慢多。更新换代速度比通用微机处理器慢多。第2页，本讲稿共38页三、应用：三、应用：智能仪表中的应用智能仪表中的应用 机电一体化中的应用机电一体化
2、中的应用 实时控制中的应用实时控制中的应用 军工领域的应用军工领域的应用 分布式多机系统中的应用分布式多机系统中的应用 民用电子产品中的应用民用电子产品中的应用 第3页，本讲稿共38页四、四、发展趁势发展趁势 CPUCPU的改进的改进 存储器的发展存储器的发展 片内片内I/OI/O的改进的改进 外围电路内装化外围电路内装化 低功耗与工作电压范围加宽低功耗与工作电压范围加宽 低噪声与高可靠性技术低噪声与高可靠性技术 ISPISP及及IAP IAP 第4页，本讲稿共38页二、常用的单片机产品二、常用的单片机产品 MCSMCS单片机单片机 AVRAVR单片机单片机 PICPIC单片机单片机 MSPM
3、SP单片机单片机 ARMARM处理器处理器 DSPDSP处理器处理器 第5页，本讲稿共38页三、单片机应用系统三、单片机应用系统第6页，本讲稿共38页第7页，本讲稿共38页四、单片机应用系统开发概述四、单片机应用系统开发概述 开发环境的软硬件构成开发环境的软硬件构成 第8页，本讲稿共38页有关的软件平台：有关的软件平台：PROTELPROTEL：PROTEUSPROTEUS：WAVEWAVE：KEIL C51 KEIL C51：第9页，本讲稿共38页单片机的在线编程单片机的在线编程ISP-ISP-在线系统编程在线系统编程IAP-IAP-在线应用编程在线应用编程第10页，本讲稿共38页3.2 3
4、.2 总体结构总体结构包括四个问题：包括四个问题：一、内部结构一、内部结构二、外部引脚二、外部引脚三、总线图三、总线图四、微处理器四、微处理器第11页，本讲稿共38页讲到单片机都有个系列问题讲到单片机都有个系列问题MCS-51MCS-51：基本型基本型 5151子系列子系列(803180518751)(803180518751)增强型增强型 5252子系列子系列(803280528752)(803280528752)特殊型特殊型 所有的基础都是所有的基础都是基本型。基本型。第12页，本讲稿共38页一、内部结构一、内部结构8 8位的位的CPUCPU；128128个字节的片内个字节的片内RAMRA
5、M；4K4K字节的片内字节的片内ROMROM程序存储器程序存储器(8031(8031无无)外部的外部的RAMRAM和和ROMROM的寻址范围为的寻址范围为64K64K2121个字节的专用寄存器个字节的专用寄存器4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O口口 1 1个全双工的串行口个全双工的串行口2 2个个1616位的定时器位的定时器/计数器计数器5 5个中断源、个中断源、2 2个中断优先级个中断优先级111111条指令。条指令。第13页，本讲稿共38页内部结构框图：内部结构框图：第14页，本讲稿共38页二、外部引脚及说明二、外部引脚及说明P3P3口第二功能：口第二功能：第15页，本讲稿共38页
6、三、总线图三、总线图第16页，本讲稿共38页四、四、CPUCPU CPUCPU又称为微处理器，是单片机内部又称为微处理器，是单片机内部的核心部件，它决定了单片机的重要功的核心部件，它决定了单片机的重要功能特性。它由能特性。它由运算器运算器和和控制器控制器两大部分两大部分组成。组成。对对CPUCPU的使用就是对的使用就是对CPUCPU中的寄存器中的寄存器的使用。的使用。第17页，本讲稿共38页有关的寄存器有关的寄存器累加器累加器ACCACC寄存器寄存器B B程序状态字程序状态字PSWPSW布尔处理器布尔处理器C C程序计数器程序计数器PCPC数据指针数据指针DPTRDPTR堆栈指针堆栈指针SPS
7、P第18页，本讲稿共38页3.3 3.3 存储器结构存储器结构从物理结构上可分为从物理结构上可分为2 2部分：部分：一、程序存储器一、程序存储器 1 1、编址与访问、编址与访问 2 2、程序的、程序的7 7个特殊入口地址个特殊入口地址 二、数据存储器二、数据存储器 1 1、编址与访问、编址与访问 2 2、片内数据存储器、片内数据存储器 3 3、特殊功能寄存器块、特殊功能寄存器块 第19页，本讲稿共38页一、程序存储器一、程序存储器 程序存储器通常存放程序指令、常数及程序存储器通常存放程序指令、常数及表格等，系统在运行过程中不能修改其表格等，系统在运行过程中不能修改其中的数据中的数据 。第20页
8、，本讲稿共38页1 1编址与访问编址与访问第21页，本讲稿共38页2 2程序的几个特殊地址程序的几个特殊地址:第22页，本讲稿共38页 复位复位 0000H0000H 外部中断外部中断0 0003H0 0003H 定时器定时器/计数器计数器0 0溢出溢出 000BH000BH 外部中断外部中断1 0013H1 0013H 定时器定时器/计数器计数器1 1溢出溢出 001BH001BH 串行口中断串行口中断 0023H0023H （定时器定时器/计数器计数器2 2溢出溢出 002BH002BH）第23页，本讲稿共38页二、数据存储器二、数据存储器 数据存储器则存放缓冲数据，系统在运数据存储器则存
9、放缓冲数据，系统在运行过程中可修改其中的数据。行过程中可修改其中的数据。包括包括:1 1、编址与访问、编址与访问 2 2、片内数据存储器、片内数据存储器 3 3、特殊功能寄存器块、特殊功能寄存器块第24页，本讲稿共38页1 1编址与访问编址与访问第25页，本讲稿共38页2 2、片内数据存储器、片内数据存储器第26页，本讲稿共38页 00H00H1FH1FH 20H 20H2FH2FH 30H 30H7FH7FH堆栈：堆栈：片内片内RAMRAM、初始化时、初始化时SP=07HSP=07H 向上生长的向上生长的 一般程序的开始：一般程序的开始：MOV SPMOV SP，#60H#60H第27页，本
10、讲稿共38页3 3、特殊功能寄存器块、特殊功能寄存器块特殊功能寄存器又称为专用寄存器特殊功能寄存器又称为专用寄存器专用于控制、管理片内算术逻辑部件、并行专用于控制、管理片内算术逻辑部件、并行I/OI/O口、口、串行串行I/OI/O口、定时器口、定时器/计数器、中断系统等功能模块计数器、中断系统等功能模块的工作。的工作。P70P70表表3-5 3-63-5 3-6第28页，本讲稿共38页3.4 3.4 并行的并行的I/OI/O口口一、一、P1P1口口二、二、P3P3口口三、三、P0P0口口四、四、P2P2口口第29页，本讲稿共38页1 1、P1P1口：口：第30页，本讲稿共38页2 2、P3P3
11、口：口：第31页，本讲稿共38页3 3、P0P0口：口：第32页，本讲稿共38页4 4、P2P2口：口：第33页，本讲稿共38页3.5 3.5 辅助电路及时序辅助电路及时序一、时钟电路一、时钟电路二、复位电路二、复位电路三、时序三、时序第34页，本讲稿共38页一、时钟电路一、时钟电路第35页，本讲稿共38页二、复位电路二、复位电路第36页，本讲稿共38页三、时序三、时序（1 1）振荡周期）振荡周期（2 2）状态周期）状态周期 （3 3）机器周期）机器周期（4 4）指令周期）指令周期外部晶振的外部晶振的2 2分频是分频是MCS-51MCS-51单片机的内单片机的内部部时钟周期时钟周期，6 6个时
12、钟周期个时钟周期构成了单片构成了单片机的机的1 1个机器周期个机器周期 。第37页，本讲稿共38页本章小结：本章小结：本章从应用的角度讨论本章从应用的角度讨论MCS-51MCS-51单片机的单片机的硬件基本结构，主要包括以下几个问题：硬件基本结构，主要包括以下几个问题：（1 1）内部主要功能部件：并行口、中）内部主要功能部件：并行口、中断、定时器断、定时器/计数器、串行口计数器、串行口（2 2）外部引脚：三总线）外部引脚：三总线（3 3）CPUCPU：主要掌握中的寄存器。：主要掌握中的寄存器。（4 4）存储器：片内与片外）存储器：片内与片外（5 5）外围电路及时序：时钟、复位）外围电路及时序：时钟、复位第38页，本讲稿共38页