单片微型计算机原理及结构
单片微型计算机原理和应用课程设计
单片微型计算机原理和应用课程设计一、设计背景单片微型计算机是指把中央处理器、存储器、输入/输出接口和时钟等核心部件集成在一块芯片上的微型计算机。
单片微型计算机具有价格低廉、体积小、功耗低、易于编程等优点，广泛应用于各种智能控制系统中。
因此，对单片微型计算机进行深入研究和应用，具有重要的理论和实际意义。
二、课程目标本课程旨在让学生掌握单片微型计算机的基本原理和应用技术，培养学生的实际操作能力和解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.掌握单片微型计算机的硬件结构和工作原理；2.掌握单片微型计算机的指令系统和汇编语言编程；3.掌握单片微型计算机的输入/输出接口及其编程技术；4.掌握单片微型计算机的中断响应和计时计数技术；5.了解单片微型计算机的应用领域和现状。
三、课程内容1. 单片微型计算机体系结构1.1 体系结构概述 1.2 内存管理单元 1.3 输入/输出系统 1.4 系统时钟和定时器 1.5 中断系统2. 单片微型计算机编程2.1 汇编语言基础 2.2 汇编语言程序设计 2.3 程序调试和优化3. 单片微型计算机输入/输出接口3.1 输入/输出数据格式 3.2 数据输入/输出接口 3.3 并行口输入输出接口4. 单片微型计算机中断响应和计时计数4.1 中断介绍 4.2 中断控制器 4.3 定时器和计数器5. 单片微型计算机的应用5.1 智能控制系统 5.2 计算机嵌入式系统 5.3 物联网应用四、教学方法本课程采用课堂讲授、实验教学相结合的方法，加强实践性教学。
在讲解理论的同时，引导学生开展实验设计和编程实践，以提高学生的实际操作能力和解决实际问题的能力。
五、考核方式本课程采用综合性考核方式，包括平时成绩、实验成绩和作业成绩等。
其中，平时成绩占30%，实验成绩占40%，作业成绩占30%。
六、教材和参考书目教材：《单片微型计算机原理和应用》参考书目：《单片微型计算机原理和应用教程》、《51单片机原理与应用》、《单片机原理与应用》等。
第二讲 第2章 MCS-51单片微型计算机结构
S1
S2
S3
读下一个操作 码（丢弃） P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 （a） 单字节，单周期指令 例：MOV A R1
读操作码 读操作码 读第二字节
2
P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 （b） 双字节，单周期指令 例：ADD A dir 读操作码
MCS-51单片机的结构原理
一、计算机的经典组成 计算机的经典结构见 图1.1 所示。这种结 构是由计算机的开 拓者——数学家约 翰· 诺依曼最先提 冯· 出的，所以就称之 为冯· 诺依曼计算机 体系结构，也叫普 林斯顿结构。
图 1.1 计算机经典结构
二、 MCS-51单片机的基本组成
(一) 8051单片机的结构
﹡IP B8H ﹡IE A8H TMOD ﹡TCON TL0 TH0 TL1 TH1 PCON ﹡SCON 寄存器 SBUF
IP.7～IP.0 BFH～B8H 中断优先控制器 IE.7～IE.0 AFH～A8H 中断允许控制器 89H 定时器方式选择 88H TCON.7～TCON.0 8FH～88H 定时控制寄存器 8AH 定时器T0低8位 8CH 定时器T0高8位 8BH 定时器T1低8位 8DH 定时器T1高8位 87H 电源控制及波特率选择 98H SCON.7～SCON.0 9FH～98H 串行口控制 99H 串行口数据缓冲器
F0H E0H D0H B8H B0H A8H A0H 98H 90H 88H 80H
特 殊 功 能 寄 存 器 中 位 寻 址
FFFFH 外部 RAM
单片机基础知识
6.3 单片机的发展
MCS-51系列单片机中，有两个子系列：51子系列、52子系列。 51子系列：
8051、8751和8031三个型号，后来经过改进产生 了80C51、87C51和80C31三个型号； 52子系列：
8052、8752和8032三个型号，改进后的型号是 80C52、87C52和80C32。
C2 22μF
8031 8051 8751
R1
（a）上电复位电路
（b）按键电平复位电路
80C51复位电路
（c）按键 脉冲复位电路
二、单片机的结构和原理
1 单片机的硬件结构
时钟源
T0 T1
时钟电路 SFR和RAM 存储器
定时/计数器
CPU
系统总线
并行I/O口
串行I/O口
中断系统
P0 P1 P2 P3
O接口P0～P3。 2. 它们都是双向端口，每个端口各有8条I/O线。 3. P0-P3口四个锁存器同RAM统一编址，可作为SFR来寻址。
2 单片机引脚及其功能
MCS-51系列如8051.8751和 8031均采用40引脚双列直插封装 （Dual In-line Package,DIP） 方式。因受到引脚数目的限制， 有不少引脚具有第二功能。
MCS-51单片机引脚如图所示
2 单片机引脚及其功能 MCS-51单片机 40引
脚，可分为端口线、电源 线和控制线三类。
1.端口线（4×8=32条）
P0.0~P0.7、P1.0~P1.7、P2.0~P2.7、 P3.0~P3.7
2.电源线（2条） VCC为+5V电源线，VSS接地
3.控制线（6条）
单片机应用基础
一 、单片机概述与结构
单片微型计算机原理及接口技术
单片微型计算机原理及接口技术在现代科技领域中，计算机技术的发展日新月异，而单片微型计算机无疑是其中的重要一环。
本文将介绍单片微型计算机的原理以及接口技术，以帮助读者更好地理解和运用这一领域的知识。
一、单片微型计算机的原理1.1 数据表示和处理在单片微型计算机中，数据的表示和处理是非常重要的。
计算机所处理的数据通常以二进制形式表示，通过位(bit)来表示数据的最小单元。
在微型计算机中，通常使用八位(bit)的字节(byte)作为数据的基本单位。
此外，计算机还可以通过不同的数据类型来表示和处理不同类型的数据，如整数、浮点数、字符等。
1.2 CPU和内存在单片微型计算机中，中央处理器(CPU)被视为计算机的大脑。
CPU负责执行指令、进行算术和逻辑运算等操作。
而内存则用于存储数据和指令，供CPU读取和写入。
常见的内存分类有随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)，其中RAM用于临时存储数据，而ROM则用于存储固定的指令和数据。
1.3 控制单元和指令控制单元是CPU的一个核心组成部分，它负责解析和执行指令。
指令是计算机执行操作的命令，可以进行数据的读取、写入、运算等操作。
常见的指令集结构有精简指令集(RISC)和复杂指令集(CISC)。
RISC的指令集相对较简单，执行速度快，而CISC的指令集相对较复杂，但可以实现更多功能。
二、单片微型计算机的接口技术2.1 输入输出接口在单片微型计算机中，输入输出（I/O）设备起着连接计算机与外部设备的重要作用。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、触摸屏等，而输出设备包括显示器、打印机、扬声器等。
通过适当的接口技术，计算机可以与这些设备进行数据的输入和输出，并实现与用户的交互。
2.2 存储器接口技术存储器接口技术用于连接CPU和内存之间的数据传输。
根据不同的芯片架构和规范，存储器接口技术有所不同。
常见的接口技术包括地址总线、数据总线和控制总线。
地址总线用于指定内存的地址，数据总线用于传输数据，而控制总线则用于传输控制信号。
第1章单片机概述
第1章 单片机概述1.1 单片机的概念1.1.1 单片机的定义单片机的全称是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer，SCM），也称为微控制器（Micro-Controller Unit，MCU），它是将中央处理单元（Central Processing Unit，CPU）、数据存储器RAM（Random Access Memory，随机读写存储器）、程序存储器ROM（Read Only Memory，只读存储器）以及I/O（Input/Output，输入/输出）接口集成在一块芯片上，构成的一个计算机系统，其组成框图如图1.1所示。
单片机可用下面的“表达式”来表示：单片机 = MPU+ROM+RAM+I/O+功能部件图1.1 单片机的组成框图1.1.2 单片机的诞生单片机诞生于20世纪70年代末，具有代表性的事件是1976年Intel公司推出了MCS-48单片机系列的第一款产品：8048。
这款单片机在一个芯片内集成了超过17000个晶体管，包含一个CPU，1KB的EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory，可擦可编程只读存储器），64字节的RAM，27个I/O端口和一个8位的定时器。
8048很快就成为了控制领域的工业标准，它们起初被广泛用来替代诸如洗衣机或交通灯等产品中的控制部分。
1980年，Intel公司在MCS-48的基础上推出了MCS-51系列的第一款单片机8051，这款单片机的功耗、大小和复杂程度都比8048提高了一个数量级。
8051集成了超过60000个晶体管，拥有4KB的ROM，128B的RAM，32个I/O端口，一个串行通信接口和两个16位的定时器。
经过三十多年的发展，MCS-51系列单片机已经形成了一个规模庞大、功能齐全、资源丰富的产品群。
单片机原理与应用技术·2·1.1.3 单片机的应用领域单片机在我们的日常生活和工作中无处不在、无处不有：家用电器中的微波炉、洗衣机、电饭煲、豆浆机、电子秤；住宅小区的监控系统、电梯智能化控制系统；汽车电子设备中的ABS、GPS、ESP、TPMS；医用设备中的呼吸机，各种分析仪，监护仪，病床呼叫系统；公交汽车、地铁站的IC卡读卡机、滚动显示车次和时间的LED点阵显示屏；电脑的外设，如键盘、鼠标、光驱、打印机、复印机、传真机、调制解调器；计算机网络的通信设备；智能化仪表中的万用表、示波器、逻辑分析仪；工厂流水线的智能化管理系统，成套设备中关键工作点的分布式监控系统；导弹的导航装置，飞机上的各种仪表等。
第2章MCS--51系列单片机的结构及原理
（4）工作寄存器组选择位RS1、RS0（PSW.4，
PSW.3）： RS1、RS0与工作寄存器组的对应关系
如下：
RS1 RS0 工作寄存器组 片内RAM地址
00
第0组
00H～07H
01
第1组
指令执行后，A=D1H最高位无进位，故Ｃ=0；低半字节有进位，AC=1； OV=0 1=1，发生溢出；A中1的个数为偶数，故P=0。
CPU时序
一．振荡器
CPU执行指令的一系列动作是在时序电路的控制下一拍一拍进行的。 其节拍信号由振荡器产生，MCS--51系列单片机的内部有一个高增益的反 相放大器。外接晶体后可构成自激振荡器产生节拍信号，接法见图2-1, 也可使用片外振荡器，采用不同工艺制造的单片机芯片接法不同：
RST/VPO：双功能引脚，在单片机工作期间， 当此引脚上出现连接2个机器周期的高电平时可 实现复位操作，详见2.4节。
在Vcc掉电期间，若该引脚接备用电源 （+5v），可向片内RAM供电，以保存片内RAM中 的信息。
2.2 MCS—51系列单片机的微处理器与CPU时序
运算器由算逻运算单元ALU、累加器A、B寄存器、暂存器1、 暂存器2、及程序状态字PSW构成。程序状态字PSW是1个8位 的专用寄存器，用于存放程序运行中的各种状态信息，可 进行位寻址，
P
图2—3 程序状态字各位的含义
（1）进位标志C（PSW.7）；很多算术逻辑运算指令执行 后都会影响进位标志C。例如加减运算，若运算结果有进 位或借位，则C=1，若无，则C=0。可用专门的指令或硬件 将C置位或清零，在进行位操作时，C又起着位累加器的作 用，类似于累加器A。
单片微型计算机原理和接口技术第三版复习总结
单片微型计算机原理和接口技术第三版复习总结前言单片微型计算机的定义和重要性接口技术在现代电子系统中的作用第一章：单片机概述1.1 单片机的发展历程单片机的诞生和发展主要的单片机系列1.2 单片机的基本组成CPU存储器输入/输出接口时钟系统复位电路1.3 单片机的分类和应用领域按功能分类按应用领域分类第二章：单片机的指令系统2.1 指令系统概述指令的格式指令的分类2.2 寻址方式立即寻址直接寻址间接寻址寄存器寻址变址寻址2.3 指令集详解数据传输指令算术运算指令逻辑运算指令控制转移指令第三章：存储器结构3.1 存储器的分类ROMRAMEEPROM3.2 存储器的扩展存储器的地址映射存储器的接口技术3.3 存储器的保护机制写保护保密机制第四章：输入/输出接口4.1 I/O接口的基本概念I/O端口I/O控制方式4.2 并行接口8255A可编程并行接口8155可编程并行接口4.3 串行接口串行通信原理串行接口芯片第五章：中断系统5.1 中断的基本概念中断的分类中断优先级5.2 中断处理流程中断请求中断服务程序中断返回5.3 中断控制器8259A可编程中断控制器第六章：定时器/计数器6.1 定时器/计数器的工作原理定时器的工作模式计数器的应用6.2 定时器/计数器的应用实例定时控制脉冲计数第七章：模数与数模转换7.1 模数转换器（ADC）ADC的工作原理ADC的应用7.2 数模转换器（DAC）DAC的工作原理DAC的应用第八章：总线技术8.1 总线的概念总线的功能总线的分类8.2 常用总线标准ISA总线PCI总线USB总线8.3 总线仲裁和控制总线仲裁机制总线控制策略第九章：单片机的系统设计9.1 系统设计的基本步骤需求分析硬件设计软件设计9.2 系统可靠性设计电源管理故障检测与处理9.3 系统性能优化代码优化硬件优化结语单片机技术的未来发展趋势学习单片机的重要性参考文献列出相关的参考书籍和文献。
单片微型计算机原理-胡乾斌--课后习题答案
习题11.1什么是单片微型计算机?答：单片微型计算机是将计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算机，是计算机微型化的典型代表之一，通常片内都含有、、、并行、串行、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。
1.2单片机的发展经历了哪几个阶段？在哪一阶段确立了单片机在嵌入式应用中的地位。
答：单片机初级阶段（1974—1976年），芯片化探索阶段（1976—1978年），8位单片机成熟阶段（1978—1982年），从向过渡阶段（1983—1990年），百花齐放阶段（1990年—至今）。
其中，芯片化探索阶段（1976—1978年）确立了单片机在嵌入式应用中的地位。
1.3 单片机可分为几个系列？简述每个系列的主要特性。
答：单片机按系列可分为80C51系列、系列和系列等。
系列单片机是公司的产品，与51系列单片机不兼容。
1) 系列单片机最大的特点是从实际出发，重视产品的性能与价格比，发展多种型号来满足不同层次的应用要求。
2) 精简指令使其执行效率大为提高。
3) 产品上市零等待（）。
4) 有优越开发环境。
5) 其引脚具有防瞬态能力，通过限流电阻可以接至220V交流电源，可直接与继电器控制电路相连,无须光电耦合器隔离，给应用带来极大方便。
6) 彻底的保密性。
7) 自带看门狗定时器，可以用来提高程序运行的可靠性。
8) 睡眠和低功耗模式。
单片机是1997年由公司研发出的增强型内置的( ) 精简指令集高速8位单片机。
单片机的主要特性1) 单片机以字作为指令长度单位，将内容丰富的操作数与操作码安排在一字之中(指令集中占大多数的单周期指令都是如此)，取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。
2) 单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器堆(32个寄存器文件)和单体高速输入/输出的方案(即输入捕获寄存器、输出比较匹配寄存器及相应控制逻辑)。
提高了指令执行速度(1)，克服了瓶颈现象；同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。
单片机原理及应用讲的什么
单片机原理及应用讲的什么简介单片机，也称为微控制器，是一种集成了处理器核、存储器和各种输入/输出设备的微型计算机系统。
单片机在现代电子产品中发挥着重要的作用，广泛应用于工业控制、家用电器、汽车电子、通信设备等领域。
那么，单片机原理及应用主要讲解了什么内容呢？单片机原理1.单片机结构：单片机由中央处理器、存储器和输入/输出设备等组成。
中央处理器负责主要的计算和控制任务，存储器用于存储程序和数据，输入/输出设备用于与外部环境进行信息交互。
2.单片机指令集：单片机通过一组指令来实现各种功能，指令集包括算术运算、逻辑运算、数据传输、控制流程等操作。
掌握单片机的指令集是理解单片机原理的关键。
3.中断和定时器：中断用于处理紧急事件或按键输入等外部触发的事件，定时器用于生成精确的时间延迟。
中断和定时器功能使单片机能够在复杂的环境中高效地完成任务。
4.串行通信：单片机通过串行通信接口与其他设备进行数据交换，常见的串行通信协议包括SPI、I2C和UART等。
掌握串行通信原理可以实现单片机与外部设备的数据传输。
单片机应用单片机在各个领域有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1.工业控制：单片机通常用于工业自动化领域，用于控制各种工业设备，包括机器人、传感器、驱动器等。
单片机的高性能和可编程性使其在工业控制中得到广泛应用。
•工作流程自动化：通过编程实现工业生产线上的自动化流程控制，提高生产效率和质量。
•数据采集和处理：通过连接传感器和执行器，实现对各种数据的采集和处理，用于分析和优化生产过程。
2.家用电器：单片机在家用电器中的应用也非常广泛，可以实现各种功能的控制与管理。
•温度控制：通过连接温度传感器，实现对冰箱、空调等家用电器的温度控制，提供更加舒适的生活环境。
•定时功能：通过定时器功能，实现对洗衣机、烤箱等家用电器的定时开关，方便用户的生活。
3.汽车电子：单片机在汽车电子领域的应用不断增加，用于实现各种功能的控制和监测。
PIC内部结构
工作和寻址。
第一章
PIC系列单片机结构原理
第一章
PIC系列单片机结构原理
1.2 PIC单片机基本结构及信号引脚
1.2.2 PIC单片机基本信号引脚 PIC16F87X系列单片机 的引脚分为两种：一种 为40脚（包括 871，874， 877这三种），如图1-3 所示；另一种为28脚 （包括 870，872，873， 876这四种）
1.5.2 唤醒与低电耗运行 休眠（SLEEP）方式与单片机的唤醒
单片机执行一条SLEEP指令后，便进入了休眠（SLEEP）方式。
单片机系统的低功耗设计
（1）选择合适的模块 （2）选择合适的工作条件 （3）选择合适的振荡方式 （4）合理处理I/O管脚
第一章
PIC系列单片机结构原理
1．5复位、唤醒与看门狗功能
1: 屏蔽端口 B 上拉电阻设置； 0: 允 许端口 B 上拉电阻设置，是否设置 还要依据各位的锁存的值。
0：外中断RB0/INT选择上升沿 触发； 1：外中断RB0/INT选择下降沿 触发。
TMR0比率WDT比率PS2 PS1 PS0 1:2 1:1 000 1:4 1:2 001 1:8 1:4 010 1:16 1:8 011 1:32 1:16 100 1:64 1:32 101 1:128 1:64 110 1:256 1:128 111
第一章
PIC系列单片机结构原理
1.1 单片机概述
微型计算机是一种以电子器件为基础，可以接受 输入信息，并能够对各种输入的数字化信息进行算术 和逻辑运算，最后产生输出的电子设备。 微型计算机既有快速运算能力，又有极强逻辑判 断能力和大容量存储功能，它是20世纪人类最卓越的 科学发明之一。 单片微型计算机就是将CPU、RAM、ROM、定 时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的 微型计算机。
单片微型计算机原理及应用
单片微型计算机原理及应用单片微型计算机（Single Chip Microcomputer，SCM）是一种集成了中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口和定时/计数器等功能的微型计算机系统。
它具有体积小、功耗低、成本低廉等特点，被广泛应用于嵌入式系统、智能控制、仪器仪表、家电产品等领域。
本文将介绍单片微型计算机的原理及其在各个领域的应用。
首先，单片微型计算机的原理是基于集成电路技术。
它采用单片集成电路（IC）实现了整个计算机系统的功能，包括中央处理器、存储器、输入/输出接口和定时/计数器等。
这种集成度高的设计使得单片微型计算机具有体积小、功耗低、成本低廉的特点，适合于对计算机系统性能要求不高的应用场景。
其次，单片微型计算机在嵌入式系统中有着广泛的应用。
嵌入式系统是指将计算机技术和信息处理能力嵌入到各种电子设备和系统中，以实现特定功能的系统。
单片微型计算机作为嵌入式系统的核心控制器，可以实现对各种设备的控制和数据处理，如智能家居控制系统、工业自动化设备、汽车电子系统等。
此外，单片微型计算机在智能控制领域也发挥着重要作用。
智能控制系统是指利用计算机技术和自动控制理论实现对各种设备和系统的智能化控制。
单片微型计算机可以实现对传感器信号的采集、数据处理和控制指令的输出，应用于温度控制、湿度控制、光照控制等智能控制系统中。
最后，单片微型计算机在仪器仪表和家电产品中也有着广泛的应用。
它可以实现对各种仪器仪表的数据采集、处理和显示，应用于数字万用表、示波器、电子秤等仪器仪表产品中。
同时，单片微型计算机还可以实现对家电产品的控制和智能化，如洗衣机、冰箱、空调等家电产品。
总的来说，单片微型计算机作为一种集成度高、体积小、功耗低、成本低廉的微型计算机系统，具有广泛的应用前景。
它在嵌入式系统、智能控制、仪器仪表和家电产品等领域都有着重要的应用价值。
随着科技的不断发展和进步，相信单片微型计算机将会在更多的领域得到应用，并发挥着越来越重要的作用。
微型计算机原理范文
微型计算机原理范文一、硬件原理1.数据传输：微型计算机通过数据总线、地址总线和控制总线来实现数据的传输。
数据总线用于传输数据信息，地址总线用于传输存储器或外设的地址，控制总线用于传输控制信号。
2.运算：中央处理器是微型计算机的核心组件，主要负责数据的处理和运算。
它由算术逻辑单元（ALU）和控制单元组成。
ALU用于进行算术和逻辑运算，控制单元用于控制指令的执行顺序。
3.存储：主存储器用于存储数据和程序。
它的存取速度较快，但容量较小。
微型计算机还可以连接辅助存储器，如硬盘、光盘和闪存，用于存储大量的数据和程序。
4.控制：微型计算机通过控制单元来控制指令的执行。
控制单元根据指令寄存器中的指令来产生相应的控制信号，实现指令的取指、译码、执行和访存等过程。
5.外围设备：微型计算机可以连接各种外围设备，如显示器、打印机、键盘、鼠标、扫描仪等。
它们通过输入输出端口与计算机系统进行通信。
二、软件原理1.系统软件：系统软件包括操作系统和语言处理程序等。
操作系统是微型计算机的核心软件，负责管理计算机的硬件资源和提供给应用软件的环境。
语言处理程序用于将高级语言转换为计算机可以执行的机器语言。
2.应用软件：应用软件包括各种办公软件、设计软件、娱乐软件等。
它们是根据用户需求来开发的，用于解决特定的实际问题。
三、微型计算机的工作原理1.初始化：当微型计算机通电时，控制单元首先从BIOS（基本输入输出系统）中读取并执行一段特定的程序，进行系统的初始化。
2.取指：控制单元从主存储器中按照程序计数器指定的地址读取指令，存放在指令寄存器中。
3.译码：控制单元对指令进行译码，确定指令的执行类型和操作对象。
4.执行：根据指令的类型和操作对象，控制单元产生相应的控制信号，使算术逻辑单元和主存储器执行相应的操作。
5.存取数据：微型计算机通过数据总线和地址总线将数据和地址传输到相应的部件，实现对数据的存取。
6.结果输出：微型计算机将运算结果通过数据总线和输出接口传输到相应的外围设备，如显示器或打印机。
单片微型计算机原理与设计1章PPT课件
单片微型计算机的应用领域
智能仪表
单片机可以用于实现各种智能 仪表的测控和数据处理，如水
表、电表、燃气表等。
工业控制
单片机在工业控制领域中有着 广泛的应用，如自动化生产线 、机器人等。
智能家居
单片机可以用于实现各种智能 家居设备的控制和监测，如智 能门锁、智能照明等。
物联网
单片机作为嵌入式系统的核心 ，在物联网中发挥着重要的作 用，如传感器节点、智能网关
工业自动化控制系统
工业自动化控制系统利用单片微型计 算机实现生产过程的自动化和智能化。
工业自动化控制系统还包括机器人、 自动化流水线等设备，这些设备通过 与单片微型计算机的连接，实现了高 效、精准的生产控制。
单片微型计算机在工业自动化控制系 统中扮演着重要的角色，它可以对生 产设备进行实时监测和控制，提高生 产效率和产品质量。
等。
02
单片微型计算机的基本组成
中央处理器
01
中央处理器（CPU）是 单片微型计算机的核心 部件，负责执行指令和 处理数据。
02
CPU由算术逻辑单元、 控制单元和寄存器组等 组成，通过内部总线连 接在一起。
03
CPU按照程序指令的要 求，对数据进行运算、 传输和存储等操作，并 输出结果。
04
CPU的性能指标主要包 括运算速度、字长和指 令集等。
单片微型计算机原理与设计1 章ppt课件
• 单片微型计算机概述 • 单片微型计算机的基本组成 • 单片微型计算机的工作原理
• 单片微型计算机的设计方法 • 单片微型计算机的实际应用案例
01
单片微型计算机概述
单片微型计算机的定义
• 单片微型计算机，也称为单片机，是一种集成了微处理器、存 储器、输入输出接口等功能的集成电路芯片。它具有体积小、 功耗低、可靠性高等特点，广泛应用于各种嵌入式系统中。
89C51单片机硬件结构和原理
89C51单⽚机硬件结构和原理第1部分 89C51单⽚机硬件结构和原理1. 89C51单⽚机⽚内包含哪些主要逻辑功能部件?答：89C51单⽚机是个完整的单⽚微型计算机。
芯⽚内部包括下列硬件资源：（1）8位CPU；（2）4KB的⽚内Flash ROM。
可寻址64KB程序存储器和64KB外部数据存储器；（3）256B内部 RAM/SFR；（4）21个 SFR；（5）4个8位并⾏I/O⼝P0～P3（共32位I/O线）；（6）⼀个全双⼯uart的异步串⾏I/O⼝，⽤于实现单⽚机之间或单⽚机与PC机之间的串⾏通讯；（7）两个16位定时器/计数器；（8）5个中断源，两个中断优先级；（9）内部时钟发⽣器。
2. 89C51的ＥＡ端有何⽤途?答：作外部程序存储器地址允许输⼊端和固化编程电压输⼊端。
3. 89C51的存储器分哪⼏个空间?如何区别不同空间的寻址?答：89C51存储器包括程序存储器和数据存储器，从逻辑结构上看，可以分为三个不同的空间：（1）64KB的程序存储器地址空间：0000H~FFFFH，其中0000H~0FFFH为⽚内4KB的Flash ROM地址空间，1000H~FFFFH为外部ROM地址空间；（2）256B的内部数据存储器地址空间，00H~FFH，分为两⼤部分，其中00H~7FH（共128B单元）为内部静态RAM的地址空间，80H~FFH为特殊功能寄存器的地址空间，21个特殊功能寄存器离散地分布在这个区域；（3）64KB的外部数据存储器地址空间：0000H~FFFFH，包括扩展I/O地址空间。
MCS-51单⽚机存储器三类空间地址存在重叠，单⽚机设计了不同的数据传送指令符号来区分：CPU访问⽚内、⽚外ROM指令⽤MOVC，访问⽚外RAM指令⽤MOVX，访问⽚内RAM 指令⽤MOV。
4. 简述89C51⽚内RAM的空间分配。
答：89C51内部256B的数据RAM区，包括有⼯作寄存器组区、可直接位寻址区和数据缓冲区、特殊功能寄存器组区。
单片微型计算机原理与应用概述1
算术逻辑单元ALU： 指令寄存器IR中的指令， (Arithm累et加ic器LoAgLic：U地nit址) 寄经存过器指A令R译：码器ID 执行算(存术Ac放和cu操逻m作u辑la数等to及r运(由地至)A运算它址存d程用的算d。把通储(译信Ir序于指结ne要过器码号ss计指令果ts寻地。，，r数向的u。R址址产控ce器下地t的总g生制io（一址is单线n相系t条。PeD元，应统Cr要e)）的送的协c是执o：控调，d行e制工r)
第一章 概述
第一章 概述
微型计算机的发展 微处理器、微型计算机及微型计算机系统 微型计算机的工作过程 计算机中的数与编码
第一章 概述
2.1 微处理器（Microprocessor）— P (MPU )
✓定 义：微型化的中央处理器，是由一片或几片 大规模集成电路芯片组成的中央处理部件，简称 CPU（Central Processing Unit ）。 ✓基本组成：算术逻辑部件；累加器和通用寄存器 组；程序计数器、指令寄存器和指令译码器；时 序和控制部件等。
格便宜、使用方便、软件丰富 微型计算机的核心是微处理器（CPU）。 新的微处理器——新一代微型计算机。
第一章 概述
以微处理器为标记，微型计算机 的划分
1971年 第1台微型计算机诞生
年代 1971~1973 1973~1977 1978~1985 1985~2002
2002-至今
CPU(微处理器) Intel 4004 / 8008 Intel 8080 Intel 8086 / 8088 / 80286 Intel 80386 / 80486 Pentium 586 Pentium Ⅱ Pentium Ⅲ Pentium Ⅳ Itanium
《单片机微型计算机原理与接口技术》第八章 80C51单片微机的系统扩展原理与接口技术
②开始数据传送 在串行时钟线（SCL）保持高电平的情况下，串行数据线（SDA ）上发生一个由高电平到低电平的变化作为起始信号（START） ，启动I2C 总线。I2C总线所有命令必须在起始信号以后进行。 ③停止数据传送 在串行时钟线（SCL）保持高电平的情况下，串行数据线 （SDA）上发生一个由低电平到高电平的变化，称为停止信号（ STOP）。这时将停止I2C 总线上的数据传送。 ④数据有效性 在开始信号以后，串行时钟线（SCL）保持高电平的周期 期间，当串行数据线（SDA）稳定时．串行数据线的状态表示数 据线是有效的。需要一个时钟脉冲。 每次数据传送在起始信号（START）下启动，在停止信号 （STOP）下结束。 在I2C总线上数据传送方式有两种，主发送到从接收和从发 送到主接收。它们由起始信号（START）后的第一个字节的最低 位（即方向位R／W）决定。
①串行数据线（MISO、MOSI） 主机输入／从机输出数据线（MISO）和主机输出／ 从机输入数据线（MOSI），用于串行数据的发送和接收。 数据发送时．先传送MSB（高位），后传送LSB（低位）。 在SPI设置为主机方式时，MISO线是从机数据输入线 ，MOSI是主机数据输出线；在SPI设置为从机方式时， MISO线是从机数据输出线，MOSI是从机数据输入线。
8.1.1外部并行扩展原理
单片微机是通过芯片的引脚进行系统扩展的。 80C51系列带总线的单片微机芯片引脚可以构成图8－1所 示的三总线结构．即地址总线（AB）数据总线（DB）和控制总 线（CB）。具有总线的外部芯片都通过这三组总线进行扩展。 （1）地址总线（AB） 地址总线由单片微机P0口提供 低8位地址A0～A7，P2口提 供高8位地址A8～A15。P0口是地址总线低8位和8位数据总线复 用口，只能分时用作地址线。故P0口输出的低8位地址A0～A7必 须用锁存器锁存。 锁存器的锁存控制信号为单片微机ALE引脚输出的控制信 号。在ALE的下降沿将P0口输出的地址A0～A7锁存。P0、P2口 在系统扩展中用做地址线后便不能作为一般I/O口使用。 由于地址总线宽度为16位，故可寻址范围为64 KB。 （2）数据总线（DB） 数据总线由P0口提供，用D0～D7表示。P0口为三态双向
单片微型计算机原理及接口技课后习题答案
单⽚微型计算机原理及接⼝技课后习题答案习题⼆2-1 试述8051单⽚机主要由哪⼏个部分构成?1.⼀个8位微处理器CPU2.数据存储器RAM和特殊功能寄存器3.内部程序存储器ROM4.两个定时/计数器5.四个8位可编程的I/O并⾏端⼝6.⼀个串⾏端⼝7.中断控制系统8.内部时钟电路2-2 MCS-51单⽚机的⽚外总线是怎样构成的?试画出其结构⽰意图。
1.⽚外总线构成: 1)地址总线AB 2)数据总线DB 3)控制总线CB2.结构⽰意图2-3 MCS-51单⽚机四组并⾏I／O⼝在使⽤时各有什么特点?1.P0⼝特点:1) 作输出⼝使⽤时,由于输出驱动为漏极开路式,需外接上拉电阻,阻值⼀般为5~10K.2) 作输⼊⼝使⽤时,在输⼊数据时,应先向端⼝写⼊”1”,使引脚处于悬浮状态,再读⼊数据.3) 扩展ROM和(或)RAM时,作为地址/数据总线使⽤(地址A7~A0,数据D7~D0)2.P1⼝特点:1)作输出⼝使⽤时,⽆需外接上拉电阻(内部有上拉电阻)2)作输⼊⼝使⽤时,在输⼊数据时,应先向端⼝写⼊”1”,使引脚处于悬浮状态,再读⼊数据.3.P2⼝特点:1)作输出⼝使⽤时,⽆需外接上拉电阻(内部有上拉电阻)2)作输⼊⼝使⽤时,在输⼊数据时,应先向端⼝写⼊”1”,使引脚处于悬浮状态,再读⼊数据.3)扩展ROM和(或)RAM时,作为地址/数据总线使⽤(地址A15~A8,数据D15~D8)4.P3⼝特点:1)作输出⼝使⽤时,⽆需外接上拉电阻(内部有上拉电阻)2)作输⼊⼝使⽤时,在输⼊数据时,应先向端⼝写⼊”1”,使引脚处于悬浮状态,再读⼊数据.3)第⼆功能如下表2-4 MCS-51单⽚机的存储器有⼏个存储空间?各⾃的地址范围和容量是多少?使⽤时各有什么特点?四个存储空间:(不同的单⽚机有所不同)1.⽚内RAM,地址范围:00H~FFH,共256个字节1) 00H~1FH为通⽤寄存器区,共分四组(0组1组2组3组,由PSW的RS1 RS0决定,复位时⾃动选中0组) 每组8个寄存器R0~R72) 20H~2FH为位寻址区,共128位(16*8)3)30H~7FH为通⽤RAM区,共64个字节4)80H~FFH为特殊功能寄存器(SFR)区,共128个字节并⾏⼝串⾏⼝中断系统定时/计数器等功能单元和状态寄存器等共21个单元离散的分布在这个区中,其他空闲单元不能使⽤2.⽚外RAM,地址范围:0000H~FFFFH,共64K字节3.⽚内ROM(EA=1),地址范围:0000H~0FFFH,共4K字节4.⽚外ROM(EA=0),地址范围:0000H~FFFFH,共64K字节2-5 在单⽚机内RAM中哪些字节有位地址?哪些字节没有位地址?特殊功能寄存器中安排位地址的作⽤何在?有位地址的字节:20H~2FH 80H 88H 90H 98H A0H A8H B0H B8H D0H E0H F0HSFR安排地址位的作⽤:可按位访问,⽅便使⽤2-6 什么叫振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期?振荡周期----为单⽚机提供时钟信号的振荡源的周期时钟(状态)周期----振荡源信号经⼆分频后形成的时钟脉冲信号机器周期-----完成⼀个基本操作所需的时间,由6个时钟(状态)周期组成指令周期----CPU执⾏⼀条指令所需的时间时钟(状态)周期=2振荡周期机器周期=6时钟(状态)周期=12振荡周期指令周期=1个或2个或4个机器周期2-7 若单⽚机使⽤的晶振为6MHz，那么振荡周期、机器周期和指令周期分别是多少?fosc=6MHZT振荡=1/fosc=0.167µsT机器=12* T振荡=2µsT指令=(1~4) T机器=2~8µs2-8 当单⽚机使⽤的晶振为12MHz时，执⾏⼀条指令所需的最长时间为多少?fosc=12MHZT指令=1~4µsT MAX指令<=4µs2-9 说出单⽚机复位后，各特殊功能寄存器的初始化状态是什么各特殊功能寄存器的初始化状态如表特别SP=07H,P0~P3=FFH注意: 复位后要先给SP赋值(30H~7FH), P0~P3置初值习题三3-1 说明下列各条指令划线部分的寻址⽅式，并⽤图说明指令实现的操作。
单片微型计算机原理与接口技术
单片微型计算机原理与接口技术单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer，简称SCM）是一种将中央处理器（CPU）、存储器、输入输出（I/O）接口和定时器等功能模块集成在一块芯片上的计算机系统。
它在体积小、功耗低、成本低的同时，具备强大的计算和控制能力，被广泛应用于各行各业。
本文将介绍单片微型计算机的原理和接口技术。
一、单片微型计算机的原理单片微型计算机由CPU、存储器和I/O接口等主要组成部分构成。
在单片微型计算机的原理中，CPU负责执行指令和数据处理，存储器用于存储程序和数据，I/O接口则实现计算机与外部设备之间的数据交互。
1. CPUCPU是单片微型计算机的核心部分，它包含运算器、控制器和寄存器等组件。
运算器负责进行算术和逻辑运算，控制器则协调和控制各个组件的工作，寄存器用于临时存储数据和指令。
2. 存储器存储器是单片微型计算机用来存储程序和数据的地方，主要包括随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM具有读写功能，用于存储程序和运行时数据；ROM则用于存储只读数据和程序。
3. I/O接口I/O接口是单片微型计算机与外部设备进行数据交互的通道，常见的接口有串行口、并行口、键盘接口和显示接口等。
通过I/O接口，单片微型计算机能够与各类外设进行数据的输入和输出操作。
二、接口技术单片微型计算机的接口技术是实现计算机与外部设备之间数据交换的重要手段，合理选择和设计接口技术可以提高数据传输效率和系统稳定性。
1. 串行口串行口是一种将数据以比特流的形式进行传输的接口技术。
它适用于数据传输速率较低、线路成本较高、距离较远的场景。
串行口的特点是简单、稳定，适用于与单片微型计算机之间的数据通信。
2. 并行口并行口是一种将数据同时以多位的形式进行传输的接口技术。
它适用于高速数据传输，但在线路布局和噪声干扰等方面有一定的要求。
并行口常用于打印机、显示器等外设与单片微型计算机之间的数据传输。
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2.2.2 MCS_51单片机外部引脚
掩模MOS制造工艺的MCS_51单片机都采用40脚 双列直插式封装（DIP）方式。下面分别叙述这40条 引脚的功能。 主电源引脚 .VSS(20脚)：接地； .VCC（40脚）：接+5V电源。 外接晶振引脚 .XTAL1（19脚）：接外部晶振的一个脚。 .XTAL2（18脚）：接外部晶振的一个引脚。 控制或复位引脚 .RST/VPD（9脚） .ALE/PROG(30脚) ·PSEN（29脚） ·EA/VPP（31脚） 输入/输出引脚 P0—P3共4个输入/输出口，32个引脚，每个口为 8根I/O线，它们的功能与使用将在本章程2.5节中 详细介绍。
RAM
DPTR指针
通道1锁存器 通道1驱动器 通道3锁存器 通道3驱动器
振荡器
XTAL1
XTAL2
P1.0～P1.7
P3.0～P3.7
2.2.1 8051单片机的结构
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 中央处理单元(8位CPU) 只读存储器(4K ROM) 随机存取存储器(128B/256B RAM) 并行输入/输出口（32条）: P0口、 P1口、 P2口、 P3口 串行输入/输出口（2条）: TXD RXD 定时/计数器: T0 T1 时钟电路为内部振荡器与外接晶振电路。 中断系统有5个中断: INT0 INT1 TF0 TF1 TI/RI
803 1 805 1 875 1
图2.3 MCS51引脚图
2.3 MCS_51单片机存储器配置
FFFFH 外部 ROM 1000H 80H RAM 30H 0FFFH 内部 ROM EA = 1 0000H 外部 ROM EA = 0 20H 位寻址区 工作 寄存器 0～3组 外部 RAM FFH SFR FFFFH
2.1
概
述
MCS_51系列单片机是Intel公司于是1980年推出的高档8位机。由于其优秀的 性能价格获得了广泛的应用，也成为我国单片机市场的主流产品。 目前广泛使用的MCS-51系列单片机有三个版本：8031、8051、8751。 8051：8位CPU、128B RAM、4KB ROM、23个特殊功能寄存器、4个8位并行 口、1个全双工串行口、2个别16位定时/计数器。 8751：仅改进来8051的掩模式的4KB ROM为4KB的EPROM。 8031：较8051不包含ROM。严格说来，8031不是完全的单片机。 单片机的发展非常迅速，世界上一些著名的器件公司如Motorola公司、Zilog 公司等也竞相推也新产品。1983年，Intel公司又推出了高性能的16位MCS-96 系列单片机。 INTEL公司将MCS51的核心技术授权给了很多其它公司，所以 有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以 满足不同的需求，其中 89C51就是这几年在我国非常流行的单片机，它是由 美国ATMEL公司开发生产的。以后我们将用89C51来完成一系列的实验。
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 23 22 21 VCC P0.0/AD 0 P0.1/AD 1 P0.2/AD 2 P0.3/AD 3 P0.4/AD 4 P0.5/AD 5 P0.6/AD 6 P0.7/AD 7 EA/VPP ALE/PROG PSEN P2.7/A 15 P2.6/A 14 P2.5/A 13 P2.4/A 12 P2.3/A 11 P2.2/A 10 P2.1/A 9 P2.0/A 8
图 2-2 8051的内部结构框图
通道0驱动器 VCC (+5V) GND ACC TMP2 ALU PSEN ALE RST EA 定时 和 控制 逻辑 指 令 寄 存 器 指 令 译 码 器 PSW TMP1 PCON SCON TMOD TCON TH0 TL0 TH1 TL1 SBUF(TX/RX) IE IP 中断、串行口和定时器逻辑 PC递增器 程序计数器PC０ 驱动器 RAM地址 锁存器 通道0锁 存器 通道2驱动器 通道2锁 存器 ROM/ EPROM 程序地址寄存器 B寄存器 堆栈指针SP 缓冲器
表2.1 MCS-51系列型号
型 号 8051AH 8031AH 8751H 80C51 80C31 制造技术 H MOS AH MOS H MOS CHMOS CHMOS 片内程序存储器 ROM (4k) 无 EPROM（4K） ROM （4K） 无 片内数据存储器 128字节 128字节 128字节 128字节 1Biblioteka 8字节00H0000H
图2.4 8051存储器组织结构图
2.3.1 MCS_51的存储器结构
1．物理上，分为4个存储空间：片内ROM、片外ROM、片外RAM（8031 无片内ROM）。 2．逻辑上，分为3个空间：片内、片外同一程序存储器，片内随机存储 器，片外随机存储器。它们的编址方式太及可用于其上的指令如下。 程序存储器（片内、片外）统一编址，使用MOVC指令； 数据存储器（片内）统一编址，使用MOV指令； 数据存储器（片外）统一编址，使用MOVX指令。 3．功能上，把存储器分为5种类型： 程序存储器，使用MOVC指令； 内部数据存储器，使用MOV指令； 外部数据存储器，使用MOVX指令； 特殊功能寄存器，使用MOV指令； 位地址空间，使用MOV、SETB、CLR等指令。
8052
8032
H MOS
H MOS
ROM （8K）
无
256字节
256字节
2.2 MCS_51单片机内部结构及引脚
T0 T1
时钟电路 RO M RA M 定时/计数器
内部总线 CP U
并行接口
串行接口
中断系统
P0 P1 P2 P3
TX D
R XD
IN T0
IN T1
图 2-1 MCS-51单片机的基本结构