(第1章) 单片机教案_单片机第1章教案

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§1概论

§1.1 单片机特点及发展概况

一、什么是单片机

二、单片机的特点

三、单片机的应用

四、单片机的发展概况

§1.2 常用8位单片机系列介绍

一、Zilog公司Z8系列单片机

二、Motorola公司M6800系列单片机

三、51系列单片机

a)Intel公司MCS51、96系列单片机 b）Atmel公司AT89C51系列单片机

本课程主要内容：以编程应用为中心学习单片机 学习特点：软件为主，硬件为辅；

围绕软件，了解硬件； 软硬结合，解决问题

§2 51系列单片机 结构及工作原理

§2.1 51系列单片机整机结构

一、内部结构

CPU、RAM、ROM、I/O接口、CTC

二、外部引脚

从内部了解51系列单片机，为编程服务 从外部认识51系列单片机，为接线服务

了解CPU控制器的4个组成部分： 1 程序计数器PC：Program Counter 2 数据指针DPTR：Data Pointer 3 指令译码器 4 指令寄存器

了解运算器的组成，认识累加器ACC 明确51系列单片机一般组成： CPU、（ROM）、256B RAM、2×16位CTC、5个中断源、4 ×8位并行I/O 接口、1个全双工串行接口

MCS8031单片机：无ROM型，需要外接ROM或EPROM作

程序存贮器

这里ROM是广义的程序存贮器，既包括真正的ROM：Read Only Memory，又包括EPROM：Erasable Programmable Read Only

Memory，还包括最新的闪存FPEROM：Flash Programmable and Erasable Read Only Memory，优盘的核心 MCS8031单片机：无ROM，不是真正的单片机 MCS8051单片机：4K ROM MCS8751单片机：4K EPROM AT89C51单片机：4K FPEROM，以及AT89S51 AT89C2051单片机：2K FPEROM，2×8位并行I/O 接口，20脚，以及AT89S2051

重点掌握PC、DPTR、PSW、ACC 了解指令译码器、指令寄存器、算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）

PC：16 bit Program Counter, 16位程序计数器，功能：为CPU提供程序存贮器的地址。

特点：程序执行时自动加1计数：加1、2或3； 程序跳转时赋入新数：直接赋值。DPTR：16 bit Data Pointer, 16位数据指针

功能：寻址

特点：可用指令MOV DPTR，#DATA16整体赋值； 可用INC DPTR指令加1。PSW: Program State Word 功能：指示指令执行后各部状态

特点：指令执行后自然影响，或由指令直接赋值 ACC: Accumulator 功能：存贮指令执行前的已知数据； 存贮指令执行后的中间结果。

§2.2 51系列单片机存贮器结构

一、存贮器划分方法

二、程序存贮器

三、数据存贮器

四、内部RAM的分区

五、堆栈Stack及堆栈指针Stack Pointer

建立特殊功能寄存器SFR：Special Function Register, 栈Stack、字节寻址、位寻址等概念 了解51系列单片机存贮器划分

了解程序存贮器的组成及其特殊单元的定义

7FHFFHF0H寄存器BE0H累加器A用户RAM区D0H程序状态字PSW堆栈、数据暂存等B8H中断优先级控制字IPB0H并行I/O口P3A8H中断控制字A0H并行I/O口P230H99H串行口缓冲器2FH98H串行口控制字可位寻址区90H并行I/O口P18DH定时器T1的高8位位地址00H~7FH8CH定时器T0的高8位20H8BH定时器T1的低8位1FHR78AH位18H3组工作寄存器区定时器T0的低8R089H定时器组合模式控制字17HR72组工作寄存器区88H定时器工作方式控制字10HR087H电源控制字0FHR783H位08H1组工作寄存器区数据指针高8R082H数据指针低8位07HR700HR00组工作寄存器区81H堆栈指针80H并行I/O口P0

图1 RAM的分区、SFR及堆栈

堆认识RAM的分区、SFR及堆栈

明确51系列单片机存贮器从物理上分为4个空间： 内部RAM、内部ROM、外部RAM、外部ROM 从逻辑上分为3个空间：内RAM,外RAM,内ROM和外ROM 明确51系列单片机一般组成：CPU、（ROM）、256B RAM、2×16位CTC、5个中断源、4×8位并行I/O 接口、1个全双工串行接口

程序存贮器特殊单元：0000H：主程序入口；

0003H：0号外部中断服务子程序入口；

000BH：0号CTC中断服务子程序入口； 0013H：1号外部中断服务子程序入口； 001BH：1号CTC中断服务子程序入口； 0023H：串行口中断服务子程序入口。

明确程序存贮器起始单元中只有0000H单元的用途主程序入口是硬性规定，其余都是弹性规定。此处弹性规定的含义是：没有相应的中断服务子程序时，该地址可以灵活运用。

明确位寻址区有两种寻址方法可用：字节（整体）寻址和按位独立寻址

知道堆栈先进后出的特点及应用 知道内部RAM的分区

作业：AT89C51单片机片内包含那些主要逻辑功能部件。2 51系列单片机的EA端子有何用途。3 简答51系列单片机存贮器的4个物理空间和3个逻辑空间，如何访问不同的存贮空间。简述51系列单片机片内RAM的空间分配。

§2.3 51系列单片机并行I/O端口结构

一、P1口结构及功能

Ucc5V内部读锁存器信号缓冲器50k内部DBDQ锁存器MOS电子开关内部写信号CPQT1P1.XX0~7缓冲器内部读引脚信号P1口线内部结构图2

功能：准双向I/O口

作输入之前要先输出1，断开下拉电子开关

有读锁存器功能，可防止误读

拉电流能力：

二、P2口结构及功能 功能：准双向I/O口

作输入之前要先输出1，断开下拉电子开关

有读锁存器功能，可防止误读

拉电流能力：

内部读锁存器信号缓冲器内部控制信号内部地址信号Ucc5V50k内部DBDQ锁存器单刀双掷电子开关内部写信号MOS电子开关T1反相器P2.XX0~7CPQ缓冲器内部读引脚信号P2口线内部结构

图3

三、P3口结构及功能

功能：准双向I/O口

作输入之前要先输出1，断开下拉电子开关

有读锁存器功能，可防止误读

拉电流能力：

Ucc5V内部读锁存器信号缓冲器第二输出功能50k内部DBDQ锁存器内部写信号MOS电子开关T1P3.XX0~7CPQ缓冲器与非门内部读引脚信号第二输入功能P3口线内部结构

图4

四、P0口结构及功能

功能：1.准双向I/O口 2.数据总线

3.低8位地址总线A7~0

内部读锁存器信号缓冲器地址/数据控制Ucc5V与门T1内部DBDQMOS电子开关T2锁存器P0.XX0~7内部写信号CPQ单刀双掷电子开关缓冲器内部读引脚信号控制0：与门被封锁，电子开关下掷，T1截止，作开漏口线控制1：与门敞开，电子开关上掷，作地址/数据线P0口线内部结构图5

明确某口线作输入之前要先输出1—准双向含义 知道P0、P2、P3口线的第二功能

明确P1、P2、P3口线内部有约50k的上拉电阻

知道NMOS电子开关的特性：栅极接受高电平时导通； 接受低电平时断开。

§2.4 51系列单片机时序和复位

一、晶振频率fosc

fosc6MHz，11.0592

S1MHz，12MHz

S4S5S6S2S3foscP1P251系列单片机振荡频率及时钟频率发生器石英晶体C2二分频器振荡器C1

图6

二、时钟频率P、时钟周期（状态周期）

fP1fP20.5fosc，fP1与fP2错开180。时钟频率的倒数称为时钟周期，也叫。

三、机器周期

六个状态周期组成一个。

四、指令周期

机器周期是指令周期的基本单位。

就是说，1个指令周期最少包括1个机器周期。

按照包括机器周期的个数，实际指令周期分为单周期、1,P2双周期和四周期共三种。

总结

建立晶振频率、时钟频率、时钟周期、机器周期、指令周期等概念

知道晶振频率二分频为两相时钟频率； 知道一个机器周期包括两个时钟周期；

知道一个指令周期包括1个、2个或4个机器周期； 知道51系列单片机使用了指令交叉执行技术，即在当前指令尚未执行完毕前已经开始下一条指令的取指操作。所以51系列单片机很多指令长度为双字节，但执行时间为单周期。大大提高了工作速度。

§2.5 51系列单片机的复位

一、复位要求

给Reset引脚一个脉宽不小于2个机周的正脉冲 例：晶振频率fosc=12MHz时，机器周期T1s，则要求加在Reset引脚的脉宽不小于2s。

在正脉冲期间，单片机完成复位任务，使有关的寄存器、计数器等成为特定状态。

正脉冲结束时，单片机开始执行程序。Button5VR11kC1F9AT89C51ResetR10kUR5V2Vot1t

图7 复位电路

二、复位方法

uc(0)0 uc()5V

按照三要素法

uc(t)uc()[uc(0)uc()]et/

代入uc(0)0和uc()5V有

uc(t)5(1et/)V

电阻R上的电压即AT89C51单片机Reset引线的输入电压为

uR(t)5Vuc(t)5et/V

在刚上电时，uR(t)5V。随着时间进行，uR(t)要按照负指数曲线下降。当下降到uR(t1)2V时，高电平变为低电平，单片机开始执行程序。t1就是有效复位时间。令 uR(t1)5et/1t/1V2V

由此求出

e2.5

t1ln2.5

例：晶振频率fosc=12MHz时，机器周期T在Reset引脚的脉宽t12s，则有

21061s，要求加s

若电阻RC210101010k，则可求出电容值

6321010F200pF

为保险起见，通常取电容C=1F。

电阻R2以电容放电不过快为宜，通常取R11k。

三、复位影响

除SBUF以外的20个SFR

四、复位结果

P0～P3口全1,SP=07H,其余有效位全0。

五、上电复位与带电复位的比较

上电复位后内部RAM数值不定 带电复位后内部RAM数值不变

复位要求：给Reset引脚一个脉宽不小于2个机周的正脉冲

复位方法：上电复位： RC自然充电

带电复位： 手压按钮强迫电容放电，松开后再次自然充电

复位影响：除SBUF以外的20个SFR 复位结果：大部为0，小部为1 上电复位与带电复位的比较：

上电复位后内部RAM数值不定 带电复位后内部RAM数值不变

作业： 9 12 13 14