第1章单片机的基本原理

单片机原理及应用计算机科学与技术学院李长青北京航空航天大学出版社1单片机基础知识2教学目的了解计算机的两大分类了解单片机的发展及分类了解MCS-51系列单片机的常用机型了解单片机的不同封装理解AT89C52单片机的原理结构理解特殊功能寄存器的含义和作用主要教学参考书：李泉溪等编著的单片机原理及应用，谢维成等编著的单片机原理与应用及C51程序设计本次教学课堂32学时，实验16学时第1章单片机的基本原理北京航空航天大学出版社1单片机基础知识3本章内容单片机的发展与应用单片机的分类AT89系列单片机的基本特性AT89C52单片机的内部结构AT89C52单片机的时钟与复位电路AT89C52单片机的低功耗工作方式北京航空航天大学出版社1单片机基础知识4引言单片机全称为单片微型计算机（Single-ChipMicrocomputer），在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器(C/T)和多种I/O。从某种意义上讲一块芯片就是一台计算机。俗话说：麻雀虽小，五脏俱全。单片机具有体积小、功能强、价格便宜等优点，被广泛应用在产品智能化和工业自动化上。北京航空航天大学出版社1单片机基础知识5单片机存在于：计算机键盘（8049）、硬盘控制器、网卡（i960）饭卡读卡器VCD机、洗衣机、电饭煲、微波炉——家用电器商务通、好译通、文曲星、PDA手机——手持设备存储示波器、温控仪、电子秤——智能仪器仪表心电监护仪（Holter）等医疗仪器智能玩具、游戏机、电子宠物高级汽车、飞机、火车及黑匣子智能大厦——电表水表煤气POS、ATM、出租车计价器北京航空航天大学出版社1单片机基础知识6三金工程：金卡（IC卡）、金税（税务）、金桥（即指网络）。计算机的应用：1、非嵌入式应用：通用微机；2、嵌入式应用：微控制器（即单片机）、微处理器、DSP（数字信号处理器）信息家电(IA，InformationAppliance)：机顶盒嵌入式系统（EmbeddedSystem）：一种以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗要求严格的专用计算机系统。最活跃方向：嵌入式系统、网络北京航空航天大学出版社1单片机基础知识7单片机应用特点：1、小巧、灵活、成本低、易于产品化2、面向控制3、抗干扰能力强4、方便实现多机和分布式控制北京航空航天大学出版社1单片机基础知识8单片机现状：微机产量80%1、4位机NEC公司μPD75XX系列和NS公司COP400INTEL40402、8位机INTELMCS-51系列（PHILIPS,ATMEL,WINBOND）MOTOROLA68HCHMICROCHIPPIC16XXZILOGZ8NEC公司μPD78XX北京航空航天大学出版社1单片机基础知识93、16位机INTELMCS-96系列NSHPC16040NEC783XXPHILIPSXA系列4、32位机INTEL386EX，StrongARM，xScaleMOTOROLA68KMX1北京航空航天大学出版社1单片机基础知识10单片机的编程规范化网络化发展实时多任务操作系统RTOS（Real-TimeOperatingSystem）：VxWorks，PSOS，QNX，WindowsCE现场总线技术FieldBus：LonWorksLocalNetworkCANBusControlAreaNetwork北京航空航天大学出版社1单片机基础知识11单片机的概念在一块硅片上集成了中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路的微型计算机即为单片机（microcontroller）因为它是为了实时控制应用而设计制造，所以又称为微控制器。一般统称为微型处理部件MCU（MicroControllerUnit）北京航空航天大学出版社1单片机基础知识12北京航空航天大学出版社1单片机基础知识13单片机与微型机的区别微型机由CPU、存储器、I/O接口及中断系统组成，各部分通过总线连接单片机将CPU、存储器、I/O接口（并、串）和A/D集成在一块芯片上，各部分用内部总线连接通用计算机的缺点（*）：1）系统的软硬件的应用/配置比比较低。2）相对来讲可靠性差。3）价格高。4）体积较大北京航空航天大学出版社1单片机基础知识14单片机的特点1）片内存储容量小2）集成度高3）高可靠性单片机按工业级制造，可靠性商用品，价格军用品高可靠性原因（*）4）易扩展5）控制功能强北京航空航天大学出版社1单片机基础知识156）性能价格比高7）低功耗8）保密性好1.1单片机的发展与应用单片机的发展历史单片机的应用北京航空航天大学出版社1单片机基础知识17单片机的发展历史单片机概念由美国仙童（Fairchild）提出。第一阶段1974-1976特点：初级阶段，还需要外接ROM、定时/计数器、I/O口等，还没有形成真正意义上的单片机第二阶段1976-1980特点：初步走向成熟，代表产品为美国Intel公司生产的8048第三阶段1980-1983特点：已成熟，代表产品为美国Intel公司生产的8051第四阶段1983-今特点：百花齐放阶段，上千种型号1.1单片机的发展与应用北京航空航天大学出版社1单片机基础知识18单片机的应用工业领域：各种测控系统、数字采集系统、工业机器人、机电一体化产品、光机电一体化产品等等。通信领域：调制解调器（MODEM）、程控交换技术、手机等等。军事领域：导弹控制、鱼雷制导、各种雷达系统、智能武器装备、航天飞机导航系统等等。医疗器械领域：智能血压计、B超仪、彩超仪、普通CT仪、核磁共振仪、心电图仪、脑电图仪等等。家用电器领域：冰箱、彩电、洗衣机、缝纫机、微波炉、空调机、摩托车、小汽车等等。1.1单片机的发展与应用1.2单片机的分类通用/专用运行位使用域北京航空航天大学出版社1单片机基础知识20通用/专用、运行位通用/专用通用单片机专用单片机运行位8位单片机16位单片机32位单片机1.2单片机的分类北京航空航天大学出版社1单片机基础知识21使用域使用域家电类单片机工控类单片机通信类单片机军工类单片机1.2单片机的分类1.3AT89系列单片机的基本特性标准型AT89系列单片机的基本特征高档型AT89系列单片机的基本特性低档型AT89系列单片机的基本特征AT89系列单片机型号的编码说明及封装形式部分ATMEL单片机的升级替代及推荐产品北京航空航天大学出版社1单片机基础知识23标准型AT89系列单片机的基本特征标准型AT89系列单片机：AT89C51、AT89C52、AT89S51、AT89S52基本特征：1、8051的内核2、片内有装程序的闪存，装数据的RAM3、提供丰富的I/O口：32条I/O连接线4、提供定时器、计数器、外中断、串行通信等资源5、工作电源的电压为（5±0.2）V；6、振荡器最高频率为24MHz1.3AT89系列单片机的基本特性北京航空航天大学出版社1单片机基础知识24高档型AT89系列单片机的基本特性高档型AT89系列单片机：AT89C51RC、AT89S8252、AT89S53、AT89C55WD等基本特征：标准型AT89＋资源升级上述资源升级有：芯片内Flash程序存储器增加到：32KB；芯片内的数据存储器增加到：512B；数据指针增加到：2个1.3AT89系列单片机的基本特性北京航空航天大学出版社1单片机基础知识25低档型AT89系列单片机的基本特性低档型AT89系列单片机：AT89C1051、AT89C2051、AT89C1051U等基本特征：比标准型AT89资源少，比标准型AT89体积小1.3AT89系列单片机的基本特性北京航空航天大学出版社1单片机基础知识26AT89系列单片机型号的编码说明及封装形式单片机的常见封装形式：1、PDIP（PlasticDualInlinePackage）——塑封双列直插式封装2、PQFP（PlasticQuadFlatPackage）——塑封方形贴片式封装1.3AT89系列单片机的基本特性北京航空航天大学出版社1单片机基础知识27AT89系列单片机型号的编码说明及封装形式单片机的常见封装形式：3、TQFP（ThinPlasticGullWingQuadFlatPack）——塑封超薄封装形式方形贴片式封装4、PLCC（PlasticJ-LeadedChipCarrie）——塑封方形引脚插入式封装1.3AT89系列单片机的基本特性北京航空航天大学出版社1单片机基础知识28部分ATMEL单片机的升级替代及推荐产品注：①不推荐在新的产品设计中应用，可用替代产品。②新产品设计中建议采用推荐产品。1.3AT89系列单片机的基本特性1.4AT89C52单片机的内部结构AT89C52单片机的CPUAT89C52单片机的存储器AT89C52单片机的I/O接口部分和特殊功能部分北京航空航天大学出版社1单片机基础知识301.4.1AT89C52单片机的CPU1.4AT89C52单片机的内部结构北京航空航天大学出版社1单片机基础知识31单片机引脚图123456789101112131415161718192040393837363534333231302928272625242322218051T2/P1.0T2EX/P1.1P1.2P1.4P1.3P1.6P1.5RXDP3.0P1.7RST/VPDTXDP3.1INT0P3.2INT1P3.3T0P3.4T1P3.5WRP3.6RDP3.7XTAL2XTAL1VSSVCCP0.0/AD0P2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7EA/VDDALE/PROGPSEN北京航空航天大学出版社1单片机基础知识32AT89C52单片机的引脚说明1.输入/输出引脚(1)P0口（39~32引脚）P0.0~P0.7总称为P0口。分时复用口，为低8位地址总线和双向数据总线。也可作为准双向输入/输出接口(2)P1口（1~8引脚）P1.0~P1.7总称为P1口。可作为准双向输入/输出接口，对于52子系列，P1.0与P1.1有复用功能：P1.0可用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2，P1.1可用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。(3)P2口（21~28引脚）P2.0~P2.7总称为P2口。为高8位地址总线。也可作为准双向输入/输出接口使用北京航空航天大学出版社1单片机基础知识33AT89C52单片机的引脚说明(4)P3口（10~17引脚）P3.0~P3.7总称为P3口。可作为准双向输入/输出接口外，每位还有特殊功能(见教材42页表2.5）2.控制线(1)ALE/PROG(30引脚)：地址锁存信号输出端，在编程期间，作为编程脉冲输入端(2)/PSEN(29引脚)：片外程序存储器读选通信号，输出，低电平有效(3)RST/VPD(9引脚)(4)/EA/VPP(31引脚)3.电源引脚：VCC(31引脚):接+5V电源；VSS(20引脚):接电源地4.外接晶体引脚XTAL1、XTAL2(19、18引脚)北京航空航天大学出版社1单片机基础知识34AT89C52单片机的引脚说明片外总线结构1.地址总线地址总线宽度16位，P0、P2口构成2.数据总线数据总线宽度8位，P0口构成3.控制总线控制总线由第二功能状态下的P3口和4条独立的控制线RST、EA、ALE、PSEN组成北京航空航天大学出版社1单片机基础知识35AT89C52单片机的CPU由运算器和控制器组成1、运算器ALU功能：算术运算：加、减、乘、除逻辑运算：与、或、异或位操作（布尔）：与、或、取反由加法器和其他逻辑电路组成，两个操作数分