,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,智能系统设计与项目实践,项目教学课件,*,自动化教研室 王曙霞,任务一,AT89C51,单片机最小系统,任务一,AT89C51,单片机最小系统,一、什么是单片机,1,、微型计算机硬件结构,常见的微机外形,立式微机,便携式微机,多板机（系统机）工业,PC,机 也属于多板机。,任务一,AT89C51,单片机最小系统,单板机,单片机,:,集成了,CPU,、存储器、,I/O,接口电路的单芯片微型计算机,。,1971,年,1,月，,INTEL,公司的特德,霍夫在与日本商业通讯公司合作研制台式计算器时，将原始方案的十几个芯片压缩成三个集成电路芯片。其中的两个芯片分别用于存储程序和数据，另一芯片集成了运算器和控制器及一些寄存器，称为微处理器（即,Intel 4004,）。,4004,微处理器,任务一,AT89C51,单片机最小系统,1980,年，,Intel,公司推出了,MCS-51,系列单片机：,8,位,CPU,、,4K,字节,ROM,、,128,字节,RAM,、,4,个,8,位并口、,1,个全双工串行口、,2,个,16,位定时,/,计数器。寻址范围,64K,，并有控制功能较强的布尔处理器。,80C51,系列产品繁多，主流地位已形成，已推出的与,80C51,兼容的主要产品有：,ATMEL,公司融入,Flash,存储器技术的,AT89,系列,Philips,公司的,80C51,、,80C552,系列,华邦公司的,W78C51,、,W77C51,高速低价系列,ADI,公司的,ADC8xx,高精度,ADC,系列,LG,公司的,GMS90/97,低压高速系列,Maxim,公司的,DS89C420,高速（,50MIPS,）系列,Cygnal,公司的,C8051F,系列高速,SOC,单片机,任务一,AT89C51,单片机最小系统,非,80C51,结构单片机新品不断推出，给用户提供了更为广泛的选择空间，近年来推出的非,80C51,系列的主要产品有：,Intel,的,MCS-96,系列,16,位单片机,Microchip,的,PIC,系列,RISC,单片机,TI,的,MSP430F,系列,16,位低功耗单片机。,任务一,AT89C51,单片机最小系统,运 算 器,控 制 器,CPU,存 储 器,输,入,接,口,电路,输,入,设,备,输,出,设,备,输,出,接,口,电路,硬件系统,软,件,系,统,+,2,、微型计算机系统,任务一,AT89C51,单片机最小系统,3,、单片微型计算机,CPU,输,入,设,备,输,出,设,备,软,件,系,统,+,微型计算机系统,硬件系统,任务一,AT89C51,单片机最小系统,3,、单片机应用系统,单片机,接口电路及外设等,软件,硬件,单片机应用系统由,硬件,和,软件,组成,硬件是,应用系统的基础,软件是在硬件的基础上,对其资源进行合理调配和使用,，,从而完成应用系统所要求的任务，二者相互依赖，缺一不可,任务一,AT89C51,单片机最小系统,二,AT89C51,的基本结构,1,、单片机内部结构,任务一,AT89C51,单片机最小系统,2,、单片机应用模式,总线型应用的“三总线”模式 非总线型应用的“多,I/O”,模式,任务一,AT89C51,单片机最小系统,3,、,89C51,的引脚,总线型,非总线型,任务一,AT89C51,单片机最小系统,三,单片机最小系统,任务一,AT89C51,单片机最小系统,硬件电路板,任务一,AT89C51,单片机最小系统,认识单片机的引脚,MCS-51,单片机,40,脚,Vcc,GND,2,XTAL1,XTAL2,2,RESET,1,EA,/,Vpp,1,ALE,/PROG,1,PSEN,1,P0.0,P0.7,8,P1.0,P1.7,8,P2.0,P2.7,8,P3.0,P3.7,8,任务一,AT89C51,单片机最小系统,1,、振荡器和时钟电路,MCS-51,片内有一个高增益反相放大器，其输入（,XTAL1,）和输出（,XTAL2,）用于外接石英晶体和微调电容，构成振荡器，如图所示。电容,C2,和,C3,对频率有微调作用，电容容量的,选择范围一般为,30pF,士,10pF,。振荡频率的选择范围为,1.2,12MHz,。,在使用外部时钟时，,XTAL2,用来输入外时钟信号，而,XTAL1,则接地。,任务一,AT89C51,单片机最小系统,2,、单片机内部的时间单位,MCS-51,完成一个基本操作叫机器周期，,其一个机器周期包含,12,个时钟周期，分为,6,个状态：,S1,S6.,每个状态又分为两拍：,P1,和,P2,。,因此，一个机器周期中的,12,个时钟周期表示为,SIP1,，,SIP2,，,S6P2,。每个时钟单片机完成一拍操作，当用,6MHZ,晶体时一个机器周期为,2S,任务一,AT89C51,单片机最小系统,振荡周期,=,振荡频率（石英晶体频率,fosc,）的倒数机器周期,机器周期是单片机应用中衡量时间长短的最主要的单位,1,机器周期,=12 1/,fosc,指令周期,执行一条指令所需要的时间，单位：机器周期,任务一,AT89C51,单片机最小系统,3,、单片机复位,为了保证,CPU,在需要时从已知的起点和状态开始工作，安排了复位功能。当复位引脚,RST/VPD,出现两个机器周期高电平时，单片机复位,任务一,AT89C51,单片机最小系统,复位后，,SP,寄存器为,07H,；其它寄存器全部清,0,；不影响,RAM,状态。,PC,0000H,ACC,00H,B,00H,PSW,00H,SP,07H,DPTR,0000H,P0,P3,FFH,IP,XXX00000B,IE,0XX00000B,TMOD,00H,TCON,00H,THO,00H,TLO,00H,TH1,00H,TL1,00H,SCON,00H,SBUF,不确定,PCON,0XXXXXXXB(HMOS)0XXX0000B(CHMOS),复位不影响内部,RAM,中的数据。复位后，,PC=0000,指向程序存储器,0000H,地址单元，使,CPU,从首地址,0000H,单元开始重新执行程序。所以单片机系统,在运行出错或进入死循环时，可按复位健重新启动。,RST/,Vpp,端的外部复位电路有两种工作方式：上电自动复位和按健手动复位。如图所示。上电复位是利用,RC,充电来实现的。利用,RC,微分电路产生正脉冲。参数选取应保证复位高电平持续时间大于两个机器周期（图中参数适合,6MHz,晶振）。开关,S1,为手动复位，按下,S1,时合上开关，,RST,得到高电平，松手后,CPU,完成复位，并从,0000H,开始执行程序。,任务一,AT89C51,单片机最小系统,4,、,电源线,AT89C51,单片机的电源线有以下两种：,(1)V,CC,：,+5 V,电源线。,(2)V,SS,：接地线。,任务一,AT89C51,单片机最小系统,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。,5,、,I/O,端口功能,1,）,P0,口,P0,口有八条端口线，命名为,P0.0,P0.7,，其中,P0.0,为低位，,P0.7,为高位。每条线的结构组成如图,2-3,所示。它由一个输出锁存器，两个三态缓冲器，输出驱动电路和输出控制电路组成。,P0,口是一个三态双向,I/O,口，它有两种不同的功能，用于不同的工作环境。,任务一,AT89C51,单片机最小系统,任务一,AT89C51,单片机最小系统,P0,用作通用,I/O,口,输出时，执行口输出指令，数据在“写锁存器”信号作用下，经锁存器反向端送至,T2,，反相后送至,P0.X,。,输入时，数据可读自锁存器，也可读自引脚。由指令是“读锁存器”指令还是“读引脚”指令来决定。,任务一,AT89C51,单片机最小系统,“读,修改,写”类指令（如：,ANL P0,，,A,）产生“读锁存器”操作信号；,读锁存器可避免因外部电路原因使原口引脚的状态发生变化造成的误读。,“,MOV,”,类指令（如：,MOV A,，,P0,）内部产生的是,“,读引脚,”,信号,。,此时,要先,向,锁存器写入,“,1,”,，使,T2,截止，,让,引脚处于悬浮状态，,使口处于,高阻抗输入,态,。,任务一,AT89C51,单片机最小系统,否则，在作为输入方式之前曾向锁存器输出过“,0”,，则,T2,导通会使引脚箝位在“,0”,电平，使输入高电平“,1”,无法读入。,系统进行扩展（片外,ROM,、片外,RAM,）时，,P0,用作地址,/,数据总线。,任务一,AT89C51,单片机最小系统,P0,用作地址,/,数据总线,执行输出指令时，低,8,位地址信息和数据信息分时地出现在地址,/,数据总线上。,执行输入指令时，首先低,8,位地址信息出现在地址,/,数据总线上。然后，,CPU,自动地使,MUX,拨向锁存器，并向,P0,口写入,FFH,，同时“读引脚”信号有效。,2,）,P1,口的结构,任务一,AT89C51,单片机最小系统,P1,口由一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器和输出驱动电路组成。输出驱动电路与,P2,口相同，内部设有上拉电阻。,P1,口是通用的准双向,I/O,口。输出高电平时，能向外提供拉电流负载，不必再接上拉电阻。当口用作输入时，须向口锁存器写入,1,。,任务一,AT89C51,单片机最小系统,3,）,P2,口的结构,任务一,AT89C51,单片机最小系统,P2,用作通用,I/O,口,输出时，数据由,D,端进入锁存器，经反相器送至,T,，经,T,反相送引脚。,输入时，数据可读自锁存器，也可读自引脚。要根据输入采用的是“读锁存器”还是“读引脚”指令决定。,任务一,AT89C51,单片机最小系统,“读,修改,写”类指令，锁存器,Q,端数据进入内部数据总线，与,A,逻辑运算后，结果又送回,P2,的锁存器并出现在引脚。,“,MOV”,类指令，操作信号是“读引脚”。应先要把锁存器写入“,1”,，使引脚高阻状态。,任务一,AT89C51,单片机最小系统,P2,用作地址总线,当片外扩展,ROM,或扩展的,RAM,容量超过,256,字节时，硬件使,C=1,，,MUX,开关接向地址线，这时,P2.X,的状态与地址线的信息相同,。,任务一,AT89C51,单片机最小系统,不扩展,ROM,，或只扩展,256B,的片外,RAM,时，仅用到了地址线低,8,位，,P2,仍可作为通用,I/O,口。,4,）,P3,口的结构,任务一,AT89C51,单片机最小系统,P3,用作第一功能（通用,I/O,）,对,P3,字节或位寻址时，硬件自动将,W,置,1,。口线为通用,I/O,口方式。,输出时，锁存器,Q,端与引脚状态相同；,输入时，先向锁存器写,1,，使引脚为高阻状态。数据在“读引脚”信号作用下，进入内部数据总线。,任务一,AT89C51,单片机最小系统,P3,用作第二功能使用,当不对,P3,口寻址时，口锁存器的,Q,端自动置,1,。这时,P3,口作为第二功能使用,P3.0,：,RXD,P3.1,：,TXD,P3.2,：,INT0,P3.3,：,INT1,P3.4,：,T0,P3.5,：,T1,P3.6,：,WR,P3.7,：,RD,任务一,AT89C51,单片机最小系统,5,）并行口的负载能力,P0,、,P1,、,P2,、,P3,口的电平与,CMOS,和,TTL,电平兼容,。,P0,每一口线可驱动,8,个,LSTTL,负载,通用,I/O,时，输出驱动电路是开漏方式，,OC,门或漏极开路电路驱动时需外接上拉电阻；,地址,/,数据总线时，输出不是开漏的，无须外接上拉电阻。,任务一,AT89C51,单片机最小系统,P1,、,P2,、,P3,口的每一位能驱动,4,个,LSTTL,负载。可方便地由,OC,门或漏极开路电路驱动，而无须外接上拉电阻。,口线仅能提供,几毫安,的电流，当作为输出驱动一般的晶体管的基极时，应在口与晶体管的基极之间串接,限流电阻,。,任务一,AT89C51,单片机最小系统