34143 34142电工电子技术（上 下册）韩华（电子课件）第20章节单片机硬件系统简介

1、第20章 单片机硬件系统简介,20.1 单片机概述,第20章 单片机硬件系统简介 20.1 单片机概述,单片机系统是信息技术发展的一个方面，今天人们生活中的日常电子产品、生产中的智能控制仪器等不乏为应用单片机技术的产品。单片机也称微控制器（MCU）或嵌入式微控器。一般是将计算机的基本部件集成到一块芯片上，包括CPU、ROM、RAM、并行口、串行口、定时器计数器、中断系统、系统时钟及系统总线等。,单片机具有功能强、可靠性高、功耗低、价格低等优点。,第20章 单片机硬件系统简介 20.1 单片机概述,按照用途分单片机分为通用型和专用型两大类：通用型单片机具有比较丰富的内部资源，性能全面且适应性强，能覆盖多种应用需求；专用单片机是专门针对某个特定产品的，例如，专用于电机控制的单片机、车载电子设备、语音信号处理和家用电器中的单片机等。,与PC不同，单片机属于芯片级产品。近几年，单片机的内部结构越来越完善，以某一种微处理器为核心，并将RAM、总线、ROM/EPROM、总线逻辑、定时/计数器、并行I/O口、串行I/O口、看门狗、脉宽调制输出、A/D、D/A等功能电路加以集成，其功能正朝着多功能、嵌

2、入式等方向发展。,未来发展阶段特点：运行速度高、存储容量大、I/O接口多功能化、嵌入式系统。,第20章 单片机硬件系统简介 20.2 单片机及其硬件系统组成,20.2 单片机及其硬件系统组成,80C51系列单片机是我国目前应用最广泛的一种单片机系列，是一种8位主流单片机，其结构是以后学习的基础，其内部结构框图如图所示。,20.2.1 80C51及其内部结构,第20章 单片机硬件系统简介 20.2 单片机及其硬件系统组成,（1）中央处理器 （CPU）是单片机的核心，完成运算和控制功能，由运算器和控制器组成。运算器包括算数逻辑单元（ALU）、位处理器、累加器（ACC）、寄存器、暂存器及程序状态字(PSW)寄存器等。控制器包括定时控制逻辑、指令寄存器、译码器及信息传送控制部件。,（2）内部存储器 包括程序存储器和数据存储器，它们相互独立、分工明确，采用哈弗结构，这种结构对于单片机“面向控制”极为方便、有利。芯片内有256个RAM单元存放数据，其中前128个单元作为寄存器供用户使用，后128个单元被专用寄存器占用。,（3）定时与中断系统 内部有2个16位的定时/计数器，用于实现定时或计数功能。

3、共有5个中断源：外部中断源两个，定时器/计数器中断两个，串行中断一个。,佳木斯大学 电工教研室制作,1控制引脚（4根） RST/VPP ：复位信号引脚 ALE/PROG：地址锁存允许信号 ：外部程序存储器读选通信号,第20章 单片机硬件系统简介 20.2 单片机及其硬件系统组成,（4）I/O接口 P0P3为4个并行口，均为8位并行输入/输出I/O接口线，可实现数据的并行输入和输出。还有一个双全的串行接口TXD与RXD，能实现与外部设备之间的串行数据传送。,（5）时钟电路 单片机产生时钟脉冲序列一般外接石英振荡其和微调电容，系统最高频率为12MHz，时钟脉冲主要作用是协调和控制单片机工作。,20.2.2 80C51外部引脚及功能,佳木斯大学 电工教研室制作,第20章 单片机硬件系统简介 20.2 单片机及其硬件系统组成,/VDD：访问程序存储器选择控制信号。,2外接晶体引脚（2根） XTAL1和XTAL2：接外部石英晶振管脚。 3. 电源引脚（2根） VSS：接地线； VCC：电源线，+5V电源。 4. 输入输出引脚（32根） P0.0P0.7：P0口是一个8位漏极（或集电极）开路的双向

4、I/O口 P1.0P1.7：它是一个带有内部上拉电阻的8位准双向I/O口，通常作为通用I/O口，能带动4个TTL门电路。 P2.0P2.7：它是一个带有内部上拉电阻的8位准双向I/O口，在访问外部存储器时，送出地址的高8位，也可作为通用I/O口。,佳木斯大学 电工教研室制作,第20章 单片机硬件系统简介 20.2 单片机及其硬件系统组成,P3.0P3.7：它是一个带有内部上拉电阻的8位准双向I/O口，但通常工作在第二功能状态。,P3.0P3.7口的第二功能,佳木斯大学 电工教研室制作,第20章 单片机硬件系统简介 20.2 单片机及其硬件系统组成,20.2.3 单片机外围电路,单片机是一个小系统，由于芯片内部不能集成晶振、复位电路等，因此需要在片外附加相应的电路。,1时钟电路,（1）内部时钟电路 芯片内部有一个高增益反相放大器，即输入为引脚XTAL1，输出为引脚XTAL2，在外部两引脚间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成固定频率的振荡器，这就是单片机的时钟电路，如图所示。,佳木斯大学 电工教研室制作,第20章 单片机硬件系统简介 20.2 单片机及其硬件系统组成,（2）引入外部时钟信号

5、 在多片单片机组成系统中，为了使各单片机之间的时钟信号同步，从XTAL1(18引脚)引入公用外部脉冲，XTAL2悬空，如图所示。,2复位电路,RST是复位信号输入端，有效时序应持续两个机器周期以上才能完成复位操作。有上电自动复位和手动复位两种电路，如图所示。,佳木斯大学 电工教研室制作,第20章 单片机硬件系统简介 20.3 单片机接口电路简介,20.3 单片机接口电路简介,经济适用的单片机应用系统，必然包含合适的外围器件。外围器件与单片机的接口是单片机应用系统至关重要的环节。,20.3.1 MCS-51的程序存储器的扩展,佳木斯大学 电工教研室制作,第20章 单片机硬件系统简介 20.3 单片机接口电路简介,MCS-51的程序存储器寻址空间为64KB，其中8051/8751片内包含4KB的ROM或EPROM,当片内ROM不够使用时，需扩展程序存储器。8031片内不带ROM，使用时必须外扩ROM，如图所示。,20.3.2 MCS-51数据存储器扩展,1外扩256B的RAM,市面上不出售容量为256B的RAM芯片，电路中采用了Intel公司的专用芯片8155作为外扩RAM器件，如图所示。

6、,2大于256B的MCS-51数据存储器扩展 在单片机应用系统中，最常用的数据存储器RAM芯片有6116 和6264，单片机外扩展1片RAM（6116）的扩展电路如图所示。,佳木斯大学 电工教研室制作,第20章 单片机硬件系统简介 20.3 单片机接口电路简介,佳木斯大学 电工教研室制作,第20章 单片机硬件系统简介 20.3 单片机接口电路简介,佳木斯大学 电工教研室制作,第20章 单片机硬件系统简介 20.3 单片机接口电路简介,佳木斯大学 电工教研室制作,第20章 单片机硬件系统简介 20.3 单片机接口电路简介,20.3.3 MCS-51的I/O接口扩展,I/O接口的功能： 实现和不同外设的速度匹配； 输出数据锁存； 输入数据三态缓冲。,8255A是Intel公司生产的可编程的并行I/O接口芯片，它具有3个8位的并行I/O口，三种工作方式，可通过编程改变其功能，因而使用灵活方便，通用性强，可作为单片机与多种外围设备连接时的中间接口电路。,8255A的引脚排列及内部的结构、与单片机的连接图如图所示,佳木斯大学 电工教研室制作,第20章 单片机硬件系统简介 20.3 单片机接口电路

7、简介,佳木斯大学 电工教研室制作,第20章 单片机硬件系统简介 20.3 单片机接口电路简介,佳木斯大学 电工教研室制作,第20章 单片机硬件系统简介 20.3 单片机接口电路简介,20.3.4 MCS-51与ADC器件接口,由于ADC0809输出端有三态锁存器，则ADC0809（模数转换器）与8051系列单片机可以直接连接，如图所示。,佳木斯大学 电工教研室制作,第20章 单片机硬件系统简介 20.3 单片机接口电路简介,佳木斯大学 电工教研室制作,第20章 单片机硬件系统简介 20.4 单片机应用系统硬件电路组成,20.4 单片机应用系统硬件电路组成,20.4.1 单片机实现数字钟硬件系统,单片机数字钟可实现时钟运行、调整、停表等功能，相对于其他复杂系统，单片机本身就是一个最小系统，用一片89C51接上时钟及复位电路，不用扩展存储器和接口电路，即可实现最小化硬件系统。一般硬件系统原理可用protel软件绘出，如图所示。,主要硬件构成： （1）键盘电路 由3个按键S2、S3、S4 组等成。S2键为模式选择键，按第一次暂停，设小时；按第二次暂停，设分钟，按第三次重新开始走动。S3为加1

8、键，S4为减1键。,佳木斯大学 电工教研室制作,第20章 单片机硬件系统简介 20.4 单片机应用系统硬件电路组成,佳木斯大学 电工教研室制作,（2）手动、上电复位电路 S1为手动复位开关，电路用于程序的正常初始化和运行出错或死机情况下的复位。 （3）时钟电路 采用内部时钟方式，两个XTAL1和XTAL2跨接6MHz的石英晶体和两个容量相等的微调电容C1、C2（30pF），为单片机提供时钟脉冲。 （4）8051单片机 8051片内程序存储器为4KB的ROM存储器，能满足数字钟程序存储要求，不必扩展。片内还有128B的RAM，可以用来存放数据等。 （5）LED显示板 6位LED显示板采用静态显示方式，不采用锁存器，编程容易，各位可独立显示，显示亮度高。,第20章 单片机硬件系统简介 20.4 单片机应用系统硬件电路组成,佳木斯大学 电工教研室制作,20.4.2 单片机实现温度测量与控制硬件系统,第20章 单片机硬件系统简介 20.4 单片机应用系统硬件电路组成,单片机实现温度测量与控制的硬件系统框图如图所示，可采用单片机的主流芯片89C51为核心，外接键盘、温度检测、时钟等输入电路，外扩

9、程序存储器及随机存储器，外接显示、报警、冷却及加热驱动输出电路，形成实现温度的自动测量与显示、设置温度上下限并声光报警、设定温度、控制温度等功能的硬件系统。此系统原理接线复杂，只给出硬件组成结构框图，其相关电路请查阅有关资料。,佳木斯大学 电工教研室制作,第20章 单片机硬件系统简介 20.4 单片机应用系统硬件电路组成,佳木斯大学 电工教研室制作,第20章 单片机硬件系统简介 本章小结,本章小结 1. 单片机又称微控制器（MCU）或嵌入式微控器。一般是将计算机的基本部件集成到一块芯片上，包括CPU、ROM、RAM、并行口、串行口、定时器计数器、中断系统、系统时钟及系统总线等。 2. 单片机内部硬件结构组成：主要由中央处理器（CPU）、 内部存储器、定时/计数器、I/O接口、时钟接入电路组成。 3. 简单的单片机应用系统可以由单片机最小系统实现，复杂的应用系统不仅需要必要的接口连接，还要考虑扩展程序及数据存储器。,佳木斯大学 电工教研室制作,第20章 单片机硬件系统简介 习题20,习 题 20 20-1 什么是单片机？ 20-2 一般单片机内部主要集成哪些部件？ 20-3 复位电路通常有哪两种方式？ 20-4简述80C51芯片引脚及功能。并写出P3口各引脚的第二功能。 20-5 如何向外扩展单片机的存储器硬件系统？ 20-6 对比书中两个硬件应用系统，说明什么是单片

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