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1、单片机应用系统设计Single-chip Computer Application System Design,机电学院,前言,课程的内容通过一种通用型号的单片机，学习其硬件和软件，掌握单片机测控系统设计的方法,课程的性质专业选修课，课程基础,与微型计算机原理课程的关系一个是以计算机原理为主一个是以计算机测控系统设计为主,3,4,5,6,单片机应用系统设计教学课件,单片机及其应用系统概述,发展背景高档微机和单片机两个方向,单片机应用系统设计教学课件,发展背景单片机应用系统遍布各领域,单片机应用系统设计教学课件,单片机及其应用系统概述,发展背景单片机的发展方向,单片机及其应用系统概述,发展背景通
2、用单片机的发展过程,我们国家从80年代末引进MCS-51系列单片机，以不变应万变，扩展不同的I/ O 以适应不同应用。取得了巨大的成功。未来发展方向通用单片机，专用单片机（DSP,PWM,USB），嵌入式系统，ARM,单片机知识的学习方法,举一反三学习一种典型通用的单片机系列，掌握好其硬件和软件的知识，对于其他类型的单片机，可以用类比的方法来学习。,理论和实践相结合授课（22）和实验（10）讲授和自学,2-3 并行I / O端口,2-4 CPU时序,第二章 MCS-51单片机芯片的硬件结构,2-2 单片机存储器配置,内容提要:,2-1 MCS-51单片机内部结构及引脚,2-5 MCS-51工作
3、方式,MCS-51系列单片机配置一览表,单片机的引脚定义,从一片集成电路的角度去认识单片机,认识单片机的引脚,MCS-51单片机40脚Vcc, GND 2XTAL1, XTAL2 2RESET 1EA/Vpp 1ALE/PROG 1PSEN 1,P0.0P0.7 8 P1.0P1.7 8 P2.0P2.7 8 P3.0P3.7 8,单片机的引脚（电源端）,Vcc, 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（晶振端）,XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入/输出端,1545pfx2,112MH
4、z（MCS-51） 024MHz（Atmel-89C）,XTAL1,XTAL2,也可以由 XTAL1端接入外部时钟，此时应将 XTAL2接地：,XTAL2,XTAL1,外部时钟,通常外接一个晶振两个电容,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： 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，从头开始。,单片机的引脚（复位端）,RESET: 复位端（高电平有效，高电平持续时间2个机器周期）,单片机的引脚（
5、复位端）,单片机的引脚（EA端）,EA/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。,单片机的引脚（PSEN端）,PSEN：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,锁存器74LS373,P0.0-P0.7,ALE,PSEN,P2.0-P2.4,8D,8Q,OE,A8-A12,A0-A7,D0-D7,G,EA,OE,CE,EPROM,单片机的引脚（PSEN端）,PSEN：寻址外部程序存储器时选通外部EPROM的 读控制端（OE）低有效。,P3口第二功能表
6、（P.26 表23）,各寄存器的名称：1、算术运算寄存器（1）A累加器。（2）BB寄存器，乘、除法运算用。（3）PSW程序状态字寄存器：包含程序运行状态、信息。,27,单片机存储器配置（片外RAM/ROM）,可寻址片外RAM 64K字节 （0000HFFFFH）；可寻址片外ROM 64K字节 （0000HFFFFH）；片内 掩膜 ROM 4K字节 （0000H0FFFH）；,FFFFH,0000H,可寻址片外RAM,64K字节,FFFFH,0000H,可寻址片外ROM,64K字节,0FFFH,0000H,可寻址片内 掩膜 ROM,4K字节,8051,7FH,00H,片内 RAM,128字节,F
7、FH,80H,单片机的程序存储器特殊单元,中断矢量： MCS-51单片机的 5 个中断源分别对应有各自的中断服务程序入口地址中断矢量,000BH,000BH-0012H,定时/计数器0(T0),002BH,002BH-0032H,定时/计数器2(T2),0023H,0023H-002AH,串行口接收/发送,001BH,001BH-0022H,定时/计数器1(T1),0013H,0013H-001AH,外部中断1( INT1),0003H,0003H-000AH,外部中断0( INT0),中断矢量,中断地址区,中 断 源,系统启动单元：系统复位（PC）0000H占用地址区0000H-0003H,
8、存储器配置（片内RAM）,片内RAM 128字节（00H7FH）,00H,20H,2FH,7FH,1FH,30H,80H,FFH,52子系列才有的RAM区,普通RAM区,位寻址区,工作寄存器区,SFR分布在80H-FFH其中92个位可位寻址,80H,FFH,所有的RAM区(包括位寻址区、工作寄存器区）都可以用于存放数据，故也称为数据缓存寄存器,8051 128字节,片内RAM前32个单元是工作寄存器区 (00H1FH),00H,20H,2FH,7FH,1FH,30H,80H,FFH,52子系列才有的RAM区,普通RAM区,位寻址区,工作寄存器区,存储器配置（片内RAM）,00H,20H,2FH
9、,7FH,1FH,30H,80H,FFH,52子系列才有的RAM区,普通RAM区,位寻址区,工作寄存器区,R0,R2,R1,R3,R4,R5,R6,R7,07H,02H,01H,00H,06H,04H,05H,03H,08H,1FH,工作寄存器区3,工作寄存器区2,工作寄存器区1,工作寄存器区0,0FH,10H,17H,18H,片内RAM前32个单元是工作寄存器区 (00H1FH),存储器配置（片内RAM）,00H,20H,2FH,7FH,1FH,30H,80H,FFH,52子系列才有的RAM区,普通RAM区,位寻址区,工作寄存器区,片内RAM中有128个可按位寻址的位。 位地址:00H7FH
10、 分布在:20H2FH单元,存储器配置（片内RAM）,00H,20H,2FH,7FH,1FH,30H,80H,FFH,52子系列才有的RAM区,普通RAM区,位寻址区,工作寄存器区,27H,22H,21H,20H,26H,24H,25H,23H,28H,2FH,单元地址,07 06 05 04 03 02 01 00,0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08,17 16 15 14 13 12 11 10,1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18,27 26 25 24 23 22 21 20,2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28,37 36 35 34 33 32 31
11、 30,3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38,47 46 45 44 43 42 41 40,7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78,位地址,总共128个可按位寻址的位,片内RAM中有128个可按位寻址的位。 位地址:00H7FH 分布在:20H2FH单元,存储器配置（片内RAM）,存储器配置（片内RAM）,片内RAM 128字节（00H7FH）,00H,20H,2FH,7FH,1FH,30H,80H,FFH,52子系列才有的RAM区,普通RAM区,位寻址区,工作寄存器区,SFR分布在80H-FFH其中92个位可位寻址,80H,FFH,所有的RAM区(包括位寻址区、工作寄存器
12、区）都可以用于存放数据，故也称为数据缓存寄存器,128字节,小结,37,单片机的I/O引脚结构,众多功能各异的I/O引脚源于它结构的不同,单片机的引脚（P0口）,P0.0P0.7: 双向I/O （内置场效应管上拉） 寻址外部程序存储器时分时作为双向8位数据口和输出低8位地址复用口；不接外部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使用。,2,1,D,Q,CK,/Q,读引脚,读锁存器,写锁存器,内部总线,地址/数据,控制,引脚P0.X,3,4,Vcc,2,1,D,Q,CK,/Q,读引脚 =1,读锁存器,写锁存器,内部总线,地址/数据,控制,引脚P0.X,3,4,控制=0 时，此脚作输入口（事先必须对它
13、写“1”）,0,0,1,0,0,截止,截止,=0,Vcc,单片机的引脚（P0口）,P0.0P0.7: 双向I/O （内置场效应管上拉） 寻址外部程序存储器时分时作为双向8位数据口和输出低8位地址复用口；不接外部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使用。,2,1,D,Q,CK,/Q,读引脚 =0,读锁存器,写锁存器,内部总线,地址/数据,控制=1,引脚P0.X,3,4,控制=1时，此脚作地址/数据复用口：（1）输出地址/数据 =0 时,1,0,1,1,=0,导通,截止,=0,Vcc,单片机的引脚（P0口）,P0.0P0.7: 双向I/O （内置场效应管上拉） 寻址外部程序存储器时分时作为双向8位
14、数据口和输出低8位地址复用口；不接外部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使用。,2,1,D,Q,CK,/Q,读引脚 =0,读锁存器,写锁存器,内部总线,地址/数据,控制=1,引脚P0.X,3,4,控制=1时，此脚作地址/数据复用口：（2）输出地址/数据 =1 时,1,1,0,0,=1,截止,导通,=1,Vcc,单片机的引脚（P0口）,P0.0P0.7: 双向I/O （内置场效应管上拉） 寻址外部程序存储器时分时作为双向8位数据口和输出低8位地址复用口；不接外部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使用。,44,2,1,D,Q,CK,/Q,读引脚 =1,读锁存器,写锁存器,内部总线,地址/数据,
15、控制=1,引脚P0.X,3,4,控制=1时，此脚作地址/数据复用口： （3）输入数据时，输入指令将使引脚与内部总线直通,Vcc,单片机的引脚（P0口）,P0.0P0.7: 双向I/O （内置场效应管上拉） 寻址外部程序存储器时分时作为双向8位数据口和输出低8位地址复用口；不接外部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使用。,单片机的引脚（P1口）,P1.0P1.7: 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”。,2,1,D,Q,CK,/Q,读引脚,读锁存器,写锁存器,内部总线,Vcc,引脚P1.X,内部上拉电阻,2,1,D,Q,CK,/Q,读引脚,读锁存
16、器,写锁存器,内部总线,Vcc,引脚P1.X,内部上拉电阻,输出数据 = 1 时,1,1,0,截止,=1,单片机的引脚（P1口）,P1.0P1.7: 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”。,2,1,D,Q,CK,/Q,读引脚,读锁存器,写锁存器,内部总线,Vcc,引脚P1.X,内部上拉电阻,输出数据 = 0 时,0,0,1,=0,导通,单片机的引脚（P1口）,P1.0P1.7: 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”。,2,1,D,Q,CK,/Q,读引脚 =1,读锁存器,写锁存器,内部总线,Vcc,引
17、脚P1.X,内部上拉电阻,输入数据时，要先对其写“1”,1,1,0,截止,单片机的引脚（P1口）,P1.0P1.7: 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（P2口）,P2.0P2.7: 双向I/O （内置了上拉电阻） 寻址外部程序存储器时输出高8位地址；不接外部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使用。,2,1,D,Q,CK,/Q,读引脚,读锁存器,写锁存器,内部总线,地址高8位,控制,引脚 P2.X,3,内部上拉电阻,Vcc,2,1,D,Q,CK,/Q,读引脚 =0,读锁存器,写锁存器,内部总线,地址高8位,控制,引脚P2.X,
18、控制=0时，此脚作通用输出口： 输出=1时,1,1,0,截止,3,内部上拉电阻,1,1,Vcc,=1,=0,单片机的引脚（P2口）,P2.0P2.7: 双向I/O （内置了上拉电阻） 寻址外部程序存储器时输出高8位地址；不接外部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使用。,2,1,D,Q,CK,/Q,读引脚 =0,读锁存器,写锁存器,内部总线,地址高8位,控制,引脚P2.X,控制=0时，此脚作通用输出口：输出=0时,0,0,1,导通,3,内部上拉电阻,0,0,Vcc,=0,=0,单片机的引脚（P2口）,P2.0P2.7: 双向I/O （内置了上拉电阻） 寻址外部程序存储器时输出高8位地址；不接外
19、部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使用。,2,1,D,Q,CK,/Q,读引脚 =0,读锁存器,写锁存器,内部总线,地址高8位,控制=1,引脚P2.X,控制=1 时，此脚作高8位地址A8A15输出口：当输出 =1 时,1,0,截止,3,内部上拉电阻,1,=1,Vcc,=1,单片机的引脚（P2口）,P2.0P2.7: 双向I/O （内置了上拉电阻） 寻址外部程序存储器时输出高8位地址；不接外部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使用。,2,1,D,Q,CK,/Q,读引脚 =0,读锁存器,写锁存器,内部总线,地址高8位,控制=1,引脚P2.X,0,1,导通,3,内部上拉电阻,0,=0,Vcc,=
20、0,控制=1 时，此脚作高8位地址A8A15输出口：当输出 =0 时,单片机的引脚（P2口）,P2.0P2.7: 双向I/O （内置了上拉电阻） 寻址外部程序存储器时输出高8位地址；不接外部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使用。,单片机的引脚（P3口）,P3.0P3.7: 双功能口（内置了上拉电阻） 它具有特定的第二功能。在不使用它的第二功能时它就是普通的通用准双向I/O口。,2,1,D,Q,CK,/Q,读引脚,读锁存器,写锁存器,内部总线,第二功能输出,引脚 P3.X,3,内部上拉电阻,Vcc,第二功能输入,4,2,1,D,Q,CK,/Q,读引脚,读锁存器,写锁存器,内部总线,第二功能输
21、出（WR，RD，TxD）,引脚 P3.X,3,内部上拉电阻,Vcc,4,第二功能输出时，内部自动 D=1,1,1,1,反相器,单片机的引脚（P3口）,P3.0P3.7: 双功能口（内置了上拉电阻） 它具有特定的第二功能。在不使用它的第二功能时它就是普通的通用准双向I/O口。,2,1,D,Q,CK,/Q,读引脚,读锁存器,写锁存器,内部总线,此端自动1,引脚 P3.X,3,内部上拉电阻,Vcc,第二功能输入（RxD，T0，T1，INT0，INT1）,4,第二功能输入时，信号经缓冲器4 直接进入内总线,1,1,1,0,截止,单片机的引脚（P3口）,P3.0P3.7: 双功能口（内置了上拉电阻） 它
22、具有特定的第二功能。在不使用它的第二功能时它就是普通的通用准双向I/O口。,P3口第二功能表（P.26 表23）,51单片机的8个特殊引脚,Vcc, GND: 电源端XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入、输出端RESET: 复位端 正脉冲有效（宽度8 mS）EA/Vpp: 寻址外部ROM控制端。低有效 片内有ROM时应当接高电平。ALE/PROG: 地址锁存允许控制端。PSEN：选通外部ROM的读(OE)控制端。 低有效,小结,51单片机的4个8位的I/O口,P0.0P0.7:8位数据口和输出低8位地址复用口 (复用时是双向口；不复用时也是准双向口)P1.0P1.7: 通用I/O口（准双向口）,P2.0P2.7: 输出高8位地址（用于寻址时是输出口；不寻址时是准双向口）P3.0P3.7: 具有特定的第二功能（准双向口）,注意：在不外扩ROM/RAM时，P0P3均可作通用I/O口使用，而且都是准双向I/O口！,小结,时钟的基本概念 启动单片机后，指令执行顺序：,取指令,分析,执行,2-4 CPU时序,THE END !,
