2019【大学课件】MCS-51单片机系统及其应用.ppt
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/sundae_meng
译码电路与地址译码
绪
论
什么是单片机 单片机的结构特点 单片机的应用
/sundae_meng
微型计算机的应用形态
从应用形态上，微机可以分成三种： ◆多板机（系统机） 将CPU、存储器、I/O接口电路和总线接 口等组装在一块主机板（即微机主板）。各 种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、 软/硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内， 再配上系统软件，就构成了一台完整的微型 计算机系统（简称系统机）。 工业PC机 也属于多板机。
4、全双工串行接口 内部具有全双工串行接口，可实现单机或多
机通讯，为实现分布式控制系统提供了可能。
5、布尔处理器
内部具有布尔处理器，可十分方便的进行
二进制位逻辑运算，进行组合逻辑设计。
/sundae_meng
三、单片机的特点及应用
1. 单片机的特点
1）体积小，重量轻 电源单一，功耗低 功能强，价格低 2）运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高
二、MCS-51系列单片机基本配置
1、子系列配置
51子系列: 基本型 52子系列：增强型
ROM
RAM
4 KB
128 B
8 KB
256 B
定时/计数器
中断源
2个
5个
/sundae_meng
3个
6个
2、31（32）片内无 ROM ,
51(52)片内有 ROM ；
3、80 有普通 ROM , 87 有 EPROM ，89 有 E2PROM 4、型号标记中有 C 的与无 C 芯片其制造工艺不同, 有 C （CHMOS工艺）的是低功耗型。
MOS: Metal-Oxide-Semiconductor即半导体金属氧化物
HMOS:高密度短沟道MOS工艺 CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor 指互补 金属氧化物 CHMOS:是CMOS和HMOS的结合
6、串行口：一个全双工串行口 半双工：分时收发 单 工：只能收或发
/sundae_meng
2 个外中断 : INT0 , INT1 7、中断源 5个：
2 个定时/计时中断
1 个串行中断
/sundae_meng
8、时钟电路： 可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率1.2MHZ-12MHZ 9、控制电路： 可寻址64KB外部ROM 和64KB外部 RAM 的
1、中央处理器CPU：8位，运算和控制功能
D7
0
D6
0
D5
0
D4
0
D3
0
D2
0ห้องสมุดไป่ตู้
D1
0
D0
0
十进制 0
十进制 255
1
1
1
1
1
1
1
1
128 + 64 + 32 + 16 + 8 + 4
+
2 +
1
=
255
可处理数据：
－128
～
＋127
/sundae_meng
低 128 B 用户可使用
/sundae_meng
本课程的基本情况
课程性质: 专业课程
先修课程: 数字电路，模拟电路，微机原理。 后续课程: 机电装备设计
教材: 《MCS-51系列单片机系统及应用》高教出版社 考核: 五级记分 闭卷笔试70％ ＋平时成绩30％
/sundae_meng
Single Chip Microcomputer
/sundae_meng
3、单片微型计算机应用系统
单片微型计算机系统
CPU
输 入 设 备
输 出 设 备
软
+
件 系 统
硬件系统
/sundae_meng
1）单片机硬件系统
/sundae_meng
MCS-51
系列，
美国摩托罗拉公司的MC68HC05系列和MC68HC11系列，
第一章
1-1
1-2 1-3 1-4 1-5 1-6
MCS—51单片机的结构和原理
MCS-51系列单片机介绍
MCS-51系列单片机结构和原理 MCS-51系列单片机的内部资源 MCS-51系列单片机的工作方式 MCS-51系列单片机的时序 MCS-51单片机外部扩展常用芯片
/sundae_meng
在功能上，该系列单片机有基本型和 增强型两大类： 基本型： 8051/8751/8031 80C51/87C51/80C31 增强型： 8052/8752/8032 80C52/87C52/80C32
/sundae_meng
◆单片机 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储 器、I/O接口电路，从而构成了单芯片微型计算机， 即单片机。 三种应用形态的比较 ：
系统机（多板机）
单板机
单片机
/sundae_meng
一、什么是单片机
1.微型计算机硬件结构
CPU
输 入 设 备
输 入 接 口 电 路
学单片机需要具备的条件
• 与以前所学的知识关联较少； • 对器件的概念基本上是从“0”开始；
• 所有同学都站在同一起跑线上；
/sundae_meng
课程主要内容
• • • • • 单片机的基础知识及结构原理（8学时） 单片机的指令系统及程序设计（8学时） 单片机的扩展技术及应用 （8学时） 机电一体化技术及应用 （2学时） 实验 （6学时）
单片机、输入设备、输出设备。
2）单片机软件系统
（1）监控程序（操作系统 OS） （2）应用程序（二进制目标代码） 汇编语言编写 源程序 ADD A , #08H 汇编程序 00100100 二进制机器语言 目标程序 00001000
/sundae_meng
二、单片机的结构特点
/sundae_meng
1-2
MCS-51系列单片机结构原理
T0 T1
一、8051 内部组成（ P11）
ROM CPU RAM
定时/计数
总线
并行口 串行口 中断源
控 制 电 路
时钟电路
P0
P1 P2
P3
TXD
RXD
INT0
INT1
/sundae_meng
(1)、电源线：VCC(+5V)、VSS(地) (2)、振荡电路：XTAL1、XTAL2 (3)、复位引脚：RST (4)、并行口：P0、P1、P2、P3 (5)、EA：访问内外程序存储控制信号 (6)、PSEN：外部ROM读选通信号 (7)、ALE：地址锁存控制信号
8031
8051 8751 89C51
/sundae_meng
二、 MCS-51系列单片机引脚
1、MCS-51单片机信号引脚简介 (P9 图2-1)
P1. 0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST RXD/ P3. 0 TXD/ P3.1 INT0/ P3.2 INT1/ P3.3 T0/ P3.4 T1/ P3.5 WR/ P3.6 RD/ P3.7 XTAL2 XTAL1 VSS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 24 22 21 VCC P0. 0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA ALE PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0
/sundae_meng
课程性质、目的和任务
• 本课程是学习和掌握 单片机 硬件知识和汇编
语言程序设计入门课程，也是一门重要的专业
技术基础课程。
• 学习和掌握微型单芯片计算机的基本组成、工
作原理、接口电路、硬件连接及汇编语言程序
设计方法，建立单片机系统的整体概念，培养 初步的单片机系统硬、件软设计能力。
XTAL2
XTAL1 Vss
/sundae_meng
1）P3口线的二功能：
INT0/ P3.2 T1 / P3.5
RXD/ P3.0
INT1 / P3.3 WR/ P3.6
TXD/ P3.1
T 0 /P3.4 RD/ P3.7
2）EPROM 存储器程序固化时需要的信号: ALE / PROG: EA / Vpp: 编程脉冲
/sundae_meng
1-1
MCS-51系列单片机介绍
一、MCS-51系列型号 型 号 8031 8051 8751 8032 89C51 89C52 89C2051 片内程序存储器 NO 4K ROM 4K EPROM NO 4K E2PROM 8K E2PROM 2K E2PROM 片内数据存储器 128Bytes 128Bytes 128Bytes 256Bytes 128Bytes 256Bytes 128Bytes
/sundae_meng
◆单板机 将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片 和简单的I/O设备（小键盘、LED显示器）等 装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序 （固化在ROM中），就构成了一台单板微型 计算机（简称单板机）。
/sundae_meng
pic16c系列pic17c系列pic1400系列美国英特尔公司的mcs48和mcs51系列美国摩托罗拉公司的mc68hc05系列和mc68hc11系列美国齐洛格公司的z8系列日本电气公司的pd78系列美国莫斯特克公司和仙童公司合作生产的f83870系列atmel公司的at89系列等
MCS-51单片机系统及其应用
1、存储结构 采用ROM和RAM严格分开的哈佛结构， 可分为内部ROM、RAM，外部ROM、RAM。
2、引脚采用分时复用技术
由于芯片集成度高，而引脚又不宜过多， 因此将部分引脚设计为多功能的。例如， 地址总线和数据总线采用分时复用。
/sundae_meng
3、特殊(专用)功能寄存器 采用特殊功能寄存器(SFR)来控制单片机的 功能状态。
2、内部 RAM ：256B（字节） 高 128B 设置专用寄存器
3、内部掩膜ROM ：
4KB（4×1024字节）
4、定时/计数器 ：
2个16位 的 加一 计数器
/sundae_meng
5、并行I /O 口 ：P0 、P1、P2、P3 ，4×8位共32线
全双工：同时收发
/sundae_meng
2. 单片机应用
电讯方面
工业方面
汽车方面 民用方面 数据处理方面
仪表方面
/sundae_meng
3. 单片机种类
◆生产厂商（P5）
美国微芯片公司:PIC16C××系列、PIC17C××系列、PIC1400系列， 美国英特尔公司的MCS-48和 美国齐洛格公司的Z8系列， 日本电气公司的μPD78××系列， 美国莫斯特克公司和仙童公司合作生产的F8（3870）系列 ATMEL公司的AT89系列等。
P3口线的第二功能（P15）
1、管脚图
/sundae_meng
2、引脚的二功能
Vcc
P1
RST/VPD
RXD/ TXD/ INT0/ INT1/ T0/ T1/ WR/ RD/
P0
EA/Vpp ALE/ PROG PSEN P2
P3
8031 8051 8751
/sundae_meng
本课程的重点
1.掌握单片机应用系统硬件结构及原理 1)芯片内部
编程结构
2)芯片引脚 外部特性 2.掌握软件设计与调试的基本技能 1)汇编语言
指令功能
2)程序 设计与调试 3.掌握单片机的扩展技术及应用 1) 存储器扩展 2) I/O 扩展
运算器 控制器
存 储 器 硬件系统
输 出 接 口 电 路
输 出 设 备
/sundae_meng
2、单片微型计算机（单芯片微型计算机）
CPU
输 入 设 备
输 入 接 口 电路
运算器
控制器
输 出 接 口 电路
输 出 设 备
存储器 硬件系统
单片机
把 CPU、RAM、ROM、I/O 接口电路、定时器/ 计数器等器件集成在一个芯片上的微型计算机。
译码电路与地址译码
绪
论
什么是单片机 单片机的结构特点 单片机的应用
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微型计算机的应用形态
从应用形态上，微机可以分成三种： ◆多板机（系统机） 将CPU、存储器、I/O接口电路和总线接 口等组装在一块主机板（即微机主板）。各 种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、 软/硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内， 再配上系统软件，就构成了一台完整的微型 计算机系统（简称系统机）。 工业PC机 也属于多板机。
4、全双工串行接口 内部具有全双工串行接口，可实现单机或多
机通讯，为实现分布式控制系统提供了可能。
5、布尔处理器
内部具有布尔处理器，可十分方便的进行
二进制位逻辑运算，进行组合逻辑设计。
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三、单片机的特点及应用
1. 单片机的特点
1）体积小，重量轻 电源单一，功耗低 功能强，价格低 2）运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高
二、MCS-51系列单片机基本配置
1、子系列配置
51子系列: 基本型 52子系列：增强型
ROM
RAM
4 KB
128 B
8 KB
256 B
定时/计数器
中断源
2个
5个
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3个
6个
2、31（32）片内无 ROM ,
51(52)片内有 ROM ；
3、80 有普通 ROM , 87 有 EPROM ，89 有 E2PROM 4、型号标记中有 C 的与无 C 芯片其制造工艺不同, 有 C （CHMOS工艺）的是低功耗型。
MOS: Metal-Oxide-Semiconductor即半导体金属氧化物
HMOS:高密度短沟道MOS工艺 CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor 指互补 金属氧化物 CHMOS:是CMOS和HMOS的结合
6、串行口：一个全双工串行口 半双工：分时收发 单 工：只能收或发
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2 个外中断 : INT0 , INT1 7、中断源 5个：
2 个定时/计时中断
1 个串行中断
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8、时钟电路： 可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率1.2MHZ-12MHZ 9、控制电路： 可寻址64KB外部ROM 和64KB外部 RAM 的
1、中央处理器CPU：8位，运算和控制功能
D7
0
D6
0
D5
0
D4
0
D3
0
D2
0ห้องสมุดไป่ตู้
D1
0
D0
0
十进制 0
十进制 255
1
1
1
1
1
1
1
1
128 + 64 + 32 + 16 + 8 + 4
+
2 +
1
=
255
可处理数据：
－128
～
＋127
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低 128 B 用户可使用
/sundae_meng
本课程的基本情况
课程性质: 专业课程
先修课程: 数字电路，模拟电路，微机原理。 后续课程: 机电装备设计
教材: 《MCS-51系列单片机系统及应用》高教出版社 考核: 五级记分 闭卷笔试70％ ＋平时成绩30％
/sundae_meng
Single Chip Microcomputer
/sundae_meng
3、单片微型计算机应用系统
单片微型计算机系统
CPU
输 入 设 备
输 出 设 备
软
+
件 系 统
硬件系统
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1）单片机硬件系统
/sundae_meng
MCS-51
系列，
美国摩托罗拉公司的MC68HC05系列和MC68HC11系列，
第一章
1-1
1-2 1-3 1-4 1-5 1-6
MCS—51单片机的结构和原理
MCS-51系列单片机介绍
MCS-51系列单片机结构和原理 MCS-51系列单片机的内部资源 MCS-51系列单片机的工作方式 MCS-51系列单片机的时序 MCS-51单片机外部扩展常用芯片
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在功能上，该系列单片机有基本型和 增强型两大类： 基本型： 8051/8751/8031 80C51/87C51/80C31 增强型： 8052/8752/8032 80C52/87C52/80C32
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◆单片机 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储 器、I/O接口电路，从而构成了单芯片微型计算机， 即单片机。 三种应用形态的比较 ：
系统机（多板机）
单板机
单片机
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一、什么是单片机
1.微型计算机硬件结构
CPU
输 入 设 备
输 入 接 口 电 路
学单片机需要具备的条件
• 与以前所学的知识关联较少； • 对器件的概念基本上是从“0”开始；
• 所有同学都站在同一起跑线上；
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课程主要内容
• • • • • 单片机的基础知识及结构原理（8学时） 单片机的指令系统及程序设计（8学时） 单片机的扩展技术及应用 （8学时） 机电一体化技术及应用 （2学时） 实验 （6学时）
单片机、输入设备、输出设备。
2）单片机软件系统
（1）监控程序（操作系统 OS） （2）应用程序（二进制目标代码） 汇编语言编写 源程序 ADD A , #08H 汇编程序 00100100 二进制机器语言 目标程序 00001000
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二、单片机的结构特点
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1-2
MCS-51系列单片机结构原理
T0 T1
一、8051 内部组成（ P11）
ROM CPU RAM
定时/计数
总线
并行口 串行口 中断源
控 制 电 路
时钟电路
P0
P1 P2
P3
TXD
RXD
INT0
INT1
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(1)、电源线：VCC(+5V)、VSS(地) (2)、振荡电路：XTAL1、XTAL2 (3)、复位引脚：RST (4)、并行口：P0、P1、P2、P3 (5)、EA：访问内外程序存储控制信号 (6)、PSEN：外部ROM读选通信号 (7)、ALE：地址锁存控制信号
8031
8051 8751 89C51
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二、 MCS-51系列单片机引脚
1、MCS-51单片机信号引脚简介 (P9 图2-1)
P1. 0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST RXD/ P3. 0 TXD/ P3.1 INT0/ P3.2 INT1/ P3.3 T0/ P3.4 T1/ P3.5 WR/ P3.6 RD/ P3.7 XTAL2 XTAL1 VSS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 24 22 21 VCC P0. 0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA ALE PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0
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课程性质、目的和任务
• 本课程是学习和掌握 单片机 硬件知识和汇编
语言程序设计入门课程，也是一门重要的专业
技术基础课程。
• 学习和掌握微型单芯片计算机的基本组成、工
作原理、接口电路、硬件连接及汇编语言程序
设计方法，建立单片机系统的整体概念，培养 初步的单片机系统硬、件软设计能力。
XTAL2
XTAL1 Vss
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1）P3口线的二功能：
INT0/ P3.2 T1 / P3.5
RXD/ P3.0
INT1 / P3.3 WR/ P3.6
TXD/ P3.1
T 0 /P3.4 RD/ P3.7
2）EPROM 存储器程序固化时需要的信号: ALE / PROG: EA / Vpp: 编程脉冲
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1-1
MCS-51系列单片机介绍
一、MCS-51系列型号 型 号 8031 8051 8751 8032 89C51 89C52 89C2051 片内程序存储器 NO 4K ROM 4K EPROM NO 4K E2PROM 8K E2PROM 2K E2PROM 片内数据存储器 128Bytes 128Bytes 128Bytes 256Bytes 128Bytes 256Bytes 128Bytes
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◆单板机 将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片 和简单的I/O设备（小键盘、LED显示器）等 装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序 （固化在ROM中），就构成了一台单板微型 计算机（简称单板机）。
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pic16c系列pic17c系列pic1400系列美国英特尔公司的mcs48和mcs51系列美国摩托罗拉公司的mc68hc05系列和mc68hc11系列美国齐洛格公司的z8系列日本电气公司的pd78系列美国莫斯特克公司和仙童公司合作生产的f83870系列atmel公司的at89系列等
MCS-51单片机系统及其应用
1、存储结构 采用ROM和RAM严格分开的哈佛结构， 可分为内部ROM、RAM，外部ROM、RAM。
2、引脚采用分时复用技术
由于芯片集成度高，而引脚又不宜过多， 因此将部分引脚设计为多功能的。例如， 地址总线和数据总线采用分时复用。
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3、特殊(专用)功能寄存器 采用特殊功能寄存器(SFR)来控制单片机的 功能状态。
2、内部 RAM ：256B（字节） 高 128B 设置专用寄存器
3、内部掩膜ROM ：
4KB（4×1024字节）
4、定时/计数器 ：
2个16位 的 加一 计数器
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5、并行I /O 口 ：P0 、P1、P2、P3 ，4×8位共32线
全双工：同时收发
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2. 单片机应用
电讯方面
工业方面
汽车方面 民用方面 数据处理方面
仪表方面
/sundae_meng
3. 单片机种类
◆生产厂商（P5）
美国微芯片公司:PIC16C××系列、PIC17C××系列、PIC1400系列， 美国英特尔公司的MCS-48和 美国齐洛格公司的Z8系列， 日本电气公司的μPD78××系列， 美国莫斯特克公司和仙童公司合作生产的F8（3870）系列 ATMEL公司的AT89系列等。
P3口线的第二功能（P15）
1、管脚图
/sundae_meng
2、引脚的二功能
Vcc
P1
RST/VPD
RXD/ TXD/ INT0/ INT1/ T0/ T1/ WR/ RD/
P0
EA/Vpp ALE/ PROG PSEN P2
P3
8031 8051 8751
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本课程的重点
1.掌握单片机应用系统硬件结构及原理 1)芯片内部
编程结构
2)芯片引脚 外部特性 2.掌握软件设计与调试的基本技能 1)汇编语言
指令功能
2)程序 设计与调试 3.掌握单片机的扩展技术及应用 1) 存储器扩展 2) I/O 扩展
运算器 控制器
存 储 器 硬件系统
输 出 接 口 电 路
输 出 设 备
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2、单片微型计算机（单芯片微型计算机）
CPU
输 入 设 备
输 入 接 口 电路
运算器
控制器
输 出 接 口 电路
输 出 设 备
存储器 硬件系统
单片机
把 CPU、RAM、ROM、I/O 接口电路、定时器/ 计数器等器件集成在一个芯片上的微型计算机。