《片机的硬件结构》课件

片机的硬件结构欢迎来到《片机的硬件结构》课程本课程将深入探讨单片机的内部构造和工作原理，帮助您全面理解这种微型计算机的核心技术课程目标理解单片机基本结构熟悉8051单片机掌握CPU、存储器和I/O接口深入学习8051单片机的内部等核心组件的功能和工作原结构、寄存器组和特殊功能理寄存器掌握外围电路设计了解应用领域学会设计和使用定时器、中探索单片机在各行业中的广断系统、串行通信和AD/DA泛应用，激发创新思维转换器什么是单片机定义特点单片机是一种集成度很高的微型计算机芯片，将CPU、存储体积小、功耗低、可靠性高、成本低、应用灵活适用于各器、定时/计数器、中断系统、I/O接口等功能集成在一个芯种嵌入式系统和智能控制设备片上单片机的发展历程1971年1英特尔推出世界上第一款单片机40041980年2英特尔发布8051单片机，成为经典架构1990年代3ARM架构单片机兴起，低功耗高性能21世纪4物联网时代，单片机向更小型化、智能化发展单片机的基本结构中央处理器CPU存储器控制单元和算术逻辑单元，负包括程序存储器ROM和数据责指令执行和数据处理存储器RAM，存储程序和数据I/O接口特殊功能模块实现单片机与外部设备的数据如定时器、中断系统、串行通交换和控制信接口等，扩展功能的构成CPU控制单元算术逻辑单元ALU负责指令的译码和执行，控制各个执行各种算术和逻辑运算，处理数部件的工作据寄存器组存储临时数据和中间结果，加快数据处理速度指令系统CPU数据传送指令实现寄存器、存储器、I/O端口之间的数据移动算术运算指令执行加、减、乘、除等基本算术运算逻辑运算指令执行与、或、非、异或等逻辑操作控制转移指令实现程序的跳转、循环和子程序调用存储器结构程序存储器数据存储器ROM RAM存储程序代码和常量数据通常为非易失性存储器，如Flash存储程序运行时的变量和临时数据易失性存储器，掉电后或EEPROM数据丢失和的特点ROM RAM特点特点ROM RAM非易失性、只读、容量较大、访问速度较慢易失性、读写速度快、容量较小、功耗较高应用应用ROM RAM存储操作系统、固件和应用程序存储运行时数据、堆栈和缓冲区端口的功能I/O输入功能输出功能接收外部设备的信号和数据向外部设备发送控制信号和数据双向数据传输特殊功能根据需要切换输入输出模式如模拟输入、PWM输出等中断系统中断源外部中断、定时器中断、串口中断等中断请求向CPU发送中断信号中断响应CPU暂停当前任务，保存现场中断服务执行相应的中断服务程序中断返回恢复现场，继续执行原任务定时计数器/定时器功能计数器功能产生精确的时间延迟和周期性中断，用于时间测量和控制统计外部事件的发生次数，用于频率测量和脉冲计数转换器AD/DAADC（模数转换器）DAC（数模转换器）将模拟信号转换为数字信号，用于采集传感器数据将数字信号转换为模拟信号，用于控制模拟设备分辨率采样率ADC/DAC的位数，决定转换精度每秒钟采样或输出的次数，影响信号还原质量串行通信接口UART SPI通用异步收发器，实现全双工通信串行外设接口，高速同步通信I2C两线制串行总线，多设备通信集成电路引脚说明电源引脚I/O引脚VCC（供电）和GND（接地用于输入输出的通用端口）特殊功能引脚通信接口引脚如复位、晶振、中断等用于串行通信的专用引脚单片机引脚8051端口引脚控制引脚P0-P3四个8位双向I/O口，可用作通用I/O或特殊功能RST（复位）、ALE（地址锁存）、PSEN（程序存储器使能）等单片机的内部结构8051CPU核心18位CPU，执行指令和数据处理存储器24KB ROM，128B RAMI/O接口34个8位并行I/O口定时器42个16位定时器/计数器中断系统55个中断源，2级优先级单片机的寄存器组8051累加器寄存器A B主要用于算术逻辑运算和数辅助累加器，用于乘除运算据传送程序计数器堆栈指针PC SP指向下一条要执行的指令地指向当前堆栈顶部址特殊功能寄存器PSW TCON程序状态字，包含各种标志位定时器控制寄存器SCON IE串行通信控制寄存器中断使能寄存器单片机的工作模式8051正常工作模式空闲模式CPU全速运行，执行指令CPU停止工作，外设继续运行掉电模式仅保留RAM数据，功耗最低内存映射程序存储器数据存储器0000H-0FFFH为片内ROM，可扩展至64KB00H-7FH为片内RAM，可扩展至64KB特殊功能寄存器位于80H-FFH口的使用I/O配置I/O方向通过特殊功能寄存器设置输入或输出模式读取输入从相应的端口寄存器读取数据输出数据向端口寄存器写入数据即可输出位操作可对单个位进行读写操作定时器计数器的使用/选择工作模式设置初值12通过TMOD寄存器设置16位将初始计数值写入TH0/TL0/13位定时器或计数器模式或TH1/TL1寄存器启动定时器中断处理34通过TCON寄存器的TR0或设置中断使能，编写中断服TR1位启动务程序中断系统的使用设置中断向量1为每个中断源编写中断服务程序配置中断优先级2通过IP寄存器设置优先级使能中断3通过IE寄存器使能相应的中断源开启全局中断4设置EA位为1，允许中断串行通信的使用配置波特率选择工作模式通过定时器1或专用波特率发通过SCON寄存器设置同步/异生器设置步模式数据发送数据接收将数据写入SBUF寄存器自动通过中断或查询方式读取发送SBUF中的数据和的使用ADC DAC使用步骤使用步骤ADC DAC•选择转换通道•初始化DAC•启动转换•写入数字量•等待转换完成•触发转换•读取转换结果•输出模拟量单片机外围电路设计晶振电路复位电路提供系统时钟，通常使用石英晶体确保单片机正确启动和复位存储器扩展接口电路根据需要扩展外部ROM和RAM与外部设备连接的驱动和保护电路单片机的应用领域总结与展望技术进步应用拓展单片机朝着更高集成度、更低功耗方向发展物联网和人工智能将带来更多创新应用学习建议未来展望掌握硬件基础，结合软件编程，开发实际项目单片机将在智能化和自动化领域扮演更重要角色。