单片机第3章 单片机的结构及原理

null第三章 单片机的结构及原理第三章 单片机的结构及原理重点： （1）掌握AT89S51单片机的内部结构及引脚功能； （2）了解单片机的存储器结构； （3）掌握单片机的I/O口结构及特点； （4）掌握基本时钟电路及相关概念； （5）掌握单片机基本复位电路,了解复位后的内部状态; （6）掌握单片机的最小系统的设计。（4 学时）null选用教材及参考资料：1、《单片机初级教程-单片机基础》 张迎新（北航） 2、 AT89S51单片机数据手册 www.atmel.com 3、《数字电子技术基础》第四版 阎石（高教） 4、《新编MCS-51单片机应用设计》 张毅刚（工大）null2.1 单片机的结构AT89S51单片机的引脚及功能51单片机的内部结构null一、单片机的内部功能及组成单片机的内部功能模块null总线null123456单片机与外界联系的重要通道。实现定时控制以及对外界事件进行计数和响应。对片内外的功能部件进行管理。null二、AT89S51单片机的引脚及功能 图1 PDIP封装 null 图2 PLCC封装 null图3 PQFP封装null二、AT89S51单片机的引脚及功能外部中断全双工异步串口定时/计数时钟OSC片外RAM读写选通片外ROM读选通片内外ROM选通/编程电源AT89S51地址锁存允许输出/编程输入null2.2 AT89S51单片机工作原理中央处理器 CPU存储器结构输入/输出端口*时序及时钟电路*复位和复位电路*null（1）中央处理器CPU51系列单片机中都有一个8位的中央处理器。算数逻辑运算单元ALU累加器A寄存器B程序状态字寄存器PSW控制器nullnull（1）中央处理器CPUMCS-51系列单片机中都有一个8位的中央处理器。运算器算数逻辑运算单元ALU累加器A寄存器B程序状态字寄存器PSW16位程序计数器PC指令寄存器IR指令译码器控制逻辑电路null程序计数器 PC取址程序存储器 ROM取指令PC+1指令执行 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 存放着下一条即将从程序存储器中取出的指令地址。 null2.2 AT89S51单片机工作原理中央处理器 CPU存储器结构输入/输出端口时序及时钟电路复位和复位电路null89S51单片机中有256B内部RAM,其中仅前128B可作为数据寄存器供用户使用,后128B别用作特殊功能寄存器;4KB内部ROM,采用了Flash技术。（2）存储器结构片内数据存储器片外数据存储器：64KB特殊功能寄存器SFR位寻址区用户数据存储区片内程序存储器：4KB Flash片外程序存储器：64KB哈佛结构工作寄存器区FFH~80H7FH~30H2FH~20H1FH~00Hnull片内 RAM P44访问片内RAM：“MOV”指令 访问片外RAM：“MOVX”指令SFR综合的、实际地反映了整个单片机基本系统内部的工作状态及工作方式。 单片机CPU对各功能部件的控制是通过SFR集中控制的。片内数据存储器片外数据存储器RS1 RS0 所选的4组寄存器 0 0 0区（内部RAM地址00H～07H） 0 1 1区（内部RAM地址08H～0FH） 1 0 2区（内部RAM地址10H～17H） 1 1 3区（内部RAM地址18H～1FH）用于对数据存储器进行间接寻址数据存储器null特殊功能寄存器1、寄存器B 2、累加器A 3、程序状态字PSW 4、中断优先级控制IP 5、中断允许控制IE 6、P0~P3端口锁存器 7、串行数据缓冲器SBUF 8、串行控制SCON 9、定时器/计数器1和0高字节TH1、TH0 10、定时器/计数器1和0低字节TL1、TL0 11、定时器/计数器方式控制TMOD 12、定时器/计数器控制TCON 13、看门狗复位寄存器WDTRST* 14、电源控制PCON 15、数据指针DPTR0和DPTR1*高字节和低字节DPH、DPL 16、堆栈指针SP：指出栈顶在内部RAM中的位置。 17、辅助寄存器AUXR和AUXR1*运算器中断系统串口定时器/计数器堆栈第六章第八章第七章null 中断响应过程null 中断优先级响应过程null 堆栈指针SP堆栈: 无论是子程序调用还是执行中断操作，最终都要返回主程序，因此在片内RAM中开辟出来一块主要用于存放主程序断点地址和数据的存储区域，这部分存储区域称为堆栈。功能：保护断点和保护现场堆栈指针SP：始终指向堆栈栈顶的地址。null堆栈和指针示意图“向上生长”先进后出null4K Flash程序存储器null89S51单片机中有256B内部RAM,其中仅前128B可作为数据寄存器供用户使用,后128B别用作特殊功能寄存器;4KB内部ROM,采用了Flash技术。存储器结构总结片内数据存储器片外数据存储器：64KB特殊功能寄存器SFR位寻址区用户数据存储区片内程序存储器：4KB Flash片外程序存储器：64KB哈佛结构工作寄存器区FFH~80H7FH~30H2FH~20H1FH~00Hnull2.2 AT89S51单片机工作原理中央处理器 CPU存储器结构输入/输出端口时序及时钟电路复位和复位电路null（3）输入输出端口89S51单片机的实际有效引脚数为40个。其中，共有4组I/O端口，分别为P0~P3。每个端口都是8位双向口，共占用32个引脚。null1—P0口的电路结构及工作原理(1)P0口A- 输出锁存器 B- 输入缓冲器 C- 输出驱动电路 D- 控制电路nullP0口的功能： 1、标准的双向通用I/O口，具有输出锁存、输入缓冲和高阻态三种工作方式； 2、外部存储器低8位地址总线A0~A7 3、外部存储器数据总线D0~D7；null00P0口作为标准的输出端口外接 上拉电阻nullP0口作为标准的输入端口null0P0口作为标准的输入端口——读引脚100截止10nullP0口作为标准的输入端口——读端口10完成 “读-改-写” 操作nullP0口作为外部存储器地址/数据总线nullP0口作为外部存储器地址/数据总线作为数据总线但无输入/出时作为数据总线输出数据时作为数据总线输入数据时作为地址总线输出地址时null作为数据总线但无输入/出时1无数据P0口作为外部存储器地址/数据总线null1无数据控制端置高电平nullD1S2G2G1nullVccP0.XGND1无数据控制端置高电平R∞R∞高阻态null1/0外部数据输入拉电流回路推电流回路P0口作为外部存储器地址/数据总线作为数据/地址总线输出信号时作为数据总线输入信号时1null(2)P1口2—P1口的电路结构及工作原理A- 输出锁存器 B- 输入缓冲器 C- 输出驱动电路 内部 上拉电阻nullP1口的功能： 1、准双向通用I/O口，具有输出锁存、输入缓冲二种工作方式； 2、P1.5~P1.7可作为ISP同步串口，用于系统在线编程； null(3)P2口3—P2口的电路结构及工作原理内部 上拉电阻A- 输出锁存器 B- 输入缓冲器 C- 输出驱动电路 D- 控制电路nullP2口的功能： 1、准双向通用I/O口，具有输出锁存、输入缓冲二种工作方式； 2、外部存储器高8位地址A8~A15； null(4)P3口4—P3口的电路结构及工作原理A- 输出锁存器 B- 输入缓冲器 C- 输出驱动电路 D- 控制电路nullP3口的功能： 1、准双向通用I/O口，具有输出锁存、输入缓冲二种工作方式； 2、丰富的第二功能：串行口，外部中断输入，定时/计数器外部输入，片外数据存储器写选通输出，片外数据存储器读选通输出；nullP3口作为标准的输出端口10/10/11/00/1nullP3口作为标准的输入端口110截止高电平1nullP3口作为第二功能输出端口10/11/00/1nullP3口作为第二功能输入端口110截止0nullP3口各位的第二功能null输入输出端口总结1、在无外部扩展存储器时，都可以作为8位双向通用I/O口；2、每个端口都包括锁存器、输入缓冲器和输出驱动器；3、作为一般的输入时，都必须先向锁存器写入1，使驱动管FET截止；4、4个端口均可以按字节访问，也可以按位访问；1、P0口是标准的双向口，具有输出锁存、输入缓冲和高阻态三种工作方式；P1~P3口是准双向口，只有输出锁存和输入缓冲两种工作方式；2、P0口的每一位可以驱动8个LSTTL负载，P1~P3口只能驱动4个；3、P0口内部无上拉电阻，做I/O口使用时，需要外接上拉电阻；P1~P3内部有上拉电阻；4、P0~P3口 的第二功能各不相同；5、P0和P2通常用来构建系统的数据总线和地址总线，所以电路中有MUX，但P1和P3没有；null2.2 AT89S51单片机工作原理中央处理器 CPU存储器结构输入/输出端口时序及时钟电路复位和复位电路null（4）时序及时钟电路AT89S51单片机CPU包括4个定时单位： 振荡周期 时钟周期 机器周期 指令周期 null不同晶振频率下的CPU时钟基本时序关系null内部时钟方式外部时钟方式时钟电路设计null时钟电路设计晶振的选择: 石英晶振：0~26MHz 电容选择： 电容值：20~30pF注：电容只是起到了振荡频率微调的作用。null2.2 AT89S51单片机工作原理中央处理器 CPU存储器结构输入/输出端口时序及时钟电路复位和复位电路null（5）复位和复位电路内部复位电路AT89S51施密特触发器RST/VPD高电平有效复位信号的产生null外部复位电路设计上电复位null外部复位电路设计按键脉冲复位注：按键点按后，自动弹起null按键电平复位外部复位电路设计注：按键点按后，自动弹起null2.3 AT89S51单片机最小系统null设计一个简单的外围电路，分别使单片机P1.0和Ｐ1.1端口控制发光二极管每间隔1s闪烁一次，循环往复。 提示：了解发光二极管电器特性及工作原理null练习：发光二极管的导通电流大于５ｍＡ时，人眼可以明显观察到发光，但一般导通电流一般不超过１０ｍＡ，否则会烧毁发光二极管，因此，串入的电阻作为限流电阻，阻值３００Ω～１ＫΩ。