单片机硬件结构与原理——技能实训（课件）-《单片机技术与应用》(高教版第二版) 同步精品课堂

单片机技术与应用 -第10课时- 高教版第二版 单片机硬件结构与原理——技能实训 教学目标 熟悉单片机内部结构和各部分功能 掌握 MCS - 51 系列单片机最小系统的组成和工作原理 理解单片机存储器的分类和特点 教学重难点 单片机内部结构各部分的作用 单片机最小系统的复位电路、晶振电路设计和相关参数选择 复位电路和晶振电路参数对单片机工作的影响 让我们一起开启单片机的学习之旅。 导入新课 大家在学习了 MCS - 51 系列单片机的理论知识后，接下来我们进入技能实训环节。 视频中提到单片机的最小系统由哪些组件构成？ 单片机最小系统是如何构成并工作的？ 让我们一起开启单片机的学习之旅。 新知讲授 什么是最小系统？ 单片机最小系统也称为单片机最小应用系统，是指使用最少的原件组成单片机可以工作的系统。 单片机的最小系统 MCS - 51 系列单片机最小系统包括单片机、晶振电路、复位电路和电源电路。 技能实训 -单片机最小系统工作电路 新知讲授 单片机最小系统工作电路 - 电源 任何电子设备都需要供电，目前主流单片机的电源分别为5V和3.3V这两个标准。 电源工作电路 图中使用USB口输出的5V直流直接供电的。从图中可以看出，供电电路在40引脚和20引脚的位置上，40引脚接的是+5V，通常也称为VCC或VDD，代表电源正极，20引脚接GND，代表电源负极。 技能实训 -单片机最小系统工作电路 新知讲授 单片机最小系统工作电路 - 复位电路 复位电路由电容串联电阻构成，上电时 RST 脚出现高电平，高电平持续时间由 RC 值决定，要保证 RST 脚产生不少于 2 个机器周期的高电平。 单片机的外部复位电路 单片机的外部复位电路有上电自动复位和按键手动复位两种。 技能实训 -单片机最小系统工作电路 新知讲授 单片机最小系统工作电路 - 晶振电路 晶振电路起到的作用是为单片机系统提供基准时钟信号，类似于部队训练喊口号的人，单片机内部所有的工作都是以这个时钟信号为步调基准来进行工作的，可以说晶振就是单片机的“心脏”。 单片机的晶振电路 典型晶振取值为 11.0592 MHz（用于串口通信）/12 MHz（方便定时操作）。晶振电容一般取值 15 - 33pF，电容离晶振、晶振离单片机越近越好。 技能实训 -单片机最小系统工作电路 新知讲授 单片机最小系统工作电路 - 几点说明 ① 31 脚接高电平，复位后从内部 ROM 的 0000H 开始执行；接低电平，从外部 ROM 的 0000H 开始执行。 ② 复位电路电容值可改变，电容值越大复位时间越短。 ③ 最小系统晶振频率影响处理速度，频率越大速度越快。 ④ P0 口作输出口需加上拉电阻，阻值一般为 10kΩ。 技能实训 -单片机最小系统工作电路 新知讲授 单片机内部结构 单片机内部有 8 位 CPU、4KB 的 ROM、128B 的 RAM（用户可用区）、2 个 16 位定时器 / 计数器（T0、T1）、4 个 8 位双向并行 I/O 口（P0 - P3）、1 个可编程全双工串行口、5 个中断源、1 个时钟电路、3 条总线（地址、数据、控制总线）。 技能实训 -单片机最小系统工作电路 新知讲授 单片机存储器 - 总体分类 单片机存储器有数据存储器（RAM）和程序存储器（ROM），每种又有内外之分，包括内部数据存储器、外部数据存储器、内部程序存储器和外部程序存储器。 技能实训 -单片机最小系统工作电路 新知讲授 单片机内部数据存储器 内部数据存储器共 256B，地址范围 00H - FFH，分为低 128B（用户可用区）和高 128B（特殊功能寄存器）。 技能实训 -单片机最小系统工作电路 内部数据存储器 - 低 128B 低 128B 地址范围 00H - 7FH，分为： ① 通用寄存器区（00H - 1FH，32B，4 组工作寄存器，每组 8 个 R0 - R7）。 ② 位寻址区（20H - 2FH，16B，可位寻址，128 位，位地址 00H - 7FH）。 ③ 用户区（30H - 7FH，80B，只能字节寻址）。 新知讲授 技能实训 -单片机最小系统工作电路 内部数据存储器 - 高 128B 高 128B 地址范围 80H - FFH，为 21 个特殊功能寄存器（SFR），常用的有： ① 累加器 A（ACC）：8 位，使用频繁。 ② 程序状态字（PSW）：8 位，可位寻址。 ③ 堆栈指针（SP）：8 位，指向堆栈栈顶。 ④ 数据指针（DPTR）：16 位，由 DPH 和 DPL 构成。 新知讲授 单片机存储器 - 内部程序存储器 内部程序存储器有 4KB，地址范围 0000H - 0FFFH，有 5 个中断入口地址： 技能实训 -单片机最小系统工作电路 ①外部中断 0 入口地址：0003H。 ②定时器 T0 入口地址：000BH。 ③外部中断 1 入口地址：0013H。 ④定时器 T1 入口地址：001BH。 ⑤串行口中断入口地址：0023H。 当 EA = 0，访问外部程序存储器； EA = 1，访问内部程序存储器。 新知讲授 并行 I/O 接口 - 总体概述 MCS - 51 系列单片机有 4 个 8 位双向并行 I/O 接口（P0 - P3），各有不同功能和使用特点。 技能实训 -单片机最小系统工作电路 ① P0 口：通用 I/O 口；外接存储器时，作低 8 位地址和 8 位双向数据总线，作 I/O 口需外接上拉电阻。 ② P1 口：专用 8 位准双向 I/O 口，只有通用输入 / 输出功能。 ③ P2 口：8 位准双向 I/O 口，作通用 I/O 口或扩展系统的高 8 位地址，与 P0 口组成 16 位地址总线。 ④ P3 口：8 位准双向口，有通用 I/O 口功能和第二功能，是唯一双功能口。 新知讲授 并行 I/O 接口 - 带负载能力 P0 口带负载能力最强，每一位可驱动 8 个 TTL 门； P1 - P3 口可驱动 4 个 TTL 门电路。 技能实训 -单片机最小系统工作电路 单片机中的时序电路 单片机的时序包括振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期。 1 个机器周期 = 6 个状态周期 = 12 个振荡周期。 不同晶振频率对应不同机器周期，如 fosc = 6MHz，机器周期 = 2μs；fosc = 12MHz，机器周期 = 1μs。 新知讲授 单片机中的指令周期 指令的运算速度与指令所包含的机器周期数有关，执行指令的机器周期数越少，指令执行得越快。 技能实训 -单片机最小系统工作电路 新知讲授 单片机中的复位电路 单片机复位引脚为第 9 脚（RST），实现复位需在 RST 端保持 2 个机器周期以上高电平。 技能实训 -单片机最小系统工作电路 单片机中的复位方式 复位方式有上电复位和按键复位。 复位后，PC = 0000H，SP = 07H，ACC = 00H，PSW = 00H，P0 - P3 = 0FFH。 随堂检测1 单片机最小系统中复位电路的作用是什么？ 答案：复位电路可使单片机可靠复位，上电时让 RST 脚出现高电平，保证产生不少于 2 个机器周期的高电平，使单片机进入初始化状态。 内部数据存储器的低 128B 分为哪几个区域？ 答案：分为通用寄存器区（00H - 1FH）、位寻址区（20H - 2FH）和用户区（30H - 7FH）。 练一练 随堂检测2 P0 口作为通用 I/O 口使用时需要注意什么？ 答案：P0 口作为通用 I/O 口使用时，必须外接上拉电阻，阻值一般为 10kΩ。 练一练 简述单片机复位后 PC 和 SP 的值。 答案：复位后 PC = 0000H，SP = 07H。 随堂检测3 晶振频率为 12MHz 时，机器周期是多少？ 答案：机器周期 = 1μs。因为 1 个机器周期 = 12 个振荡周期，晶振频率 fosc = 12MHz，振荡周期为 1/12μs，所以机器周期为 1μs。 练一练 P3 口的第二功能有什么特点？ 答案：P3 口是 4 个并口中唯一的双功能口，每位具有新的功能，如 P3.0 为 RXD（串行输入口）等。 随堂检测4 简述 MCS - 51 系列单片机最小系统的组成部分及各部分作用。 答案：MCS - 51 系列单片机最小系统一般包括单片机、晶振电路、复位电路和电源电路，各部分作用如下： ①　单片机：是系统的核心，完成各种运算和控制功能。 ②　晶振电路：为单片机提供时钟信号，典型的晶振取值为 11.0592MHz（可准确得到 9600 波特率和 19200 波特率，用于串口通信）/12MHz（产生精确的微秒级时隙，方便定时操作）。 ③　复位电路：由电容串联电阻构成，当系统上电，RST 脚将会出现高电平，高电平持续的时间由电路的 RC 值来决定，适当选取 RC 的取值可保证单片机可靠复位，要让 RST 脚上产生不少于 2 个机器周期的高电平。 ④　电源电路：为单片机提供工作所需的电源。 练一练 师生互动 1 假设要设计一个基于 MCS - 51 系列单片机的智能门禁系统，需要采集刷卡信息、控制门锁开关和与上位机通信。请各小组讨论：如何构建单片机最小系统，如何合理分配内部存储器和 I/O 接口，以及如何考虑时序和复位问题。 课题小结 1. 单片机最小系统工作电路 单片机硬件结构与原理——技能实训 2. 单片机存储器 总体分类 内部数据存储器 5 个中断入口地址 复位电路 晶振电路 几点说明 各接口特点 带负载能力 3. 并行 I/O 接口 4. 单片机中的时序和复位电路 谢谢观看 THANKS Lavf58.46.101 $