部分单片机硬件基础知识

ATEML
（20条引脚DIP封装）
128
2
15
1
5
89C系列
(常用型)
89C51(4K)/ 89C52(8K) （40条引脚DIP封装）
128/ 256
2/3
32
1 5/6
注意：今后将会经常提到ATMEL的AT89C2051/51/52等MCU！
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3
.
P1.0 P1.1
1
40
VCC
P0.0
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PC与SFR复位状态表
寄存器 PC A B
复位状态 0000H 00H 00H
PSW SP DPTR P0~P3 IP IE TMOD
00H 07H 0000H FFH XX000000B 0X000000B 00H
寄存器 TCON T2CON TH0
TL0 TH1 TL1 SCON SBUF PCON
复位使单片机进入某种确定的初始状态：
▼ PC值归零（0000H）； ▼ 各个SFR被赋予初始值（见P.42）： 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。
输出时一切照常，仅在作输入口用时要先对其
写“1”。
读锁存器
输出数据 = 1 时
Vcc 内部上拉电阻
内部 总线 1
写锁 存器
2
DQ
1
CK /Q
0
=1
截 引脚P1.X 止
1
读引脚
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单片机的引脚（P1口）
P1.0—P1.7: 准双向I/O口（内置了上拉电阻）
输出时一切照常，仅在作输入口用时要先对其
可处理 5/6个中断源，两级中断优先级
内置1个布尔处理器和1个布尔累加器（Cy）
MCS-51指令集含 111条指令
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2
MCS-51系列单片机配置一览表
系列
片内存储器（字节）
定时器 并行 串行 中
无
片内ROM
片内 计数器
有ROM 有EPROM RAM
I/O
I/O
断 源
Intel MCS-51 子系列
写“1”。
读锁存器
输出数据 = 0 时
Vcc 内部上拉电阻
内部 总线 0
写锁 存器
2
DQ
0
CK /Q
1
=0
导 引脚P1.X 通
1
读引脚
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单片机的引脚（P1口）
P1.0—P1.7: 准双向I/O口（内置了上拉电阻）
输出时一切照常，仅在作输入口用时要先对其
写“1”。
输入数据时，要先对其写“1”
片内有 128/256字节 RAM
片内有 4K/8K字节 程序存储器ROM
可寻址片外 64K字节 数据存储器RAM
可寻址片外 64K字节 程序存储器ROM
片内 21/26个 特殊功能寄存器（SFR）
4个8位 的并行I/O口（PIO）
1个 全双工串行口（SIO/UART）
2/3个16位 定时器/计数器（TIMER/COUNTER）
T0 T1
定时/计数器
C PU
并行接口
串行接口
中断系统
P0 P1 P2 P3
TXD RXD
INT0 INT1
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6
MCS-51单片机内部结构展开图
128×8 RAM
SP
RAM地址寄存器 P3口
中断控制 锁存器 定时/计数器
串行I/O口
P1口 锁存器
P2口 锁存器
P0口 锁存器
寄存器B 累加器A 指令寄存器IR
第二讲：单片机硬件基础
本讲重点： MCS-51的基本特性; 单片机的引脚与I/O口结构; 存储器、堆栈与特殊功能寄存器; 低功耗运行方式 最小系统设计
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1
MCS-51单片机基本特性
8 位的 CPU， 片内有振荡器和时钟电路,工作频率为
1～12MHz（Atmel 89Cxx为0～24MHz）
P1.7 8 P2.0—P2.7
8 P3.0—P3.7 8
11
单片机的引脚（电源端）
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。
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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。
读锁存器
Vcc 内部上拉电阻
2
内部 总线 1
写锁 存器
DQ
1
CK /Q
0
截 引脚P1.X 止
1
读引脚
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28
简 单 测 控 实 例 原 理 图
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P1.3
作 输 入 端 口
光路通畅，R亮2K 光路阻断，R暗 400K
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P1.3口用于输入状态检测的语句：
任务三：红外防盗报警 JOB3: CLR P1.1 ;亮绿灯 REDO: SETB P1.3 ;P1.3作输入口必先置1 CHECK:JNB P1.3,CHECK ;检测通道是否被阻断？ LOOP: ………… ;有入侵者，报警！
AJMP REDO ;再跳回去检测
红外线光路通畅时，P1.3端＝低电平 红外线光路阻断时，P1.3端＝高电平
复位状态 00H 00H 00H
00H 00H 00H 00H XXH 0XXX0000B
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单片机的引脚（复位端）
Vcc, GND: 电源端 （+5V/3.3V/2.7V) 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）
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。
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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）
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31
单片机的引脚（P0口）
P0.0—P0.7: 双向I/O （内置场效应管上拉）
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
内部 总线
写锁 存器
2
DQ CK /Q
1
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读引脚
地址/数据 控制 3
XTAL1
外部时钟
XTAL1
XTAL2
XTAL2
1～12MHz（MCS-51） 0～24MHz（Atmel-89C）
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单片机的引脚（晶振端）
Vcc, GND:正电源端与接地端（+5V/3.3V/2.7V)
XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入、输出端
CPU总是按照一定的时钟节拍与时序工作：
+5V
Vcc 10uF
RST
+5V
Vcc 10uF 1K
RST
10K GND
上电复位
10K GND
手动&上电复位
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单片机的引脚（EA端）
Vcc, GND: 电源端 （+5V/3.3V/2.7V) 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/编程电源输入端。
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单片机的引脚（P1口）
P1.0—P1.7: 准双向I/O口（内置了上拉电阻）
输出时一切照常，仅在作输入口用时要先对其
写“1”。
读锁存器
Vcc 内部上拉电阻
2
内部 总线
写锁 存器
DQ CK /Q
引脚P1.X
1
读引脚
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单片机的引脚（P1口）
P1.0—P1.7: 准双向I/O口（内置了上拉电阻）
8031 8051
8751
128
80C31 80C51 87C51 字节
(4K字节) (4K字节)
2x16
4x8位
1
5
Intel MCS-52 子系列
8032 8052
8752
256
80C32 80C52 87C52 字节
(8K字节) (8K字节)
3x16
4x8位
1
6
1051(1K)/ 2051(2K)/ 4051(4K)
读锁存器
内部 总线 1
写锁 存器
2
DQ
CK /Q 0
地址/数据 控制 =0 0 30
4
0
Vcc 截 止
引脚P0.X
截 止
1
读引脚
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控制=0 时，此脚作输入口（事先必须对它写“1”）
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单片机的引脚（P0口）
P0.0—P0.7: 双向I/O （内置场效应管上拉）
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。
振荡周期/时钟周期： Tc=晶振频率fosc（或外加频率）的倒数
状态周期：Ts=2个时钟周期(Tc)（很少用到此概念） 机器周期：Tm=6个状态周期(Ts)=12个振荡周期(Tc) 指令周期: Ti:执行一条指令所需的机器周期(Tm)数
牢牢记住： 振荡周期 = 晶振频率fosc的倒数； 1个机器周期 = 12个振荡周期； 1个指令周期 = 1、2、4个机器周期
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 8Q G OE
锁存器 74LS373
A0-A7
OE
CE
A8-A12
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
程序地址 寄存器 缓冲器
+1 PC
DPTR
8
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9
单片机的引脚定义
从一片集成电路的角度去认识单片机
2021/3/7
10
认识单片机的引脚
2021/3/7
MCS-51单片机40脚
Vcc, GND 2
XTAL1, XTAL2 2
RESET
1
EA/Vpp
1
ALE/PROG 1
PSEN
1
P0.0—P0.7 8 P1.0—
PPP111.4..23 P1.5 P1.6
.
PPPP0000....1234
P0.5
P1.7
P0.6
RST/VPD
P0.7
RXD P3.0 TXD P3.1 INT0 P3.2 INT1 P3.3
T0 P3.4 T1 P3.5 WR P3.6 RD P3.7
MCS-51
EA/VPP
ALE/PROG
XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入/输出端
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13
单片机的引脚（晶振端）
Vcc, GND:正电源端与接地端 (+5V/3.3V/2.7V) XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入/输出端
通常外接 一个晶振 两个电容
15～45pfx2
也可以由 XTAL1端
接入外部时钟， 此时应将 XTAL2接 地：
暂存器1 暂存器2
程序状态
字PSW
ALU
指令译码器ID 定时与控制
2021/3/7
CP
数据指针DPTR 缓冲器
程序计数器
4K×8 ROM
PC增1
程序地址寄存器AR
7
Ⅰ CPU
B
暂存器1 暂存器2 ACC
微操作控制电路
时指指 序令令 电译寄 路码存
器器
2021/3/7
ALU
PSW
控制信号
内部 ROM
4
Vcc 引脚P0.X
MOV P0, #0FFH; 作I/O总线用； MOVX @DPTR,A; 作地址/数据总线用。 32
单片机的引脚（P0口）
P0.0—P0.7: 双向I/O （内置场效应管上拉）
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。
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。
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单片机的引脚（ALE端）
Vcc, GND: 电源端 （+5V/3.3V/2.7V) 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/编程电源输入端。 ALE/PROG: 地址锁存允许/编程脉冲输入端。
PSEN
P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3
XTAL2
P2.2
XTAL1
P2.1
2021/3/7
VSS
20
21
P2.0
4
MCS－51单片机的硬件结构
硬 件 结 构
20ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1/3/7
CPU 存储器 I/O 接口 中断系统 定时/计数器
5
MCS－51单片机的基本组成框图
时钟电路
ROM
RAM
2021/3/7
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单片机的引脚（复位端）
Vcc, GND: 电源端 （+5V/3.3V/2.7V) 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）
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单片机的引脚（复位端）
Vcc, GND: 电源端 （+5V/3.3V/2.7V) 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）