四川工程职业技术学院
单片机应用技术课程电子教案
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第 讲 2
51架构与 51系列单片机概述
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本讲主要内容,
2-1,51单片机概述
2-2,51架构
2-3,8051引脚功能表述
2-4,常见 51系列单片机
2-5,增强型 51单片机 -P89V51RD2
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2-1,51单片机概述
? 51单片机的起源
? 1980年 Intel推出首款 8位单片机 -8051
? Intel在 80-82年陆续推出和 8051指令系统完全相同,内部结构基本相
同的 8031,8052和 8032等型号单片机,初步形成 MCS-51系列,被奉
为“工业控制单片机标准”
? 84年 intel出售了 8051的核心技术
? PHILIPS
? ATMEL
? ADI
? CYGNAL
? MAXIM&DALLS SEMICONDUCTOR
发展至今形成一个有近千种型号的庞大的 51单片机家族。
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2-1,51单片机概述
? 51系列单片机的鼻祖 —— 8051
? 1980年诞生于美国 intel公司
? 8bit数据宽度
? 最高运算速度 1MPS
? 可以进行乘法运算
? 片内 4KbyteROM,128byteRAM
? 64K寻址
? 5级中断管理,2个 16bit定时器
? UART串口,4× 8bit并口
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2-1,51单片机概述
? 51系列单片机的遗传基因
? 兼容的指令系统
? 相同的指令
? 相同的语法
? 相同的基本结构 —— 51架构
? 引脚兼容
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2-2,51架构 (51 Architecture) 时 钟 电 路
总 线 控 制
C P U
R O M / E P R O M / F L A S H
4 K 字 节
R A M 1 2 8 字 节
S F R 2 1 个
定 时 / 计 数 器
2 个
中 断 系 统
5 中 断 源, 2 优 先 级
串 行 口
全 双 工 2 个
并 行 口
4 个
R S T
E A A L E P S E N
X T A L 2 X T A L 1
P 0 P 1 P 2 P 3
V C C
V S S
串行通信接口
全双工 1个
ROM
TXD RXD
中断系统 并行通信接口 4× 8bit
定时 /计数器
n× 16bit RAM
时 钟
电 路
CPU
总线控制
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2-2,51架构 (51 Architecture)
? 8051内部 ROM
ROM,Read Only Memory(只读存储器 )
一般用于存放程序和表格等不常改变的数据
常见的 ROM种类,
? 掩膜 ROM (Masked ROM)
? EPROM (Electrically Programmable ROM)
? EEPROM (E2PROM)
? Flash ROM
? OTP ROM (One Time Programmable ROM)
8051单片机的 ROM是掩摸 ROM,
容 量, 4096byte(212)
地址范围, 0000H~ 1FFFH
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2-2,51架构 (51 Architecture)
? 8051内部 RAM
RAM,Random Access Memory(随机存储器 )
一般用于存放程序执行过程中产生的大量的临时数据,相
当于 PC的内存。
8051单片机的内部 RAM,
? 容 量,128字节
? 地址范围,00H~7FH
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2-2,51架构 (51 Architecture)
? 8051的 CPU-Central Processing Unit(中央处理单元 )
作用,
? 控制
? 协调片内各部分的工作时序逻辑
? 控制和片外联络的时序逻辑
? 运算
? 加法运算
? 减法运算
? 乘法运算
? 除法运算
? 布尔逻辑运算 (与、或、非、异或、移位等 )
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2-3,8051单片机引脚功能描述
P1口
P3口
P0口
P2口
时钟端
复位端
控制信号
接 VCC( +5V)
接地端
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2-4.常见 51系列单片机
? 51单片机的改进方向
? 制造工艺 更新为 CHMOS工艺 (型号中含 C)
特点:低功耗、高速、电平兼容 TTL和 CMOS
比如,89C51,80C51
? 采用 Pipeline(流水线 )进一步提高 运算速度
8051,1MIPS C8051Fxx,25MIPS
? 片内植入 A/D,D/A,PCA等 功能模块
向 SOC(System On Chip)发展
? 片内 存储器 扩展和改型 — FlashROM,OTPROM
? 引入更多的 通信方式 如 SPI,SCI,I2C等
? 采用更小的 封装和功耗
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2-4.常见 51系列单片机
?Philips 80C51系列单片机
Philips 8位 8051单片机系列提供完整的产品类型,包括 Flash,OTP(一次性编
程 ),ROM和无 ROM器件。由于为实时应用而设计,这些 80C51器件可以广泛应
用于从消费类产品、计算机外设到自动化系统的各种领域。
存贮器
ISP
/ IAP
定时 / 计数器 I/ O 数 串行接口 中断 A/D
最大
频率 型号
O TP F L AS H R AM # PW M PC A WD ( 外部 ) 转换器 ( MHz )
P8 7 C 5 x X 2 4 - 32K 128 - 2 5 6 - 3 - - - 32 UAR T 6 (2 ) - 33
P8 7 C L 5 xX 2 8 - 16K 256 UAR T 8 - 33
P8 9 C 5 x X 2 4 - 32K 128 - 2 5 6 - 3 - - - 32 UAR T 6 (2 ) - 33
P8 9 L V 5 1 R D 2 6 4 K 512 - 1K - 4 √ √ √ 32 UAR T / S P I 7 (2 ) - 33
P8 9 V 5 1 R D 2 6 4 K 512 - 1K - 4 √ √ √ 32 UAR T / S P I 7 (2 ) - 40
P8 9 C 6 0 X 2 / 6 1 X 2 64K 512 - 1K Y/ - 3 - - √ 32 UAR T 6 (2 ) - 33
P8 9 C 5 1 R x2 Hxx 16 - 64K 512 - 1K Y/Y 4 √ √ √ 32 UAR T 7 (2 ) - 33
P8 9 C 5 1 R x2 xx 16 - 6 4 K 512 - 1K Y/Y 4 √ √ √ 32 UAR T 7 (2 ) - 33
P8 7 C 5 1 R x2 8 - 64K 512 - 1K - 4 √ √ √ 32 UAR T 7 (2 ) - 33
P8 9 C 6 6 x 16 - 64K 1K - 8K Y/Y 4 √ √ √ 32 UAR T / I
2
C 8 (2 ) - 33
P8 9 C 6 6 9 96K 2K Y/Y 3 √ √ √ 32 UAR T / I
2
C 8 (2 ) - 24
P8 xC 5 9 1 16K 512 - 3 √ - √ 32
UAR T / I
2
C
C A N
1 5 (2 ) 6 ch - 1 0 b i t 16
P8 7 C 5 5 2 8K 256 - 3 √ - √ 48 UAR T / I
2
C 1 5 (2 ) 8 ch - 1 0 b i t 16
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2-4.常见 51系列单片机
? Philips公司的 P89LPC7XX系列 OTP单片机
型 号 存贮器 封 装
I/ O
( m i n / m ax )
通讯口 比较器
A/D
转换器
D / A
转换器
PW M
P8 7 L PC 7 5 9 1 K/6 4 PDI P14 9 /1 2 - - - - -
P8 7 L PC 7 6 0 1 K/1 2 8
PDI P14
TS S OP 1 4
9 /1 2
UAR T
I
2
C
2 C H - - -
P8 7 L PC 7 6 1 2 K/1 2 8
PDI P16
TS S OP 1 6
1 1 /1 4
UAR T
I
2
C
3 C H - - -
P8 7 L PC 7 6 2 2 K/1 2 8
PDI P20
PS OP 2 0
1 5 /1 8
UAR T
I
2
C
4 C H - - -
P8 7 L PC 7 6 4 4 K/1 2 8
PDI P20
PS OP 2 0
1 5 /1 8
UAR T
I
2
C
4 C H - - -
P8 7 L PC 7 6 7 4 K/1 2 8
PDI P20
PS OP 2 0
1 5 /1 8
UAR T
I
2
C
4 C H
4 ch - 8 b i t
A DC
- -
P8 7 L PC 7 6 8 4 K/1 2 8
PDI P20
PS OP 2 0
1 5 /1 8
UAR T
I
2
C
4 C H
4 ch - 8 b i t
A DC
- 4 ch - 1 0 b i t
P8 7 L PC 7 6 9 4 K/1 2 8 PS OP 2 0 1 5 /1 8
UAR T
I
2
C
4 C H
4 ch - 8 b i t
A DC
2 ch - 8 b i t
DAC
-
P8 7 L PC 7 7 8 8 K/1 2 8 TS S OP 2 0 1 5 /1 8
UAR T
I
2
C
4 C H
4 ch - 8 b i t
A DC
_ 4 ch - 1 0 b i t
P8 7 L PC 7 7 9 8 K/1 2 8 TS S OP 2 0 1 5 /1 8
UAR T
I
2
C
4 C H
4 ch - 8 b i t
A DC
2 ch - 8 b i t
DAC
-
P87LPCXX是 20脚以下
小型封装的单片机,适
合于许多要求高集成度、
低成本的场合。采用加
速 80C51处理器结构,
指令执行速度是标准
80C51 CPU的两倍,有
内部看门狗定时器,提
供高速和低速的晶振和
RC振荡方式,可编程选
择。
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2-4.常见 51系列单片机
? Philips公司的 P89LPC90X系列单片机
P89LPC90X是一系列 8脚的单片封装的微控制器,适合于许多要求高集成
度、低成本的场合,可以满足多方面的性能要求。 P89LPC90X系列器件
内部集成了许多系统级的功能,这样可大大减少元件的数目和电路板面
积并降低系统的成本。内部 Flash同时用作 E2PROM使用,内含 RTC日历
时钟功能。
存贮器 定时 / 计数器 中断
管脚 封装 型号
R AM E
2
PR O M F l as h PP/ ISP/IAP
L C D
驱动器
CCU R TC W D T
串行
接口
I/ O
( 外部 )
比较器 A/D D / A
频率
( MHz )
8
SO
DI P
P8 9 L PC 9 0 1 * 128B 1K I C P - - √ √ - 6 6 (1 ) 1 - - 0 ~ 18
8 SO P8 9 L PC 9 0 2 * 128B 1K I C P - - √ √ - 6 6 (1 ) 2 - - 7, 3 7 2 8
8 SO P8 9 L PC 9 0 3 * 128B 1K I C P - - √ √ UAR T 6 9 (1 ) 1 - - 7, 3 7 2 8
8 SO P8 9 L PC 9 0 4 128B 1K I C P - - √ √ UAR T 6 9 (1 ) 2
2 - ch
8 - b i t
1 - ch
8 - b i t
7, 3 7 2 8
8 SO P8 9 L PC 9 0 6 128B 1K I C P - - √ √ - 6 6 (1 ) 1 - - 0 ~ 18
8 SO P8 9 L PC 9 0 7 128B 1K I C P - - √ √ UAR T 6 8 (1 ) 1 - - 7, 3 7 2 8
8 SO P8 9 L PC 9 0 8 128B 1K I C P - - √ √ UAR T 6 9 (1 ) 1 - - 7, 3 7 2 8
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2-4.常见 51系列单片机
? Philips公司的 P89LPC91X系列单片机
存贮器 定时 / 计数器 中断
管脚 封装 型号
R AM E
2
PR O M F l as h PP/ ISP/IAP
L C D
驱动器
CCU R TC W D T
串行
接口
I/ O
( 外部 )
比较器 A/D D / A
频率
( MHz )
14 TS S OP P8 9 L PC 9 1 2 128B 1K Y/ - /Y - - √ √ SPI 12 7 (1 ) 2 - - 0 ~ 18
14 TS S OP P8 9 L PC 9 1 3 128B 1K Y/ - /Y - - √ √
SPI
UAR T
12 1 0 (1 ) 2 - - 0 ~ 18
14 TS S OP P8 9 L PC 9 1 4 128B 1K Y/ - /Y - - √ √
SPI
UAR T
12 1 0 (1 ) 2 - - 7, 3 7 2 8
14 TS S OP P8 9 L PC 9 1 5 256B 2K Y/ - /Y - - √ √
UAR T
I
2
C
12 1 3 (3 ) 2
4 - ch
8 - b i t
1 - ch
8 - b i t
0 ~ 18
16 TS S OP P8 9 L PC 9 1 6 256B 2K Y/ - /Y - - √ √
UAR T
I
2
C
SPI
14 1 4 (2 ) 2
4 - ch
8 - b i t
1 - ch
8 - b i t
0 ~ 18
16 TS S OP P8 9 L PC 9 1 7 256B 2K Y/ - /Y - - √ √
UAR T
I
2
C
14 1 3 (3 ) 2
4 - ch
8 - b i t
1 - ch
8 - b i t
0 ~ 18
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2-4.常见 51系列单片机
? Philips公司的 P89LPC92X系列单片机
存贮器 定时 / 计数器 中断
管脚 封装 型号
R AM E
2
PR O M F l as h PP/ ISP/IAP
L C D
驱动器
CCU R TC W D T
串行
接口
I/ O
( 外部 )
比较器 A/D D / A
频率
( MHz )
20 TS S OP P8 9 L PC 9 2 0 * 256B 2K Y/Y/Y - - √ √
UAR T
I
2
C
18 1 2 (3 ) 2 - - 0 ~ 18
20 TS S OP P8 9 L PC 9 2 1 * 25 6B 4K Y/Y/Y - - √ √
UAR T
I
2
C
18 1 2 (3 ) 2 - - 0 ~ 18
20
DI P
TS S OP
P8 9 L PC 9 2 2 * 256B 8K Y/Y/Y - - √ √
UAR T
I
2
C
18 1 2 (3 ) 2 - - 0 ~ 18
20
DI P
TS S OP
P8 9 L PC 9 2 2 1 256B 8K Y/Y/Y - - √ √
UAR T
I
2
C
18 1 2 (3 ) 2 - - 0 ~ 18
20 TS S OP P8 9 L PC 9 2 4 256B 4K Y/Y/Y - - √ √
UAR T
I
2
C
18 1 2 (3 ) 2
4 - ch
8 - b i t
1 - ch
8 - b i t
0 ~ 18
20
DI P
TS S OP
P8 9 L PC 9 2 5 256B 8K Y/Y/Y - - √ √
UAR T
I
2
C
18 1 2 (3 ) 2
4 - ch
8 - b i t
1 - ch
8 - b i t
0 ~ 18
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2-4.常见 51系列单片机
? Philips公司的 P89LPC93X系列单片机
存贮器 定时 / 计数器 中断
管脚 封装 型号
R AM E
2
PR O M F l as h PP/ ISP/IAP
L C D
驱动器
CCU R TC W D T
串行
接口
I/ O
( 外部 )
比较器 A/D D / A
频率
( MHz )
28 TS S OP P8 9 L PC 9 3 0 256B 4K Y/Y/Y - - √ √
UAR T
I
2
C
SPI
26 1 3 (3 ) 2 - - 0 ~ 18
28 TS S OP P8 9 L PC 9 3 1 256B 8K Y/Y/Y - - √ √
UAR T
I
2
C
SPI
26 1 3 (3 ) 2 - - 0 ~ 18
28
PLC C
TS S OP
H V QFN
P8 9 L PC 9 3 2 A1 768B 512B 8K Y/Y/Y - √ √ √
UAR T
I
2
C
SPI
26 1 5 (3 ) 2 - - 0 ~ 18
28 TS S OP P8 9 L PC 9 3 3 256B 4K Y/Y/Y - - √ √
UAR T
I 2 C
SPI
26 1 5 (3 ) 2
4 - ch
8 - b i t
1 - ch
8 - b i t
0 ~ 18
28 TS S OP P8 9 L PC 9 3 4 256B 8K Y/Y/Y - - √ √
UAR T
I
2
C
SPI
26 1 5 (3 ) 2
4 - ch
8 - b i t
1 - ch
8 - b i t
0 ~ 18
28
PLC C
TS S OP
H V QFN
P8 9 L PC 9 3 5 768B 512B 8K Y/Y/Y - √ √ √
UAR T
I
2
C
SPI
26 1 5 (3 ) 2
Du al
4 - ch
8 - b i t
Du al
1 - ch
8 - b i t
0 ~ 18
28 TS S OP P8 9 L PC 9 3 6 768B 512B 16K Y/Y/Y - √ √ √
UAR T
I
2
C
SPI
26 1 5 (3 ) 2
Du al
4 - ch
8 - b i t
Du al
1 - ch
8 - b i t
0 ~ 18
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2.5 增强型 51单片机 -P89V51RD2
? P89V51RD2单片机简介
P89V51RD2XX是 Philips公司推出的一款增强型 51单片机,以 8051为内
核,并在 8051基础上做了较大改进,性能比 8051有很大提升。
?存储器,
程序存储器,64KB Flash 数据存储器,1024B
?时钟,
频率,0~40MHz 6时钟 /12时钟可选
?定时器 /计数器,
3个 16位的定时器 /计数器 可编程计数器阵列( PCA) — PWM功能
?中断资源,
中断源,8个 中断优先级,4级
?安全性,
可编程看门狗定时器( WDT) 掉电检测
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CPU
64KB
程序 FLASH
1KB
数据存储器
PORT3
8-bit
PORT2
8-bit
PORT1
8-bit
PORT0
8-bit
片内时钟
振荡电路
可编程全双工
串行通信口
SPI(串行外围
接口)
16-bit定时 /计数
器 T0,T1
晶体 /阻容
振荡器
RXD
T0
T1
P2.0-P2.7
P1.0-P1.7
P0.0-P0.7
8-bi
t
16-bit定时 /计数
器 T2
PCA(可编程计数
器阵列)
看门狗定时器
内部总线
TXD
P3.0-P3.7
2.5 增强型 51单片机 -P89V51RD2
? P89V51RD2单片机内部结构框图
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2.5 增强型 51单片机 -P89V51RD2
? P89C51RD2单片机引脚与封装