单片机基础2.ppt

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1、第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理 2.1 2.1 概述概述2.2 MCS -512.2 MCS -51单片机硬件结构单片机硬件结构 2.3 2.3 中央处理器中央处理器CPU CPU 2.4 2.4 存储器的结构存储器的结构 2.5 2.5 并行输入并行输入/ /输出接口输出接口2.6 2.6 单片机的引脚及其功能单片机的引脚及其功能2.7 2.7 单片机工作的基本时序单片机工作的基本时序 第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理2.1 2.1 概 述计算机巨大中小微多片机（PC）单片机

2、第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理单片机SCMC(Single Chip MicroComputer) -属于微型机的一种 -具有一般微机的基本组成和功能又称为微控制器MCU（MicroController Unit）一、一、微型机与单片机的基本组成对比微型机CPU存储器输入/输出接口第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理微处理器CPUROMRAMI/O接口外设地址总线AB数据总线DB控制总线CB微型机组成框图第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理时钟OSCCPU各种I/O定时器/计数器程序存储器ROM数据存储器RAM中断M

3、CS-51单片机组成框图第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理 (1)优异的性能价格比。二、单片机的特点二、单片机的特点 单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合于在恶劣环境下工作。 此外，程序多采取固化形式也可以提高可靠性。 (2)集成度高、体积小、有很高的可靠性。 第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理 为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功

4、能及运行速度均高于同一档次的微机。(3)控制功能强。(4)单片机的系统扩展、系统配置较典型、规 范，容易构成各种规模的应用系统。第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理三、单片机的应用1 1单片机应用的特点单片机应用的特点 软硬件结合、多学科交叉；软硬件结合、多学科交叉； 应用现场环境恶劣（应用现场环境恶劣（电磁干扰、电源波动、电磁干扰、电源波动、 冲击振动、高低温湿度等）；冲击振动、高低温湿度等）； 应用领域广泛且意义重大（应用领域广泛且意义重大（硬件软化硬件软化- -微控微控 制技术）。制技术）。第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理2 2 单片机

5、的应用领域单片机的应用领域在在在工业自动化方面（在工业自动化方面（过程控制、数据采集和测控过程控制、数据采集和测控 技术、机器人技术、机械电子计算机一体化技术技术、机器人技术、机械电子计算机一体化技术）；）；仪器仪表方面（仪器仪表方面（测试仪表和医疗仪器测试仪表和医疗仪器- -数字化、智能数字化、智能 化、高精度、小体积、低成本、便于增加显示报警和自诊化、高精度、小体积、低成本、便于增加显示报警和自诊断功能断功能）；）；在家用电器方面（在家用电器方面（冰箱、洗衣机、空调机、微波炉、冰箱、洗衣机、空调机、微波炉、电视机、音像设备等电视机、音像设备等）；）；信息和通信产品方面（信息和通信产品方面（

6、计算机的键盘、打印机、磁计算机的键盘、打印机、磁 盘驱动器；传真机、复印机、电话机、考勤机盘驱动器；传真机、复印机、电话机、考勤机）；）；在军事方面（在军事方面（飞机、大炮、坦克、军舰、导弹、火箭、飞机、大炮、坦克、军舰、导弹、火箭、雷达等雷达等）。）。第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理2.2 MCS - 512.2 MCS - 51单片机硬件结构单片机硬件结构 2.2.1 MCS - 512.2.1 MCS - 51系列单片机的分类系列单片机的分类 表表 2.1 MCS - 51 2.1 MCS - 51 系列单片机配置一览表系列单片机配置一览表 资源资源 配置配置

7、子子 系列系列 片内片内ROM形式形式 片片 内内 ROM 容容 量量 片片 内内 RAM 容容 量量定时定时/计计数器数器中中断断源源 无无ROMEPROME2PROM51子系列子系列80318051875189514KB128B 216552子系列子系列80328052875289528KB256B 3166其中其中,51,51系列为基本型，系列为基本型，5252系列为增强型；系列为增强型；第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理 INTEL公司将MCS-51的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不

8、同的需求，其中AT89C51和AT89S51就是前几年在我国非常流行的单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产的。2.2.2 AT89系列单片机带字母带字母C C的为低功耗型，如的为低功耗型，如AT89C51 AT89C51 ；带字母带字母S S的为可串行编程系列，如的为可串行编程系列，如AT89S52AT89S52；第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理单片机实物图单片机实物图单片机芯片单片机芯片AT89C51AT89S51AT89S52AT89C2051第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理 INTEL公司将MCS-51的核心技术授权给了很多其它

9、公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中STC89C51RC和STC89C52RC就是这几年在我国非常流行的单片机，它是由宏晶科技公司开发生产的。STC系列单片机第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理 MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器。 TI公司从2008年开始赞助各省电子设计大赛，MSP430单片机也逐渐在我国打开了市场。 MSP430单片机第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理 瑞萨单片机是

10、日本瑞萨公司开发的一款单片机，瑞萨公司从2011年开始赞助全国电子设计大赛，有单片机基础的很容易上手，近几年已经被我国用户逐渐熟悉。 瑞萨单片机第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理 STM32是ST（意法半导体 STMicroelectronics）公司推出的基于ARM-Cortex-M3内核的32位单片机，由于开发了很多应用于设计和比赛的源程序，故近几年电子设计大赛 中被广泛使用。 STM32单片机第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理2.2.3 MCS - 51单片机的内部结构单片机的内部结构 图图 2.1 MCS - 51单片机结构框图单片机

11、结构框图 时钟电路SFR和RAM ROMCPU定时/计数器并行端口中断系统串行端口系 统 总 线时钟源T0 T1P0 P1 P2 P3TXD RXD INT0 INT1第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理2.3 中央处理器中央处理器CPU 2.3.1 运算器运算器 1. 算术逻辑单元算术逻辑单元ALU2. 累加器累加器ACC（Accumulator）累加器）累加器A是在编程操作中最常用的是在编程操作中最常用的专用寄存器，功能较多，可按位寻址。专用寄存器，功能较多，可按位寻址。 3. 寄存器寄存器B:即可作为一般寄存器使用，也可用于乘除运算。做乘即可作为一般寄存器使用，也

12、可用于乘除运算。做乘法运算时，法运算时，B是乘数。乘法操作后，乘积的高是乘数。乘法操作后，乘积的高8位存于位存于B中。做除中。做除法运算时，法运算时，B存放除数。除法操作后，余数存放在存放除数。除法操作后，余数存放在B中。中。 4. 程序状态字程序状态字PSW（Program State Word） CyACF0RS1RS0OVPD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0PSW第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理表表 2.2 RS1、 RS0与片内工作寄存器组的对应关系与片内工作寄存器组的对应关系 RS1R

13、S1RS0RS0寄存器组寄存器组片内片内PAMPAM地址地址通用寄存器名通用寄存器名称称0 00 00 0组组00H00H07H07HR0R0R7R70 01 11 1组组08H08H0FH0FHR0R0R7R71 10 02 2组组10H10H17H17HR0R0R7R71 11 13 3组组18H18H1FH1FHR0R0R7R7单片机复位时，单片机复位时，RS1=RS2=0，默认为第，默认为第0组组 第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理2.3.2 控制器控制器1. 时钟电路时钟电路 图图 2.2 单片机时钟电路单片机时钟电路（a） 内部时钟电路；内部时钟电路； （

14、b） 外部振荡源外部振荡源一般地，取一般地，取C1=C2=30pF, 晶振为晶振为6MHz或或12MHz第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理2. 复位电路复位电路 图图 2.3 单片机复位电路单片机复位电路（a）上电复位电路；）上电复位电路；(b) 开关复位电路开关复位电路取取C1=22uF电解电容，电解电容，R=1K, R1=100 R2=1K第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理表表 2.3 复位后内部寄存器状态复位后内部寄存器状态 第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理 3. 指令寄存器和指令译码器指令寄存器和指令译码器

15、 指令寄存器中存放指令代码。指令寄存器中存放指令代码。CPU执行执行指令时指令时, 由程序存储器中读取的指令代码送由程序存储器中读取的指令代码送入指令存储器入指令存储器, 经译码器译码后由定时与控经译码器译码后由定时与控制电路发出相应的控制信号制电路发出相应的控制信号, 完成指令所指完成指令所指定的操作。定的操作。 第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理 4. 程序计数器程序计数器PC（Program Counter） PC用于存放用于存放CPU下一条要执行的指令地址下一条要执行的指令地址, 是一个是一个 16 位的专用寄存器位的专用寄存器, 可寻址范围是可寻址范围是00

16、00H0FFFFH共共 64 K.。 程序中的每条指令存放在程序中的每条指令存放在ROM区的某一单元区的某一单元, 并都有自己并都有自己的存放地址。的存放地址。 CPU 要执行哪条指令时要执行哪条指令时, 就把该条指令所在就把该条指令所在的单元的地址送上地址总线。的单元的地址送上地址总线。 在顺序执行程序中在顺序执行程序中, 当当PC的的内容被送到地址总线后内容被送到地址总线后, 会自动加会自动加 1, 即即(PC) (PC)+1, 又又指向指向CPU 下一条要执行的指令地址。下一条要执行的指令地址。 在在51单片机中，系统复位时单片机中，系统复位时PC=0000H，故程序的第，故程序的第一条指令必须放在一条指令必须放在0000H单元中。单元中。 第第2 2章章 单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理 5. 堆栈指针堆栈指针SP（Stack Pointer） 堆栈操作是在内存堆栈操作是在内存RAM区专门开辟出来的按照区专门开辟出来的按照“先进先进后出后出”原则进行数据存取的一种工作方式原则进行数据存取的一种工作方式, 主要用于子程序主要用于子程序调用及返回和中断处理断点的保护及返