第1章-51单片机基础知识

电气信息系姚福强E-mail：[e-mail]电话：588-6369013656408566办公室：东-204课程目标范例51系列MCU了解51系列MCU的结构、编程、接口技术掌握•掌握51系列单片机的硬件结构特点、外设接口的扩展方法、C51语言程序设计的基本方法，单片机应用系统设计、调试、仿真的基本思路和方法。主要内容第1章51单片机基础知识第2章KeilC51软件入门与调试第3章Protues仿真软件与Keil联合调试第4章并行I/O端口第5章51单片机的中断系统第6章51单片机的定时/计数器第7章51单片机的串行通信接口第8章键盘输入第9章输出设备第10章单片机系统扩展第11章常用外围接口芯片第12章常用数据传输接口第13章单片机开发板设计第14章PCB印刷电路板设计常用网站、论坛周立功单片机（）中源单片机（）嵌入开发网（）51单片机（）单片机学习网（）单片机爱好者（）此外还有老古开发网、单片机培训网、51单片机世界、致远电子、南京爱思、FPGA论坛、北京单片机开发网、电子网站之家、小龙微控、万博门单片机、21IC中国电子网、电子技术特攻队、MAXIM中文网址、TI中文网址、Philips公司、Intel公司、Lattice公司、中国电器论坛等。考核办法总成绩分三部分：出勤及作业占30%、实验占20%、期末考试占50%；作业和实验按组完成，每组3～4人，各班同学自由组合，但要求每组按照前期课程成绩优、良、中、及格合理搭配，作业及实验的完成由本组同学综合讨论完成，要求每个成员必须对完成的作业理解并可以修改。上课时随机抽取一名组员回答作业问题，根据该组员的回答情况及作业完成情况综合评定该组的作业和实验成绩。第一章51单片机基础知识了解单片机的概念、发展历史、发展趋势、应用领域、外部引脚和内部结构。学习目的及要求：微机、微处理器和单片机的概念VonNeumann计算机体系结构要点：输入设备运算器输出设备存储器控制器微机、微处理器和单片机的概念微型计算机微处理器CPU微型计算机系统运算器控制器寄存器RAMROMI/O端口I/O端口电源系统软件系统I/O设备I/O设备总线微机、微处理器和单片机的概念从使用的角度来说，计算机应用可分为两类：一类是应用广泛的通用计算机系统，用于海量数据处理、分析和存储。一类是嵌入式计算机系统，是以计算机技术为基础、软硬件可裁减、可靠性高、实时性强、体积、功耗严格要求、没有独立计算机形式的专用计算机系统。分支一：通用微型计算机系统（UniversalmicroComputerSystem）UCS——为满足众多普通应用场合需要而发展的一类个人计算机系统技术要求:高速计算+海量存储发展方向:CPU速度不断提升，存储容量不断扩大386486PentiumPentiumⅣConroeII个人计算机（PersonalComputer）CPU+存储器+主板+显卡+声卡+网卡+显示器+鼠标+键盘…基本功能部件接口部件外部设备支持它的软件五花八门，应有尽有分支二：嵌入式计算机系统（EmbeddedComputerSystem）技术要求：必须满足对象体系的物理、电气和环境以及产品成本等要求发展方向:与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制可靠性ECS——能嵌入到对象体系中，以实现对象体系智能化为目的的一类专用计算机系统PC→电气加固、机械加固，并配置各种接口板卡→IPC（工控机）→嵌入到大型对象系统中（实现智能化）工业计算机（IndustrialPersonalComputer）船舶驾驶室集中控制台自动配料控制系统电站锅炉控制系统众多小型对象系统（如家电、仪器、工控单元…）无法使用IPC→需要发展一类特殊的嵌入式计算机系统→单片机单片计算机（SingleChipMicrocomputer）SCM——将通用微计算机基本功能部件集成在一块芯片上构成的一种专用微计算机系统应用：SCM硬件+SCM软件+少量外围电路→嵌入式微机系统+被控对象→微电脑控制产品单片机的发展从1976年起，Intel公司先后推出MCS-48（4位）、MCS-51（8位）和MCS-96（16位）三大系列单片机。迄今为止，世界各地厂商已相继研制出大约50个系列300多个品种的单片机产品。单片机的发展趋势是高集成度、高性能、低功耗单片机（SCM）→微控制器（MicroControllerUnit）MicroControllerUnit（SingleChipMicrocomputer）8位的51内核单片机仍然是目前主流机型。汽车电控系统中的单片机应用MCS-51系列单片机MCS是Intel公司单片机的系列符号，如MCS-48、MCS-51、MCS-96系列单片机。MCS-51系列是是最早进入我国，并在我国得到广泛应用的单片机主流品种。MCS-51系列单片机主要包括：基本型：8031/8051/8751（80C31/80C51/87C51）增强型：8032/8052/8752。51系列单片机Intel公司以专利形式把8051内核技术转让给ATMEL、Philips、Cygnal、ANALOG、LG、ADI、Maxim、DALLAS等公司。生产的兼容机与8051兼容，采用CMOS工艺，因而常用80C51系列单片机来称呼所有这些具有8051指令系统的单片机，这些兼容机的各种衍生品种统称为51系列单片机或简称为51单片机。其它51单片机其它单片机系列简介Atmel公司的AVR系列的AT90S、ATmega系列；美国微芯片(Microchip)公司:PIC16C××、PIC17C××、PIC1400系列(高性价比、RISC指令系统);美国摩托罗拉公司的MC68HC系列;美国德州仪器TI公司的MSP430系列(超低功耗、RISC指令集、存储体系为普林斯顿结构);怎样学习单片机各组成部分既相对独立，又相互交叉教学目标——掌握单片机原理与应用系统设计技能教学内容——单片机硬件、软件、接口、开发工具四方面知识硬件系统软件系统接口系统开发工具硬件系统（RAM，IO，T/C，INT，UART）存储器输入/输出单元定时/计数器中断系统串行通信软件系统汇编语言程序C51语言程序接口系统（LED，KEY，AD，DA，IO扩展）键盘电路数码管键盘模数转换数模转换可编程接口开发工具——PROTEUS单片机仿真软件KeilC51简介KeilC51是51单片机软件开发的C语言和汇编语言环境，可以进行纯软件仿真；也可以与Proteus软件联合进行仿真。开发工具——KeilC集成开发环境软件单片机应用系统本课程的重点1.掌握单片机应用系统硬件原理的分析方法。2.掌握软件设计与调试的基本技能。单片机应用系统单片机＋接口电路及外设等＋软件硬件单片机应用系统:由硬件系统和软件系统组成硬件是应用系统的基础软件是在硬件的基础上对其资源进行合理调配和使用，从而完成应用系统所要求的任务，二者相互依赖，缺一不可1.2.1MCS-51单片机的内部结构1.251单片机功能及引脚程序存储器：4KFlashROM，用于存放程序、原始数据和表格。数据存储器：共256个RAM单元，前128个单元用于存放可读写数据，后128个单元为专用寄存器。定时/计数器：两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功能。中断控制系统：5个中断源（外部中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个）并行I/O口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。串行口：一个全双工串行口。51单片机的封装PlasticDualInlinePackagePlasticJ-LeadChipCarrier51单片机的封装PlasticQuadFlatPackagePlasticJ-LeadChipCarrier1.2.351单片机外部引脚VCCVSSXTAL2XTAL1RSTP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4MOSI/P1.5MISO/P1.6SCK/P1.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0ALEP3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.72、时钟引脚：XTAL1、XTAL23、复位引脚：RST4、并行口：P0、P1、P2、P31、电源引脚：VCC(+5V)、VSS(地)EA/VppPSEN7、EA：外部程序存储器控制信号6、PSEN：外部ROM读选通信号RXD/TXD/INT0/INT1/T0/T1/WR/RD/1234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222180318051875189C5189S515、:地址锁存控制信号PROG/ALE1.2.351单片机外部引脚单片机访问外部存储器时，P0口可用作地址/数据复用口。P0口的信息是地址还是数据由ALE来定义。ALE高电平期间，P0口上一般出现地址信息，在ALE下降沿时，将P0口上地址信息锁存到片外地址锁存器，在ALE低电平期间P0口上一般出现指令和数据信息。在不访问片外存贮器时，该端也以六分之一的时钟频率固定输出正脉冲。可作系统中其它芯片的时钟源。对片内FlashROM编程时，此脚用于编程脉冲输入。ALE/PROG：地址锁存允许信号/编程脉冲输入端。1.2.351单片机外部引脚PSEN：片外程序存储器选通信号，低有效。在寻址外部程序存储器时选通外部ROM的读控制端(OE)。89C51P0.0-P0.7ALEPSENP2.0-P2.48D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GEAOECEEPROM3731.2.351单片机外部引脚当EA为高时CPU访问程序存贮器有两种情况：①地址小于4K时访问内部程序存贮器。②地址大于4K时访问外部程序存贮器。当EA接地，则不使用内部程序存贮器，不管地址大小，取指时总是访问外部程序存贮器。1.351单片机的内部结构51单片机的CPU是由运算器和控制器所构成的。2.3MCS-51单片机的CPU2.1.289C51单片机内部结构缓冲器B寄存器SPPSWOSCALEPCONSCONTMODTCONTH0TL0TH1TL1TXDSBUFRXDSBUFIEIP中断、串行口和定时器程序地址寄存器PC增1PCDPTRP1锁存器P1驱动器P3锁存器P3驱动器P0驱动器RAM地址寄存器128BRAM4kBROMP0锁存器P2驱动器P2锁存器定时控制指令译码器指令寄存器ACCPSENALEEARESETTMP1TMP2VCCVSSP0.0~P0.7P2.0~P2.7P1.0~P1.7P3.0~P3.7XTAL1XTAL2运算器：ALU、和专用寄存器由定时和控制部件构成的控制器，包括定时控制逻辑、指令寄存器、指令译码器、数据地址指针DPTR、程序计数器PC、堆栈指针SP、ROM地址寄存器以及16位地址缓冲器等。3.专用寄存器组累加器A(Accumulator)程序中最常用的8位特殊功能寄存器。主要功能为存放操作数以及存放运算的中间结果。单片机中大部分单操作数指令的操作数取自累加器，多操作数指令中一个操作数也取自累加器。加、减、乘、除算术运算指令的运算结果都存放于累加器A或B寄存器中。指令系统中用A作为累加器的助记符。程序计数器PC(ProgramCounter)指向ROM存储单元的地址指针（引导程序运行）0000HPC指针……xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxROM0000H0001H0002H0003H0004HFFFFH永远存放着下一条指令的地址具有16位字长→可寻址范围216（=65536字节=64KB）具有自动加1功能→顺序运行程序功能具有可被指令修改功能→跳转运行程序功能复位时，PC值为0