单片机 第二章(1)

Vcc, GND: 正电源端与接地端（+5V/3.3V/2.7V)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。
单片机的引脚（晶振端） Vcc, GND: 正电源端与接地端（+5V/3.3V/2.7V)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。 XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入/输出端
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(2)MCS-96系列单片机 MCS-96系列单片机是Intel公司在1983年推出的16位单片机，它与8位机相比， 具有集成度高、运算速度快等特点。它的内部除了有常规的I/O接口、定时器／ 计数器、全双工串行口外，还有高速I/O部件、多路A／D转换和脉宽调制输出 （PWM）等电路，其指令系统比MCS-51更加丰富。 (3)ATMEL公司单片机 ATMEL公司于1992年推出了全球第一个3V超低压F1ash存储器，并于1994年 以 E2PROM技术与 Intel公司的 80C31 内核进行技术交换，从此拥有了80C31 内核 的 使 用权 ， 并 将 ATMEL 特 有 的 Flash 技 术 与 80C31 内 核 结 合 在一 起 ， 生 产 出 AT89C51系列单片机。
（2）控制器电路：程序计数器PC、PC+1寄存器、指令寄存器、指令译码器、 定时与控制电路等。
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存储器：RAM ROM （1）包括RAM 128X8 和 RAM地址寄存器 （2）实际的256个单元，后128个位专用寄存器，用户仅能使用前128个存储 单元。 (3) ROM呢?
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定时器、计数器： 2个16位的定时器、计数器，实现控制或者计时功能。 单片机主要用于控制领域，这领域经常用到定时和控制功能，所以单片机设置了 它们，使得我们控制应用方便。 并行、串行口： 8个并行IO口：p0、p1、p2、p2 一个全双工的串口，功能强大。 中断控制电路、时钟电路、位处理、内部总线。
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2.单片机的发展
根据单片机发展过程中各个阶段的特点，其发展历史大概可划分为以下四个 阶段： 第一阶段（1974～1976）：单片机的初级阶段。因工艺限制，单片机采用双 片的形式，而且功能简单。 第二阶段（1976一1978）：低性能单片机阶段。以Intel公司制造的MCS-48 系列单片机为代表。 第三阶段（1978一现在）：高性能单片机阶段。这个阶段推出的单片机普遍 带有串行I/O口，多级中断处理系统，16位定时器／计数器，片内ROM、RAM容量 加大，且寻址范围可达64K字节，有的还内置有A/D转换器。这类单片机的代表是 Intel公司的MCS-51系列，Motorola公司的6810和Zilog公司的Z8等。 第四阶段（1982一现在）：8位单片机的巩固发展以及16位单片机、32位单 片机推出阶段。 目前使用最多的仍是8位单片机。在8位单片机中80C51的使用更为广泛。本 教材也是以80C51为基础。
引 脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 RxD: TxD: 第 二 功 能
串行口接收数据输入端 串行口发送数据输出端
INT0: 外部中断申请输入端 0 INT1: 外部中断申请输入端 1
P3.4
P3.5 P3.6
T0:
T1: WR:
外部计数脉冲输入端 0
外部计数脉冲输入端 1 写外设控制信号输出端
8951 89C51 8952 89C252
4KB 4KB 8KB 8KB
128B 128B 256B 256B
2×16 2×16 3×16 3×16
5 5 6 7
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80C51与8051的比较
①MCS-51 系列单片机采用两种半导体工艺生产。 8051芯片用 HMOS 工艺（高密 度短沟道 MOS 工艺），而 80C51 芯片则采用 CHMOS 工艺（互补金属氧化物的 HMOS 工 艺）。CHMOS工艺是CMOS和HMOS的结合。 ②80C51芯片具有CMOS低功耗的特点。例如8051芯片的功耗为630mW,而80C51的 功耗只有120mW。
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单片机的引脚（PSEN端）
• •
PSEN：寻址外部程序存储器时选通外部EPROM的 读控制端（OE）低有效。
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单片机的引脚（PSEN端）
• •
PSEN：寻址外部程序存储器时选通外部EPROM的 读控制端（OE）低有效。
D0-D7 P0.0-P0.7 ALE EA PSEN P2.0-P2.4 单片机 8D G 8Q A0-A7
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2.单片机的特点及应用领域
单片机的特点： （1）小巧灵活、成本低、易于产品化。能组装成各种智能式测控设备及智能仪 器仪表。 （2）可靠性好，应用范围广。单片机芯片本身是按工业测控环境要求设计的，
抗干扰性强，能适应各种恶劣的环境，这是其它机种无法比拟的。
（3）易扩展，很容易构成各种规模的应用系统，控制功能强。单片机的逻辑控 制功能很强，指令系统有各种控制功能指令，可以对逻辑功能比较复杂的系统进
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2.1 单片机的概念 1.单片机的概念
单片微型计算机是指集成在一个芯片上的微型计算机，也就是把组成微型计 算机的各种功能部件，包括CPU（Central Processing Unit）、随机存取存储器 RAM（Random Access Memory）、只读存储器ROM（Read-only Memory）、基本输 入/输出(Input/Output)接口电路、定时器/计数器等部件都制作在一块集成芯片 上，构成一个完整的微型计算机，从而实现微型计算机的基本功能。简称单片机 （SCMC)。 为了强调其控制特点，把它称为微控制器（MCU）。由于单片机在应用时通 常是处于被控系统的核心地位，并融入其中，即以嵌入的方式进行使用，为了强 调其“嵌入”的特点，也常常将单片机称为嵌入式微控制器（EMCU）。
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2.2 单片机逻辑结构及信号引脚
CPU运算器 电路 CPU控制器 电路 CPU控制器 电路
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ROM 时钟电路
RAM
定时计数器
CPU
并口
串口
中断系统
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2.2.1 80C51单片机的内部逻辑结构
CPU内部结构： （1）运算器电路：算术逻辑单元ALU、累加器ACC、寄存器B、程序状态字PSW 和2个暂存器等。 算术逻辑运算单元ALU ( 8位 )： +、–、×、÷算术运算，与、或、非、异或逻辑运算，循环移位、位处理。
P3.7
RD:
读外设控制信号输出端
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小结
51单片机的8个特殊引脚
Vcc, GND: 电源端 XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入、输出端 RESET: 复位端 正脉冲有效（宽度8 mS） EA/Vpp: 寻址外部ROM控制端。低有效 片内有ROM时应当接高电平。 ALE/PROG: 地址锁存允许控制端。 PSEN：选通外部ROM的读(OE)控制端。 低有效
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单片机的引脚（P3口）
P3.0—P3.7: 双功能口（内置了上拉电阻） • 它具有特定的第二功能。在不使用它的第二功能时它就是普 通的通用准双向I/O口。
•
第二功能输出 读锁存器 2 内部 总线 写锁 存器
D CK Q /Q
Vcc 内部上拉电阻
3
引脚 P3.X
1 读引脚 第二功能输入
4
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P3口第二功能表
行控制。
（4）具有通讯功能，可以很方便地实现多机和分布式控制，形成控制网络和远 程控制。
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3.单片机的应用
（1）工业方面：各种测控系统。数据采集系统，工业机器人，智能化仪器，机、电 一体化产品。 （2）智能仪器仪表方面。 （3）通讯方面：调制解调器、程控交换技术等。 （4）消费产品方面：电动玩具、录像机、激光唱机。 （5）导弹与控制方面：导弹控制、鱼雷制导控制、智能武器装备、飞机导航系统。 （6）计算机外部设备及电器方面：打印机、硬盘驱动器、彩色与黑白复印机、磁带
单片机原理与接口技术
电气（机电）工程学院
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第二章
80C51单片机的硬件结构
80C51内部逻辑、存储器，引脚
重点
80C51内部存储器
难点 其他
单片机的发展
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第二章
80C51单片机的硬件结构
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7
单片机概念 80C51单片机的逻辑结构及信号引脚 80C51单片机的内部存储器 80C51单片机的并行I/O口 80C51单片机的时钟与定时 80C51单片机的系统复位 单片机的低功耗工作模式
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PC与SFR复位状态表 寄存器 PC A 复位状态 0000H 00H 寄存器 TCON T2CON 复位状态 00H 00H
B PSW
SP DPTR P0~P3 IP IE TMOD
00H 00H
07H 0000H FFH XX000000B 0X000000B 00H
TH0 TL0
TH1 TL1 SCON SBUF PCON
00H 00H
00H 00H 00H XXH 0XXX0000B
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单片机的引脚（EA端）
EA/Vpp: 寻址外部ROM控制端/编程电源输入端。 低有效，片内无ROM时必须接地； 片内有ROM时应当接高电平； 对片内ROM编程时编程正电源加到此端。
单片机的引脚（ALE端） ALE/PROG: 地址锁存允许/编程脉冲输入端。 P0口寻址外部低8位地址时接外部锁存器 G端； ALE端平时会输出周期正脉冲：f fosc/6 ； 对片内ROM编程时编程脉冲由此端加入。
Q
/Q
Vcc
引脚P0.X
1 读引脚
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单片机的引脚（P2口）
P2.0—P2.7: 双向I/O • 寻址外部程序存储器时输出高8位地址；不接外部程序存储器 时可作为8位准双向I/O口使用。
•
读锁存器 2 内部 总线 写锁 存器
D CK Q /Q
地址高8位 控制
Vcc 内部上拉电阻
3
引脚 P2.X
1 读引脚
D CK Q /Q
内部上拉电阻
引脚P1.X
1 读引脚
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单片机的引脚（P0口）
P0.0—P0.7: 双向I/O • 寻址外部程序存储器时分时作为双向8位数据口和输出低8位 地址复用口；不接外部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使 用。
•
读锁存器 2
内部 总线 写锁 存器
D
CK
地址/数据 控制 3 4
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2.2.2 80C51单片机的封装与信号引脚
MCS-51单片机40脚 Vcc, GND XTAL1, XTAL2 RESET 2 2 1
EA/Vpp
ALE/PROG PSEN P0.0—P0.7
1
1 1 8
P1.0—P1.7
P2.0—P2.7 P3.0—P3.7
8
8 8
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单片机的引脚（电源端）
片内ROM的形式 资源配置 子系列 片内 ROM 容量 片内 RAM 容量 定时器 与 计数器 中 断 源
无
ROM
EPROM
E2PRO M
8×51系列 8×C51系列 8×52系列 8×C252系列
8031 80C31 8032 80C232
8051 80C51 8052 80C252
8751 87C51 8752 87C252
OEΒιβλιοθήκη Baidu
OE A8-A12 CE
锁存器 74LS373
EPROM
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单片机的I/O引脚结构
众多功能各异的I/O引脚源于它结构的不同
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单片机的引脚（P1口）
P1.0—P1.7: 准双向I/O口 • 输出时一切照常，仅在作输入口用时要先对其 • 写“1”。
•
Vcc 读锁存器 2 内部 总线 写锁 存器
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单片机的引脚（复位端） RESET: 复位端 复位使单片机进入某种确定的初始状态： ▼ PC值归零（0000H）； ▼ 各个特殊功能寄存器SFR被赋予初始值： P0～P3 = 0FFH，Acc = 0，B = 0，TH0=0，TL0=0，TH1=0，TL0=0，SP=7， PSW=0 „„ ▼退出处于节电工作方式的停顿状态、退出一切程序进程、退出程序的死循 环，从头开始。
机等。
（7）多机分布式系统：可用单片机构成分布式测控系统，它使单片机应用进入了一 个全新的阶段。
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4.典型单片机产品简介
(1) MCS-51单片机系列 MCS-51可分为两个子系列和4种类型，按资源的配置数量，MCS-51系列分为51 和52两个子系列，其中51子系列是基本型，而52子系列属于增强型。
③80C51在功能增加了待机和掉电保护两种工作方式，以保证单片机在掉电情 况下能以最低的消耗电流维持。
④此外，在80C51系列芯片中，内部程序存储器除了ROM型和EPROM型外，还有 E2PROM型，例如89C51就有4KB E2PROM。并且随着集成技术的提高，80C51系列片 内程序存储器的容量也越来越大，目前已有64KB的芯片了。另外，许多80C51芯片 还具有程序存储器保密机制，以防止应用程序泄密或被复制。