第

章

單

片

機

硬

件

系

統

本章內容SingleChipMicrocomputer什么是單片機？單片機特點及應用單片機工作過程單片機硬件結構1．實訓目的(1)了解單片機應用系統的基本組成。(2)通過最簡應用系統實例了解單片機的基本工作過程。實訓1信號燈的控制12．實驗電路3．實訓程序 ORG0000HSTART：MOVP1,#00H ACALLDELAY MOVP1,#0FFH ACALLDELAY SJMPSTARTDELAY:MOVR3,#0FFHDEL2:MOVR4,#0FFHDEL1:NOP DJNZR4,DEL1 DJNZR3,DEL2 RET END 0000000011111111ALEWR

RDP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7+5V單片機到底是如何實現這些動作？它里面有些什么呢？00000000一、什么是單片機

1、微型計算機硬件結構——常見的微機外形臺式微機便攜式微機立式微機微型計算機硬件結構——微機硬件組成顯示器主機鍵盤鼠標微型計算機硬件結構——運算器控制器CPU存儲器輸入接口電路輸入設備輸出設備輸出接口電路硬件系統內部結構CPU(CentralProcessingUnit)硬件系統——構成微機的實體和裝置軟件系統——微機系統所使用的各種程序的總稱軟件系統與硬件系統共同構成實用的微機系統，兩者是相輔相成、缺一不可的。

軟件系統+微型計算機系統運算器控制器CPU存儲器輸入接口電路輸入設備輸出設備輸出接口電路硬件系統微型計算機系統CPU輸入設備輸出設備軟件系統+微型計算機系統硬件系統輸入接口設備輸出接口設備運算器控制器存儲器單片微型計算機是指集成在一個芯片上的微型計算機，簡稱單片機——單片機實質上就是一個芯片2、單片微型計算機單片機內部結構示意圖

CPU存儲器定時器/計數器

中斷系統P0-P3TxDRxD

TINT并行I/O口串行I/O口單片機應用系統

單片機應用系統單片機＋接口電路及外設等＋軟件硬件單片機應用系統:由硬件系統和軟件系統組成硬件是應用系統的基礎軟件是在硬件的基礎上對其資源進行合理調配和使用，從而完成應用系統所要求的任務，二者相互依賴，缺一不可注：本課程的重點1.掌握單片機應用系統硬件原理的分析方法。2.掌握軟件設計與調試的基本技能。二、單片機的特點及應用1.單片機的特點體積小，重量輕電源單一，功耗低功能強，價格低運行速度快，抗干擾能力強，可靠性高可以嵌入到電子產品中——嵌入式應用系統2.單片機應用

工業方面民用方面儀表方面電訊方面數據處理方面汽車方面3.單片機種類

◆目前8位單片機仍是單片機的主流機型；◆生產廠商：◆單片機的發展經歷了由4位機到8位機,再到16位機的發展過程美國微芯片公司:PIC16C××系列、PIC17C××系列、PIC1400系列，美國英特爾公司的MCS-48和MCS-51系列，美國摩托羅拉公司的MC68HC05系列和MC68HC11系列，美國齊洛格公司的Z8系列，日本電氣公司的μPD78××系列，美國莫斯特克公司和仙童公司合作生產的F8（3870）系列等。

三、MCS-51單片機硬件結構時鐘電路CPUROMRAMT0T1中斷系統串行接口并行接口P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1定時計數器結構框圖中央處理器CPU：8位，運算和控制功能內部RAM：共256個RAM單元，用戶使用前128個單元，用于存放可讀寫數據，后128個單元被專用寄存器占用。內部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數據和表格。定時/計數器：兩個16位的定時/計數器，實現定時或計數功能。并行I/O口：4個8位的I/O口P0、P1、P2、P3。串行口：一個全雙工串行口。中斷控制系統：5個中斷源（外部中斷2個，定時/計數中斷2個，串行中斷1個）時鐘電路：可產生時鐘脈沖序列，允許晶振頻率6MHZ和12MHZ1、8051單片機的基本組成中央處理器CPU：8位，運算和控制功能內部RAM：共256個RAM單元，用戶使用前128個單元，用于存放可讀寫數據，后128個單元被專用寄存器占用。內部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數據和表格。定時/計數器：兩個16位的定時/計數器，實現定時或計數功能。并行I/O口：4個8位的I/O口P0、P1、P2、P3。串行口：一個全雙工串行口。中斷控制系統：5個中斷源（外中斷2個，定時/計數中斷2個，串行中斷1個）時鐘電路：可產生時鐘脈沖序列，允許晶振頻率6MHZ和12MHZ2、MCS-51單片機信號引腳簡介

P3口線的第二功能VCCVSSXTAL2

XTAL1RSTP0.0

P0.1

P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P1.0

P1.1

P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0ALEP3.0

P3.1

P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.72、振蕩電路：XTAL1、XTAL23、復位引腳：RST4、并行口：P0、P1、P2、P37、ALE：地址鎖存控制信號1、電源線：VCC(+5V)、VSS(地)EAPSEN5、EA：訪問程序存儲控制信號6、PSEN：外部ROM讀選通信號RXD/

TXD/

INT0/INT1/

T0/

T1/

WR/

RD/1

2

3

4

5

6

7

8

9

10111213141516171819

2040

39

38

37

36

35

34

33

32

313029282726252424222180318051875189C511

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

1428

27

26

25

24

23

22

2120

19

18

17

16

15EPROM27641

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

1428

27

26

25

24

23

22

2120

19

18

17

16

15EPROM27641

2

3

4

5

6

7

8

9

10111213141516171819

2040

39

38

37

36

35

34

33

32

31302928272625242422211

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

1428

27

26

25

24

23

22

2120

19

18

17

16

15RAM62641

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

1428

27

26

25

24

23

22

2120

19

18

17

16

15RAM6264

3.

存

儲

器80318751805189C51片內RAM片內ROM256B（字節）4K64K64K(1)程序存儲器程序存儲器內部外部0000H0FFFH(4K)0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K)0000H0001H0002H(PC)0000H是程序執行的起始單元,

在這三個單元存放一條

無條件轉移指令中斷5中斷4中斷3中斷2中斷10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中斷0定時器0中斷外部中斷1定時器1中斷串行口中斷8位．．．0FFFH0FFEHEA=1EA=0程序存儲器資源分布中斷入口地址0000HFFFFH(64K)內部外部(2)數據存儲器數據存儲器00HFFH7FH80H(高128B)(低128B)RAM專用

寄存器00H07H08H0FH10H17H18H1FH0區R0R7R0R7R0R7R0R71區2區3區工作寄存器區可位尋址區20H2FH7F78070030H7FH數據緩沖區/堆棧區內部RAM存儲器

11第3區18H~1FH

01第1區08H~0FHRS1RS0寄存器區片內RAM地址

00第0區00H~07H10第2區10H~17H工作寄存器區選擇位RS0、RS1PSW位地址CYACF0RS1RS0OVF1PMSB——MostSignificantBit（最高有效位）

LSB——LeastSignificantBit（最低有效位）單元地址2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20H7F776F675F574F473F372F271F170F07

MSB

位地址

LSB7E766E665E564E463E362E261E160E067D756D655D554D453D352D251D150D057C746C645C544C443C342C241C140C047B736B635B534B433B332B231B130B037A726A625A524A423A322A221A120A027971696159514941393129211911090178706860585048403830282018100800RAM位尋址區位地址表高128個單元☆離散分布有21個特殊功能寄存器SFR。☆

11個可以進行位尋址。☆特別提示：對SFR只能使用直接尋址方式，書寫時可使用寄存器符號，也可用寄存器單元地址。4、并行輸入/輸出電路結構P0.0

P0.1

P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P1.0

P1.1

P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P3.0

P3.1

P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.74個8位并行I/O口：P0，P1，P2，P3；均可作為雙向I/O端口使用。(1)特點：P0：訪問片外擴展存儲器時，

復用為低8位地址線和數據線

P2：高8位地址線。P1：雙向I/O端口

P3：第二功能1

2

3

4

5

6

7

8

9

10111213141516171819

2040

39

38

37

36

35

34

33

32

313029282726252424222180318051875189C51111111110000000011111111010101011ALEWR

RDP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7指令1：MOVP1,#00H指令2：MOVP1,#0FFH指令3：MOVP1,#0AAH(2)輸出舉例指令4：CLRP1.0指令5：SETBP1.0+5V下一頁1111111111111111(3)輸入舉例S0+5V4.7kWALEWR

RDP3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7讀端口：MOVP3,#11111111BMOVA,P389C51××××××××寄存器A注：當I/O端口作為輸入使用時，需先向端口寫入“1”，使內部的FET截止，再讀入引腳的狀態。你知道P3.4對應寄存器A哪一位嗎？P3.4你知道這是為什么嗎？11111111015、時鐘電路與復位電路

(1)時鐘振蕩電路(2)復位電路單片機復位條件:必須使RST引腳持續10ms以上高電平(外部時鐘12MHz)誰知道復位電路怎么起到復位的作用?指令寄存器譯碼地址譯碼程序計數器地址寄存器累加器A運算器①②存儲器內部數據總線外部地址總線AB數據緩沖器外部數據總線DB寄存器區外部控制總線CB內部控制信號時鐘及清零四、單片機的工作過程取指過程例:MOVA,#09H74H

09H;把09H送到累加器A中執行過程PC=0000H0001H0000H0002H0111010000001001(PC)(PC)0001H0002H0000H外部控制總線CB取指過程(PC)執行過程你知道PC的作用嗎？1、CPU主要的組成部部分為()。B．加法器，寄存器

C．運算器,寄存器

D．運算器，指令譯碼器A．運算器，控制器

課堂練習2、8031有四個工作寄存器區，由PSW狀態字中的RS1、RS0兩位的狀態來決定，單片機復位后，若執行SETBRS1指令，此時只能使用（）區的工作寄存器。A．0區B．1區C．2區D．3區課堂練習3.

09H位所在的單元地址是（）A．02HC．08HB．21HD．20H課堂練習4.單片機在進行取指令操作時，指令的地址是由（）的內容決定。A．SPC．DPTRD．PSEN和ALE

B．PC課堂練習5.P0,P1口作輸入用途之前必須()。A．外接高電平

B．外接上拉電阻C．相應端口先置0

D．相應端口先置1

課堂練習6.程序計數器PC用來()。A．存放指令

B．存放上一條的指令地址D．存放正在執行的指令地址

C．存放下一條的指令地址

課堂練習1.

數123可能是()。A.二進制數B.八進制數C.十六進制數D．四進制數E.十進制數2.

8031單片機內部RAM包括()。A.程序存儲區B．堆棧區C．工作寄存器及特殊功能區D．位尋址區E.中斷入口地址區3.

8051單片機CPU的主要功能有()。A.產生控制信號B．存儲數據C.算術、邏輯運算及位操作D．I/O端口數據傳送E.驅動LED思考題思考題4.單片機能夠直接運行的程序是（）。A.匯編源程序B.C語言源程序C.高級語言程序D.機器語言源程序5.十進制數126其對應的十六進制可表示為()。A．8FB．8EC．FED.7E6.十進制數89.75其對應的二進制可表示為().A.10001001.01110101B．1001001.10C.1011001.11D.1001001.117.二進制數110010010對應的十六進制數可表示為()A.192HB．C90HC．1A2HD.CA0H8.二進制數110110110對應的十六進制數可表示為()。A．1D3HB，1B6HC．DBOHD.666H9.-3的補碼是()。A．10000011B.11111100C．11111110D．11111101思考題10.CPU主要的組成部部分為()。A．運算器，控制器B．加法器，寄存器C.運算器,寄存器D.運算器，指令譯碼器11.INTEL8051CPU是()位的單片機。A．16B．4C．8D.準16位12.對于INTEL8031來說，/EA腳總是()A.接地B.接電源C.懸空D.不用13.在單片機中，通常將一些中間計算結果放在(）中A.累加器B．控制器C.程序存儲器D.數據存儲器14.程序計數器PC用來()。A．存放指令B．存放正在執行的指令地址C.存放下一條的指令地址D．存放上一條的指令地址思考題15.指令和程序是以()形式存放在程序存儲器中。A.源程序B.匯編程序C.二進制編碼D．BCD碼16.單片機應用程序一般存放在()中。A.RAMB．ROMC.寄存器D．CPU17.單片機上電后或復但后，工作寄存器R0是在()。A.0區00H單元B．0區01H單元C.1區09H單元D．SFR18.進位標志CY在()中。A.累加器AB．算術邏輯運算部件ALUC．程序狀