单片机原理及应用第2版张兰红第3章80c51系列单片机的硬件基础知识.pptx
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03:
34,1,第3章80C51系列单片机的硬件基础,8051系列单片机概述,3.1,80C51系列单片机引脚功能,3.2,80C51系列单片机的编程结构,3.3,80C51系列单片机的存储器,3.4,80C51单片机的工作方式,3.5,80C51系列单片机的时序,3.6,80C51单片机最小应用系统,3.7,03:
34,2,单片机是一个大规模集成电路芯片,但仅有一块单片机不能完成特定的控制任务,只有当它与其他器件和设备有机地组合在一起并配以特定的程序时,才能构成一个真正的单片机应用系统,完成特定的任务。
在单片机应用系统中单片机是核心器件,要设计单片机应用系统,必须首先掌握单片机的硬件基础知识。
03:
34,3,3.18051系列单片机概述,1980年美国INTEL公司推出了高性能的8位单片机:
MCS-51系列单片机。
系列单片机是指同一厂家生产的具有相同系统结构的多种型号的单片机。
MCS-51系列单片机又可分为51和52两个子系列。
3.1.1MCS-51系列单片机,03:
34,4,各个子系列所含有的芯片型号及其硬件资源的区别如表3-1所示。
在不同型号的MCS-51系列单片机中,除片内存储器(ROM、RAM)容量与种类、定时器/计数器的个数、中断源的数量有所不同外,指令系统和芯片引脚是完全兼容的。
03:
34,5,它们的主要硬件特性:
(1)8位CPU。
(2)片内带振荡器,振荡频率fosc范围为1.212MHz;可有时钟输出。
(3)128/256B的片内数据存储器。
(4)0/4/8KB的片内程序存储器。
(5)程序存储器的寻址范围为64KB。
(6)片外数据存储器的寻址范围为64KB。
(7)21/26个字节专用寄存器。
03:
34,6,(8)4个8位并行IO接口:
P0、P1、P2、P3。
(9)1个全双工串行IO接口,可多机通信。
(10)2/3个16位定时器计数器。
(11)中断系统有5/6个中断源,可编程为两级优先级。
(12)111条指令,含乘法指令和除法指令。
(13)含布尔处理器,有强的位寻址、位处理能力。
(14)片内采用单总线结构。
(15)用单一+5V电源。
03:
34,7,早期的MCS-51系列单片机是采用HMOS工艺制造的,具有高速度、高密度的特点,但功耗较大。
出于对降低功耗的要求,MCS-51系列单片机后来推出的产品采用了CMOS和HMOS结合的CHMOS工艺。
采用CHMOS工艺制造的51子系列对应的低功耗产品分别为80C31、80C51、87C51,52子系列对应的低功耗产品分别为80C32、80C52。
03:
34,8,Features.CompatiblewithMCSR-51Products4KBytesofIn-SystemProgrammable(ISP)FlashMemory-Endurance:
10,000Write/EraseCycles4.0Vto5.5VOperatingRangeFullyStaticOperation:
0Hzto33MHzThree-levelProgramMemoryLock1288-bitInternalRAM32ProgrammableI/OLinesTwo16-bitTimer/CountersSixInterruptSourcesFullDuplexUARTSerialChannelLow-powerIdleandPower-downModesInterruptRecoveryfromPower-downModeWatchdogTimerDualDataPointerPower-offFlagFastProgrammingTimeFlexibleISPProgramming(ByteandPageMode)Green(Pb/Halide-free)PackagingOption,特点:
AT89S51是51单片机家族中的一员,它可与家族中其他单片机兼容该单片机片内有容量为4Kbytes的Flash存储器作为程序存储器使用可进行在线编程,寿命为10000次的擦写操作。
工作电压范围为4.0V-5.5V支持全静态操作,工作频率范围为0Hz-33MHz三级程序存储器锁片内RAM容量为128x8-bit32个可编程If0口两个16位的定时/计数器6个中断源全双工通用异步串行通信通道低功耗的休眠和停电模式停电模式下的中断恢复看门狗定时器双DPTR指针寄存器断电标志快速编程时间灵活的在线编程Byte和Page模式)环保封装选择(无铅/无卤化物),(a)技术特点英文描述(b)技术特点中文翻译图3-1AT89C51单片机技术手册中关于特点的概述,03:
34,9,不同型号的80C51单片机,内部资源或多或少有些差异,我们在选择时,可从以下几个方面考虑:
1.程序存储器2.数据存储器3.功耗4.体积,3.1.280C51系列单片机的选择依据,03:
34,10,程序存储器用于存放单片机应用系统的目标程序。
通过编程器或直接在系统编程(ISP)将目标程序写入单片机。
单片机的程序存储器目前供应的类型有EPROM、OTPROM、MaskROM和FlashEEPROM。
容量有1KB、2KB、4KB、8KB、16KB、32KB和64KB。
由于EPROM型单片机使用不方便,现在己很少使用,普遍采用FlashEEPROM型单片机代替;OTPROM单片机在中小批量的单片机产品中使用较多;MaskROM型单片机由于其程序存储的高可靠性和低成本特点,适合于大批量的单片机应用场合。
由于片内存储器成本的降低,目前趋向于选择具有大容量的片内程序存储器的单片机,片外不用再扩展程序存储器。
1.程序存储器,03:
34,11,单片机片内数据存储器目前供应的类型有SRAM静态数据存储器,少数单片机片内有EEPROM非易失性数据存储器。
51子系列片内RAM有128B,52子系列片内RAM有256B,52子系列向下兼容51子系列,两者价格目前基本持平,选择52子系列在使用上更为方便、灵活。
2.数据存储器,03:
34,12,4.体积,在应用系统的空间有限时,可选择相应型号的PLCC和QFP封装的单片机,外围芯片当然也要选择小型封装。
在无外围扩展时也可选择非总线型的单片机,如Atmel公司的AT89C4051、AT89C2051和AT89C1051,Philips公司的P87LPCXXX系列。
新一代高性能的80C51单片机增加了模/数转换器(A/D)、脉宽调制输出(PWM)、第二串行口、串行扩展总线(I2CBUS)、现场总线(CAN),程序监视定时器(WDT)、在系统编程ISP等功能,使用户在进行单片机应用系统设计时有更大的选择范围。
03:
34,13,3.280C51系列单片机引脚功能,在80C51系列单片机中,各种单片机的引脚是相互兼容的,只是功能略有差异。
在器件引脚的封装上,80C51系列单片机常用的封装有三种,分别为双列直插式PDIP40脚封装、塑料扁平式PQFP/TQFP44脚封装和带引线的塑料芯片封装PLCC44脚封装。
03:
34,14,图3-2PDIP封装引脚图,图3-3PDIP实物图,3.2.1引脚功能概述,03:
34,15,图3-4PQFP/TQFP封装引脚图,图3-5PQFP/TQFP封装实物图,03:
34,16,图3-6PLCC/LCC封装引脚图,图3-7PLCC/LCC封装实物图,03:
34,17,80C51单片机引脚主要分为主电源引脚、外接晶体引脚、输入输出引脚与控制引脚四类,以PDIP封装的单片机为例,引脚介绍如下:
1.主电源引脚(2条)2.外接晶体引脚(2条)3.输入/输出(I/O)引脚(32条)4.控制引脚(4条),03:
34,18,1.主电源引脚(2条)VCC(40脚)和GND(20脚):
分别接电源的正端和地端。
不同型号单片机接入对应电压的电源,常压为+5V、低压为+3.3V。
2.外接晶体引脚(2条)XTAL1(19脚)、XTAL2(18脚):
XTAL1为片内振荡电路的输入端,XTAL2为片内振荡电路的输出端。
80C51单片机的时钟有两种方式,一种是片内时钟振荡方式,需在这两个脚外接石英晶体和振荡电容;另一种是外部时钟方式,即将XTAL1接地,外部时钟信号从XTAL2脚输入。
03:
34,19,3.输入/输出(I/O)引脚(32条)输入/输出(I/O)引脚共有P0口、P1口、P2口、P3口四组,每组8条引脚。
(1)P0口(39脚32脚):
分别为P0.0P0.7,其中P0.7为最高位,P0.0为最低位。
这8条引脚有两种不同的功能:
1)作为通用输入输出(I/O口)使用。
2)作为低8位的地址/数据复用总线。
03:
34,20,
(2)P1口(1脚8脚):
分别为P1.0P1.7,其中P1.7为最高位,P1.0为最低位。
P1口引脚也有两种不同的功能:
1)作为准双向I/O口使用。
2)对52子序列单片机,P1.0引脚的第二功能为T2定时器/计数器的外部输入,P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发,即T2的外部控制端。
03:
34,21,(3)P2口(21脚28脚):
P2口的8条引脚也有两种不同的功能:
1)准双向输入输出接口,每一位也可独立控制。
2)在接有片外存储器或扩展IO接口时,P2口作为高8位地址总线。
03:
34,22,(4)P3口(10脚17脚):
P3口的8条引脚也有两种不同的功能:
1)准双向输入输出接口,每一位同样可独立控制。
2)P3口的每一条引脚都有第二功能,如表3-4所示。
03:
34,23,单片机通过I/O口表现出控制能力,在第一功能时可以实现对外围输入/输出设备,如按键开关、键盘、发光二极管、数码管、液晶屏、电机、继电器等的控制。
在单片机内部的存储器、接口电路等不够用而需要进行片外扩展时,这四组接口又表现出第二种功能,即作为对外扩展芯片的地址总线、数据总线与控制总线使用。
每个端口的结构各部相同,它们在功能和用途上也存在差别。
总结:
03:
34,24,03:
34,25,4.控制引脚(4条)
(1)RST(Reset,9引脚):
复位信号输入端。
(2)ALE/(AddressLatchEnable/Programming,30引脚):
ALE为地址锁存允许信号,配合P0口引脚的第二功能使用。
为本引脚的第二功能,表示编程脉冲输入端。
(3)/VPP(EnableAddress/VoltagePulseofPrograming,31引脚):
片内片外程序存储器选择控制端。
(4)(ProgramStrobeEnable,29引脚):
片外程序存储器(ROM)选通线。
03:
34,26,3.2.2引脚与内部功能模块的关系,图3-9单片机引脚和内部功能模块之间的关系,03:
34,27,图3-1080C51单片机对外三总线构成,3.2.3单片机对外扩展时三总线的构成,03:
34,28,四个I/O端口P0、P1、P2、P3的作用总结:
P2口负责输出高8位地址,P0口以分时方式承担输出低8位地址信息和数据输入/输出的双重任务。
P3口则作为和外设沟通的控制线,P1口可随意用作I/O口。
51系列单片机的对外三总线总结:
AB(地址总线):
P2口负责高8位地址,P0口输出低8位地址。
DB(地址总线):
P0口作为8位数据输入/输出口。
CB(地址总线):
P3口作为和外设沟通的控制线。
03:
34,29,3.380C51系列单片机的编程结构,80C51系列单片机的编程结构包括中央处理器(CPU)、内部存储器(ROM、RAM)、并行I/O接口、片内外设(定时器/计数器、中断系统、串行口)、振荡器等部分,各部分之间通过片内总线进行连接。
80C51系列单片机内部采用单总线结构,地址、数据与控制信息都通过一组总线流通。
编程结构,即是从编程人员角度所看到的单片机内部结构,该结构便于人们从软件编程的角度去了解单片机系统的操作和运行
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