第2章+80C51单片机的硬件结构

课程：单片机技术教材：单片机基础教学基本要求：（1）、熟悉单片机的定义、名称、分类方法；（2）、了解单片机的特点、应用范围及发展历史；（3）、熟悉单片机应用系统、单片机开发系统的区别；（4）、了解单片机芯片内部各功能模块的作用；（5）、了解单片机的时序定时单位；（6）、熟悉单片机的信号引脚；（7）、熟悉单片机并行I/O口的结构及特点；（8）、熟悉单片机的不同工作方式；（9）、掌握单片机存储器的分类及特点；（10）、掌握单片机的时钟电路、复位电路的工作原理。第2章80C51单片机的硬件结构课程：单片机技术教材：单片机基础教学重点：（1）、单片机内部RAM低128单元的分类及使用方法；（2）、单片机内部专用寄存器的功能及使用方法；（3）、单片机程序存储器前43个单元的使用方法；（4）、单片机并行I/O口结构特点与功能的关系。教学难点：（1）、通用寄存器组的设置及使用方法；（2）、堆栈的概念及使用方法；（3）、单片机内部RAM的字节操作和位操作；（4）、80C51单片机的低功耗方式和掉电保护方式。课程：单片机技术教材：单片机基础2.1单片机的概念思考题：微型计算机有哪几个部分组成？1、单片机的定义将微型计算机的主要部件（中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、定时器/计数器T/C、中断系统以及输入/输出口电路I/O等部件）集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。单片机AT89C52外形图MCS-51单片机系统结构框图2、单片机的名称单片微型计算机SCMC（SingleChipMicroComputer）；微控制器MCU(MicroControllerUnit)；嵌入式微控制器EMCU(EmbeddedMicroControllerUnit)；课程：单片机技术教材：单片机基础3、通用单片机和专用单片机单片机根据控制应用的需要分为通用单片机和专用单片机。（1）、通用单片机特点：它是一种基本芯片，内部资源丰富、性能全面、适用性较强，用户可根据自己的需要，以其为控制核心，配以不同的外围电路设计成不同的单片机应用系统。注意：本教材介绍的单片机均为通用单片机。（2）、专用单片机特点：针对性特别强，具有结构的最简化、资源利用的最优化、可靠性和成本的最佳化的特点。课程：单片机技术教材：单片机基础4、单片机与单片机系统（1）、单片机单片机只是一个芯片，是指芯片本身，它必须配以外围电路构成单片机最小系统以后才能工作。单片机最小系统框图（2）、单片机系统单片机系统是在单片机芯片的基础上扩展其它电路或芯片构成的具有一定应用功能的计算机系统。其形式是多种多样的。注意：在单片机系统中，单片机是控制核心，是构成单片机系统的硬件和软件基础。5、单片机应用系统与单片机开发系统（1）、单片机应用系统单片机应用系统是为控制应用而设计的，单片机系统和控制课程：单片机技术教材：单片机基础对象结合在一起即构成单片机应用系统，是单片机开发应用的成果。单片机应用系统组成：a)、单片机硬件系统b)、单片机软件系统：系统软件（监控程序）、目标代码应用程序（2）、单片机开发系统由于单片机的软硬件资源有限，单片机系统本身不能实现自我开发，要进行系统开发设计，必须使用专门的单片机开发系统，因此，单片机开发系统是单片机系统开发调试的工具。单片机开发系统的类型：a)、微型机开发系统MDS；b)、在线仿真器ICE；c)、软件模拟仿真器（ASM51、Keil）。课程：单片机技术教材：单片机基础6、单片机的程序设计语言和软件单片机开发系统中的语言：a)、机器语言：用二进制代码表示的指令。b)、汇编语言：用符号表示的指令。不同公司、不同系列的单片机具有不同的汇编语言指令系统，使用时应特别注意。c)、高级语言：用符号表示的指令。常用的有C-51等。单片机应用系统中的语言：机器语言单片机的程序设计语言和软件，是指在开发系统中使用的。课程：单片机技术教材：单片机基础7、单片机发展概述单片机出现的历史并不长，它的产生与发展和微处理器的产生和发展大体上同步，也经历四个阶段。第一阶段（1971～1974年）：微处理器阶段第二阶段（1974～1978年）：初级单片机阶段第三阶段（1978～1983年）：高性能单片机阶段第四阶段（1983年～）：8位单片机巩固发展及16位单片机推出阶段课程：单片机技术教材：单片机基础8、MCS-51系列单片机分类资源配置子系列片内ROM形式片内ROM容量片内RAM容量定时器/计数器中断源并行口串行口无ROMEPROME2PROM51子系列80318051875189514KB128B2×1654×8152子系列80328052875289528KB256B3×1664×81课程：单片机技术教材：单片机基础MCS-51系列单片机的分类（1）、制造工艺HMOS工艺：高速度、高密度。CHMOS工艺：高速度、高密度、低功耗。（2）、功能51子系列：基本型52子系列：增强型（3）、片内程序存储器配置掩膜ROM：8051EPROM：8751没有：8031E2PROM：8951课程：单片机技术教材：单片机基础Intel公司80C51单片机系列（CHMOS工艺制造，与MCS-51系列单片机兼容）子系列片内ROM形式片内ROM容量片内RAM容量定时器/计数器中断源无ROMEPROME2PROM51子系列80C3180C5187C5189C514KB128B2×16552子系列80C3280C5287C5289C528KB256B2×166课程：单片机技术教材：单片机基础9、单片机的特点（1）、具有优异的性能价格比；（2）、集成度高，体积小，可靠性高；（3）、控制功能强；（4）、低电压，低功耗。其工作电压可以为2.2V以下,有的甚至为1.2V或0.9V以下。功耗为uA级,一粒钮扣电池即可长期使用。10、单片机的应用领域（1）、工业自动化方面；（2）、仪器仪表方面；（3）、家用电器方面；（4）、信息和通信产品方面；（5）、军事装备方面。课程：单片机技术教材：单片机基础2.280C51单片机的逻辑结构及信号引脚2.2.180C51单片机的内部逻辑结构MCS-51单片机系统结构框图CPU振荡器及定时电路4KB程序存储器128B数据存储器2个16位定时/计数器64KB总线扩展控制可编程I/O可编程串行口频率基准源计数器串行输入串行输出并行I/O口控制中断系统系统总线课程：单片机技术教材：单片机基础1、中央处理器CPU运算器：运算功能控制器：控制功能2、内部数据存储器功能：执行程序，存放临时数据和最终结果的场所。3、内部程序存储器功能：存放程序、原始数据、常数表格。4、定时器/计数器功能：定时功能、计数功能。5、并行I/O口功能：执行数据的并行输入输出。名称：P0、P1、P2、P3口。课程：单片机技术教材：单片机基础6、串行口功能：执行数据的串行通信。7、中断控制系统功能：处理紧急事件。8、时钟电路功能：为单片机工作产生必须的时钟脉冲序列信号。9、位处理器（布尔处理器）功能：执行位处理操作，以便单片机实现控制功能。注意：位处理器为MCS-51系列单片机所特有。10、总线（单片机片内总线）功能：完成所有信息的传送。课程：单片机技术教材：单片机基础2.2.280C51单片机的封装与信号引脚1、芯片封装形式以80C51单片机为例进行说明，芯片封装：DIP，引脚数量：40课程：单片机技术教材：单片机基础2、芯片引脚介绍（1）信号引脚介绍（第一功能）P0.0～P0.7：P0口8位双向输入输出口线，完成数据的传送；在构造单片机应用系统片外总线时，既作为8位数据总线（D0～D7），又作为地址总线的低8位（A0～A7）分时使用。P1.0～P1.7：P1口8位双向输入输出口线，完成数据的传送.P2.0～P2.7：P2口8位双向输入输出口线，完成数据的传送；在构造单片机应用系统片外总线时，作为地址总线的高8位（A8～A15）使用。课程：单片机技术教材：单片机基础P3.0～P3.7：P3口8位双向输入输出口线，完成数据的传送；ALE：地址锁存控制信号在不扩展单片机系统时不使用，但ALE端仍产生频率为晶体振荡器振荡频率fosc的1/6的周期性正脉冲信号，此信号可以作为外部时钟或外部定时脉冲使用；在扩展单片机系统时，ALE的输出用于控制把P0口输出的低8位地址送锁存器锁存，即锁存地址的低位字节，以实现低位地址和数据总线信息的分离。/PSEN：外部程序存储器读选通信号在读外部ROM时，/PSEN有效（低电平），以实现外部ROM单元的操作。课程：单片机技术教材：单片机基础/EA：访问程序存储器控制信号。当/EA输入端保持高电平，CPU访问内部程序存储器4KB的地址范围。但在PC（程序计数器）值超过OFFFH时(即PC值超出4KB地址时),将自动转向执行片外程序存储器内的程序；当/EA保持低电平时,则单片机只访问外部程序存储器，此时不管单片机是否有内部程序存储器。注意:对于常用的8031来说无内部程序存储器,因此,/EA脚必须常接地,这样单片机才能选择到外部程序存储器执行片外程序储器内的程序。RST：复位信号，高电平有效。但有效的高电平信号必须维持两个机器周期以上，用以完成单片机复位初始化操作。课程：单片机技术教材：单片机基础XTAL1和XTAL2：外接晶体引线端当使用芯片内部时钟时，用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于连接外部时钟脉冲信号，此时，XTAL1接地，XTAL2连接外部时钟脉冲信号。VSS:地线VCC:+5V电源（2）信号引脚的第二功能ALE/PROG：编程脉冲输入端在单片机处于编程工作方式时，输入编程脉冲。/EA/VPP：编程电压(25V或21V)输入端课程：单片机技术教材：单片机基础RST/VPD：备用电源引入端VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源。一旦芯片在使用过程中，当VCC电源发生故障（电压突然下降或断电，称掉电，或失电），电压下掉到低于规定的值，备用电源经此端向内部RAM提供电压，以保护内部RAM中的信息不丢失，使单片机复电后，能正常运行。P3口口线的第二功能：见P3口口线第二功能表注意：对于ALE/PROG，/EA/VPP和RST/VPD，由于第一功能信号与第二功能信号是单片机在不同工作方式下的信号，因此，不会发生使用上的矛盾；对于P3口口线,在实际使用时应优先考虑其第二功能。课程：单片机技术教材：单片机基础2.380C51单片机的内部存储器在具体讲解MCS-51单片机的内部存储器之前，我们首先来研究MCS-51单片机存储器的特点及分类情况。一般微机存储器通常只有一个逻辑地址空间，可以随意安排ROM或RAM，同一地址对应唯一的存储器单元，可以是ROM，也可以是RAM，并用同类指令访问。但MCS-51单片机与一般微机的存储器配置方法大不相同。在此，以80C51单片机的存储器配置为例进行说明。MCS-51的存储器配置在物理结构上有四个存储器空间：（1）、片内程序存储器；（2）、片外程序存储器；（3）、片内数据存储器；（4）、片外数据存储器课程：单片机技术教材：单片机基础MCS-51的存储器配置在逻辑结构上有三个存储器地址空间：（1）、片内外统一编址的64K字节的程序存储器空间，地址范围（0000H～FFFFH）；（2）、片内256字节的数据存储器地址空间，地址范围（00H～FFH）；（3）、片外64K字节的数据存储器地址空间，地址范围（0000H～FFFFH）。在访问三个不同的逻辑空间时应采用不同形式的指令。片内256字节的数据存储器地址空间又可以分为三个部分：（1）、内部数据存储器，地址范围（00H～7FH）；（2）、特殊功能寄存器（SFR），地址范围（80H～FFH）；（3）、位地址空间，地址范围（00H～FFH）。课程：单片机技术教材：单片机基础2.3.1内部数据存储器低128单元区内部数据存储器低128单元又分为寄存器区、位寻址区、用户RAM区三个部分。80C51单片机内部数据存储器低128单元配置图1、寄存器区寄存器区共32个单元，地址范围00H～1FH，共分为四组，组