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自动化教研室王曙霞任务一AT89C51单片机最小系统•任务一AT89C51单片机最小系统一、什么是单片机1、微型计算机硬件结构——常见的微机外形立式微机便携式微机多板机（系统机）工业PC机也属于多板机。任务一AT89C51单片机最小系统单板机单片机:集成了CPU、存储器、I/O接口电路的单芯片微型计算机。1971年1月，INTEL公司的特德·霍夫在与日本商业通讯公司合作研制台式计算器时，将原始方案的十几个芯片压缩成三个集成电路芯片。其中的两个芯片分别用于存储程序和数据，另一芯片集成了运算器和控制器及一些寄存器，称为微处理器（即Intel4004）。4004微处理器任务一AT89C51单片机最小系统•1980年，Intel公司推出了MCS-51系列单片机：8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K，并有控制功能较强的布尔处理器。80C51系列产品繁多，主流地位已形成，已推出的与80C51兼容的主要产品有：ATMEL公司融入Flash存储器技术的AT89系列Philips公司的80C51、80C552系列华邦公司的W78C51、W77C51高速低价系列ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列LG公司的GMS90/97低压高速系列Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机任务一AT89C51单片机最小系统非80C51结构单片机新品不断推出，给用户提供了更为广泛的选择空间，近年来推出的非80C51系列的主要产品有：Intel的MCS-96系列16位单片机Microchip的PIC系列RISC单片机TI的MSP430F系列16位低功耗单片机。任务一AT89C51单片机最小系统运算器控制器CPU存储器输入接口电路输入设备输出设备输出接口电路硬件系统软件系统+2、微型计算机系统任务一AT89C51单片机最小系统3、单片微型计算机CPU输入设备输出设备软件系统+微型计算机系统硬件系统任务一AT89C51单片机最小系统3、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和软件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，缺一不可任务一AT89C51单片机最小系统二AT89C51的基本结构1、单片机内部结构时钟电路总线控制CPUROM/EPROM/FLASH4K字节RAM128字节SFR21个定时/计数器2个中断系统5中断源、2优先级串行口全双工1个并行口4个RSTEAALEPSENXTAL2XTAL1P0P1P2P3VCCVSS任务一AT89C51单片机最小系统2、单片机应用模式74LS373OEGALE80C31D7::D0Q7::Q0PSENEAP2P0ABDBCBWRRD89C51P2P0P3P18+5V888P3.0～P3.5含第二功能总线型应用的“三总线”模式非总线型应用的“多I/O”模式任务一AT89C51单片机最小系统3、89C51的引脚123456789101112131415161718192040393837363534333231302928272625242322211234567891020191817161514131211P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDP3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDXTAL2XTAL1VSSVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0RSTP3.0/RXDP3.1/TXDXTAL2XTAL1P3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1GNDVCCP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1/AIN1P1.0/AIN0P3.7注：类似的还有Philips公司的87LPC64，20引脚8XC748/750/（751），24引脚8X749（752），28引脚8XC754，28引脚等等80C51/89C5189C2051总线型非总线型任务一AT89C51单片机最小系统三单片机最小系统任务一AT89C51单片机最小系统•硬件电路板任务一AT89C51单片机最小系统认识单片机的引脚MCS-51单片机40脚Vcc,GND2XTAL1,XTAL22RESET1EA/Vpp1ALE/PROG1PSEN1P0.0—P0.78P1.0—P1.78P2.0—P2.78P3.0—P3.78任务一AT89C51单片机最小系统1、振荡器和时钟电路MCS-51片内有一个高增益反相放大器，其输入（XTAL1）和输出（XTAL2）用于外接石英晶体和微调电容，构成振荡器，如图所示。电容C2和C3对频率有微调作用，电容容量的选择范围一般为30pF士10pF。振荡频率的选择范围为1.2～12MHz。在使用外部时钟时，XTAL2用来输入外时钟信号，而XTAL1则接地。任务一AT89C51单片机最小系统•2、单片机内部的时间单位MCS-51完成一个基本操作叫机器周期，其一个机器周期包含12个时钟周期，分为6个状态：S1～S6.每个状态又分为两拍：P1和P2。因此，一个机器周期中的12个时钟周期表示为SIP1，SIP2，…S6P2。每个时钟单片机完成一拍操作，当用6MHZ晶体时一个机器周期为2μS任务一AT89C51单片机最小系统•振荡周期=振荡频率（石英晶体频率fosc）的倒数机器周期——机器周期是单片机应用中衡量时间长短的最主要的单位1机器周期=12×1/fosc指令周期——执行一条指令所需要的时间，单位：机器周期任务一AT89C51单片机最小系统3、单片机复位为了保证CPU在需要时从已知的起点和状态开始工作，安排了复位功能。当复位引脚RST/VPD出现两个机器周期高电平时，单片机复位任务一AT89C51单片机最小系统复位后，SP寄存器为07H；其它寄存器全部清0；不影响RAM状态。PC0000HACC00HB00HPSW00HSP07HDPTR0000HP0～P3FFHIPXXX00000BIE0XX00000BTMOD00HTCON00HTHO00HTLO00HTH100HTL100HSCON00HSBUF不确定PCON0XXXXXXXB(HMOS)0XXX0000B(CHMOS)复位不影响内部RAM中的数据。复位后，PC=0000指向程序存储器0000H地址单元，使CPU从首地址0000H单元开始重新执行程序。所以单片机系统在运行出错或进入死循环时，可按复位健重新启动。RST/Vpp端的外部复位电路有两种工作方式：上电自动复位和按健手动复位。如图所示。上电复位是利用RC充电来实现的。利用RC微分电路产生正脉冲。参数选取应保证复位高电平持续时间大于两个机器周期（图中参数适合6MHz晶振）。开关S1为手动复位，按下S1时合上开关，RST得到高电平，松手后CPU完成复位，并从0000H开始执行程序。任务一AT89C51单片机最小系统•4、电源线AT89C51单片机的电源线有以下两种：(1)VCC：+5V电源线。(2)VSS：接地线。任务一AT89C51单片机最小系统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。•5、I/O端口功能1）．P0口P0口有八条端口线，命名为P0.0～P0.7，其中P0.0为低位，P0.7为高位。每条线的结构组成如图2-3所示。它由一个输出锁存器，两个三态缓冲器，输出驱动电路和输出控制电路组成。P0口是一个三态双向I/O口，它有两种不同的功能，用于不同的工作环境。任务一AT89C51单片机最小系统P0.X锁存器DQQCL01MUXVCC1&P0.X引脚控制C地址/数据读锁存器读引脚写锁存器内部总线T1T2任务一AT89C51单片机最小系统•P0用作通用I/O口输出时，执行口输出指令，数据在“写锁存器”信号作用下，经锁存器反向端送至T2，反相后送至P0.X。输入时，数据可读自锁存器，也可读自引脚。由指令是“读锁存器”指令还是“读引脚”指令来决定。任务一AT89C51单片机最小系统“读—修改—写”类指令（如：ANLP0，A）产生“读锁存器”操作信号；读锁存器可避免因外部电路原因使原口引脚的状态发生变化造成的误读。“MOV”类指令（如：MOVA，P0）内部产生的是“读引脚”信号。此时要先向锁存器写入“1”，使T2截止，让引脚处于悬浮状态，使口处于高阻抗输入态。任务一AT89C51单片机最小系统否则，在作为输入方式之前曾向锁存器输出过“0”，则T2导通会使引脚箝位在“0”电平，使输入高电平“1”无法读入。系统进行扩展（片外ROM、片外RAM）时，P0用作地址/数据总线。任务一AT89C51单片机最小系统•P0用作地址/数据总线执行输出指令时，低8位地址信息和数据信息分时地出现在地址/数据总线上。执行输入指令时，首先低8位地址信息出现在地址/数据总线上。然后，CPU自动地使MUX拨向锁存器，并向P0口写入FFH，同时“读引脚”信号有效。•2）P1口的结构P1.X锁存器DQCLVCCP1.X引脚读锁存器读引脚写锁存器内部总线RTQ任务一AT89C51单片机最小系统P1口由一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器和输出驱动电路组成。输出驱动电路与P2口相同，内部设有上拉电阻。P1口是通用的准双向I/O口。输出高电平时，能向外提供拉电流负载，不必再接上拉电阻。当口用作输入时，须向口锁存器写入1。任务一AT89C51单片机最小系统3）P2口的结构P2.X锁存器DQCL01MUXVCCP2.X引脚控制C地址读锁存器读引脚写锁存器内部总线RT1任务一AT89C51单片机最小系统•P2用作通用I/O口输出时，数据由D端进入锁存器，经反相器送至T，经T反相送引脚。输入时，数据可读自锁存器，也可读自引脚。要根据输入采用的是“读锁存器”还是“读引脚”指令决定。任务一AT89C51单片机最小系统“读—修改—写”类指令，锁存器Q端数据进入内部数据总线，与A逻辑运算后，结果又送回P2的锁存器并出现在引脚。“MOV”类指令，操作信号是“读引脚”。应先要把锁存器写入“1”，使引脚高阻状态。任务一AT89C51单片机最小系统P2用作地址总线当片外扩展ROM或扩展的RAM容量超过256字节时，硬件使C=1，MUX开关接向地址线，这时P2.X的状态与地址线的信息相同。任务一AT89C51单片机最小系统不扩展ROM，或只扩展256B的片外RAM时，仅用到了地址线低8位，P2仍可作为通用I/O口。•4）P3口的结构P3.X锁存器DQCLVCCP3.X引脚第二输出功能W读锁存器读引脚写锁存器内部总线RT&第二输入功能任务一AT89C51单片机最小系统•P3用作第一功能（通用I/O）对P3字节或位寻址时，硬件自动将W置1。口线为通用I/O口方式。输出时，锁存器Q端与引脚状态相同；输入时，先向锁存器写1，使引脚为高阻状态。数据在“读引脚”信号作用下，进入内部数据总线。任务一AT89C51单片机最小系统•P3用作第二功能使用当不对P3口寻址时，口锁存器的Q端自动置1。这时P3口作为第二功能使用P3.0：RXDP3.1：TXDP3.2：INT0P3.3：INT1P3.4：T0P3.5：T1P3.6：WRP3.7：RD任务一AT89C51单片机最小系统•5）并行口的负载能力P0、P1、P2、P3口的电平与CMOS和TTL电平兼容。P0每一口线可驱动8个LSTTL负载通用I/O时，输出驱动电路是开漏方式，OC门或漏极开路电路驱动时需外接上拉电阻；地址/数据总线时，输出不是开漏的，无须外接上拉电阻。任务一AT89C51单片机最小系统P1、P2、P3口的每一位能驱动4个LSTTL负载。可方便地由OC门或漏极开路电路驱动，而无须外接