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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AT__C51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ALUACC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AT__C51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AT__C51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
2.内部结构主要部件
(1)1个以ALU为中心的8位__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http://baike.baidu.com/view/
1223079.htm\t_blank,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00H~7FH
(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80H~FFH中
(4)程序计数器PC,是物理上__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(P
0、P
1、P
2、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ROMALU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MOVA#30H;机器代码分别为
(7430)ADDAP1;
(2590)MOVP0A;(F580)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AT__C51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)Vss20接地端
(2)Vcc40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)XTAL119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__
(2)XTAL218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)RST9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)/PSEN29外ROM读选通__PSEN有效__作为外部ROM芯片输出允许OE的选通__在读内部ROM或RAM时,PSEN无效
(4)/EA/Vpp31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.P0~P34个8位输入/输出口,一共32条引脚注解P
3.0和P
3.1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__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__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AT__C51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47pF,(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AT__C51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__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1P1__有效;后半周期,节拍2P2__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S
1、S
2、S
3、S
4、S
5、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)AT__C51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1/12μs、1/6μs、1μs、1μs、2μs、4μs5.ALE__是“地址锁存允许”__当访问外部存储器时,ALE__哟过来锁存P0口送出的低8位图2-1AT__C51单片机内部结构框图。