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单片机原理、应用与Proteus仿真教学课件 ppt 作者兰建军第1章单片机技术基础

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1、本课程主要以Intel公司的8051单片机为例介绍单片机的基本组成结构，指令系统，硬件扩展和软件编程；充分利用多媒体技术和EDA技术动态演示单片机系统开发和程序设计的基本方法和技巧；在掌握单片机基本原理基础上，重点培养实际动手实践、自主设计调试系统能力。,重在实践,1.1 单片机概述单片机是微型计算机发展的一个重要分支，其主要目的是面向各种场合的嵌入式应用。目前，单片机以其独特的优势在各种场合得到广泛的应用。 1、单片机定义单片机就是在一个半导体芯片上集成了中央处理器、I/O接口、存储器等计算机的主要功能部件，具备计算机通用的属性。,单个芯片就相当于一台微型计算机，称之为单片微型计算机，简称单片机。 SCM - Single Chip Microcomputer 也称为微控制器： MCU-Micro Controller Unit 亦称为嵌入式控制器： EMCU-Embedded Micro Controller Unit,2、单片机特点和应用性价比高集成度高控制能力强低功耗,工业自动化领域智能仪器仪表领域消费类电子产品领域通信领域,3、单片机技术的发展第一阶

2、段（1976-1978）该阶段是低性能的8位单片机发展阶段，以Intel公司的MCS-48系列单片机为典型代表，这一阶段的单片机主要以8位单片机为主。第二阶段（1978-1982）该阶段是高性能8位单片机发展阶段，以Intel公司的MCS-51系列单片机为典型代表，完善了外部总线，改善了内部结构，以满足不同的应用需求。,第三阶段（1982-1990）该阶段是16位单片机的发展阶段，以Intel公司的MCS-96系列单片机为典型代表，在51系列单片机基础上，内部集成了模拟/数字（A/D）转换器和高速输入/出（HIS/HSO）接口。第四阶段（1990-现在）该阶段是单片机全面发展阶段，无论是8单片机还是16位单片机都得到了长足的发展。随着单片机在各个领域应用的不断深入，由16位单片机已经发展到32位单片机，特别是今年来已经有多核的单片机被推出。,5、MCS-51单片机系列 MCS-51系列单片机按资源的配置情况可分为51和52子系列，51子系列是基本型，52子系列属增强型。,1.2 单片机内部结构,（1） CPU（微处理器）（2）存储器片内为128个字节RAM; 4K字节

3、ROM；（3） I/O接口 4个并行口P0、P1、P2、P3；（4）中断系统 5个中断源、2级中断优先级（5）定时器/计数器 2个16位定时/计数器T0、T1 （6）时钟振荡电路,1、CPU(运算器、控制器) （1）运算器-进行算术、逻辑运算和位操作; 算术逻辑运算单元ALU 累加器A 各种算术运算和大多数的逻辑运算都在A中进行程序状态字寄存器PSW,（2）控制器控制器是单片机的控制部件，主要负责指令的读取、译码和执行。控制器能根据指令的执行情况产生相应的控制信号，协调单片机内各部件工作。程序计数器（PC-Program Counter）；指令寄存器（IR-Instruction Register）；指令译码器（ID-Instruction Decoder）；时序控制电路。,2、存储器（采用哈佛存储器结构）,8051内部数据存储器结构图,3、特殊功能寄存器寄存器B 8位专为乘法和除法设计的寄存器，不进行乘除法运算时，该寄存器也可作为他用。乘法运算时，运算前存放乘数，运算后存放乘积高8位；除法运算时，运算前存放除数，运算后存放余数。堆栈指针SP 8位存放

4、堆栈栈顶的地址，即SP永远指向栈顶。数据指针DPTR 16位访问程序存储器、外部RAM和I/O端口时，用于提供16位的地址。,1.3 8051引脚及其功能电源与时钟引脚控制引脚 I/O接口引脚,1、电源时钟引脚电源引脚 VCC（40脚），该引脚接+5V电源。 VSS（20脚），该引脚接电源地。时钟引脚 XTAL1（19脚）内部振荡方式接晶振的一端；外部时钟信号时，该引脚接地。 XTAL2（18脚），内部振荡方式接晶振的一端；外部时钟信号时，该引脚接外部输入的时钟信号。,2、控制引脚 RST/VPD(9脚)：复位与备用电源 ALE/PROG*（30脚）： ALE为地址锁存允许，为编程脉冲输入端。 PSEN* （29脚）：外部程序存储器的读选通信号 EA*/VPP（31脚）：内外程序存储器选择控制端或编程电压输入端,3、I/O接口引脚 P0.0P0.7（3932脚）：构成8位双向三态的P0口，用于构建数据总线和低8位的地址总线，总线分时复用，可驱动8个LS型TTL负载。 P1.0P1.7（18脚）：构成8位准双向的P1口，可驱动4个LS型TTL负载。 P2.0P2.7（

5、2128脚）：构成8位准双向的P2口，用于构建高8位地址总线，可驱动4个LS型TTL负载。 P3.0P3.7（1017脚）：构成了8位准双向的P3口，还可以构建第二复用功能，可以驱动4个LS型TTL负载。,1.4 并行口内部结构和工作原理 1、P0口,2、P1口,3、P2口,4、P3口,1.5 时钟电路与时序 1、时钟电路,2、周期与指令时序时钟周期（Tosc）也称振荡周期最基本的时间单位，晶振频率，也称为1个拍节（P）。状态周期包含2个时钟周期，通常状态周期用S表示。机器周期（Tcy） CPU完成一个基本操作所需要的时间，6个状态周期或12个时钟周期。指令周期执行一条指令所需的时间，通常都是机器周期的整数倍,1.6、单片机工作方式包含有复位方式、程序运行方式、掉电保护方式和低功耗方式等4种工作方式。 1、复位方式用于上电开机或者程序运行失控时,单片机的RST引脚上施加2个机器周期以上的高电平，就可保证8051单片机成功复位。,2、程序运行方式最基本的运行方式，复位成功后，PC=0000H，从程序存储器0000H处开始取指令、执行指令。 3、掉电保护方式是一种能降低单片机功耗的工作方式，电源控制寄存器PCON的PD标志位置“1”就可使单片机进入掉电保护方式。 4、低功耗方式低功耗工作方式和掉电保护方式类似，也是一种消耗电能较低的工作方式。,1.7 单片机应用系统开发简介 1、开发步骤 2、单片机开发工具简介硬件开发平台软件开发平台,仿真器开发模式示意图,伟福仿真器配套集成开发环境 IAR 集成开发平台 Keil c51集成开发环境 Proteus虚拟仿真软件,本章结束,

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