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血壓計呼吸機心電監護儀任務1認識單片機任務2

了解單片機的硬件結構任務3單片機最小系統設計任務1認識單片機1．了解單片機的基本概念及發展史。2．掌握AT89S51單片機的封裝及引腳定義。3．了解AT89S51單片機的主要功能特性。在利用單片機實現預定的設計目標前，首先需要對單片機有一個基本的了解。本任務的目的就是使讀者對單片機形成一定的感性認識，學會識別不同封裝形式單片機的引腳編號，并掌握各個引腳功能的定義。一、單片機的概念單片機是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器（CPU）、隨機存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、I/O接口電路、中斷系統及定時/計數器等主要計算機部件集成到一塊芯片上，使其具有計算機的基本功能，稱為單片微型計算機（SingleChipMicroComputer，SCMC），簡稱單片機。二、單片機的發展史第一階段（1976—1979）單片機的探索階段Intel公司MCS-48為代表

第二階段（1979—1982）單片機的完善階段Intel公司MCS-51為代表

第三階段（1982—1990）16位單片機推出階段Intel公司MCS-96為代表

第四階段（1990至今）微控制器全面發展階段MicrochipPICMotorola為代表MC68HC三、單片機的封裝形式及引腳定義PDIP封裝形式的AT89S51單片機的引腳描述引腳定義引腳編號功能描述VCC40電源引腳，接+5V電源GND20接地引腳，接+5V電源地XTAL1和XTAL219和18時鐘引腳，外接時鐘電路RST9復位引腳，用于單片機復位P0.0～P0.7（P0口）39～321.作為8位雙向I/O口使用2.在訪問外部存儲器或外部接口電路時，分時用作低8位地址線和數據總線P1.0～P1.7（P1口）1～81.作為8位準雙向I/O口使用2.用于ISP編程下載（P1.5、P1.6、P1.7）（續表）引腳定義引腳編號功能描述P2.0～P2.7（P2口）21～181.作為8位準雙向I/O口使用2.在訪問外部存儲器或外部接口電路時，分時用作高8位地址線P3.0～P3.7（P3口）10～171.作為8位準雙向I/O口使用2.具有第二功能（詳見課題五中具體應用）/Vpp31外部/內部程序存儲器使能端29外部程序存儲器讀選通信號端ALE/30地址鎖存允許信號端四、AT89S51的功能特性?兼容MCS-51系列產品。?4KBFlash存儲器，支持

在線編程，可反復擦寫1000次。?128B片內RAM。?工作電壓4.5～5.5V。?全靜態時鐘0～33MHz。?32個雙向I/O口線。?2個16位定時/計數器。?5個中斷源，2個中斷優

先級。?1個全雙工UART串行口。?看門狗定時器。?低功耗空閑和省電模式。生產廠家類別型號舉例圖片ATMEL公司AT89系列AT89C2051（DIP封裝）AT89S52（DIP封裝）AT90系列(AVR單片機)ATmega48（QFP封裝）查找資料，了解常見的其他類型單片機。生產廠家類別型號舉例圖片STC公司STC單片機STC89C52RC（DIP封裝）MicroChip公司PIC單片機PIC16F877A（DIP封裝）PHILIPS公司51LPC系列LPC2148FBD64（LCC封裝）生產廠家類別型號舉例圖片TI公司MSP430系列MSP430F1612（QFP封裝）TMS370系列TMS370C722FNT（LCC封裝）Motorola公司MC68HC908系列MC68HC908SR12CB（DIP封裝）單擊此處返回目錄任務2了解單片機的硬件結構

1．了解AT89S51單片機的內部結構。2．了解AT89S51單片機I/O端口的結構特點。3．掌握AT89S51單片機I/O端口的使用方法。設計單片機應用系統，不僅要進行程序的設計，還要進行硬件電路的設計。因此，設計時要求設計者對單片機的硬件結構要有一定的了解。本任務就是要在了解單片機內部結構的基礎上，掌握單片機I/O端口與外圍電路的合理設計方法。一、單片機內部結構單片機各組成部分說明組成部分說明中央處理器(CPU)單片機的核心部件，是8位數據寬度的處理器，能處理8位二進制數據或代碼，CPU負責控制、指揮和調度整個單元系統協調地工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作數據存儲器(RAM)內部有256B的RAM，其中包含128B用戶數據存儲單元（地址為00H～7FH）和128B專用寄存器單元（地址為80H～FFH）程序存儲器(ROM)內部有4KB掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數據或表格定時/計數器(T0、T1)含有兩個16位的定時/計數器（T0、T1），以實現定時或計數功能組成部分說明并行輸入輸出(I/O)口共有4組8位并行I/O口（P0、P1、P2和P3），用于單片機與外圍設備之間的數據傳輸全雙工串行口內置一個全雙工串行通信口，用于與其他設備間的串行數據傳送，該串行口既可以用作異步通信收發器，也可以當同步移位器使用中斷系統共含有5個中斷源（2個外部中斷、2個定時/計數器中斷和1個串行中斷），并具有2級的優先級別選擇時鐘電路需外接晶振和微調電容構成振蕩電路，產生單片機運行的脈沖時序（續表）二、單片機的I/O端口AT89S51單片機有4個并行的I/O端口，即P0、P1、P2和P3口。每個端口均由8個引腳（即8位）構成，包括一個鎖存器、一個輸出驅動器和一個輸入緩沖器。P0口為雙向8位三態I/O口，作為通用I/O口時，每一位能以吸收電流的方式驅動8個TTL負載。當用于外接存儲器或者擴展I/O接口時，作為數據總線（D0～D7）和地址總線（A0～A7）的低8位（分時復用，通過ALE信號區分）。CPU可對其按字節方式或位方式進行操作。1．P0口

P0口為漏極開路輸出端口，即漏極沒有電阻接至電源。作為I/O口輸出時，輸出低電平為“0”，但輸出高電平為高阻態（并非+5V，相當于懸空狀態），也就是說P0口不能真正地輸出高電平，因此在使用時需外接上拉電阻，由電源通過這個上拉電阻給負載提供電流，如右圖所示。P0口作為通用I/O口時，要外接上拉電阻才能輸出高電平，上拉電阻的阻值由外部負載電流決定；當作為地址/數據總線時，無需外接上拉電阻，此時不能再作通用I/O口使用。P1口為8位準雙向I/O口。使用時與P0口相似，但其內部具有提升電路，由于輸入不能鎖存，必須先輸出1才能正確讀出端口電平，故稱為準雙向口。作為通用I/O口使用時可以直接驅動4個TTL負載。

2．P1口?P1.5：MOSI端（用于ISP編程，主出從入數據端）。?P1.6：MOSO端（用于ISP編程，主入從出數據端）。?P1.7：SCK端（用于ISP編程，串行時鐘輸入端）。同時P1口的部分引腳還具有第二功能：P2口為8位準雙向I/O口。當用作通用并行I/O口時，其操作方式與P0、P1口類似，每一位可驅動4個TTL負載。當用于外接存儲器或者擴展I/O接口時，P2口作為擴展的高8位地址（A8～A15）總線口，與P0口共同構成16位地址總線（A0～A15）。3．P2口引腳符號名稱功能P3.0RXD串行數據接收P3.1TXD串行數據發送P3.2外部中斷0輸入P3.3外部中斷1輸入P3.4T0定時器0的外部輸入P3.5T1定時器1的外部輸入P3.6外部數據存儲器寫信號P3.7外部數據存儲器讀信號

P3口為8位準雙向口，其結構和操作方式等與P2口類似。同時P3口還可按位復用為第二功能，具體見下表。

4．P3口三、單片機I/O口的讀寫操作

P0口作為輸出口使用單片機最小系統P2口作為輸入口使用單片機的4個I/O口在使用時，當某一端口既作輸入又作輸出使用，且要進行輸出轉輸入操作時，需先將該端口寫“1”然后再讀。［例］P1口在輸出轉輸入操作時的軟件編程方法。匯編：MOVP1，#23HC51：P1=0x23；//P1口作輸出口使用MOVP1，#0FFHP1=0xff；//先將P1口置“FF”MOVA，P1ACC=P1；//P1口由輸出轉輸入口若端口只作輸入口使用，則讀數時不必再向端口先寫“1”。已知P0口內部位結構圖如下圖所示，試查找相關資料分析為何當P0口輸出高電平時需外接上拉電阻。單擊此處返回目錄任務3單片機最小系統設計1．了解單片機最小系統各部分的組成及功能。2．掌握單片機最小系統的設計與制作方法。單片機是一種微控制器，而任何微控制器正常工作最基本的條件是要有正確的電源、時鐘和復位電路（即最小系統），三者缺一不可。因此，在所有的單片機應用電路中，單片機必須滿足以上三個條件才能正常運行工作。本任務就是要認識單片機最小系統的組成及各部分的作用，并最終完成單片機最小系統的設計與制作，這是每一位設計者必須掌握的最基本的硬件電路設計知識。一、電源電路——單片機的工作電壓

單片機要想工作，首先要有為整個系統提供電源的供電模塊。電源模塊的穩定可靠是系統平穩運行的前提和基礎。51系列單片機工作電源的電壓一般為+4.5～+5.5V，典型值為+5V，即將單片機的VCC腳接+5V電源，GND腳接地。二、時鐘電路——單片機的“心臟”即單片機內部的高增益反向放大器通過XTAL1、XTAL2引腳外接作為反饋元件的片外晶體振蕩器（呈感性）與電容組成的并聯諧振回路構成一個自激振蕩器，向內部的時鐘電路提供振蕩時鐘。1．內部時鐘方式外部時鐘方式常用于多片51單片機同時工作，以便于同步。它是將外部振蕩脈沖信號通過CMOS門電路輸入至XTAL1腳，XTAL2腳懸空，如下圖所示。時鐘電路異常也會引起單片機CPU不工作，可通過測量ALE腳是否有六分頻信號輸出來判斷振蕩電路是否起振。2．外部時鐘方式3．時序51系列單片機的一個機器周期由12個振蕩周期組成，分為6個狀態，分別稱為S1、S2、S3、S4、S5、S6，每個狀態都包含P1和P2兩相。振蕩周期、狀態周期、機器周期和指令周期的關系如下：［例］AT89S51外接晶振頻率為12MHz，則4個時間周期的具體值為：解：振蕩周期＝1/12μs狀態周期＝2×振蕩周期＝1/6μs機器周期＝6×狀態周期＝1μs指令周期＝（1～4）×機器周期＝1～4μs三、復位電路——單片機恢復初始狀態值1．硬件復位上電復位電路上電與按鍵均有效的復位電路2．軟件復位即看門狗復位，AT89S51內部自帶看門狗定時器，由一個14