单片机原理及应用第二讲

河北石油职业技术学院教 案 首 页课程名称单片机原理及应用班级授课时间2011年 2 月 24 日 第 一 周 星期四 第 3、4 节教学内容第 二 章 AT89C51单片机内部结构基础第1、2 节 内部结构和引脚功能 时钟电路教学目的让学生了解单片机的内部结构和工作原理，熟悉引脚功能，并且会熟练计算振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期教学重点和难点单片机内部结构和时钟电路授课方法讲授教学用具作 业P25 练习与思考 4、5复习提问单片机结构教学内容、方法和过程单片机内部结构：ALU,ACC等主要部件。单片机的引脚功能单片机时钟电路，以及振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期之间的关系 审阅人： 审阅结果： 审阅日期：授 课 稿 纸 总 5 页 第 1 页 第二讲第2章 AT89C51单片机内部结构基础2.1 内部结构和引脚功能2.1.1 内部结构框图和主要部件1内部结构框图AT89C51单片机内部结构框图如书中13页图2-1所示。该图包含了该单片机的基本硬件资源。单片机就是把图中所有的硬件集成在一个芯片上，形成一个单芯片微型计算机。 图2-1 AT89C51单片机内部结构框图2.内部结构主要部件（1）1个以ALU为中心的8位中央处理器（CPU），完成运算和控制功能。注解：ALU-算术逻辑运算单元（运算器）。ACC：累加器（ACC是一个8位的存储单元，是用来放数据的。）PSW：程序状态字（又称：状态寄存器）例：两数相加，PSW的某位用于判断是否有进位，是否有溢出等等。授 课 稿 纸 总 5 页 第 2 页 （2）128个字节的内部数据存取存储器（内部RAM）,地址为00H7FH（3）21特殊功能寄存器在内部RAM的SFR块中,又称专用寄存器）， 离散分布于地址80HFFH中。（4）程序计数器PC，是物理上独立的16位专用寄存器，其内容为将要执行的指令地址（程序存储器地址）。（5）4KB 字节FLASH内部程序存储器（片内ROM），用来存储程序、原始数据、表格等。（6）4个8位可编程I/O口（P0、P1、P2、P3）（7）1个UART串行通信口（8）2个16位定时器/计数器（9）5个中断源，两个中断优先级的中断控制系统（10）一个片内振荡器和时钟电路（11）用于扩展外RAM、外ROM等的结构 地址总线（AB）；数据总线（DB）控制总线（CB）一条指令的执行=取指令+执行指令取指令：控制器 程序计数器（PC） 指令放入ROM 传递给BUS 指令译码器（分析指令） 传递指令给指令寄存器执行指令：程序计数器PC自动加1 程序地址寄存器 指令放入ROM ALU 指令放入ACC 传递给总线BUS单片机编程语言：汇编语言和C语言，本次课程主要介绍汇编语言编程。例：MOV A #30H;机器代码分别为（74 30） ADD A P1; （25 90） MOV P0 A; （F5 80）计算机不能识别程序，只能识别机器代码，三条程序的机器代码可以通过查表或计算机自动编译实现。见课本281页附录C单片机指令表。试验设备：计算机（程序）仿真器用户板（显示结果）2.1.2 引脚功能 课本14页图2-2所示为AT89C51双列直插式封装的引脚图和逻辑符号图。40个引脚大致可分为四类：电源、时钟、控制和I/O引脚。1.电源引脚（括号中数为引脚编号）（1）Vss(20)：接地端。 （2）Vcc(40)：接DC电源端，一般接+5V。授 课 稿 纸 总 5 页 第 3 页 2.时钟引脚（1）XTAL1(19)：外接振荡元件（如晶振）的一个引脚。爱用外部振荡器时，此引脚接振荡器的信号。（2）XTAL2(18)：外接振荡元件（如晶振）的一个引脚。采用外部振荡器时，此引脚悬浮。注解：能够产生振荡电流的电路。一般由电阻、电感、电容等元件和电子器件所组成。3.控制线（1）RST(9)：复位输入端。该引脚上出现至少两个机器周期的高电平，将使单片机复位。（2）ALE（/PROG）(30)：地址锁存允许编程脉冲。在对Flash存储器编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（PROG）。（3）/PSEN(29)： 外ROM读选通信号。PSEN有效信号作为外部ROM芯片输出允许OE的选通信号。在读内部ROM或RAM时，PSEN无效。（4）/EAVpp(31)： 内、外ROM选择编程电源。/EA为内、外ROM选择端。ROM寻址范围为64KB。当/EA保持高电平时，先访问内ROM，当PC的值超过4KB时，自动转向执行外ROM中的程序。当/EA保持低电平时，只访问外ROM。在Flash编程期间，此引脚用于是假编程电压Vpp。4.P0P3： 4个8位输入/输出口，一共32条引脚。注解：P3.0和P3.1可以作为串行接口2-2时钟电路与复位电路2.2.1 时钟电路单片机内部有时钟电路（又称时钟发生器），与振荡器共同产生单片机工作所需要的时钟信号。振荡器可由单片机内振荡电路外接振荡元件（如晶振）实现，构成内部时钟方式。授 课 稿 纸 总 5 页 第 4 页 振荡器也可以是外振荡源，将其信号接单片机XTAL1脚，XTAL2脚悬空，则构成外部时钟方式。1. 振荡器元件，振荡周期AT89C51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为XTAL1，输出端为XTAL2,。只要在此两端跨接一个振荡器元件，则可构成一个稳定的自激振荡器，单片机上电后即可工作。 晶体振荡器：旁边电容容量一般为30pF，振荡器元件 陶瓷振荡器：旁边电容容量一般为47 pF，（对时钟精度要求不高时，可以代替晶振）注意：电路设计时，晶振、C1和C2要尽量的靠近单片机，以减少分布电容的影响，从而保证振荡器稳定、可靠地工作。AT89C51的振荡频率最高可达24MHz，也可很低。振荡频率的倒数称振荡周期。振荡周期、状态时钟周期、机器周期、指令周期之间的关系如课本16页，图2-4所示。2状态时钟发生器、状态时钟周期 内部时钟发生器实质上是一个二分频的触发器。其输入由振荡器引入，输出为两个节拍（P1节拍和P2节拍）的状态时钟信号。显然状态时钟周期是振荡周期的两倍。每个周期的前半周期，节拍1(P1)信号有效；后半周期，节拍2(P2)信号有效。状态时钟周期=振荡周期*2=P1+P2授 课 稿 纸 总 5 页 第 5 页 3机器周期 一个机器周期由6个状态组成。即S1、S2、S3、S4、S5、S6。机器周期等于6个状态时钟周期或等于12个振荡周期。4指令周期指令周期是单片机执行一条指令所占用的时间（一般用机器周期表示）。AT89C51单片机有单机器、双机器周期和四机器周期指令。 例：单片机晶振频率为12M，其振荡周期、状态时钟周期、机器周期、单周期指令、双周期指令、四周期指令分别为1/12s、1/6s、1s、1s、2s、4s。5ALE信号是“地址锁存允许”信号。当访问外部存储器时，ALE信号哟过来锁存P0口送出的低8位