第3章-51系列单片机基本常识-51单片机基础与实例进阶课件.ppt

《第3章-51系列单片机基本常识-51单片机基础与实例进阶课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3章-51系列单片机基本常识-51单片机基础与实例进阶课件.ppt（23页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第3 章 51 系列单片机基本常识 STC 公司的STC89 系列为目前广泛应用的8 位单片机之一，8K 字节在系统可编程Flash 存储器、1000 次擦写周期、全静态操作：0Hz 33Hz、三级加密程序存储器、32 个可编程I/O 口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART 串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。这种新型系列单片机全兼容8051 系列（MCS-51）单片机,原有资源均可使用。3V/5V 在系统/在应用可编程（ISP,IAP），不占用户资源，是一款高速，高可靠，低功耗与传统的8051 管脚完全兼容的单片机。3.1

2、51 单片机的基本特点 51 单片机的基本结构框图如图3-1 所示，由8 个部件组成:中央处理器（8 位CPU），用于产生控制信号，完成数据的传输和数据的算术逻辑运算，同时51 单片机还包括布尔处理器，能对一位二进制数进行操作；内部时钟，提供单片机工作时序；程序存储器（ROM/EPROM），用以存放程序、一些原始数据和表格；数据存储器（RAM），用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及预显示的数据；四个8 位并行I/O 口（P0 P3 口），既可用作输入，也可用作输出；用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信全双工串行口；定时器/计数器，2 个16 位的可编程T0 和T1中

3、断系统，5 个中断源，高级和低级两级优先级别图3-1 单片机结构时钟XTAL1(19 脚)和XTAL2(18 脚)：5l 单 片 机 内 部 有 一 个 用 于 构成 振 荡 器 的 高 增 益 反 相 放 大 器，XTALl 和XTAL2 分 别 是 反相 放 大 器 的 输 入 端 和 输 出 端。通 常 有 内 部 时 钟 和 外 部 时 钟。内 部 时 钟 方 式 是 由 放 大 器 与 作 为 反 馈 元 件 的 片 外 晶 体 或 陶瓷 谐 振 器 一 起 构 成 一 个 自 激 振 荡 器，如 图3-3(a)所 示。采用 外 部 时 钟 时 需 在XTAL2 上 外 接 时 钟

4、信 号，XTAL2 接 地，此种方式应用于多片单片机组成的系统中。(a)晶振电路(b)外接时钟电路图3-3 单片机时钟电路复位单片机的复位方式有上电复位和人工手动复位两种。图3-4（a）是上电复位电路，电源VCC 刚接通时，电容瞬间相当于短路，即电源VCC 电压都加在电阻R1 上，因此在单片机RST引脚上出现高电平，随着电容C 逐渐充电，电阻R1 上的电压开始下降，使单片机RST引脚变成了低电平。图3-4（b）为按键复位电路，它在上电复位电路的基础上增加了一个按键key 和一个电阻R，即能完成上电自动复位又能通过按键完成手动复位。当按下key 键后，电容C 通过电阻R 放电，因 R比R1 阻值

5、小，从而R1 分得的大电压使单片机复位。4.中断优先级控制I/O 口51 单片机共有四个并行的I/O 口，分别是P0、P1、P2 和P3 口。每个并行口有8 个引脚组成，用于传送数据/地址。但由于每个I/O 口的结构各不相同，因此在用途上差异较大，除P1 口没有第二功能外，其他三个都具有第二功能，分别如下：P0 口（32 39 脚）：当对向外部存储器读/写操作时，P0 口作为低8 位地址和8 位数据的分时传输线。P1 口（1 8 脚）：只具有普通的输入/输出功能。P2 口（21 28 脚）：当对向外部存储器读/写操作时，P2 口作为高8 位地址传输线。P3 口（10 17 脚）：P3 口除具有

6、普通的输入/输出功能外其第二功能如表3-1 所示。3.4 513.4 51单片机内部结构单片机内部结构51 51 系列单片机是以 系列单片机是以8051 8051 为核心电路发展起来的，它们都具有 为核心电路发展起来的，它们都具有805l 805l的基本结构和软件特征。的基本结构和软件特征。51 51 内部结构框图如图 内部结构框图如图3-6 3-6 所示。为了分 所示。为了分析基本工作原理，现将图中各功能部件划分为 析基本工作原理，现将图中各功能部件划分为CPU CPU、存储器、存储器、I I O O 端口、定时器计数器和中断系统五部分介绍。端口、定时器计数器和中断系统五部分介绍。1.CPU

7、1.CPU中央处理器 中央处理器CPU CPU 由运算器和控制逻辑组成，同时还包括中断 由运算器和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分特殊功能寄存器，决定了单片机的主要功能性能。系统和部分特殊功能寄存器，决定了单片机的主要功能性能。运算器 运算器运算器是计算机的运算部件，完成算术、逻辑运算和数据传 运算器是计算机的运算部件，完成算术、逻辑运算和数据传送等操作，由算术逻辑单元 送等操作，由算术逻辑单元ALU ALU、累加器、累加器ACC ACC、寄存器、寄存器B B、暂存寄存器 暂存寄存器TMP TMP 和程序状态字寄存器 和程序状态字寄存器PSW PSW 等组成。等组成。掌握PSW 各位的含

8、义是十分重要的，其格式如下：CY：进位标志位。在进行加减运算时，如果运算结果的最高位有进位或借位，CY 为1，否则为0。当执行位操作指令时，CY 作为位累加器。AC：辅助进位标志。在进行加减运算时，如果低四位向高四位有进位或借位，AC 为1，否则为0。当进行BCD 码运算调整是，AC 作为判别位。F0：用户标志位。用户可根据自己的需要对F0 赋以一定的含义，进行置位或复位，作为软件标志。控制器 控制器是CPU 的神经中枢，对指令逐条进行译码译成各种形式的控制信号，这些信号与单片机时钟振荡器产生的时钟脉冲在定时与控制电路中相结合，形成各种操作所需的内部和外部控制信号，协调各部分的工作。它由定时控

9、制逻辑电路、指令寄存器（Register）、指令译码器、程序计数器PC（Program Counter）、地址指针DPTR、堆栈指针SP（Stack Pointer）等组成。3.I/O 端口51 单 片 机 有4 个8 位 并 行I/O 口，P0、P1、P2 和P3，共32 根端 口 线。每 个 端 口 都 包 括 锁 存 器、输 出 驱 动 器、两 个 三 态缓 冲 器 以 及 控 制 电 路。4 个I/O 端 口 都 是 准 双 向 的 并 行I O端 口，每 一 条I/O 引 脚 都 能 独 立 地 用 作 输 入 或 输 出，输 入时 数 据 可 以 锁 存，输 出 时 数 据 可 以

10、 缓 冲。P0 P3 是 特 殊功 能 寄 存 器，地 址 分 别 为80H、90H、A0H 和B0H，即 可进 行 字 节 寻 址 也 可 位 寻 址。因 其 四 个I/O 口 的 结 构 不 同，其 功 能 和 驱 动 负 载 的 能 力 也 不 一 样，P1、P2、P3 都 能 驱动4 个LS TTL 门 电 路，并 且 驱 动MOS 电 路 时 不 需 外 加 电 阻。而P0 口 能 驱 动8 个LS TTL 门 电 路，在 驱 动MOS 电 路 时 必须外接上拉电阻。1）P0（P2）P0（P2）口既可作为输入/输出端口使用，也可作为系统外部扩展时低8 位（高8 位）地址和8 位数据总

11、线使用，P0 口的某一位逻辑电路如图3-8 所示。4.定时器/计数器 51 单片机内部设有两个16 位的可编程定时器/计数器T1 和T0，均属特殊功能寄存器。分别由两个8 位的寄存器组成，T0 由TH0、TL0 构成，T1 由TH1、TL1 构成。其中TH0、TH1 为高8 位，TL0 和TL1 为低8 位，用于存放定时或计数初值，组成了16 位的增1 计数器，每个寄存器均可单独访问。5.中断系统 单片机中的中断是指CPU 暂时停止原程序执行转而为中断源服务(执行中断服务程序)，并在服务完成后自动返回原程序执行的过程。中断系统是只能够处理上述中断过程所需要的那部分电路，由中断源、中断控制器IE

12、 和中断优先级控制器IP 组成。51 单片机有5 个中断源，分为内部中断和外部中断，外部中断源有2 个，通常指外部设备；内部中断源有3 个，2 个定时器计数器和1 个串行口中断。单片机能处理5 个中断源发出的中断请求，根据中断控制器IE 打开被允许向CPU 申请的中断，关闭被禁止的中断，并通过中断优先级控制器IP 对5 个中断源中断请求优先权的设置，对5个中断请求信号进行排队并响应其中优先权最高的中断请求。3.5.单片机时序 从前几节介绍得知51 单片机是一个比较复杂的电路，要使这个比较复杂的电路有条不紊地工作，必须有一个指挥员统一口令、统一指挥，这个统一口令即单片机的时钟，统一指挥即按一定节

13、拍操作的时序，即时序电路是在时钟脉冲推动下工作的。时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机是在一定的时序控制下工作的，时钟是时序的基础。51 单片机的机器周期是振荡周期的12 倍，分为6个S 状态：S1 S6，每个状态又分为两拍P1 和P2，因此一个机器周期可以表示为S1P1，S1P2，S2P1，S2P2，S6P1，S6P2。当采用12MHz 的晶体振荡器时，一个机器周期为1s。51 单片机执行一条指令所需要的时间是以机器周期数为单位的，包含机器周期的个数不相同，执行指令所需的时间也就不同。51 系统中，有单周期指令、双周期指令和四周期指令等三种，四周期指令只有乘、除两条指令。指令的运算速度和它的机器周期数直接相关，机器周数较少则执行速度快。单片机执行任何一条指令都分为取指令阶段和执行指令阶段，如图1-13 所示为几种典型的取指和执行时序。从图3-13 中可以看出，ALE 信号引脚上出现的信号是周期性的，在一个机器周期内二次有效，第一次在S1P2 和S2P1 期间，第二次在S4P2 和S5Pl 期间，ALE 信号的高电平宽度为一个S状态。每出现一次ALE 信号，CPU 就可以进行一次取指操作。