单片机系统设计部分

一、什么是单片机？ 二、单片机原理与特点 三、单片机最小系统

四、单片机开发环境

五、单片机在智能玩具电路设计中应用举例

3.3 单片机系统设计

单片机系统设计部分

1 、微型计算机及微型计算机系统

▲ 微型计算机常见的外形

立 式 微 机 便 携 式 微 机台 式 微 机

一、什么是单片机？

单片机系统设计部分

▲ 微型计算机系统 ---- 硬件系统和软件系统两大部分组成

微型计算机的硬件结构 ---- 微机硬件组成

单片机系统设计部分

输入设备

输出设备

输入接口电路

输出接口电路

运 算 器控 制 器

存 储 器

硬件系统

CPU

微型计算机的硬件结构 ---- 内部结构

单片机系统设计部分

输入设备

输出设备

输入接口电路

输出接口电路

运 算 器控 制 器

存 储 器

硬件系统

CPU

微型计算机的硬件结构 ---- 内部结构

单片机系统设计部分

微型计算机系统

输入设备

输出设备

输入接口电路

输出接口电路

运 算 器控 制 器

存 储 器

硬件系统

CPU

+

软

件

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。

硬件系统和软件系统共同构成实用的微机系统，两者是相捕相成、缺一不可的。

单片机系统设计部分

微型计算机系统

输入设备

输出设备

输入接口电路

输出接口电路

运 算 器控 制 器

存 储 器

硬件系统

+

软

件

系

统

单片微型计算机是指集成在一个芯片上就构成了微型计算机、简称为单片机。 ---- 单片机实质上就是一个芯片。

2 、单片微型计算机

单片机系统设计部分

单片机内部结构示意图

单片机系统设计部分

3 、单片机应用系统及组成 单片机应用系统由硬件和软件组成

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。

这部分的重点 :1). 掌握单片机应用系统硬件原理的分析方法。2). 掌握相关智能玩具电路的硬件和软件设计与调试的基本技能。

+软

件

单片机

+

接口电路及外设等

硬 件

我们有了微型计算机以后，是否要安装什

么 ?

单片机系统设计部分

1 、单片机结构中央处理器CPU ： 8 位，运算和控制功能

内部 ROM:4KB 掩膜ROM ，用于存放程序、原始数据和表格内部 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。

定时 / 计数器：两个 16位的定时 /计数器，实现定时或计数功能。

并行 I/O 口：4 个 8 位的I/O 口P0 、 P1 、P2 、 P3 。

串行口：一个全双工串行口。

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）

时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率 6MHZ和 12MHZ 。

单片机系统设计部分

2 、 MCS-51 单片机信号引脚简介 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. : 访向程序存储控制信号

6. : 外部 ROM 读选通信号

7.ALE: 地址锁存控制信号

P3 口具有第二功能

EA

PSEN

Vss

Vcc

XTAL1XTAL2

RST

P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7

P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7

P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7

P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0

EAALE

PSEN

RXD /TXD /INT0 /INT1 /T0 /T1 /WR /RD /

123456789

1011121314151617181920

4039383736353433323130292827262524242221

8031

8051

8751

89C51

单片机系统设计部分

Vss

Vcc

XTAL1XTAL2

SRT

P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7

P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7

P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7

P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0

EAALE

PSEN

RXD /TXD /INT0 /INT1 /T0 /T1 /WR /RD /

123456789

1011121314151617181920

4039383736353433323130292827262524242221

8031

8051

8751

89C51

P3.0 和 P3.1 可以作为一般的输入输出一个I/O 口的端子，同时它还具备串行通讯的两条线

P3.2 、 P3.3 同样作为 I/O 口的控制端子之外，还可以作为外部中断的输入请求信号

P3.4 、 P3.5 可从作为定时计数器对外部事件进行计数的输入端子

P3.6 、 P3.7 可作为单片机与外部的数据存储器进行数据传输时的选通控制信号

单片机系统设计部分

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。 单片机的外型 : 有双列直插式，贴片式或嵌入式。

3 、单片机的特点 那么单片机能不能替代微型计算机呢 ?

单片机系统设计部分

VCC

VSS

XTAL2XTAL1

RST

P0. 0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7

P1. 0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7

P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0

ALEP3. 0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7

EA

PSEN

123456789

1011121314151617181920

4039383736353433323130292827262524242221

8031

8051

8751

89C51

（ 1 ）特点：

★4 个 8 位并行 I/O 口： P0 、 P1 、 P2 、 P3 ：★ 均可作为双向 I/O 端口使用

★P0 ：访问片外扩展存储器时， 复用为低 8 位地址线和数据线

★P2 ：高 8 位地址线

★P1 ：双向 I/O 端口

★P3 ：第二功能

4 、并行 I/O 电路结构

单片机系统设计部分

（ 2 ）输出举例指令 1 ： MOV P1,#00H

指令 2 ： MOV P1,#0FFH

指令 3 ： MOV P1,#0AAH

指令 4 ： CLR P1.0

指令 5 ： SETB P1.0

+5V

ALE

P1.0

P1.1

P1.2

P1.3

P1.4

P1.5

P1.6

P1.7

RD

WR

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

单片机系统设计部分

（ 3 ）输入举倒

ALE

P3.0

P3.1

P3.2

P3.3

P3.4

P3.5

P3.6

P3.7

RD

WR

89C51

累加器 A

× × × × × × × ×1 1 1 1 1 1 1 1

读端口： MOV P3 ， #11111111B MOV A ， P3

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

注：当 I/O 端口作为输入使用时，需先向端口写入“ 1” 、使内部FET截止，再读入引脚的状态。

单片机系统设计部分

ALE

P1.0

P1.1

P1.2

P1.3

P1.4

P1.5

P1.6

P1.7

RD

WR

累加器 A

1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 0 1 1 1 1

读端口： MOV P3 ， #11111111B MOV A ， P3

+5V 4.7KΩ

单片机系统设计部分

ALE

P1.0

P1.1

P1.2

P1.3

P1.4

P1.5

P1.6

P1.7

RD

WR

累 加 器 A

1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1

读端口： MOV P3 ， #11111111B MOV A ， P3

+5V 4.7KΩ

单片机系统设计部分

8031

8051

8751

89C51

1 、存储器

片内ROM

片内RAM

4K

256B （字节）

RAM6264

RAM6264

64K

EROM2764

EROM2764

64K

三、 MCS-51 系列单片机最小系统

单片机系统设计部分

2 、时钟电路与复位电路（ 1 ）时钟振荡电路

C1

30pF

C2

30pF

XTAL1

XTAL2

MCS-51

GND

I

至内部时钟电路

晶振

单片机系统设计部分

(2) 复位电路

单片机复位条件：必须使 RST 引脚持续 2 微秒高电平（外部时钟） 12MHZ

MCS-51

Vcc

RESET

Vss

Vcc

22uf

1k

MCS-51

Vcc

RESET

Vss

Vcc

22uf

1k

220

单片机系统设计部分

四、单片机开发环境

仿真软件 Proteus

单片机开发工具 Keil软件

+

单片机系统设计部分

VccP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.O

T2/P1.0T2EX/P1.1

P1.2P1.3P1.4

MOSI/P1.5MSO/P1.6SCK/P1.7

RSTRXD/P3.0TXD/P3.1INT0/3.2

INT1/P3.3T0/P3.4T1/P3.5

P3.6P3.7

XTAL2XTAL1

GND

5V 5V

10uF

470

30p 30p

10k

12MHz

LED

五、单片机在智能玩具电路设计中应用举例

单片机系统设计部分

1 、完成一个流水灯的程序设计 , 并结合 Proteus软件 , 实现实验结果的仿真。

7

12

45

3

6

8

1 2 3 4 5 6 7 8

R2220

XTAL218

XTAL119

ALE30

EA31

PSEN29

RST9

P0.0/AD039

P0.1/AD138

P0.2/AD237

P0.3/AD336

P0.4/AD435

P0.5/AD534

P0.6/AD633

P0.7/AD732

P1.01

P1.12

P1.23

P1.34

P1.45

P1.56

P1.67

P1.78

P3.0/RXD10

P3.1/TXD11

P3.2/INT012

P3.3/INT113

P3.4/T014

P3.7/RD17

P3.6/WR16

P3.5/T115

P2.7/A1528

P2.0/A821

P2.1/A922

P2.2/A1023

P2.3/A1124

P2.4/A1225

P2.5/A1326

P2.6/A1427

U1

AT89C51

C1

22pf

C2

22pf

C3

10uf

X112M

R1

10k

D1

R3220

D2

R4220

D3

R5220

D4

R6220

D5

R7220

D6

R8220

D7

R9220

D8

单片机系统设计部分

2. 设计 一个正反转可控的直流电机控制电路。

Q1TIP31

Q2TIP32

Q3BC184

R61k

R51k

Q5

TIP32

Q6BC184

R71k

R81k

+12V

Q4TIP31

Q7BC184

Q8BC184

+88.8

DCMOTOR

D1 正

D2 反

R1

220

R2

220

D3 停R3

220

XTAL218

XTAL119

ALE30

EA31

PSEN29

RST9

P0.0/AD039

P0.1/AD138

P0.2/AD237

P0.3/AD336

P0.4/AD435

P0.5/AD534

P0.6/AD633

P0.7/AD732

P2.7/A1528

P2.0/A821

P2.1/A922

P2.2/A1023

P2.3/A1124

P2.4/A1225

P2.5/A1326

P2.6/A1427

P1.01

P1.12

P1.23

P1.34

P1.45

P1.56

P1.67

P1.78

P3.0/RXD10

P3.1/TXD11

P3.2/INT012

P3.3/INT113

P3.4/T014

P3.7/RD17

P3.6/WR16

P3.5/T115

U1

80C51

A

B

AB

K1 正转

K2 反转

K3 停止

C1

22PF

C2

22PF

C3

10uF

X112M

RX

10k

0 1

截止截止 导通导通导通导通 截止截止

01

单片机系统设计部分

3 、单只数码管循环显示 0-9 。

XTAL218

XTAL119

ALE30

EA31

PSEN29

RST9

P0.0/AD0 39

P0.1/AD1 38

P0.2/AD2 37

P0.3/AD3 36

P0.4/AD4 35

P0.5/AD5 34

P0.6/AD6 33

P0.7/AD7 32

P1.01

P1.12

P1.23

P1.34

P1.45

P1.56

P1.67

P1.78

P3.0/RXD 10

P3.1/TXD 11

P3.2/INT0 12

P3.3/INT1 13

P3.4/T0 14

P3.7/RD 17P3.6/WR 16P3.5/T1 15

P2.7/A15 28

P2.0/A8 21

P2.1/A9 22

P2.2/A10 23

P2.3/A11 24

P2.4/A12 25

P2.5/A13 26

P2.6/A14 27

U1

AT89C51

C1

22pF

C2

22pF

C3

10uF

X112M

R1

10k

2 3 4 5 6 7 8 91

RP1RESPACK-8