51单片机的介绍教材课程

51系列单片机的典型引脚结构
P1端口即P1.0～P1.7，占据 Pin1～Pin8共8个引脚。P1端口一 般用做通用I/O端口，是8位准并行 的，具备4个TTL负载的驱动能力。 P1端口可以用做位处理，既各位都 可以单独输出或输入数据。
读锁存器
VCC
内部总线 写锁存器
D
Q
P1.x
锁存器
CL Q
上拉电阻
了解51系列单片机
– 单片机的发展方向
• 高速。早期的51内核只有几MHz的运行频率，现在各个公司推出的51单片机产 品均能够达到几十MHz的运行频率，例如Atmel公司的AT89S系列的单片机最 大运行于33MHz，还有其他一些公司的产品也都具有很高的速度。
• 缩短指令执行周期。早期的51内核指令一般需要1~4个指令周期来完成，最快 的单周期指令也需要6个时钟周期，相当于12个时钟振荡周期。新的增强型51 内核大大缩短了指令的执行周期，例如MAXIM的高速单片机每机器周期使用一 个时钟，速度是标准8051的33倍。还有其他一些公司也相应提高了指令的执行 时间。
51系列单片机的典型引脚结构
– ALE引脚（Pin30）具有两种 功能，可以作为地址锁存使能 端和编程脉冲输入端。下面分 别进行介绍。
• 当作为地址锁存使能端时为 ALE。当单片机访问外部程序 存储器时，ALE（地址锁存） 的负跳变将低8位地址打入锁 存。而当访问外部数据存储器 时，例如执行MOVX类指令， ALE引脚会跳过一个脉冲。当 单片机在非访问内部程序存储 器时，ALE引脚将有一个1/6 振荡频率的正脉冲信号输出， 该信号可以用于外部计数或电 路其他部分的时钟信号。
51系列单片机概述
课程安排:
– 了解51系列单片机 – 介绍51系列单片机的典型引脚结构 – 介绍51系列单片机的内部结构 – 硬件资源介绍 – 单片机使用环境及产品等级 – 单片机应用领域
了解51系列单片机
• 51单片机是对目前所有兼容Intel 8031指令系统的 单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的 8031单片机，后来随着Flash ROM技术的发展， 8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最 广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公 司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中 。目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在 目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场 。51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用 最广泛的一种。需要注意的是52系列的单片机一 般不具备自编程能力。
• 当wenku.baidu.com为编程脉冲输入端时为， 在进行程序下载时使用。
51系列单片机的典型引脚结构
（Pin29）引脚是单片机访 问外部程序存储器的读选 通信号。当单片机访问外 部程序存储器，读取指令 码时，该引脚在每个机器 周期产生两次有效信号， 即该引脚输出两个负脉冲 选通信号；在执行片内程 序存储器读取指令码以及 读写外部数据时，该引脚 不产生脉冲信号。
51系列单片机的典型引脚结构
P0端口即P0.0～P0.7，占据Pin39～ Pin32共8个引脚。P0端口具有两个 功能，既可以用作双向数据总线口， 也可以分时复用输出低8位地址总线。
读锁存器
内部总线 写锁存器
D
Q
P0.x
锁存器
CL
Q
读引脚
控制 地址/数据
0
&
0
0
VCC
P0.x引脚
电子模拟开关MUX
了解51系列单片机
了解51系列单片机
– 发展历史：
• 1970年~1974年：诞生了第一代4位的单片机。这类单片机已 经具有了并行I/O接口，以及一些常用的A/D和D/A等资源。这 在当时来说是非常强大的，通过灵活的控制能力，使其应用于 电视机、收音机和电子玩具中。
• 1974年~1978年：单片机进入8位时代。这个时期以Intel公司 的MCS-48系列单片机最具代表性。此时的单片机内部集成了 更为强大的8位CPU内核、多个并行I/O接口、同时增加了定时 器/计数器以及小容量的RAM和ROM等。
房、办公及住宅环境，适用于民用产品，例如家 电、玩具等。商业级产品价格低廉，品种齐全， 应用最为广泛。
单片机的使用环境及产品等级
• 工业级 早期的单片机产品大多为工业级，运行温度
范围为 －45℃～＋85℃，介于商业级和军用级之间，适 宜在工业生产环境下使用。其特点是可靠性远高 于商业级，但价格远低于军用级。MCS-51系列 单片机的普通产品均属于工业级。
硬件资源介绍
• 2) 控制功能类 控制功能类硬件包括：定时器/计数器(用于时
间设定/事件记录)和中断装置(实现实时处理)。使 用这类硬件是为了实现单片机的控制功能，即定 时控制、顺序控制和实时控制等基本控制功能。 作为面向嵌入式控制的特色，这类部件通常也集 成在单片机芯片内部。
硬件资源介绍
• 3) 辅助功能类 辅助功能类硬件包括：A/D(模/数转换)和
51系列单片机的典型引脚结构
• P3端口的第二功能
51系列单片机的典型引脚结构
单片机的复位引脚为RST（Pin9）， 单片机内部CPU的复位信号便从这 里输入。 单片机复位完全通过RST引脚来完成， 其基本原理是在单片机的时钟振荡 电路启动后，如果RST引脚外加两个 机器周期（即24个时钟振荡脉冲） 以上的高电平，单片机便实现了复 位。
单片机应用领域
• 2. 在智能仪器中的应用 内部含有单片机的仪器统称为智能仪器，也
称为微机化仪器。这类仪器大多采用单片机进行 信息处理、控制及通信，与非智能化仪器相比， 功能得到了强化，增加了诸如数据存储、故障诊 断、联网集控等功能。以单片机作为核心组成智 能仪表已经是自动化仪表发展的一种趋势。
单片机应用领域
单片机应用领域
• 1. 在工业控制中的应用 工业自动化控制是最早采用单片机控制的领
域之一，在测控系统、过程控制、机电一体化设 备中主要利用单片机实现逻辑控制、数据采集、 运算处理、数据通信等用途。单独使用单片机可 以实现一些小规模的控制功能，作为底层检测、 控制单元与上位计算机结合可以组成大规模工业 自动化控制系统。特别在机电一体化技术中，单 片机的结构特点使其更容易发挥其集机械、微电 子和计算机技术于一体的优势。
D/A(数/模转换，通常采用PWM形式)等部件。这 类部件根据芯片的配置不同不一定集成在单片机 芯片上，需要用户根据使用要求选择。
单片机的使用环境及产品等级
• 单片机用途广，使用环境差别大，如何保证单片 机控制系统或装置的可靠性是设计者和使用者最 为关注的问题。作为电子产品而言，其可靠性主 要取决于半导体芯片的产品等级，根据运行温度 范围，产品等级大致划分为3级，下面分别予以介 绍。
P1.x引脚
读引脚
51系列单片机的典型引脚结构
P2端口即P2.0～P2.7，占据 Pin21～Pin28共8个引脚。P2端口 可以用作通用I/O端口，或者在扩展 外部存储器时用作高8位地址线。
51系列单片机的典型引脚结构
P3端口即P3.0～P3.7，占据Pin10～ Pin17共8个引脚。P3端口可以用作通 用I/O端口，可进行位操作，同时还具 有特定的第二功能。
51系列单片机的典型引脚结构
51系列单片机的典型引脚结构
电源引脚 VCC（Pin40）： 正电源引脚。正电 源接4.0～5.0V电压， 正常工作电压为 +5V。 GND（Pin20）： 接地引脚。
51系列单片机的典型引脚结构
时钟引脚 XTAL1（Pin19）：用作 片内振荡电路的输入端。 XTAL2（Pin18）：用作 片内振荡电路的输出端或 者外部时钟源的输入引脚。
• 当需要对单片机编程时，该引 脚用于输入编程允许电压。
51系列单片机的内部结构
51系列单片机的内部结构
– 中央处理器（CPU） – 程序存储器（ROM） – 数据存储器（RAM） – 指令寄存器 – 定时器/计数器 – 并行输入输出（I/O）口 – 中断系统 – 时钟振荡电路 – 单片机的结构类型,哈佛（Harvard）结构
• 减小封装尺寸。单片机在提高强度的接口功能的同时，其封装体积也在逐步减 少。这样，可以减少电路板的使用面积，使最终产品小型化。目前的手机、笔 记本等的日益小型化便是很好的体现。
了解51系列单片机
– 随后，单片机市场便进入百花齐放、百家争鸣时代。各个厂商不仅在增 强单片机的性能，同时还推出了不同类型的单片机。 • PIC系列(Peripheral Interface Controller，采用CISC结构的单片机 数据线和指令线分时复用，即所谓冯。诺伊曼结构。) • AVR系列( 1997年，由Atmel公司挪威设计中心的A先生和V先生， 利用Atmel公司的Flash新技术，共同研发出RISC精简指令集高速8 位单片机，简称AVR。) • C8051F系列（增强型51单片机） • PSoC系列(Programmable System-On-Chip)片上可编程系统 • ARM系列（ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的 一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、 相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用 于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应 用等） • 等等
硬件资源介绍
• 单片机系统的硬件部分是包括CPU在内的 所有硬件电路，按照硬件电路的功能和配 置大致可以分为3类
硬件资源介绍
• 1) 基本功能类 基本功能类硬件包括：CPU(用于运算、控
制)、RAM(用于数据存储)、ROM(用于程序存储)、 I/O设备(实现串行、并行输入/输出接口)及时钟电 路(建立工作时序)。在微型计算机中，上述部件 被分成若干块芯片，安装在一块称之为主板的印 刷线路板上，在程序的指挥下完成计算机的基本 运算操作功能。但是在单片机中，除了时钟电路 之外，其余部分一般均被集成到一块半导体芯片 上，所以被称为单片机，即单芯片微型计算机。
51系列单片机的典型引脚结构
（Pin31）具有两种功能，访问内 部或外部程序存储器选择信号 和提供编程电压。下面分别进 行介绍。
• 当单片机访问内部或者外部程 序存储器时，作为选择信号。 如果保持为低电平，则单片机 从外部程序存储器（0000H～ FFFFH单元）开始执行；如果 保持高电平，则单片机先从片 内0000H单元开始，执行内部 程序存储器程序，如果外部还 有扩展程序存储器，则在执行 完内部程序存储器程序后，自 动转向外部程序存储器执行程 序。
• 1978年~1983年：Intel公司的MCS-51系列为代表，标志着进 入高档8位单片机时代。这个时期的单片机工作频率、硬件资 源和RAM/ROM容量等都有极大的突破，创新地加入了串口通 信接口以及多级中断处理系统。我们现在所广泛使用的单片机 都仍以该内核为基础，因此，也常成为51系列单片机。
• 低功耗。单片机主要应用于各种嵌入式设备中，这类设备最大的共性便是采用 电池供电，需要具有出色的功耗控制。否则，一个产品很快没电了，便毫无使 用价值了。现在的单片机功耗都在逐步下降，同时还提供了丰富的低功耗模式 可供选择，大大延长了电池的使用时间。
• 高度集成性。现在的单片机集成了越来越多的功能，例如A/D转换、D/A转换、 SPI接口、I2C接口、USART接口、USB接口、CAN接口等等。在有些设计项 目中，甚至仅靠一个单片机便可以完成所有的工作，真正实现“单片”的含义。
单片机的使用环境及产品等级
• 军用级 运行温度范围为 -50℃～+125℃，适用于军
用品要求苛刻的应用环境，芯片的价格比较昂贵。 例如Intel公司的MCS-51系列单片机MD80C51FB。 型号以MD表示开头的，M代表军品，D代表直插 封装。
单片机的使用环境及产品等级
• 商业级 运行温度范围为0℃～＋70℃，主要限于机
• 3. 在家用电器中的应用 单片机功能完善、体积小、价格廉、易于嵌
入，非常适用于对家用电器的控制。嵌入单片机 的家用电器实现了智能化，是传统型家用电器的 更新换代，现已广泛应用于洗衣机、空调、电视 机、视盘机、微波炉、电冰箱、电饭煲以及各种 视听设备等。
单片机应用领域
• 4. 在信息和通信产品中的应用 信息和通信产品的自动化和智能化程度很高，