单片机基本结构

51系列单片机将程序存储器和数据存储器分开寻址，这样 就有4个在物理上相互独立的存储器空间：片内、外的ROM 和片内、外的RAM。
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FFFF 外部
60K
30
FFFF
1000
外部
0FFF 内部 0FFF 外部
64K
4K
并行I/O口：MCS－51单片机共有4个8位的I/O口（P0、P1、 P2和P3），每一条I/O线都能独立地用作输入或输出。
P0口能带8个TTL门电路 P1、P2和P3口负载能力为4个TTL门电路
串行I/O口：MCS－51单片机具有一个采用通用异步工作方 式的全双工串行通信接口，可以同时发送和接收数据。
（3）并行I/O口
P0口
当一般I/O口使用.
当访问外部RAM或ROM时,当低8位地址总线和数据总线使用
P1口：提供单片机的主要I/O口
P1.0可复用作为T2的外部计数输入端
P1.1可复用作为重载/捕捉/方向控制
P2口
当一般I/O口使用.
当访问外部RAM或ROM时,做高8位地址总线
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单片机概念
常用89C51系列芯片
ATMEL公司的AT89C51 宏晶科技的STC系列——STC89C51RC
查阅资料，找出AT89C51芯片与 STC89C51RC芯片的区别
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内部结构
MCS-51单片机是高性能的8位单片机，除内置程序存储器有 区别外，内部结构和引脚相同
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（3）并行I/O口
P3口
当一般I/O口使用，可以作为替代功能的输入、输出替代输入功能如下： P3.0 —— RXD，串行输入口。 P3.l ——TXD，串行输出口。 P3.2 ——外部中断0的请求。 P3.3 ——外部中断1的请求。 P3.4 ——T0，定时器／计数器0外部计数脉冲输入。 P3.5 ——T1，定时器／计数器1外部计数脉冲输入。 P3.6 ——外部数据存储器写选通，输出，低电平有效。 P3.7 ——外部数据存储器读选通，输出，低电平有效
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单片机概念
微 型 计 算 机 （ Microcomputer ） ——微处理器、存储器、输入输出接口 电路
单片机——集成在一块芯片上的微型计 算机
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8031：内部无程序存储器 8051：ROM型单片机，内含4K字节ROM 8751：EPROM型单片机，内含4K字节EPROM 89C51：Flash存储器，4K字节，可以电擦除和改写，字母C代表CMOS
工艺
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引脚
电
源
及 时
X1
钟
X2
引
EA
脚
PSEN
控
ALE
制
RST
引
VCC
脚
GND
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P0
P1
8051
P2
P3
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并行I/O口引脚
P00~P07 P10~P17 P20~P27 P30~P37
36
管脚的功能
（1）电源与时钟
Vcc：接+5V电源端
内部结构
1、CPU（微处理器）
2、数据存储器（RAM）
3、程序存储器（ROM/EEPROM）
4、并行8位I/O口：P0、P1、P2、P3
5、串行口 1个全双工的异步串行口
6、定时器/计数器
7、中断系统
8、特殊功能寄存器（SFR）
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18 XTAL2
单 片 机
19 XTAL1
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名称
功
能
⑵ 控
PSEN
片外取指信号（片外程序存储器读）输出端低电平 有效。通过P0口读回指令或常数。
控制的是片外程序存储器
制 信
ALE
地址锁存信号。 P0口是数据/地址复用口
ALE低电平时， P0口出现数据信息； ALE高
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内部结构——运算器
算术逻辑运算单元ALU 累加器A 程序状态字寄存器PSW
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内部结构——累加器A
使用最频繁的寄存器，可写为Acc。 A的作用：
（1）是ALU单元的输入之一，又是运算结果存放单元。 （2）数据传送大多都通过累加器A。 （3）A的进位标志Cy同时又是位处理机的位累加器。
第五阶段：微控制器全面发展阶段（1990-）
单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能 的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
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单片机概念
MCS-51、8051、89C51、C51的区分
MCS-51：Intel的一个系列名称，简称51单片机。 8051：是MCS-51系列中的一个型号，早期典型产品。 89C51：也是MCS-51系列中的一个型号，具有低功耗的特点。 C51：不是单片机，它是应用在51单片机中的 C 语言。
002BH
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存储器——特殊功能寄存器
CPU对各种功能部件的控制采用特殊功能寄存器集中控制方 式，共21个。
有的SFR可进行位寻址，其字节地址的末位是0H或8H
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引脚
40只引脚双列直插封装（DIP） 44只引脚方形封装方式（4只未用）
程序计数器PC（Program Counter）
存放下一条要执行的指令在程序存储器中的地址。
基本工作方式：
（1）程序计数器自动加1 （2）执行有条件或无条件转移指令时，程序计数器将被置入新 的数值，从而使程序的流向发生变化。 （3）执行子程序调用或中断调用时完成下列操作：① PC的当前 值保护；② 将子程序入口地址或中断向量的地址送入PC。
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时序
单片机时序是指单片机执行指令时应发出的控制信号的时 间序列。
这些控制信号在时间上的相互关系就是CPU的时序。 它是一系列具有时间顺序的脉冲信号。
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时序——单位
时钟周期 状态周期 机器周期 指令周期
1
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2
回顾
Keil的使用 Protues的使用
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3
回顾
Keil软件的操作
新建工程并保存 新建源文件并保存（需要写后缀名.C） 源文件编写代码 添加源文件到工程组 编辑工程属性 编译，生成HEX文件
Vss：接地端
XTAL1：片内振荡电路输入端
XTAL2：片内振荡电路输出端
时钟电路：
内时钟方式 外时钟方式
内时钟方式： 在XTAL1、XTAL2上外接定时元件，使
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其形电子成信息自学院激袁振可可荡器。
定时元件采用由石英晶体和电容组成并联谐振电路。37 晶体和电容尽可能靠近单片机芯片。
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内部结构——PSW
Cy（PSW.7）进位标志位
Ac(PSW.6)辅助进位标志位
F0（PSW.5）标志位，由用户使用的一个状态标志位。
RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）：4组工作寄存器区选择控制位1和位0。
OV（PSW.2）溢出标志位
PSW.1位: 保留位，未用
体积小、功耗小、价格 低、用途灵活、应用中 要设计专业的硬件和软 件
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单片机概念
发展概况：
第一阶段：起步阶段（1974-1976）
第二阶段：发展阶段（1976-1978）
第三阶段：完善阶段（1978-1982）
第四阶段：8位机和16位机争艳阶段，也是单片机向微控制器发展的 阶段（1982-1990）
9
单片机概念
两大分支
PC机：海量、高速，兼顾控制功能 单片机：测控功能，兼顾数据处理
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组成 （CPU、RAM、 ROM、I/O口）
功能
应用特点
PC机
10
单片机
芯片、安装在主板
集成到单芯片
数据运算、采集、处 理、存储、传输
控制（或受控于）外设
体积大、功耗大、价 格高、易学、但用于 控制时必须有专用的 接口卡
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内部结构
中断控制系统：51单片机共有5个中断源，即外中断2个， 定时/计数中断2个，串行中断1个。
时钟电路：51芯片内部有时钟电路，但晶体振荡器和微调 电容必须外接。
时 钟 电 路 为 单 片 机 产 生 时 钟 脉 冲 序 列 ， 振 荡 器 的 频 率 范 围 为 1.2MHz～12MHz。
指令寄存器IR、指令译码器及控制逻辑电路
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内部结构——定时/计数器
MCS－51单片机片内有两个16位的定时/计数器，即定时器0 和定时器1。它们可以用于定时控制、延时以及对外部事件 的计数和检测等。
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电Hale Waihona Puke Baidu信息学院 袁可可
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内部结构——I/O口
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内部结构——CPU
由运算器和控制器所构成
运算器——对操作数进行算术、逻辑运算和位操作 控 制 器 ——单片机的指挥控制部件,主要任务是识别指令,并根据指
令的性质控制单片机各功能部件,从而保证单片机各部分能自动协调 的工作
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振荡频率 1.2MHz~12MHz
19 XTAL1
电容通常选择
C1
为15-33PF左右
C2
晶 振
单级反相 放大器
单 片
机
18
内时钟方式电路图
XTAL2
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外时钟方式：XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器 38
+5V
上拉电阻
OC门
外部 振荡源
频率低于 12MHz
外时钟方式电路图
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回顾
Proteus软件的操作
新建文件 保存文件（不需要写后缀名） 选取元件 绘制电路图 加载HEX文件 仿真调试
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5
内容导航
单片机概念 内部结构 存储器 引脚 时序 复位电路
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寄存器区 00H 电子信息学院 袁可可
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存储器——ROM特殊单元
内部程序存储器的某些单元被保留用于特定的程序入口地 址。
复位
0000H
外部中断0
0003H
定时器T0溢出中断 000BH
外部中断1
0013H
定时器T1溢出中断 001BH
串行口中断
0023H
定时器T2中断
电平时， P0口出现地址信息。
号
用下降沿 锁存P0口的低8位地址到外部锁存器
EA/VPP
程序存储器选择信号 EA= 0 时，选外部ROM；
1，地址小于4k时，选内部ROM 地址大于4k时，选外部ROM
RESET 复位信号：高电平复位CPU，低电平CPU工作
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P(PSW.0)奇偶标志位
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工作寄存器区的选择 RS1 RS0 寄存器组 R0～R7地址 0 0 0区 00～07H 0 1 1区 08～0FH 1 0 2区 10～17H 1 1 3区 18～1FH
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内部结构——控制器
4K
（ 0000
=1）
（ 0000
=0）
FF
80 专用寄存器
7F 00
片内RAM
0000
程序存储器 ROM
内部数据存储器 外部数据存储器
RAM
RAM
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FFH SFR
特殊功能
80H 寄存器
7FH 数据
片内RAM区
缓冲区
分为三部分
30H 片内 2FH 位R寻A址M区 20H 1FH 工作
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内部结构——存储器
MCS－51系列单片机的存储器包括数据存储器和程序存储器， 其主要特点是程序存储器和数据存储器的寻址空间是相互 独立的，物理结构也不相同。
这种结构称为哈弗结构。
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存储器
存储器是单片机里面的重要功能部件，分为程序存储器 （ROM）和数据存储器（RAM）。