第1章51单片机基础知识.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第1章51单片机基础知识,第1章51单片机基础知识第1章51单片机基础知识1.1 单片机概述1.1.1 单片机的发展历史单片机的发展迄今经历了四个阶段：,（1）第一阶段（1976-1978）：单片机的探索阶段。,（2）第二阶段（1978-1982）：单片机的完善阶段。,（3）第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。,（4）第四阶段（1990）：微控制器的全面发展阶段。,1.1 单片机概述1.1.1 单片机的发展历史,单片机的发展迄今经历了四个阶段：,（1）第一阶段（1976-1978）：单片机的探索阶段。,（2）第二阶段（1978-1982）：单片机的完善阶段。,（3）第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。,（4）第四阶段（1990）：微控制器的全面发展阶段。,1.1.2 51系列单片机,51是指美国公司生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了很多种类。,以下是一些典型的51系列单片机：,（1）美国公司48系列、51系列和96系列主要型号见表1.1.1所示；,（2）美国公司的89系列单片机主要型号见表1.1.2所示；89系列；,（3）公司51系列单片机主要型号见表1.1.3所示。,这些单片机与8051的系统结构（主要是指令系统）相同。他们对8051都作了一些功能扩充，更有特点、功能更强、市场竞争力更强。,1.1.3 单片机的实际应用,单片机的,应用范围,测控,系统,智能,仪表,机电一体,化产品,智能,接口,智能民,用产品,1.2 51单片机功能及引脚1.2.1 51 单片机功能综述,8051是51系统单片机中的典型产品，8051单片机主要参数及功能如下：,（1）8 位 2）4程序存储器（）,（3）128B的数据存储器（）（4）32条口线,（5）111条指令，大部分为单字节指令,（6）21个专用寄存器,（7）2个可编程定时/计数器,（8）5个中断源，2个优先级,（9）1 个全双工串行通信口,（10）外部数据存储器寻址空间为64,（11）外部程序存储器寻址空间为64,（12）逻辑操作位寻址功能,（13）多种封装形式,（14）单一+5V电源供电,1.2.2 51单片机的封装,51单片机芯片有两种封装,1.2.3 单片机引脚及功能,1-8：P1.01.7 输入/输出脚，P1并行口,9：复位/备用电源输入，正常工作时，输入时间24个时钟周期高电平，完成系统复位,10-17：P3.03.7 输入/输出脚，P3并行，每个引脚都有第二功能,18-19：12 连接外部振荡电路,20：接地,21-28：P2.02.7 输入/输出脚，P2并行口,29：*访问外部程序存储器时，负脉冲作为读选通信号*,30：*访问外部存储器时锁存地址的低8位，*编程脉冲输入端，访问外部数据存储器时，1/12，否则1/6,31：*内、外程序存储器选择信号，*=1，访问内部程序存储器，0（4）时转入外部程序存储器；*=0，只能访问外部程序存储器，为编程电压,32-39：P0.00.7 输入/输出脚,40：电源,关于P0、P1、P2、P3说明,1、不访问外部存储器时，作为四个普通的并行口使用。,2、访问外部存储器时，P0、P2输出16位地址，P0输出低8位地址，由锁存；数据通过P0口传送。,3、P1口只能作为输入/出口使用。,4、P3通常使用第二功能。,1.3 51单片机内部结构1.3.1 51单片机的结构,51系列的8051单片机内部结构如图,中央处理器（）主要由算术逻辑单元、控制器部件和寄存器三部分电路组成。是整个单片机的核心部件，实现了运算器和控制器的功能，具体介绍如下：,1.算术逻辑单元（）,一个加法器、两个8位暂存器、布尔处理器,完成各种算术和逻辑运算,2.定时控制部件,定时控制逻辑、指令寄存器、振荡器,3.专用寄存器组,专用寄存器组包括程序计数器、累加器A、程序状态字（）寄存器、堆栈指示器寄存器、数据指针和通用寄存器B。,（1）程序计数器,16位，存放下一条要执行指令的地址，指令执行后自动加1。,（2）累加器A,8位，存放操作数和运算结果，使用最频繁。,（3）程序状态字（）,8位，存放指令执行后的状态,：进位借位标志,：辅助进位借位标志,F0：用户自定义标志,1、0：寄存器组选择标志,51单片机有4个寄存器组，每组有8个工作寄存器R07,：溢出标志,运算结果超过8位二进制数所能表示数据范围（有符号数：-128127）,.1：未定义标志,P：奇偶标志,运算结果中1的个数的奇偶性，奇数1，偶数0。,（4）堆栈指针,栈顶在内存中的位置，决定堆栈区大小和位置。入栈，出栈。,（5）数据指针(),16位，由2个8位寄存器和组成，用来存放访问片内、片外和片外的地址。,（6）通用寄存器B,8位，专门为乘法和除法指令所用，存放乘数、除数，乘积、余数,1.3.2 存储器结构,51 单片机的存储器特点是将程序存储器和数据存储器分开编址，并有各自的寻址方式和寻址单元。对存储器的划分在物理上分为4个空间，片内、片外、片内和片外，其结构示意图如下：,其中存储器地址空间有片内和片外，其地址范围为0000；片内地址空间的地址范围为00；片外地址空间的地址范围为0000。,1程序存储器,程序设计人员编写的程序就存放在程序存储器中。,单片机重新启动后，程序计数器的内容为0000H，所以系统将从程序存储器的地址为0000H单元处开始执行程序。但是考虑到中断系统的应用，用户程序一般不是从0000H处开始连续存放，因为接下来的一段程序区要用来存放中断向量表，所以用户不能占用。要求地址分配如下：,0000H 存放转移指令，跳转到主程序。,0003H 外部中断0的中断地址区。,000 定时/计数器0中断地址区。,0013H 外部中断1的中断地址区。,001 定时/计数器1中断地址区。,0023H 串行通信中断地址区。,用户程序一般从0030H处开始，而在0000H处放置一条跳转指令，这样单片机复位后能从0000H处跳转到用户的主程序。,2片内,51的片内存储器共有128字节，可分为4个区域，分别特殊功能寄存器区、用户区、位寻址区和工作寄存器区。,（1）工作寄存器区,从00H1为4组工作寄存器区，每组占用8个字节，记为R07。工作寄存器组的选择由程序状态字中的10位确定。,（2）位寻址区 （P11表1.3.3）,从202为位寻址区，16个字节的128位可以单独操作，可对每一位进行读取或写操作。每一位都有其自身位地址007与之对应。,（3）用户区,从307，用户区共80个单元，用于存放用户数据或作堆栈区使用，用户区中的存储区按字节进行存取。不能位寻址。,特殊功能寄存器（）,21个，分布在80地址中。（P12表1.3.4）,（1）相关,累加器A，通用寄存器B，程序状态字,（2）指针相关,堆栈指针，数据指针,（3）中断相关,中断允许寄存器，中断优先级寄存器,（4）端口相关,并行端口P0、P1、P2、P3，（电源控制及波特率选择寄存器），（串口控制寄存器），（串行数据缓冲寄存器）,（5）定时器/计数器相关,（定时器/计数器控制寄存器），（定时器/计数器工作方式寄存器），0、0、1、1,3片外,如果片内容量太小，不能满足系统需求时可以外接，但外部大小不能超过64，因为8051的寻址范围为64。,1.3.3 端口结构,端口是单片机控制外围设备的重要接口，是和外设进行信息交换的主要途径。端口有串行口和并行口之分。并行口一次可以传送一组二进制数据（如8位），而串行口一次只能传送一位二进制数，传送多位数据时要分段发送。,（1）并行端口,8051有4个并行端口，分别为P0、P1、P2、P3，每个端口都有双向功能，可以从端口读取数据和向端口写入数据。（见片12）,（2）串行端口,8051具有一个全双工的可编程串行口，可以实现位并行数据的串行发送和接收。在使用串行口之前必须对其初始化，即对及寄存器进行设置。,1.3.4 定时计数器,8051具有两个16位定时器/计数器T0和T1，分别与2个8位寄存器0、0及1、1对应。8051的定时器/计数器可以工作在定时方式和计数方式。,定时方式 定时方式实现对单片机内部的时钟脉冲或分频后的脉冲进行计数。,计数方式 实现对外部脉冲的计数。定时器/计数器将在以后的章节中具体讲解。,1.3.5 中断系统,8051有5个中断源，有两个中断优先级控制，可实现中断服务嵌套。两个外部中断0、1，两个定时器中断T0、T1，还有一个串行中断。,中断的控制由中断允许寄存器和中断优先级寄存器实现。,1.4 51单片机工作方式1.4.1 复位方式,在51单片机中，最常见的复位电路有如图1.4.1所示的上电复位和手动复位电路,1.4.2 程序执行方式,连续执行方式 连续执行方式是单片机执行的基本工作方式，所要执行的代码放在程序存储器中（可以是片内或片外），不断地从程序存储器中取指令、分析并执行。,单步执行方式 程序的执行处于外加脉冲（通常用一个按键生产）的控制下，一般利用中断来实现程序的单步执行。,1.5 51单片机单片机工作时序1.5.1 时钟电路,根据硬件电路的不同，单片机的时钟连接方式可以分为内部时钟和外部时钟方式。,内部振荡方式：51单片机片内有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚1和2分别是此放大器的输入端和输出端。把放大器与作为反馈元件的晶体振荡器或陶瓷谐振器连接，就构成了内部自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。,外部振荡方式：外部振荡方式就是把外部已有的时钟信号引入单片机内，接2引脚，1引脚接地。,1.5.2 机器周期及指令周期,（1）振荡周期,提供给单片机的时钟脉冲的周期（一个节拍）,（2）时钟周期,又称为状态周期或状态时间S，是振荡周期的2倍，分为P1节拍和P2节拍,（3）机器周期,单片机完成一个基本操作所需的时间称为机器周期，一个机器周期由6个状态周期组成,（4）指令周期,执行一条指令所花的全部时间，通常为1-4个机器周期,一个机器周期=6个状态周期=12个节拍（振荡周期）,1.5.3 指令的执行时序,执行指令分为取指令和执行指令两步。,（1）单字节单周期指令,单字节是指令在存储器内所占的字节数，即指令的长度；单周期是执行指令要花一个机器周期的时间。,（2）双字节单周期,占2个字节，花一个机器周期的时间。,（3）单字节双周期指令,占1个字节，花2个机器周期的时间。,精品课件！,精品课件！,1.6小结,本章详细介绍了51系列单片机的发展历史和应用领域，然后介绍了单片机的基本知识，包括单片机的内部结构、引脚功能、中央处理器CPU、存储器的结构、单片机的复位、单片机工作时钟和时序，为读者后续的学习打下基础。,谢谢大家！,结 语,