单片机的基本结构

大学前两年半我们学习了基础课，本学期主要学习专业课，通过一个礼拜来对《单片机原理及接口技术》课本的预习，我个人感觉该门课程是应用性、实践性很强的一门课。不仅需要掌握AT89C51单片机的结构、工作原理、接口技术、应用，程序设计、中断、定时器、计时器等。而且要通过实践环节学习，学会单片机的串行扩展技术、程序的编译调试以及整个设计系统的调试。

第一章只要是对单片机的概述，单片机主要有以下特点：（1）片内存储容量越来越大。（2）抗干扰性好，可靠性高。（3）芯片引线齐全，容易扩展。（4）运行速度高，控制功能强。（5）单片机内部的数据信息保存时间很长，有的芯片可以达到100年以上。单片机应用比较广泛，可以应用在工业、仪器仪表、消费类电子产品、通信、武装设备、各终端及外部设备控制、汽车电子设备、多机分布式系统等。

第二章是AT89C51单片机片内硬件结构，AT89C51单片机在片内集成了以下主要逻辑功能部件：CPU(中央处理器):8位、片内RAM:128B、特殊功能寄存器:21个、程序存储器:4KB、并行I/O口:8位，4个、串行接口:全双工，1个、定时器/计数器:16位，2个以及内时钟电路:1个。其中当EA端接高电平时，CPU只访问片内并执行内部程序，存储器。EA端接低电平时，CPU只访问外部ROM，并执行片外程序存储器中的指令。EA端保持高电平时，CPU执行内部存储器中的指令。AT89C51单片机有4个双向的8位并行I/O端p0、p1、p2、p3,其中p0可用作地址/数据总线，此时仅从外部存储器（或外部I/O）读入信息，对应的控制号为0，MUX接通锁存器的Q端口。也可用作通用I/O，此时有两种读入方式：读锁存和读引脚。P1只能作为通用的I/O口使用，p2口既可作通用I/O，也可作地址总线。P3口可用作第二输入/输出功能，也可用作第一功能，即通用I/O端口。单片机复位方法有:上电自动复位、按键电平复位和外部脉冲三种方式，复位后机器的初始状态,即各寄存器的状态:PC之外,复位操作还对其他一些特殊功能寄存器有影响，一般开机复位后都是选择第一组通用工作寄存器作为工作寄存器的，一共有4组，分别为0.1.2.3连续位于00h到1FH地址，然后在机器中有个程序状态字PSW，它的第四和第三位RS1，RS0是用来选择工作寄存器组的，可能不同机器地址稍有不同。

单片机的基本结构

在学习单片机的内部结构之前，我们先了解下我们现在正在使用的计算机的几大组成部从份：

计算机的五个组成部份：

运算器：用于实现算术和逻辑运算。计算机的运算和处理都在这里进行；

控制器：是计算机的控制指挥部件，使计算机各部份能自动协调的工作；

存储器：用于存放程序和数据；（又分为内存储器和外存储器，内存储器就如我们电脑的硬盘，外存储器就如我们的U盘）

输入设备：用于将程序和数据输入到计算机（例如我们电脑的键盘、扫描仪）；

输出设备：输出设备用于把计算机数据计算或加工的结果以用户需要的形式显示或保存（例如我们的打印机）。

注：1、通常把运算器和控制器合在一起称为中央处理器（Central Processing Unit）,简称CPU。

2、通常把外存储器、输入设备和输出设备合在一起称之为计算机的外部设备。

典型系列单片机是由下图所示的器件组成的：

1 中央处理器（CPU）：

刚跟大家讲过，需要提醒的是MCS-51的CPU能处理8位二进制数或代码；

2 内部数据存储器（RAM）：

8051芯片共有256个RAM单元，其中后128单元被专用寄存器占用（稍后我们详解），能作为寄存器供用户使用的只是前128单元，用于存放可读写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是指前128单元，简称内部RAM。地址范围为00H~FFH（256B）。是一个多用多功能数据存储器，有数据存储、通用工作寄存器、堆栈、位地址等空间。

3 内部程序存储器（ROM）：

在前面也已讲过，8051内部有4KB的ROM，用于存放程序、原始数据或表格。因此称之为程序存储器，简称内部RAM。地址范围为0000H~FFFFH（64KB）。

4 定时器/计数器

8051共有2个16位的定时器/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。定时时靠内部分频时钟频率计数实现，做计数器时，对P3.4（T0）或P3.5（T1）端口的低电平脉冲计数。

《单片机原理与应用》电子教案

一、课程概述

本节课将介绍单片机的基本原理和应用。主要包括单片机的基本结构和工作原理、单片机的编程和调试方法、以及单片机的应用领域等内容。通过本节课的学习，学生将掌握单片机的基本原理和应用技巧。

二、教学目标

1.了解单片机的基本结构和工作原理。

2.掌握单片机的编程和调试方法。

3.熟悉单片机的应用领域和相关技术。

三、教学内容

1.单片机的基本结构和工作原理

1.1单片机的组成部分：中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O)等。

1.2单片机的工作原理：时钟信号、指令执行、存储器访问等。

2.单片机的编程和调试方法

2.1编程语言：汇编语言、高级语言(C、C++)等。

2.2编程开发环境：编译器、集成开发环境等。

2.3调试工具：仿真器、调试器等。

3.单片机的应用领域和相关技术 3.1嵌入式系统：定义、特点、应用领域等。

3.2单片机在工业控制、通信、家电等领域的应用。

3.3单片机的相关技术：串口通信、并行通信、中断技术等。

四、教学方法

1.理论讲解：通过讲解PPT和示意图，介绍单片机的基本原理和应用。

2.实例演示：通过实际案例，演示单片机的编程和调试方法。

3.实验操作：设计一系列的实验，让学生亲自操作单片机进行编程和调试。

五、教学评估

1.课堂练习：布置一些课后习题，让学生进行自主学习。

2.实验报告：要求学生编写实验报告，总结实验过程和结果。

3.课程作业：布置一些小项目，要求学生利用单片机完成一定的任务。

六、教学资源

1.教材：《单片机原理与应用》。

2.PPT和示意图：包括单片机的基本原理和应用案例。

3.实验装置：提供一套单片机实验装置，供学生进行编程和调试实验。

七、教学进度安排

第一课时：介绍单片机的基本结构和工作原理。

第二课时：讲解单片机的编程和调试方法。 第三课时：介绍单片机的应用领域和相关技术。

第四课时：进行实验操作和评估。

1 单片机原理及应用考试复习知识点

第1章 计算机基础知识

考试知识点：

1、各种进制之间的转换

（1）各种进制转换为十进制数

方法：各位按权展开相加即可。

（2）十进制数转换为各种进制

方法：整数部分采用“除基取余法”，小数部分采用“乘基取整法”。

（3）二进制数与十六进制数之间的相互转换

方法：每四位二进制转换为一位十六进制数。

2、带符号数的三种表示方法

（1）原码：机器数的原始表示，最高位为符号位（0‘+’1‘-’），其余各位为数值位。

（2）反码：正数的反码与原码相同。负数的反码把原码的最高位不变，其余各位求反。

（3）补码：正数的补码与原码相同。负数的补码为反码加1。

原码、反码的表示范围：-127～+127，补码的表示范围：-128～+127。

3、计算机中使用的编码

（1）BCD码：每4位二进制数对应1位十进制数。

（2）ASCII码：7位二进制数表示字符。0～9的ASCII码30H～39H，A的ASCII码41H，a的ASCII码61H。

第2章 80C51单片机的硬件结构

考试知识点：

1、80C51单片机的内部逻辑结构

单片机是把CPU、存储器、输入输出接口、定时/计数器和时钟电路集成到一块芯片上的微型计算机，主要由以下几个部分组成。

（1）中央处理器CPU

包括运算器和控制器。

运算电路以ALU为核心，完成算术运算和逻辑运算，运算结果存放于ACC中，运算结果的特征存放于PSW中。

控制电路是单片机的指挥控制部件，保证单片机各部分能自动而协调地工作。程序计数器PC是一个16位寄存器，PC的内容为将要执行的下一条指令地址，具有自动加1功能，以实现程序的顺序执行。

（2）存储器

分类：

随机存取存储器RAM：能读能写，信息在关机后消失。可分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两种。

只读存储器：信息在关机后不会消失。

掩膜ROM：信息在出厂时由厂家一次性写入。