【大学课件】单片机硬件系统PPT
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《单片机硬件系统》课件
单片机系统硬件组成
1
输入
通过输入装置采集外界数据。
2
处理
通过CPU进行数据处理和算法实现。
3
输出
通过输出装置实现对外部信息的输出显示或控制。
单片机系统的设计流程
需求分析
• 了解功能要求 • 确定输入输出
硬件设计
• 选用适合的芯片 • 设计元器件电路
软件设计
• 编写程序 • 调试嵌入式系统
单片机系统的调试与应用
电路元件
接口
包括电感、电容、电阻等元器件， 参与电路的数据处理和信号调制。
接收外围设备的控制信号和数据， 向外传输数据以及输出信号。
单片机系统的典型应用
家电控制
利用单片机实现智能化控制， 如空调、电风扇、加热器等。
车载电子
单片机作为汽车中的控制中 心，控制车门、发动机、音 响、仪表等。
医疗设备
单片机用于数据采集、监测、 处理和控制，从而提高医单片机的组成和应用，并展示单片机硬件系统的设计流程和调试 方法。
单片机是什么
1 定义
单片机是一种集成电路，具有中央处理器、存储器、接口电路等功能模块。
2 特点
体积小、功耗低、可编程、易于控制，被广泛应用于各种电子设备中。
单片机的组成部分
芯片
中央处理器和内存的核心部件， 控制并运行整个系统。
调试过程
通过实践对整个单片机系统进行 调试和验证，确保各部分的协调 运转。
应用场景
单片机可应用于家庭、汽车、医 疗设备、消费电子等领域，为智 慧生活提供动力。
应用案例
例子：智能语音小车、智能洗衣 机、环境监控系统等。
【大学课件】单片机的基本结构PPT
29H 4FH 4EH 4DH 4CH 4BH 4AH 49H 48H
28H 47H 46H 45H 44H 43H 42H 41H 40H
字
位
地
址
节
地 址
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
27H
3FH 3EH 3DH
3CH 3BH 3AH
39H 38H
26H
37H 36H 35H
PSE有N 效（低电平），P0口作数据总线出现指令信号；在访 问外部数据存储器时， W或R 信号R有D 效时，P0口上出现数据 信号。其余是12条控制信号组成的控制总线。
第二节 单片机的存储器结构
一、存储器配置
89C51单片机的存储器从物理上分四个存储空间：片内 程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器、片 外数据存储器 。
2．ALE/ PROG (30脚）地址锁存信号
当CPU访问片外存储器时，ALE用于锁存P0口输出的 低8位地址信息到片外地址锁存器。之后，P0口作地址 /数据复用口，P0口的信息究竟是地址还是数据完全由 ALE来判别，ALE高电平期间，P0口出现的是地址信息， ALE下降沿到来时，P0口上的地址信息被锁存，在ALE 低电平期间P0口上出现指令和数据信息。
P0.0～P0.7
P2.0～P2.7
VCC (+5V)
GND
RAM地址 锁存器
RAM
通道0驱动器
通道0锁 存器
通道2驱动器
通道2锁 存器
ROM/ EPROM
程序地址寄存器
PSEN ALE
RST
B寄存器 ACC TMP2
TMP1
堆栈指针SP
《单片机硬件系统》课件
程序流程控制
根据指令的不同，单片机执行不同的操作， 控制程序的流程。
单片机的指令系统
指令集
单片机支持的指令集合，包 括数据传输指令、算术运算 指令、逻辑运算指令、控制 转移指令等。
寻址方式
指令中使用的操作数所在的 位置，如直接寻址、间接寻 址、寄存器寻址等。
指令格式
指令的格式包括操作码和操 作数，操作码指示要执行的 操作，操作数指定要操作的 数据。
工业自动化控制系统
工业自动化控制系统是单片机 应用的另一个重要领域，通过 单片机实现对工业设备的自动 化控制，提高生产效率和产品
质量。
工业自动化控制系统可以实现 的功能包括：自动化生产线控 制、工业机器人控制、自动化
检测等。
单片机在工业自动化控制系统 中主要负责接收和处理各种传 感器和设备的信息，根据预设 程序进行控制和调节，实现自 动化生产和管理。
中断发生后，单片机保存现场信息、 跳转到中断向量、执行中断处理程序 、恢复现场的过程。
单片机的定时器/计数器
工作原理
定时器/计数器通过加1计数或 定时溢出产生中断，实现时间
或计数的测量和控制。
计数范围
定时器/计数器的计数值范围， 通常由位数决定。
定时/计数模式
定时器/计数器的工作模式，如 自动重装载模式、连续计数模 式等。
02
单片机硬件结构
中央处理器
中央处理器（CPU）是单片机的 核心部件，负责执行指令和处理
数据。
CPU通常由运算器和控制器组成 ，运算器负责进行算术和逻辑运 算，控制器负责控制指令的执行
顺序。
不同单片机的CPU可能会有不同 的位数和性能指标，如8位、16
位和32位单片机。
【大学】单片机硬件基础知识ppt课件
标号 程序 注释
ORG 0000H
START: CLR P1.0
；灯亮
LCALL DELAY ；延时
SETB P1.0
；灯灭
LCALL DELAY
LJMP START ；返回，从START开始重复
DELAY: MOV R5,#20 ；延时子程序，延时0.2秒
D1: MOV R6,#20
D2: MOV R7,#248
FFH
特殊功能 寄存器 (SFR)区
80H 7FH 用户区和 30H 堆栈区 2FH
位寻址区 20H 1FH R...7 3区(8字节) 18H R0 17H R...7 2区(8字节) 10H R0 0FH R...71区(8字节) 08H R0 07H R...70区(8字节) 00H R0
T
INT
定时器/ 计数器
中断系 统
并
CPU
串
行
行
TxD
P0-P3
I/O
I/O
RxD
口
存储 器
口
图1-2 单片机内部构造图
单片机运用系统
单片机本质上是一个芯片。在实践运用中， 通常很难将单片机直接和被控对象进展电气 衔接，必需外加各种扩展接口电路、外部设 备、被控对象等硬件和软件，构成一个单片 机运用系统，以实现一种或多种功能。硬件 是运用系统的根底，软件是根据硬件构造来 完成相应功能设计。单片机运用系统的组成 如图1-3所示。
单片机应用系统
单 片 机
接口
＋
电路 及外
设等
硬件
＋
软
件
图1-3 单片机运用系统的组成
单片机的运用
单片机的运用主要在以下领域中： (1)工业控制领域〔过程控制，机电一体化控制系统〕 (2)家用电器领域 〔洗衣机，空调、微波炉等〕 (3)办公自动化领域〔键盘，打印机，考勤机等〕 (4)商业营销领域〔电子称，收款机，条形码阅读器等〕 (5)智能仪表与智能传感器〔存储，数据处置、查找、
第2章单片机硬件结构ppt课件
PSEN
WR RD
对单片机来讲，ROM和RAM的寻址机构和 寻址方式是分开的。
2.4.1 程序存储器
实行片内、外一致编址方式，由PC指针访问。存放程序目
的代码F。FFFH
0FFFFH
8951
外部
外部
1000H 0FFFH
4KB
0000H
内部 EA=1
EA=0
51系列程序存储器配置图
803 1
接地
0000H
14
27
15
26
16
25
17
24
18
23
19
22
20
21
用户外特性
Vcc
P0.0
P0口:
P0.1 I/O 口 或
P0.2 P0.3
P0.4
数地据址总总线线复/低用8位口
P0.5
P0.6
P0.
7 EA/VP
ALPE/PROG 控制总线
PSEN
P2.7
P2.6 P2.5
P2口:
P2.4 P2.3
I/O口 或
〔SFR〕
P32
8
8
P1.0~P1.7
P3.0~P
图2-2 MCS-51功逻能辑构框造图3框.7 图
共40条引线 用户外特性
§2.3 MCS-51单片机的引脚功 40引脚，双列直插式构造
能
P1.0
P1口:
P1.1 P1.2
P1.3
I/O口
P1.4
P1.5
P1.6
复位引脚
P1.7 RST/VPD
RXD P3.0
23H 1F 1E1D1C1B1A19 18 35
单片机课件 part_02硬件结构
字
节
地
I/O接口寄存器：
址
P0、P1、P2、P3、 SBUF、TMOD、TCON、
SCON …
位地址
(1) 程序计数器PC（16位）： CPU总是按PC的指示读取程序。PC是一个16位的计 数器。其内容为将要执行的指令地址（即下一条指令地 址），可自动加1。因此CPU执行程序一般是顺序方式。当 发生转移、子程序调用、中断和复位等操作，PC被强制改 写，程序执行顺序也发生改变。 复位时，PC=0000H。
B2 B1 B0
PX1 PT0 PX0 BA B9 B8
OV D2
D1
P D0
E2 E1 E0
F2 F1 F0
2019/9/17
19
1、SFR（80H～FFH）介绍：
有2套地址
字节地址：只21个有效（其中仅11个有位地址） 位地址：只83位有效
其字节地址可被8整除。
专用寄存器：
A、B、PSW、
DPTR、SP。
．cY或c7——进位标志位
cY有两个功能，一是存放执行某些算数运算时，存放进位标
志，可被硬件或软件置位或清零；一是在位操作中作累加位使用，
在位传送、位与、位或等位操作中都要使用进位标志。
当进行字节的加法(或减法)运算时，cY作为进位(或借位)标
志位。如果运算结果的最高位(D7)有进位(或借位)时，cY育l，
2019/9/17
21
(2) 累加器ACC（8位）：
累加器Acc是一个最常用的专用寄存器，为8位寄存器。累 加器的功能较多，地位重要。 其具有的功能概括如下： ．累加器用于存放操作数，是ALU数据输入的一个重要来源，大 部分单操作指令的一个 操作数取自累加器，很多双操作数指 令中的—个操作数也取自累加器； ．累加器是从刀运算结果的暂存单元，用于存放运算的中间结果； ．累加器是数据传送的中转站，单片机中的大部分数据传送都通 过累加器进行；
单片机硬件系统课件
P1. 5 01
P1. 6 01 P1. 7 01
DJNZ R4,DEL1 DJNZ R3,DEL2 RET
WR
片机到底是如何 RD
些作？它里面
有些什么呢？
END
.
3
一、什么是片机
1、微型算机硬件构 ——常的微机外形
台式微机
立式微机
.
便携式微机
4
微型算机硬件构 ——微机硬件成
出
+件
系
片微型算机 是指集成在一个芯片上的微型算机，
称片机 —— 片机. 上就是一个 芯片
8
片机内部构示意
T
INT
定 器/ 数 器
中断系
并
CPU
串
P0-P3
行
行
TxD
I/
I/
RxD
O
O
口
存 器
口
.
9
示器 主机
鼠
ห้องสมุดไป่ตู้
.
5
微型算机硬件构 —— 内部构
入 入接 口
路
CPU
运算器 控制器
存 器 硬件系统
出 接出 口 路
CPU (Central Processing Unit)
.
6
微型算机系
入 入接 口
路
微型算机系
CPU
运算器 控制器
存 器 硬件系统
+5V
START：MOV P1,#00H
ACALL DELAY
ALE
MOV P1,#0FFH ACALL DELAY SJMP START DELAY: MOV R3,#0FFH DEL2: MOV R4,#0FFH DEL1: NOP
P1. 6 01 P1. 7 01
DJNZ R4,DEL1 DJNZ R3,DEL2 RET
WR
片机到底是如何 RD
些作？它里面
有些什么呢？
END
.
3
一、什么是片机
1、微型算机硬件构 ——常的微机外形
台式微机
立式微机
.
便携式微机
4
微型算机硬件构 ——微机硬件成
出
+件
系
片微型算机 是指集成在一个芯片上的微型算机，
称片机 —— 片机. 上就是一个 芯片
8
片机内部构示意
T
INT
定 器/ 数 器
中断系
并
CPU
串
P0-P3
行
行
TxD
I/
I/
RxD
O
O
口
存 器
口
.
9
示器 主机
鼠
ห้องสมุดไป่ตู้
.
5
微型算机硬件构 —— 内部构
入 入接 口
路
CPU
运算器 控制器
存 器 硬件系统
出 接出 口 路
CPU (Central Processing Unit)
.
6
微型算机系
入 入接 口
路
微型算机系
CPU
运算器 控制器
存 器 硬件系统
+5V
START：MOV P1,#00H
ACALL DELAY
ALE
MOV P1,#0FFH ACALL DELAY SJMP START DELAY: MOV R3,#0FFH DEL2: MOV R4,#0FFH DEL1: NOP
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显示器
主机
鼠标
键盘
.
5
微型计算机硬件结构 —— 内部结构
输 输入 入接 设口 备电
路
CPU
运算器 控制器
存储器 硬件系统
输 出输 接出 口设 电备 路
CPU (Central Processing Unit)
.
6
微型计算机系统
输 输入 入接 设口 备电
路
微型计算机系统
CPU
运算器 控制器
存储器 硬件系统
RST RXD/ P3. 0 TXD/ P3.1 INT0/ P3.2 INT1/ P3.3
T0/ P3.4 T1/ P3.5 WR/ P3.6 RD/ P3.7
XTAL2 XTAL1
VSS
1
40
2
39
3
38
4 5
8031
37 36
6
35
7 8051 34
8
33
9 10
8751
32 31
11
30
12 89C51 29
输
软
出
设
+件
备 系
统
单片微型计算机是指集成在一个芯片上的微型计算机，
简称单片机 —— 单片机实. 质上就是一个芯片
8
单片机内部结构示意图
T
INT
定时器/计数器
中断系 统
并
P0-P3
行
CPU
串 行
TxD
I/
I/
RxD
O
O
口
存储 器
口
.
9
单片机应用系统
单片机应用系统
单
接口
片 机
＋
电路 及外
设等
＋
软 件
6. 串行口：一个全双工串行口。
7. 中断控制系统：5个中断源（外中断2个，定时/计数中断2 个，串行中断1个）
8. 时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHZ和
12MHZ
.
15
2、MCS-51单片机信号引脚简介
P1. 0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
1. 中央处理器CPU：8位，运算和控制功能
2. 内部RAM：共256个RAM单元，用户使用前128个单元，用 于存放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。
3. 内部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表 格。
4. 定时/计数器：两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功 能。
5. 并行I/O口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。
.
13
三、MCS-51单片机硬件结构
时钟电路
T0 T1
ROM
RAM 定时计数器
CPU
并行接口 串行接口
中断系统
P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1
结构框图
.
• 并行I/O口：4个
• 8中位央的I处/O理口P器0、 PC1P、UP：2、8P位3。，
••
•
•
串双时内4用运功中5K个行工钟部于断算能B中口串电存R掩控和断O：行路放膜制M源控一口：程R系：（O个。制可序统M外全、：，
输
出输
软
接出
口 设 +件
电备
路
系
统
硬 件 系 统 —— 构 成 微 机 的实体和装置
软件系统——微机系统所 使用的各种程序的总称
软件系统与硬件系统共同 构成实用的微机系统，两
者是相辅相成、缺一不可
的。
.
7
2、单片微型计算机
输
输
入
入
接
设
口
备
设
备
微型计算机系统
CPU
运算器
输 出
控制器
接 口
设
备
存储器
硬件系统
体积小，重量轻 电源单一，功耗低 功能强，价格低 运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高
可以嵌入到电子产品中——嵌入式应用系统
.
11
2. 单片机应用
电讯方面
工业方面
汽车方面 仪表方面
民用方面
.
数据处理方面
12
3. 单片机种类
◆单片机的发展经历了由4位机到8位机,再到16 位机的发展过程
◆目前8位单片机仍是单片机的主流机型；
硬件
单片机应用系统:由硬件系统和软 件系统组成
硬件是应用系统的基础
软件是在硬件的基础上对其资源 进行合理调配和使用，从而完成 应用系统所要求的任务，二者相 互依赖，缺一不可
注：本课程的重点 1.掌握单片机应用系统硬件原理的分析方法。
2.掌握软件设计.与调试的基本技能。
10
二、单片机的特点及应用
1. 单片机的特点
+5V
START：MOV P1,#00H
ACALL DELAY
ALE
MOV P1,#0FFH ACALL DELAY SJMP START DELAY: MOV R3,#0FFH DEL2: MOV R4,#0FFH DEL1: NOP
P1. 0 01 P1. 1 01 P1. 2 01 P1. 3 01 P1. 4 01
◆生产厂商：
美国微芯片公司:PIC16C××系列、PIC17C××系列、PIC1400系列， 美国英特尔公司的MCS-48和MCS-51系列， 美国摩托罗拉公司的MC68HC05系列和MC68HC11系列， 美国齐洛格公司的Z8系列， 日本电气公司的μPD78××系列， 美国莫斯特克公司和仙童公司合作生产的F8（3870）系列等。
P1. 5 01
P1. 6 01 P1. 7 01
DJNZ R4,DEL1 DJNZ R3,DEL2 RET
WR
单片机到底是如何实现 RD 这些动作？它里面有些
什么呢？
END
.
3
一、什么是单片机
1、微型计算机硬件结构 ——常见的微机外形台式微机ຫໍສະໝຸດ 立式微机.便携式微机
4
微型计算机硬件结构 ——微机硬件组成
13
28
14
27
15
26
16
25
17
24
18
24
19
22
20
21
VCC P0. 0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA ALE PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0
1、电源线：VCC(+5V)、VSS(地) 2、振荡电路：XTAL1、XTAL2 3、复位引脚：RST 4、并行口：P0、P1、P2、P3 5、EA：访问程序存储控制信号 6、PSEN：外部ROM读选通信号 7、ALE：地址锁存控制信号
• •
产序振1原格部时个个定两时现功内2元前用写25生列频始。中/，）时个/定能M部于数16计计2个H时，率数断串时。/1用存据R8数数计6Z个RA钟允6据行2或户放，位中器数AMM个单脉许和中计使可后的M断，器H：，元冲晶表断数单Z用读定2实：共定和，1
128个单元被
专用寄存器占
用。
14
1、8051单片机的基本组成
第
Single Chip Microcomputer
章
本章内容
单
什么是单片机？
片
单片机硬件结构
机
硬
单片机特点及应用
件
系
统
.
1
实训1 信号灯的控制1
1．实训目的
(1) 了解单片机应用系统的基本组成。 (2) 通过最简应用系统实例了解单片机的基本工作过程。
2．实验电路
.
2
3．实训程序
ORG 0000H