单片机硬件基础知识.ppt

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1、1第二讲：单片机硬件基础本讲重点： MCS-51的基本特性; 单片机的引脚与I/O口结构; 存储器、堆栈与特殊功能寄存器; 低功耗运行方式 最小系统设计2MCS-51系列单片机配置一览表系列片内存储器（字节）定时器计数器并行I/O串行I/O中断源片内ROM片内RAM无有ROM有EPROMIntelMCS-51子系列803180C31805180C51(4K字节)875187C51(4K字节)128字节2x164x8位15IntelMCS-52子系列803280C32805280C52(8K字节)875287C52(8K字节)256字节3x164x8位16注意：今后将会经常提到ATMEL的AT8

2、9C2051/51/52等MCU！ATEML89C系列(常用型)1051(1K)/ 2051(2K)/ 4051(4K)（20条引脚DIP封装）1282151589C51(4K)/ 89C52(8K)（40条引脚DIP封装）128/2562/33215/63MCS-51单片机基本特性8 8 位的位的 CPUCPU， 片内有振荡器和时钟电路片内有振荡器和时钟电路, ,工作频率为工作频率为 1 112MHz12MHz（Atmel 89CxxAtmel 89Cxx为为0 024MHz24MHz）片内有片内有 128/256128/256字节字节 RAMRAM片内有片内有 0K/4K/8K0K/4K/

3、8K字节字节 程序存储器程序存储器ROMROM可寻址片外可寻址片外 64K64K字节字节 数据存储器数据存储器RAMRAM可寻址片外可寻址片外 64K64K字节字节 程序存储器程序存储器ROMROM片内片内 1818个（个（2121字节）字节）/21/21个（个（2626字节）字节）特殊功能寄存器特殊功能寄存器（SFRSFR）4 4个个8 8位位 的并行的并行I/OI/O口口（PIOPIO）1 1个个 全双工串行口全双工串行口（SIO/UARTSIO/UART）2/32/3个个1616位位 定时器定时器/ /计数器计数器（TIMER/COUNTERTIMER/COUNTER）可处理可处理 5/

4、65/6个个中断源，中断源，两级两级中断优先级中断优先级内置内置1 1个个布尔处理器布尔处理器和和1 1个个布尔累加器布尔累加器（CyCy）MCS-51MCS-51指令集含指令集含 111111条指令条指令4MSC-51系列单片机内部结构5内部结构框图6单片机的引脚定义从一片集成电路的角度去认识单片机7认识单片机的引脚MCS-51MCS-51单片机单片机4040脚脚VccVcc, , GNDGND 2 2XTAL1, XTAL2 2XTAL1, XTAL2 2RESET 1RESET 1EA/Vpp 1EA/Vpp 1ALE/PROG 1ALE/PROG 1PSEN 1PSEN 1P0.0P0

5、.0P0.7 P0.7 8 8 P1.0P1.0P1.7 P1.7 8 8 P2.0P2.0P2.7 P2.7 8 8 P3.0P3.0P3.7 P3.7 8 88单片机的引脚（电源端）lVcc, GNDVcc, GND: : 正电源端与接地端（正电源端与接地端（+5V/3.3V/2.7V)+5V/3.3V/2.7V)不同的单片机可以允许不同的工作电压，不同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。的单片机表现出的功耗也不同。9单片机的引脚（晶振端）lVcc, GND: Vcc, GND: 正电源端与接地端（正电源端与接地端（+5V/3.3V/2.7V)+5V/3.3

6、V/2.7V)不同的单片机可以允许不同的工作电压，不同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。的单片机表现出的功耗也不同。XTAL1, XTAL2: XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入片内振荡电路输入/ /输出端输出端10单片机的引脚（晶振端）lVcc, GND:Vcc, GND:正电源端与接地端正电源端与接地端 (+5V/3.3V/2.7V)(+5V/3.3V/2.7V)lXTAL1, XTAL2: XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入片内振荡电路输入/ /输出端输出端151545pf45pfx2x21 112MHz12MHz（MCS-51MCS

7、-51） 0 024MHz24MHz（Atmel-89CAtmel-89C）XTAL1XTAL1XTAL2XTAL2通常通常外接外接一个晶体一个晶体两个电容两个电容（1 1）内部时钟方式）内部时钟方式1112单片机的引脚（晶振端）lVcc, GND:Vcc, GND:正电源端与接地端正电源端与接地端 (+5V/3.3V/2.7V)(+5V/3.3V/2.7V)lXTAL1, XTAL2: XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入片内振荡电路输入/ /输出端输出端1 112MHz12MHz（MCS-51MCS-51） 0 024MHz24MHz（Atmel-89CAtmel-89C）可以根据

8、情况由可以根据情况由 XTAL1XTAL1或或XTAL2XTAL2端接入外部时端接入外部时钟，当一个引脚接时钟钟，当一个引脚接时钟时，另一个引脚此时应时，另一个引脚此时应将接地或悬空：将接地或悬空：XTAL2/XTAL1XTAL2/XTAL1XTAL1/XTAL2XTAL1/XTAL2外部时钟外部时钟（2 2）外部时钟方式）外部时钟方式13单片机的引脚（晶振端）lVcc, GND:Vcc, GND:正电源端与接地端正电源端与接地端 (+5V/3.3V/2.7V)(+5V/3.3V/2.7V)lXTAL1, XTAL2: XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入片内振荡电路输入/ /输出端输

9、出端HMOSHMOS（高密度沟道高密度沟道MOSMOS）芯片芯片XTAL2XTAL2端接外部时钟，端接外部时钟，XTAL1XTAL1接接地，如：地，如：80518051。XTAL1XTAL1XTAL2XTAL2外部时钟外部时钟（2 2）外部时钟方式）外部时钟方式CHMOSCHMOS（互补金属氧化物互补金属氧化物HMOS HMOS ）芯片芯片XTAL1XTAL1端接外部时钟，端接外部时钟，XTAL2XTAL2悬空悬空，如：，如：89C5189C51。XTAL2XTAL2XTAL1XTAL1外部时钟外部时钟1415单片机的引脚（晶振端）lVcc, GND:Vcc, GND:正电源端与接地端（正电源

10、端与接地端（+5V/3.3V/2.7V)+5V/3.3V/2.7V)lXTAL1, XTAL2: XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入、输出端片内振荡电路输入、输出端CPUCPU总是按照一定的时钟节拍与时序工作：总是按照一定的时钟节拍与时序工作：振荡周期振荡周期/ /时钟周期：时钟周期： TcTc= =晶振频率晶振频率foscfosc（或外加频率）的倒数（或外加频率）的倒数状态周期：状态周期：TsTs= =2 2个时钟周期个时钟周期( (TcTc) )（很少用到此概念）（很少用到此概念）机器周期：机器周期：TmTm= =6 6个状态周期个状态周期( (TsTs)=)=1212个振荡周期

11、个振荡周期( (TcTc) )指令周期指令周期: : Ti:Ti:执行一条指令所需的机器周期执行一条指令所需的机器周期( (TmTm) )数数牢牢记住牢牢记住：振荡周期振荡周期 = = 晶振频率晶振频率foscfosc的倒数；的倒数； 1 1个机器周期个机器周期 = 12= 12个振荡周期；个振荡周期； 1 1个指令周期个指令周期 = 1= 1、2 2、4 4个机器周期个机器周期16单片机的引脚（复位端）lVcc, GND: Vcc, GND: 电源端电源端 （+5V/3.3V/2.7V)+5V/3.3V/2.7V)lXTAL1, XTAL2: XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入、输

12、出端片内振荡电路输入、输出端lRESET: RESET: 复位端（正脉冲有效，宽度复位端（正脉冲有效，宽度 8 ms8 ms）17复位使单片机进入某种确定的复位使单片机进入某种确定的初始状态初始状态： PCPC值归零（值归零（0000H0000H）；）； 各个各个SFRSFR被赋予初始值（见被赋予初始值（见P.42P.42）：）： P0P0P3 = 0FFHP3 = 0FFH，Acc = 0Acc = 0，B = 0B = 0，TH0=0TH0=0，TL0=0TL0=0，TH1=0TH1=0，TL0=0TL0=0，SP=7SP=7，PSW=0 PSW=0 退出处于节电工作方式的停顿状态、退出一

13、切退出处于节电工作方式的停顿状态、退出一切程序进程、退出程序的死循环，程序进程、退出程序的死循环，从头开始从头开始。单片机的引脚（复位端）lVcc, GND: Vcc, GND: 电源端电源端 （+5V/3.3V/2.7V)+5V/3.3V/2.7V)lXTAL1, XTAL2: XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入、输出端片内振荡电路输入、输出端lRESET: RESET: 复位端（正脉冲有效，宽度复位端（正脉冲有效，宽度 8 ms8 ms）18PC与SFR复位状态表寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HA00HT2CON00HB00HTH000HPSW00HTL0

14、00HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUFXXHIE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H19单片机的引脚（复位端）A.上电复位上电复位B.手动手动&上电复位上电复位lVcc, GND: Vcc, GND: 电源端电源端 （+5V/3.3V/2.7V)+5V/3.3V/2.7V)lXTAL1, XTAL2: XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入、输出端片内振荡电路输入、输出端lRESET: RESET: 复位端复位端 （正脉冲有效，宽度（正脉冲有效，宽度 8 ms8 ms）+5V10uF10K

15、VccRSTGND10uF10KVccRSTGND1K+5V20单片机的引脚（复位端）C.同步复位电路同步复位电路lVcc, GND: Vcc, GND: 电源端电源端 （+5V/3.3V/2.7V)+5V/3.3V/2.7V)lXTAL1, XTAL2: XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入、输出端片内振荡电路输入、输出端lRESET: RESET: 复位端复位端 （正脉冲有效，宽度（正脉冲有效，宽度 8 ms8 ms）22uF200KVccRSTGND74HC14+5V接低电平复位芯片接低电平复位芯片21D.专用复位芯片专用复位芯片l应用于可靠性要求较高应用于可靠性要求较高的嵌入式

16、系统中。的嵌入式系统中。22单片机的引脚（EA端）lVcc, GND: Vcc, GND: 电源端电源端 （+5V/3.3V/2.7V)+5V/3.3V/2.7V)lXTAL1, XTAL2: XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入、输出端片内振荡电路输入、输出端lRESET: RESET: 复位端复位端 （正脉冲有效，宽度（正脉冲有效，宽度 8 ms8 ms）lEA/Vpp: EA/Vpp: 寻址外部寻址外部ROMROM控制端控制端/ /编程电源输入端。编程电源输入端。 低有效低有效，片内，片内无无ROMROM时时必须必须接地接地； 片内片内有有ROMROM时时应当应当接高电平接高电平； 对片内对片内ROMROM编程时编程正电源加到此端。编程时编程正电源加到此端。23单片机的引脚（ALE端）lVcc, GND: Vcc, GND: 电源端电源端 （+5V/3.3V/2.7V)+5V/3.3V/2.7V)lXTAL1, XTAL2: XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入、输出端片内振荡电路输入、输出端lRESET: RESET: 复位端复位端 （正脉冲有效，宽度（正脉冲有