第一講單片機(jī)資源認(rèn)識第1頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月課程介紹1、所學(xué)課程：“單片機(jī)原理及應(yīng)用”2、選用教材:1）單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)高鋒編著科學(xué)出版社北京3、參考教材1）單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)教程祁偉主編2）單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)（第3版） 馬忠梅籍順心等主編 北京航空航天出版社第2頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月課程介紹4、選用硬件資源：自動(dòng)化學(xué)院自行開發(fā)實(shí)驗(yàn)板5、選用系統(tǒng)開發(fā)資源1）MedWin中文版匯編語言開發(fā)環(huán)境2）KeiluVision3C語言開發(fā)環(huán)境3）Proteus7Professional仿真調(diào)試開發(fā)環(huán)境4）DXP2004SP2原理圖PCB設(shè)計(jì)環(huán)境5）UltraEditWindows編輯器（替代記事本）第3頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月6、教學(xué)安排本課共51學(xué)時(shí)，考核方式：考試主講教師：祁偉輔導(dǎo)或答疑教師：祁偉成績評定平時(shí)成績30%期末測評70%上課考勤5%

作業(yè)5%程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)10%創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)5%課堂回答問題5%課程介紹第4頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月7、授課思路：本課擬安排授課：8次理論課，8次項(xiàng)目訓(xùn)練，在項(xiàng)目訓(xùn)練中進(jìn)行相關(guān)概念學(xué)習(xí)鞏固。課程介紹8、學(xué)習(xí)者配合：投入與授課等值時(shí)間1）對本次課內(nèi)容消化總結(jié)2）預(yù)習(xí)下次課內(nèi)容，找出主要知識點(diǎn)第5頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月9、授課目標(biāo)：通過8個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)完成單片機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)訓(xùn)練，通過一周實(shí)訓(xùn)完成單片機(jī)整體項(xiàng)目設(shè)計(jì)、調(diào)試及驗(yàn)證，達(dá)到能設(shè)計(jì)智能儀器主控制器，包括硬件設(shè)計(jì)、資源開發(fā)及PCB設(shè)計(jì)。課程介紹第6頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄1234單片機(jī)資源認(rèn)識單片機(jī)最小資源應(yīng)用單片機(jī)特殊功能寄存器—中斷源應(yīng)用單片機(jī)特殊功能寄存器—定時(shí)器應(yīng)用第7頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄5678單片機(jī)人機(jī)接口—顯示應(yīng)用單片機(jī)人機(jī)接口—鍵盤應(yīng)用單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展----8255擴(kuò)展應(yīng)用單片機(jī)綜合應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)第8頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月本次課程通過單片機(jī)資源認(rèn)識使學(xué)習(xí)者理解1、單片機(jī)概念2、單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外圍接口1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2）程序存儲(chǔ)器3）特殊功能寄存器4）并行I/O接口5）復(fù)位電路6）時(shí)鐘電路7）專用控制線第一次課：單片機(jī)資源認(rèn)識第9頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月一、什么是單片機(jī)？我們簡要回顧一下計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程也許對我們認(rèn)識單片機(jī)有幫助按計(jì)算機(jī)專家的原始定義，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由五大部分—即控制單元（CU）、算術(shù)運(yùn)算單元（ALU）、存儲(chǔ)器（Memory）、輸入設(shè)備（Input）、輸出設(shè)備（Output）組成。早期計(jì)算機(jī)（晶體管的或集成電路的，不包括電子管的）的CU或ALU由一塊甚至多塊電路板組成，CU和ALU是分離的，隨著集成度的提高，CU和ALU合在一塊就組成了中央處理單元（CPU）,接著將CPU集成到單塊集成電路中就產(chǎn)生MPU或MCU,出現(xiàn)了如Intel4004、8008、8080，8085、8086、8088、Z80等MPU。第一次課：單片機(jī)資源認(rèn)識第10頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月一、什么是單片機(jī)？此后，MPU的發(fā)展產(chǎn)生了兩條分支，一支往高性能、高速度、大容量方向發(fā)展，典型芯片如：Intel80186、286、386、486、586、P2、P3、P4等，速度從4.7MHz到現(xiàn)在的3.2GHz。第一次課：單片機(jī)資源認(rèn)識第11頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月一、什么是單片機(jī)？另一支則往多功能方向發(fā)展，將存儲(chǔ)器(ROM、PROM、EPROM、EEPROM、FLASHROM、SRAM等)、輸入/輸出接口、（Timer/Counter、PWM、ADC/DAC、UART、IIC、SPI、RTC、PCA、FPGA等）全部集成在一塊集成電路中而成為SOC（SystemOnaChip）。這就是當(dāng)今廣泛應(yīng)用的單片計(jì)算機(jī)，簡稱單片機(jī)。這一分支可謂品種繁多，位寬從8位到32位，引腳數(shù)從6個(gè)到幾百個(gè)，工作頻率從幾十KHz到幾百M(fèi)Hz,體系結(jié)構(gòu)既有CISC也有RISC,數(shù)不勝數(shù)。常用的有MCS-51系列、MCS-96系列、PIC系列、AVR系列、ARM7/9系列、TMS320系列、MSP430系列、MOTOROLA眾多的單片機(jī)等等。

第一次課：單片機(jī)資源認(rèn)識第12頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論：單片機(jī)是一種集成電路！！設(shè)計(jì)人員通過對單片機(jī)施以外圍電路、灌入程序，即可以構(gòu)成各種各樣的應(yīng)用系統(tǒng)，從微型、小型到中型、大型都可。我們本學(xué)期要研究的內(nèi)容：1、如何根據(jù)需求設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)2、如何使設(shè)計(jì)的單片機(jī)系統(tǒng)為用戶服務(wù)

第一次課：單片機(jī)資源認(rèn)識第13頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月51系列單片機(jī)在市場占50%左右分額20世紀(jì)80年代中期，Intel公司將8051(屬M(fèi)CS-51系列)內(nèi)核使用權(quán)以專利互換和出售形式轉(zhuǎn)讓給許多著名IC廠商,如Philips、Siemens、AMD、OKI、NEC、Atmel等，這樣8051就成為有眾多制造商支持并發(fā)展出上百種的大家族。第14頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月MCS-51系列資源介紹

MCS-51系列單片機(jī)是Intel公司1980年推出的高性能8位單片機(jī)。典型產(chǎn)品為8051，其內(nèi)部資源分配和性能如下：1、8位數(shù)據(jù)處理,

16位地址總線尋址能力達(dá)64KB；2、4KB的ROM3、128字節(jié)RAM；4、4個(gè)8位I/O接口電路；5、一個(gè)串行全雙工異步接口；6、5個(gè)中斷源和兩個(gè)中斷優(yōu)先級；7、21個(gè)特殊功能寄存器

（128RAM）第15頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月8051單片機(jī)的結(jié)構(gòu)第16頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月單片機(jī)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)中不可缺少的重要部件。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器具有存取速度快、集成度高、體積小、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。存儲(chǔ)器是儲(chǔ)存二進(jìn)制信息的數(shù)字電路器件。微型機(jī)的存儲(chǔ)器包括主存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器。外存儲(chǔ)器（外存）主要指各種大容量的磁盤存儲(chǔ)器、光盤存儲(chǔ)器等。主存儲(chǔ)器（內(nèi)存）是指能與CPU直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。單片機(jī)是微型機(jī)的一種，它的主存儲(chǔ)器采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。第17頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的一些基本概念位：信息的基本單位是位（Bit或b），表示一個(gè)二進(jìn)制信息“1”或“0”。在存儲(chǔ)器中位信息是由具有記憶功能的半導(dǎo)體電路實(shí)現(xiàn)的，例如用觸發(fā)器記憶一位信息。字節(jié)：在微型機(jī)中信息大多是以字節(jié)（Byte或B）形式存放的，一個(gè)字節(jié)由8個(gè)位信息組成（1Byte=8Bit），通常稱作一個(gè)存儲(chǔ)單元。第18頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月地址：地址表示存儲(chǔ)單元所處的物理空間的位置，地址相當(dāng)于存儲(chǔ)單元的“單元編號”，一個(gè)存儲(chǔ)單元對應(yīng)一個(gè)地址碼。CPU可以通過地址碼訪問某存儲(chǔ)單元，例如8051單片機(jī)有16位地址線，能訪問的外部存儲(chǔ)器最大地址空間為64K（65536）字節(jié)，對應(yīng)的16位地址碼為0000H～FFFFH，第0個(gè)字節(jié)的地址為0000H，第1個(gè)字節(jié)的地址為0001H，…，第65535個(gè)字節(jié)的地址為FFFFH。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的一些基本概念第19頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)器芯片的存儲(chǔ)容量是指一塊芯片中所能存儲(chǔ)的信息位數(shù)，例如8K×8位的芯片，其存儲(chǔ)容量為8×1024×8位=65536位信息。存儲(chǔ)體的存儲(chǔ)容量則是指由多塊存儲(chǔ)器芯片組成的存儲(chǔ)體所能存儲(chǔ)的信息量，一般以字節(jié)的數(shù)量表示。存取周期：是指存儲(chǔ)器存放或取出一次數(shù)據(jù)所需的時(shí)間存儲(chǔ)容量和存取周期是存儲(chǔ)器的兩項(xiàng)重要性能指標(biāo)。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的一些基本概念第20頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類半導(dǎo)體存儲(chǔ)器按讀、寫功能可以分為隨機(jī)讀/寫存儲(chǔ)器RAM(RandomAccessMemory)和只讀存儲(chǔ)器ROM(ReadOnlyMemory)。隨機(jī)讀/寫存儲(chǔ)器RAM可以進(jìn)行多次信息寫入和讀出，每次寫入后，原來的信息將被新寫入的信息所取代。另外，RAM在斷電后再通電時(shí)，原存的信息全部丟失。RAM主要用來存放臨時(shí)的數(shù)據(jù)。第21頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月8051內(nèi)部RAM有256個(gè)單元，通常在空間上分為兩個(gè)區(qū)；低128個(gè)單元（00H~7FH）的內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM塊和高128個(gè)單元（80H~0FFH）的專用寄存器SFR塊。8051的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM)第22頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)部RAM低128單元介紹按用途可分為三個(gè)區(qū)域，見圖示工作寄存器區(qū)（00H~1FH）：

也稱為通用寄存器，該區(qū)域共有4組寄存器，每組由8個(gè)寄存單元組成，每個(gè)單元8位，各組均以R0~R7作寄存器編號，共32個(gè)單元，單元的00H~1FH。在任一時(shí)刻，CPU只能使用其中一組通用寄存器，稱為當(dāng)前通用寄存器組，具體可由程序狀態(tài)寄存器PSW中RS1，RS0位的狀態(tài)組合來確定。通用寄存器為CPU提供了就近存取數(shù)據(jù)的便利，提高了工作速度，也為編程提供了方便。第23頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月工作寄存器區(qū)位尋址區(qū)用戶RAM區(qū)第24頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)部RAM低128單元介紹位尋址區(qū)（20H~2FH）：內(nèi)部RAM的20H~2FH，共16個(gè)單元，計(jì)16×8=128位，位地址為00H~7FH。位尋址區(qū)既可作為一般的RAM區(qū)進(jìn)行字節(jié)操作，也可對單元的每一位進(jìn)行位操作，因此稱為位尋址區(qū)，是存儲(chǔ)空間的一部分。用戶RAM區(qū)（30H~7FH）：所剩80個(gè)單元即為用戶RAM區(qū)，單元地址為30H~7FH，在一般應(yīng)用中把堆棧設(shè)置在該區(qū)域中。第25頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)部RAM高128單元介紹內(nèi)部RAM高128單元供給專用寄存器使用，因此又稱為專用寄存器區(qū)（或特殊功能寄存器區(qū)（SFR）），地址為80H~0FFH。8051共有22個(gè)專用寄存器，其中程序計(jì)數(shù)器PC在物理上是獨(dú)立的，沒有地址，故不可尋址。它不屬于內(nèi)部RAM的SFR區(qū)。其余的21個(gè)專用寄存器都屬于內(nèi)部RAM的SFR區(qū)，是可尋址的，它們的單元地址離散地分布于80H～0FFH。看表：21個(gè)專用寄存器一覽表。第26頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月﹡ACC

E0HACC.7～ACC.0E7H～E0H累加器﹡B

F0HB.7～B.0F7H～F0H寄存器﹡PSW

D0HPSW.7～PSW.0D7H～D0H程序狀態(tài)字SP

81H堆棧指針DPH

83H數(shù)據(jù)指針高8位DPL

82H數(shù)據(jù)指針低8位﹡P0

80HP0.7～P0.087H～80HI/O端口，P0口﹡P1

90HP1.7～P1.097H～90HI/O端口，P1口﹡P2

A0HP2.7～P2.0A7H～A0H

I/O端口，P2口﹡P3

B0HP3.7～P3.0B7H～B0HI/O端口，P3口

8051專用寄存器第27頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月﹡IPB8HIP.7～I(xiàn)P.0BFH～B8H中斷優(yōu)先控制器﹡IEA8HIE.7～I(xiàn)E.0AFH～A8H中斷允許控制器TMOD89H定時(shí)器方式選擇﹡TCON88H定時(shí)控制寄存器TL08AH定時(shí)器T0低8位TH08CH定時(shí)器T0高8位TL18BH定時(shí)器T1低8位TH18DH定時(shí)器T1高8位PCON87H電源控制及波特率選擇﹡SCON98H串行口控制寄存器SBUF99H串行口數(shù)據(jù)緩沖器

8051專用寄存器第28頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月專用寄存器的字節(jié)尋址對專用寄存器只能使用直接尋址方式，在指令中可寫成寄存器符號或單元地址形式。MOVPSW,#01HorMOV0D0H,#01H第29頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（內(nèi)部ROM）51系列單片機(jī)內(nèi)部都配置一定數(shù)量的程序存儲(chǔ)器ROM4KB存貯單元，它們的地址范圍均為0000H~0FFFH。程序存儲(chǔ)器中5個(gè)中斷源的入口向量地址，分配如下：0003H：外部中斷0中斷地址000BH：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0中斷地址0013H：外部中斷1中斷地址001BH：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1中斷地址0023H：串行中斷地址第30頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月單片機(jī)引腳配置圖第31頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月8051單片機(jī)引腳配置MCS—51系列單片機(jī)的芯片一般都采用40個(gè)引腳的雙列直插式封裝（DIP）方式。其中有CHMOS制造工藝的單片機(jī)芯片還采用44個(gè)引腳的方形封裝（LCC或QFP）方式，44個(gè)引腳中標(biāo)識有NC的4個(gè)引腳為空引腳?？碝CS—51系列單片機(jī)的LCC及QFP封裝引腳示意圖。第32頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月MCS-51單片機(jī)芯片引腳描述1．主電源引腳VCC(40腳)和VSS(20腳)

2．外接晶振引腳XTAL1(19腳)和XTAL2(18腳)3．控制或其他電源復(fù)用引腳RST(9腳)、ALE(30腳）PSEN(29腳）、EA（31腳）4．輸入/輸出引腳P0、P1、P2、P3（共32根）第33頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月分析8051單片機(jī)外圍引腳1、晶振電路作用及設(shè)計(jì)(19腳XTAL1和18腳XTAL2）：為單片機(jī)提供工作時(shí)鐘單片機(jī)時(shí)鐘電路通常有兩種形式：（1）內(nèi)部振蕩方式：MCS-51單片機(jī)片內(nèi)有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器或陶瓷諧振器連接，就構(gòu)成了內(nèi)部自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。（2）外部振蕩方式：外部振蕩方式就是把外部已有的時(shí)鐘信號引入單片機(jī)內(nèi)。第34頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月XTAL2XTAL1MCS-51C1C2CYSXTAL2XTAL1MCS-51+5VVSSTTL外部時(shí)鐘源（a)內(nèi)部振蕩方式(b)外部振蕩方式8051單片機(jī)時(shí)鐘源電路第35頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月P1P2S1振蕩周期時(shí)鐘周期機(jī)器周期機(jī)器周期指令周期XTAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2MCS-51單片機(jī)各種周期的相互關(guān)系第36頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2、單片機(jī)四根專用控制線1）ALE/PROG，地址鎖存允許信號，單片機(jī)接上時(shí)鐘電路后自然產(chǎn)生，一個(gè)機(jī)器周期兩次，高電平有效。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，該信號將P0口送出的低8位地址鎖存到外部地址鎖存器中。分析8051單片機(jī)外圍引腳第37頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月ALERESETALEG

P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0鎖存器A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0地址總線ABD7D6D5D4D3D2D1D0數(shù)據(jù)總線DBAT89S51+5VVCCVSS16根地址總線擴(kuò)展地址空間216=65536字節(jié)74LS37374LS573ALE第38頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2、單片機(jī)四根專用控制線2）EA

/VPP：訪問程序存貯器選擇信號輸入線。當(dāng)

為低電平時(shí)，CPU只能訪問外部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)為高電平時(shí)，CPU先訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，然后訪問外部3）PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的讀選通輸出信號，低電平有效。在讀外部程序存儲(chǔ)器時(shí)CPU會(huì)送出有效的低電平信號。思考：當(dāng)選用8051單片機(jī)時(shí)應(yīng)如何連接EA引腳？若沒有外接程序存儲(chǔ)器，應(yīng)如何連接PSEN引腳？分析8051單片機(jī)外圍引腳第39頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2、單片機(jī)四根專用控制線4）RST/VPD（RESET，9腳）：復(fù)位信號輸入引腳，高電平有效。在該引腳上輸入持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位是單片機(jī)系統(tǒng)的初始化操作，系統(tǒng)復(fù)位后會(huì)對專用寄存器和單片機(jī)的個(gè)別引腳信號有影響，復(fù)位后對一些專用寄存器有影響。分析8051單片機(jī)外圍引腳第40頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0~P3FFHSCON00HIP××000000BSBUF不定IE0×000000BPCON0×××0000BTMOD00H復(fù)位影響的專用寄存器第41頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)位電路有上電自動(dòng)復(fù)位電路和按鍵手動(dòng)復(fù)位電路兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位電路上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的，該電路通過電容充電在RST引腳上加了一個(gè)高電平，高電平的持續(xù)時(shí)間取決于