單片機(jī)原理與嵌入式設(shè)計(jì) 課件 第1-3章 概述、硬件基礎(chǔ)知識(shí)介紹、C語言基礎(chǔ)知識(shí)

單片機(jī)原理與嵌入式設(shè)計(jì)概述第一章電子設(shè)計(jì)系列教材01什么是單片機(jī)什么是單片機(jī)01單片機(jī)，全稱為單片微型計(jì)算機(jī)(Single-ChipMicrocomputer)，它將集成在一片半導(dǎo)體芯片上，使得這塊集成了多種器件的芯片具有微型計(jì)算機(jī)的基本功能。中央處理器（CPU)存儲(chǔ)器（程序存儲(chǔ)器ROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器輸入/輸出接口（I/O接口)中斷系統(tǒng)和其他功能部件什么是單片機(jī)01與其他專用芯片相比，單片機(jī)是軟硬件結(jié)合的產(chǎn)物。一般而言，大部分芯片的功能在生產(chǎn)時(shí)被廠商固定，使用者無法進(jìn)行修改，而單片機(jī)作為一塊芯片，使用者可以通過編寫不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能。另外，由于單片機(jī)體積小且處于控制系統(tǒng)的核心地位，在應(yīng)用上一般將其嵌入儀器設(shè)備內(nèi)使用，故單片機(jī)又被稱為嵌入式微控制器（EmbeddedMicroControllerUnit,EMCU)。什么是單片機(jī)01單片機(jī)的發(fā)展過程初級(jí)代表產(chǎn)品：F81特點(diǎn)：8位,集成度低，需要外加芯片組合使用。低性能代表產(chǎn)品：MCS-48、PIC16502特點(diǎn)：8位，集成了CPU、RAM、ROM、中斷源。高性能代表產(chǎn)品：MCS-51、6801、Z-8、TMS70003特點(diǎn)：8位，集成了CPU、RAM、ROM、中斷源。優(yōu)越代表產(chǎn)品：MCS-96、MC68HC16、TMS99004特點(diǎn)：16位（32位單片機(jī)也被推出），工藝與性能更加優(yōu)越。什么是單片機(jī)01單片機(jī)的發(fā)展過程第一階段(1974—1976年):單片機(jī)初級(jí)階段1974年12月，美國仙童（Fairchild)公司推出了世界上第一臺(tái)8位的F8單片機(jī)，其特點(diǎn)是由兩塊集成芯片組成,僅包含8位的CPU、64B的RAM和兩個(gè)并行接口,需要外加帶有ROM存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能的芯片組合使用，F(xiàn)8系列單片機(jī)在當(dāng)時(shí)深受家用電器領(lǐng)域的重視。這一時(shí)期的單片機(jī)因受當(dāng)時(shí)的制造工藝限制，集成度比較低，且功能單一。什么是單片機(jī)01單片機(jī)的發(fā)展過程第二階段（1976-1978年):低性能單片機(jī)階段1976年Intel公司研發(fā)了MCS-48系列單片機(jī)，1977年GI公司研發(fā)了PIC1650單片機(jī)，它們的特點(diǎn)是集成化程度較高，片內(nèi)包含8位的CPU、64B/128B的RAM、1KB/2KB的ROM、并行接口、一個(gè)8位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、兩個(gè)中斷源，且可進(jìn)行片外尋址的范圍為4KB。這一時(shí)期的單片機(jī)集成了CPU、RAM、ROM等多種功能器件，得到了廣泛應(yīng)用，但其性能較低，仍然屬于低性能階段。什么是單片機(jī)01單片機(jī)的發(fā)展過程第三階段（1978-1982年）:高性能單片機(jī)階段這個(gè)時(shí)期典型的單片機(jī)代表產(chǎn)品有Intel公司的MCS-51系列、Motorola公司的6801系列,Zilog公司的Z-8系列、TI公司的TMS7000系列,它們的特點(diǎn)是片內(nèi)包含8位的CPU、128B/256B的RAM、4KB/8KB的ROM、串并行I/O接口、兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、多個(gè)中斷源，且片外尋址范圍可達(dá)64KB。這一時(shí)期的單片機(jī)不僅存儲(chǔ)器容量增加，而且定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及中斷源的個(gè)數(shù)增加，并且集成了串行接口，單片機(jī)性能顯著增強(qiáng)，應(yīng)用范圍更加廣泛。什么是單片機(jī)01單片機(jī)的發(fā)展過程第四階段(（1983年至今):8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位、32位單片機(jī)推出階段20世紀(jì)90年代,單片機(jī)發(fā)展的黃金時(shí)期,很多公司如Intel、Motorola、TI、三菱、PHILIPS等開發(fā)了大批具有優(yōu)越性能的單片機(jī)，極大地推動(dòng)了單片機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展。典型的代表產(chǎn)品有MCS-96系列(16位，Intel公司)、MC68HC16系列(16位，Motorola公司)、TMS9900系列(16位，TI公司)，這些16位的單片機(jī)不論在工藝上還是在功能上都更加優(yōu)異。它們的特點(diǎn)是包含16位的CPU、256B的RAM、8KB的ROM、串并行IO接口、4個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、8個(gè)中斷源，且具有D/A和AD轉(zhuǎn)換電路、片外尋址范圍為64KB及片內(nèi)集成看門狗(定時(shí)器電路，防止程序出現(xiàn)死循環(huán)）功能。這一時(shí)期，8位單片機(jī)得到了進(jìn)一步發(fā)展，16位與32位單片機(jī)也逐漸出現(xiàn)在市場上。什么是單片機(jī)01單片機(jī)的特點(diǎn)體積小，可靠性高正所謂“麻雀雖小，五臟俱全”，單片機(jī)將眾多功能器件集中在了一塊芯片上，一塊單片機(jī)芯片就相當(dāng)于一臺(tái)小型的微型計(jì)算機(jī)，較小的體積使其容易嵌入設(shè)備內(nèi)，能夠作為控制系統(tǒng)的核心執(zhí)行復(fù)雜的功能。單片機(jī)中的ROM用來存放程序、常數(shù)、表格等系統(tǒng)軟件，數(shù)據(jù)不易受到破壞;內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，信號(hào)通道均在芯片內(nèi)，運(yùn)行起來具有很高的可靠性和抗干擾能力。什么是單片機(jī)01單片機(jī)的特點(diǎn)控制能力強(qiáng)單片機(jī)具有邏輯操作指令、位處理指令、轉(zhuǎn)移指令等，這些豐富的操作指令大大增強(qiáng)了單片機(jī)的控制功能,方便處理復(fù)雜的邏輯運(yùn)算。什么是單片機(jī)01單片機(jī)的特點(diǎn)低功耗單片機(jī)可在3V甚至更低的電壓下運(yùn)行，有些單片機(jī)的工作電流甚至在uA級(jí)，使用一顆紐扣電池即可工作很長時(shí)間，更低的功耗適應(yīng)了現(xiàn)代社會(huì)綠色發(fā)展的需要。什么是單片機(jī)01單片機(jī)的特點(diǎn)擴(kuò)展能力強(qiáng)單片機(jī)含有很多IO接口，很容易與外部電路進(jìn)行連接，構(gòu)成功能更加完善的系統(tǒng)，技術(shù)人員可根據(jù)需求進(jìn)行擴(kuò)展，易于設(shè)計(jì)與產(chǎn)品化。02單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域02單片機(jī)的誕生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)開始形成了通用計(jì)算機(jī)與嵌入式計(jì)算機(jī)兩類。通用計(jì)算機(jī)擁有大容量存儲(chǔ)、高速度運(yùn)算能力，應(yīng)用范圍為圖像處理、網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域。與大體積、高成本的通用計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)可嵌入各種應(yīng)用系統(tǒng)中，以其體積小、價(jià)格低、可靠性高、低功耗,以及可與外圍電路組合進(jìn)行擴(kuò)展使用的特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中。單片機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，大到航空、航天、軍工領(lǐng)域，小到我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見的電子產(chǎn)品，均可以見到單片機(jī)的身影，也正是由于單片機(jī)所具有的一些特點(diǎn)，眾多產(chǎn)品都加入了嵌入式單片機(jī)來改善系統(tǒng)性能、提高產(chǎn)品的靈活性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年單片機(jī)的銷量超過50億片，市場上既有幾元錢一片的普通單片機(jī)，主要面向高校學(xué)生與一般的電子設(shè)計(jì)的應(yīng)用，也有幾百元一片的高級(jí)單片機(jī)，主要面向工廠、公司的應(yīng)用，單片機(jī)具有廣闊的市場前景。03單片機(jī)的發(fā)展趨勢單片機(jī)的發(fā)展趨勢03如今，單片機(jī)的功能及性能已經(jīng)能夠滿足人們生產(chǎn)生活的需要，但社會(huì)在不斷發(fā)展、科技在不斷進(jìn)步，人們對(duì)單片機(jī)的需求也朝著多元化、高性能方向發(fā)展。單片機(jī)的發(fā)展具體體現(xiàn)在信號(hào)實(shí)時(shí)處理、實(shí)時(shí)監(jiān)控、通信、中斷處理、指令操作系統(tǒng)、功率消耗等方面，以應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)接口、電氣接口等不斷增長與改進(jìn)的需要，適應(yīng)更精準(zhǔn)的自動(dòng)檢測與控制的要求。單片機(jī)的發(fā)展趨勢如圖所示。04STC系列單片機(jī)介紹STC系列單片機(jī)介紹04國外MCS-51系列單片機(jī)簡介在介紹STC單片機(jī)之前，我們先介紹前面提到的Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)。它以8051為核心,是Intel公司早期最典型的單片機(jī)產(chǎn)品,按照內(nèi)部存儲(chǔ)資源可分為基本型與增強(qiáng)型,其內(nèi)部存儲(chǔ)配置如表1-2所示。后來Intel公司將8051的核心技術(shù)授權(quán)給了其他公司進(jìn)行開發(fā),以8051為核心的單片機(jī)成為最早進(jìn)入我國并且應(yīng)用十分廣泛的芯片。STC系列單片機(jī)介紹04國外MCS-51系列單片機(jī)簡介注意：18031和8032單片機(jī)內(nèi)部沒有程序存儲(chǔ)器，使用時(shí)需要外加程序存儲(chǔ)器。2EPROM為紫外線可擦除可編程ROM。此外，常見的還有EEPROM，它為電可擦除可編程ROM;FlashROM為單電壓芯片，也是一種非易失性的ROM,屬于EEPROM的改進(jìn)產(chǎn)品。3RAM與ROM的區(qū)別:RAM為隨機(jī)存儲(chǔ)器，用以存放單片機(jī)執(zhí)行功能過程中產(chǎn)生的臨時(shí)數(shù)據(jù)，斷電數(shù)據(jù)丟失;ROM為程序存儲(chǔ)器，用來存儲(chǔ)程序數(shù)據(jù)及常量數(shù)據(jù)或變量數(shù)據(jù)，斷電數(shù)據(jù)不丟失。4本書主要介紹STC51系列單片機(jī)，請(qǐng)注意，凡是以8051為核心的單片機(jī)，我們均稱之為51單片機(jī)，只是型號(hào)不同，但只要學(xué)會(huì)了一種型號(hào)的51單片機(jī)，其他型號(hào)就可以很快上手。STC系列單片機(jī)介紹04國內(nèi)MCS-51系列單片機(jī)簡介前面提到了眾多的國外單片機(jī)系列，那么有沒有國產(chǎn)的呢?答案當(dāng)然是有，那就是宏晶公司的STC系列單片機(jī)，擁有全部中國獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，宏晶現(xiàn)已成為全球最大的8051單片機(jī)設(shè)計(jì)公司。產(chǎn)品包括89C51、89C52、89C516、15等眾多型號(hào)，這些型號(hào)的單片機(jī)均以8051為核心，均可稱為51單片機(jī)。下面以STC89C51為例,介紹該芯片的標(biāo)號(hào)信息，讓讀者深入了解此名稱中數(shù)字、字母的含義，其封裝實(shí)物圖如圖所示。STC系列單片機(jī)介紹04國內(nèi)MCS-51系列單片機(jī)簡介圖片中單片機(jī)的標(biāo)號(hào)為STC89C51RC、40I-PDIP40、1812HPU939.X90C，解釋如下。STC:表示芯片的生產(chǎn)公司,STC是我國的宏晶公司。其他常見的還有，AT表示Atmel公司，如AT89C51、AT89C52、AT89S51等;W表示W(wǎng)inbond公司,如W77C51、圖1-7STC89C51-DIP封裝實(shí)物圖W78C51、W78E52等;P表示PHILIPS公司,如P80C51、P80C52、P89C51等。8:表示芯片為8051內(nèi)核芯片。STC系列單片機(jī)介紹04國內(nèi)MCS-51系列單片機(jī)簡介圖片中單片機(jī)的標(biāo)號(hào)為STC89C51RC、40I-PDIP40、1812HPU939.X90C，解釋如下。9:表示芯片內(nèi)部為FlashEEPROM存儲(chǔ)器。其他常見的還有7，表示芯片內(nèi)部為EPROM,即紫外線可擦除ROM,如87C51芯片;0表示芯片內(nèi)部為MaskROM,即掩模ROM,如80C51芯片。C:表示該器件為CMOS產(chǎn)品，即集成電路設(shè)計(jì)中的低耗芯片。其他常見的還有，S表示該芯片有ISP在線編程功能，如89S52;LE、LV、LS表示工作電壓為3.3V的低電壓產(chǎn)品，如89LE52、89LV52、89LS52。STC系列單片機(jī)介紹04國內(nèi)MCS-51系列單片機(jī)簡介圖片中單片機(jī)的標(biāo)號(hào)為STC89C51RC、40I-PDIP40、1812HPU939.X90C，解釋如下。5:表示固定不變。1:表示芯片內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間（ROM)大小為4KB。其他常見的還有，2表示程序存儲(chǔ)空間大小為8KB;3表示程序存儲(chǔ)空間大小為12KB,以此類推。存儲(chǔ)空間越大，所裝納的程序代碼越多，若是將超過4KB的代碼下載到80C51中，則會(huì)失敗，因?yàn)槌隽怂某休d量。但是芯片存儲(chǔ)空間越大，價(jià)格越高，所以在選擇芯片時(shí)不能僅追求大容量，還要考慮實(shí)現(xiàn)功能所需的空間大小,能夠執(zhí)行即可。STC系列單片機(jī)介紹04國內(nèi)MCS-51系列單片機(jī)簡介圖片中單片機(jī)的標(biāo)號(hào)為STC89C51RC、40I-PDIP40、1812HPU939.X90C，解釋如下。RC:表示內(nèi)部隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）為512B,RD+表示內(nèi)部RAM為1280B。40:表示芯片外部晶振最高可接入40MHz。其他如AT系列單片機(jī)中的24表示芯片外部晶振最高可接入24MHz。I:表示產(chǎn)品級(jí)別,I為工業(yè)級(jí)，表示芯片使用范圍為-40~85℃;其他常見的如C為商業(yè)級(jí)，表示芯片使用范圍為0～70℃。STC系列單片機(jī)介紹04國內(nèi)MCS-51系列單片機(jī)簡介圖片中單片機(jī)的標(biāo)號(hào)為STC89C51RC、40I-PDIP40、1812HPU939.X90C，解釋如下。PDIP:表示產(chǎn)品封裝型號(hào)，PDP為雙列直插式。其他常見的如LQFP表示薄型塑料方型扁平式;PLCC表示帶引線的塑料芯片封裝。40:表示引腳個(gè)數(shù)為40個(gè)。1812:表示此批芯片的生產(chǎn)日期為2018年第12周。HPU939.X90C:不詳,可能為制造工藝。05感受單片機(jī)第一個(gè)實(shí)例感受單片機(jī)第一個(gè)實(shí)例05本節(jié)我們通過第一個(gè)實(shí)例:點(diǎn)亮一個(gè)發(fā)光二極管，來了解單片機(jī)的功能是如何實(shí)現(xiàn)的。下面給出點(diǎn)亮LD的電路圖，如圖所示，VCC為電源+5V，LED為發(fā)光二極管，R為限流電阻。感受單片機(jī)第一個(gè)實(shí)例05LED工作時(shí)，應(yīng)該串接一個(gè)限流電阻，該電阻的阻值大小應(yīng)根據(jù)不同的使用電壓和LED所需工作電流來選擇。LED的壓降一般為1.5~3.0V（紅色和黃色一般為2V，其他顏色一般為3V)，工作電流一般取1~20mA為宜。其限流電阻的計(jì)算公式為R=(U-UL)I，U為電源電壓，U為LED正常發(fā)光時(shí)的端電壓,I為LED的電流。假設(shè)此處為紅色LED，其工作電壓為2V，取工作電流為15mA，則電阻R的計(jì)算如下。感受單片機(jī)第一個(gè)實(shí)例05通過前面的介紹,我們了解到單片機(jī)是通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)需要的功能的,接下來通過Keil軟件編寫程序點(diǎn)亮LED。對(duì)于Keil軟件,在此簡單了解即可，后續(xù)章節(jié)會(huì)對(duì)Keil軟件進(jìn)行詳細(xì)介紹，程序代碼如下所示。程序中定義了P1.0引腳用LED表示,對(duì)應(yīng)著電路圖中的LED連接到了P1.0引腳,當(dāng)P1.0輸出低電平也就是0時(shí)(高電平對(duì)應(yīng)1)，含有LED的電路就構(gòu)成了回路，這時(shí)電路導(dǎo)通，LED亮起。感謝觀看，再見！單片機(jī)原理與嵌入式設(shè)計(jì)電子設(shè)計(jì)系列教材單片機(jī)原理與嵌入式設(shè)計(jì)硬件基礎(chǔ)知識(shí)介紹第二章電子設(shè)計(jì)系列教材01STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)01STC系列單片機(jī)由我國宏晶科技公司研制,具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，屬于增強(qiáng)型8051單片機(jī)。STC系列單片機(jī)具有多種子系列產(chǎn)品，代表性的STC系列單片機(jī)如表所示。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)01以STC15W4K40S4為例，該型號(hào)單片機(jī)是單時(shí)鐘（機(jī)器周期為1T）的單片機(jī)，具有如下優(yōu)勢。高速:傳統(tǒng)的8051單片機(jī)的1個(gè)機(jī)器周期包含12個(gè)時(shí)鐘即12T，而STC15W4K40S4單片機(jī)的1個(gè)機(jī)器周期可以為1個(gè)時(shí)鐘周期，機(jī)器周期大幅縮短，使其指令執(zhí)行的速度理論上達(dá)到普通8051單片機(jī)的7~12倍，比早期STC的1T系列單片機(jī)產(chǎn)品快20%。工作電壓較寬:2.5～5.5V，當(dāng)單片機(jī)工作在高時(shí)鐘頻率狀態(tài)時(shí)，工作電壓應(yīng)為2.7～5.5V。大容量4KB片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間（包括常規(guī)的256BRAM<idata>和內(nèi)部擴(kuò)展的3840B的XRAM<xdata>)。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)01以STC15W4K40S4為例，該型號(hào)單片機(jī)是單時(shí)鐘（機(jī)器周期為1T）的單片機(jī)，具有如下優(yōu)勢。18KB大容量片內(nèi)EEPROM，擦寫次數(shù)在10次以上;40KB片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，擦寫次數(shù)在105次以上?？稍诰€編程ISP。ISP是指通過單片機(jī)專用的串行編程接口和STC提供的專用串行口下載器固化程序軟件，對(duì)單片機(jī)內(nèi)部的Flash存儲(chǔ)器進(jìn)行編程。此外，STC15系列中的IAP型單片機(jī)具有應(yīng)用可編程IAP功能。IAP技術(shù)是從結(jié)構(gòu)上將Flash存儲(chǔ)器映射為兩個(gè)存儲(chǔ)空間。當(dāng)運(yùn)行一個(gè)存儲(chǔ)空間內(nèi)的用戶程序時(shí)，該程序可對(duì)另一個(gè)存儲(chǔ)空間進(jìn)行重新編程。然后，將控制權(quán)從一個(gè)存儲(chǔ)空間轉(zhuǎn)移到另一個(gè)存儲(chǔ)空間。由于該類型單片機(jī)自身具有仿真芯片，無須編程器/仿真器，所以可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程升級(jí)。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)01以STC15W4K40S4為例，該型號(hào)單片機(jī)是單時(shí)鐘（機(jī)器周期為1T）的單片機(jī)，具有如下優(yōu)勢。8通道的10位高速ADC:擁有片內(nèi)6通道15位帶死區(qū)控制的專用高精度脈沖寬度調(diào)制（PWM）模塊，此外，還提供了2通道CCP模塊，通過它的高速脈沖輸出功能可實(shí)現(xiàn)2路11~16位PWM。它們可以用來實(shí)現(xiàn)8路數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（DAC)功能。兩個(gè)兼容普通8051的定時(shí)器、4路可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)陣列，此外還能實(shí)現(xiàn)4個(gè)定時(shí)器。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)01以STC15W4K40S4為例，該型號(hào)單片機(jī)是單時(shí)鐘（機(jī)器周期為1T）的單片機(jī)，具有如下優(yōu)勢。片內(nèi)提供多達(dá)1個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模塊，其中5個(gè)16位可重裝載定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，包括TO/T1/T2/T3/T4(T0和T1與普通8051單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模塊兼容),均可實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘輸出。2路CCP也可實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2可實(shí)現(xiàn)1個(gè)16位重裝載定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，也可產(chǎn)生時(shí)鐘輸出T2CLKO.新增16位重裝載定時(shí)器T3/T4,也可產(chǎn)生可編程時(shí)鐘輸出T3CLKOl/T4CLKO。4個(gè)獨(dú)立的高速異步串行通信端口（UART)。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)01以STC15W4K40S4為例，該型號(hào)單片機(jī)是單時(shí)鐘（機(jī)器周期為1T）的單片機(jī)，具有如下優(yōu)勢。片內(nèi)集成看門狗（WDT)模塊。高速同步SPI串行通信端口。兼容普通8051單片機(jī)的全雙工異步串行口。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)01以STC15W4K40S4為例，該型號(hào)單片機(jī)是單時(shí)鐘（機(jī)器周期為1T）的單片機(jī)，具有如下優(yōu)勢?？垢蓴_能力極強(qiáng)。抗靜電干擾。通過EFT干擾測試。電源電壓寬，抵制電源抖動(dòng)干擾。寬工作溫度:-40~85℃，抵抗環(huán)境溫度變化帶來的干擾。IO口、片內(nèi)供電系統(tǒng)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、看門狗電路均采用特殊抗干擾處理。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)01以STC15W4K40S4為例，該型號(hào)單片機(jī)是單時(shí)鐘（機(jī)器周期為1T）的單片機(jī)，具有如下優(yōu)勢。低功耗設(shè)計(jì),提供低速模式、掉電模式和空閑模式。新型的STC系列單片機(jī)內(nèi)部集成復(fù)位電路和RC時(shí)鐘電路，可以對(duì)外輸出時(shí)鐘和低電平復(fù)位信號(hào)，簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。指令集兼容普通8051指令集，此外還具有硬件乘/除法指令。可將掉電模式/停機(jī)模式喚醒的定時(shí)器:內(nèi)部低功耗掉電喚醒專用定時(shí)器。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)如圖所示為經(jīng)典的MCS-51系列的8051單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而STC系列8051采用高性能、高速的8位CPU,兼容所有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8051單片機(jī)，其中也包括MCS-51單片機(jī)。外圍包括:內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM、外部數(shù)據(jù)空間、特殊功能寄存器。此外，STC系列51單片機(jī)與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8051指令集100%兼容，大多數(shù)指令使用1個(gè)或2個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行，提高了工作效率。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)微處理器微處理器（CPU):8051單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)8位的CPU。CPU是單片機(jī)內(nèi)部的核心部件,是單片機(jī)的指揮和控制中心。從功能上看，CPU可分為運(yùn)算器和控制器兩大部分。運(yùn)算器運(yùn)算器的功能是:對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。運(yùn)算器由算術(shù)邏輯運(yùn)算部件ALU、累加器ACC、程序狀態(tài)字寄存器PSW和兩個(gè)暫存器等組成。各部分主要功能如下。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)微處理器運(yùn)算器由算術(shù)邏輯運(yùn)算部件ALU、累加器ACC、程序狀態(tài)字寄存器PSW和兩個(gè)暫存器等組成。各部分主要功能如下。算術(shù)邏輯運(yùn)算部件ALU。ALU由加法器和其他邏輯電路組成。ALU主要用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果一般送回累加器ACC，而運(yùn)算結(jié)果的狀態(tài)信息送至程序狀態(tài)字寄存器PSW。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)微處理器運(yùn)算器由算術(shù)邏輯運(yùn)算部件ALU、累加器ACC、程序狀態(tài)字寄存器PSW和兩個(gè)暫存器等組成。各部分主要功能如下。累加器ACC。ACC是一個(gè)8位寄存器，指令助記符可簡寫為“A”，它是CPU工作時(shí)最繁忙、最活躍的一個(gè)寄存器。CPU的大多數(shù)指令都要通過累加器“A”與其他部件交換信息。ACC常用于存放使用次數(shù)高的操作數(shù)或中間結(jié)果。累加器的進(jìn)位位Cy(位于程序狀態(tài)字寄存器PSW中)是特殊的，因?yàn)樗瑫r(shí)又是位處理器的位累加器。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)微處理器運(yùn)算器由算術(shù)邏輯運(yùn)算部件ALU、累加器ACC、程序狀態(tài)字寄存器PSW和兩個(gè)暫存器等組成。各部分主要功能如下。程序狀態(tài)字寄存器PSW.PSW是一個(gè)8位寄存器，用于寄存當(dāng)前指令執(zhí)行后的某些狀態(tài)信息，即反映指令執(zhí)行結(jié)果的一些特征，供某些指令(如控制類指令）查詢和判斷，不同的特征用不同的狀態(tài)標(biāo)志來表示。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)微處理器運(yùn)算器由算術(shù)邏輯運(yùn)算部件ALU、累加器ACC、程序狀態(tài)字寄存器PSW和兩個(gè)暫存器等組成。各部分主要功能如下。PSW各位的定義如表所示。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)微處理器Cy(PSW.7):即PSW的D7位，進(jìn)位/借位標(biāo)志。在進(jìn)行加、減運(yùn)算時(shí)，如果運(yùn)算結(jié)果的最高位D7有進(jìn)位或借位，Cy置“1”，否則Cy置“0”。在進(jìn)行位操作時(shí)，Cy又是位運(yùn)算中的累加器。Cy的指令助記符用“C”表示。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)微處理器Ac(PSW.6):即PSW的D6位，輔助進(jìn)位標(biāo)志。在進(jìn)行加、減法運(yùn)算時(shí)，如果運(yùn)算結(jié)果的低4位（低半字節(jié)）向高4位（高半字節(jié)）產(chǎn)生進(jìn)位或借位，Ac置“1",否則Ac置“0”。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)微處理器FO(PSW.5):即PSW的D5位，用戶標(biāo)志位。可由用戶根據(jù)需要置位、復(fù)位，作為用戶自行定義的狀態(tài)標(biāo)志。F1PSw.1):即PSW的D1位，保留位,未使用。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)微處理器RS1及RSO(PSW.4及PSW3):即PSW的D4位、D3位，寄存器組選擇控制位。用于選擇當(dāng)前工作的寄存器組，可由用戶通過指令設(shè)置RS1、RS0，以確定當(dāng)前程序中選用的寄存器組。當(dāng)前寄存器組的指令助記符為RO~R7，它們占用RAM地址空間。其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表所示。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)微處理器注意，單片機(jī)上電或復(fù)位后，RS1和RSO均為0，CPU會(huì)自動(dòng)選中0組，片內(nèi)RAM地址為00H～0TH的8個(gè)單元為當(dāng)前工作寄存器,即RO～R7。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)微處理器oV(PSW.2):即PSW的D2位，溢出標(biāo)志。在進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算時(shí)，如果運(yùn)算結(jié)果超出一個(gè)字長所能表示的數(shù)據(jù)范圍即產(chǎn)生溢出，該位由硬件置“1”，若無溢出，則置“O”。例如，單片機(jī)的CPU在運(yùn)算時(shí)的字長為8位，對(duì)于有符號(hào)數(shù)來說，其表示范圍為-128~+127，運(yùn)算結(jié)果超出此范圍即產(chǎn)生溢出。P(PSW.0):即PSW的D0位，奇偶校驗(yàn)位。該標(biāo)志表示指令執(zhí)行完成時(shí)，累加器A中的“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)還是偶數(shù)。若P=0，則累加器A中1的個(gè)數(shù)為偶數(shù);若P=1，則累加器A中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)微處理器控制器的主要任務(wù)是識(shí)別指令,并根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片機(jī)各功能部件，從而保證單片機(jī)各部分能自動(dòng)、協(xié)調(diào)地工作?？刂破饔沙绦蛴?jì)數(shù)器PC、堆棧指針SP、數(shù)據(jù)指針DPTR、指令寄存器R、指令譯碼器ID定時(shí)控制邏輯和振蕩器OSA等組成。其功能是控制指令讀入、譯碼和執(zhí)行，從而對(duì)單片機(jī)的各功能部件進(jìn)行定時(shí)和邏輯控制?？刂破鱏TC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)微處理器程序計(jì)數(shù)器PC是一個(gè)16位的寄存器，用來存放CPU將要執(zhí)行的存放在程序存儲(chǔ)器中的下一條指令的地址。其基本的工作過程是:當(dāng)CPU要讀取指令時(shí)，PC將其中的數(shù)作為所取指令的地址輸出給程序存儲(chǔ)器，然后程序存儲(chǔ)器按照此地址輸出指令字節(jié)，同時(shí)程序計(jì)數(shù)器PC本身自動(dòng)加1，讀完本條指令，PC指向下一條指令在程序存儲(chǔ)器中的地址。程序計(jì)數(shù)器PC中內(nèi)容的變化決定程序的流程，程序計(jì)數(shù)器PC的位數(shù)決定了單片機(jī)對(duì)程序存儲(chǔ)器可以直接尋址的范圍。8051單片機(jī)中的PC是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，故可對(duì)64KB即26B的程序存儲(chǔ)器空間進(jìn)行尋址。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)控制器程序計(jì)數(shù)器PC的基本工作方式有如下幾種。最基本的工作方式:程序計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1。執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令時(shí)，程序計(jì)數(shù)器將被置入新的數(shù)值，從而使程序的流向發(fā)生變化。在執(zhí)行調(diào)用子程序指令或響應(yīng)中斷時(shí),單片機(jī)自動(dòng)完成如下操作;STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)控制器將PC的現(xiàn)行值即斷點(diǎn)地址送入堆棧。將子程序的入口地址或中斷向量的地址送入PC,程序流向子程序或中斷程序，CPU開始執(zhí)行子程序或中斷子程序。子程序或中斷子程序執(zhí)行完，當(dāng)遇到子程序調(diào)用返回或中斷函數(shù)返回時(shí)，將堆棧的斷點(diǎn)值彈回到程序計(jì)數(shù)器PC中，程序的流程又返回原來的地方，繼續(xù)執(zhí)行主程序。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器主要用于存放程序指令代碼和表格常數(shù)，屬于只讀存儲(chǔ)器（ROM)。程序存儲(chǔ)器可以分為片內(nèi)和片外兩部分。STC系列8051單片機(jī)的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器空間遠(yuǎn)大于MCS-51系列8051單片機(jī)的4KB的Flash存儲(chǔ)器，編程和擦除完全由電氣實(shí)現(xiàn)，且速度快，還支持在線編程。當(dāng)單片機(jī)的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器不夠用時(shí)，用戶可以外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器，最多擴(kuò)至64KB，擴(kuò)展上限由單片機(jī)的地址總線數(shù)(8051單片機(jī)有16條地址總線）決定。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器分為片內(nèi)和片外兩部分，CPU訪問片內(nèi)和片外存儲(chǔ)器由引腳EA上的高低電平?jīng)Q定。當(dāng)EA上為高電平時(shí)，CPU會(huì)先讀取片內(nèi)程序存儲(chǔ)器中的程序代碼(地址為0000F～0FFFH的片內(nèi)存儲(chǔ)器空間)，直到PC值超過0FFFH,CPU會(huì)訪問片外程序存儲(chǔ)器（最大地址范圍為10000H~FFFFH的外擴(kuò)存儲(chǔ)器空間)。如果單片機(jī)系統(tǒng)沒有外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器，則EA必須接高電平。當(dāng)EA上為低電平時(shí)，CPU只訪問片外程序存儲(chǔ)器空間（最大地址范圍為0000H～FFFFH）中的程序代碼，不再訪問片內(nèi)4KB的程序存儲(chǔ)器空間。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間分為片內(nèi)和片外兩部分。MCS-51系列8051單片機(jī)內(nèi)部有128B的RAM（其增強(qiáng)型的52系列為256B)，STC系列如STC89S51則有512B的RAM，可用來存儲(chǔ)變量、中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等。當(dāng)單片機(jī)的片內(nèi)RAM不夠用時(shí)，可在片外擴(kuò)展最多64KB的RAM.由于片內(nèi)和片外RAM訪問時(shí)使用不同的指令，所以不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間分為片內(nèi)和片外兩部分。經(jīng)典8051單片機(jī)128B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的字節(jié)地址為00H～7FH。雖然增強(qiáng)型的8052單片機(jī)擁有256B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其他型號(hào)的51單片機(jī)也或多或少地?cái)U(kuò)大了片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，但是，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間字節(jié)地址為00H～7FH(前128B）的區(qū)域依舊兼容經(jīng)典8051單片機(jī)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。8051單片機(jī)內(nèi)部RAM結(jié)構(gòu)如圖所示。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間分為片內(nèi)和片外兩部分。4個(gè)通用工作寄存器區(qū)地址為00H~1FH的32個(gè)連續(xù)單元，每個(gè)寄存器區(qū)包含8B的工作寄存器，編號(hào)為RO～R7。工作寄存器區(qū)的選擇由PSW中的RSO、RS1確定。地址為20H～2FH的16個(gè)RAM(字節(jié)）單元，既可以像普通RAM單元按字節(jié)地址進(jìn)行存取，又可以按位進(jìn)行存取，這16字節(jié)共有128（16×8）位，每一位都分配1個(gè)位地址，編址為00H～7FH。地址為30H～7FH的單元為用戶RAM區(qū)，只能進(jìn)行字節(jié)地址尋址，用于數(shù)據(jù)的存放及堆棧的使用。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間分為片內(nèi)和片外兩部分。4個(gè)通用工作寄存器區(qū)地址為00H~1FH的32個(gè)連續(xù)單元，每個(gè)寄存器區(qū)包含8B的工作寄存器，編號(hào)為RO～R7。工作寄存器區(qū)的選擇由PSW中的RSO、RS1確定。地址為20H～2FH的16個(gè)RAM(字節(jié)）單元，既可以像普通RAM單元按字節(jié)地址進(jìn)行存取，又可以按位進(jìn)行存取，這16字節(jié)共有128（16×8）位，每一位都分配1個(gè)位地址，編址為00H～7FH。地址為30H～7FH的單元為用戶RAM區(qū)，只能進(jìn)行字節(jié)地址尋址，用于數(shù)據(jù)的存放及堆棧的使用。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)特殊功能存儲(chǔ)器經(jīng)典的MCS-51系列8051單片機(jī)共有21個(gè)特殊功能寄存器(SpecialFunctionRegister,SFR),而AT89S51及其增強(qiáng)型單片機(jī)則增加了5個(gè);DP1L、DP1H、AUXR.AUXR1和WDTRST。其余增強(qiáng)型的8051單片機(jī)也相應(yīng)地增加了特殊功能寄存器的數(shù)量，但通用的21個(gè)特殊功能寄存器在片內(nèi)RAM上的位置分布都沒有發(fā)生變化。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)特殊功能存儲(chǔ)器21個(gè)特殊功能寄存器被離散地分布在單片機(jī)內(nèi)部RAM的80H~FOH地址單元中，共占據(jù)128個(gè)存儲(chǔ)單元。如果特殊功能寄存器的單元地址能被8整除則該單元也能進(jìn)行位尋址，其字節(jié)地址末位只能是0H或8H。SFR不能被用戶修改，其分布如表所示。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)特殊功能存儲(chǔ)器累加器累加器A是CPU中使用頻率最高的一個(gè)8位專用寄存器，又記作ACC，在算術(shù)/邏輯運(yùn)算中用于存放操作數(shù)或結(jié)果、CPU通過累加器與外部存儲(chǔ)器、I/O口交換信息，其主要作用如下。作為ALU的輸入數(shù)據(jù)源之一,也存放ALU的運(yùn)算結(jié)果。大部分的數(shù)據(jù)操作都會(huì)通過累加器進(jìn)行，累加器相當(dāng)于數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)特殊功能存儲(chǔ)器寄存器B寄存器B是專門用作乘除法指令的8位寄存器。進(jìn)行乘法運(yùn)算時(shí)，兩個(gè)乘數(shù)分別存放在A、B中，執(zhí)行乘法指令后，乘積存放在BA寄存器中，B中存放高8位乘積結(jié)果，A中存放低8位乘積結(jié)果。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)特殊功能存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)指針DPTRMCS-51單片機(jī)只有一個(gè)數(shù)據(jù)指針寄存器，而大部分新型8051單片機(jī)有兩個(gè)數(shù)據(jù)指針寄存器（原有的DPTRO和新增的DPTR1)，方便訪問數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)指針寄存器是16位專用寄存器，由低8位DPH和高8位DPL組成，用于寄存片外RAM及拓展IO口數(shù)據(jù)存放的地址。DPTR主要用來保存16位地址。當(dāng)對(duì)64KB外部RAM尋址時(shí)，可作為寄存器間接尋址用,有關(guān)尋址方式的具體內(nèi)容,后續(xù)章節(jié)會(huì)詳細(xì)講解。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)特殊功能存儲(chǔ)器堆棧指針SP堆棧是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是內(nèi)部RAM的一段區(qū)域。堆棧的起始地址為棧底，堆棧的入口稱為棧頂。堆棧遵循“后進(jìn)先出”的原則。堆棧指針SP指定棧頂在內(nèi)部RAM塊中的位置，范圍為00H～7FH中的任何單元。8051單片機(jī)的堆棧結(jié)構(gòu)屬于增長型，即SP設(shè)定好棧底地址后，棧底便固定不變,直至重新設(shè)置堆棧，每往堆棧中壓入1字節(jié)數(shù)據(jù)，SP就先自動(dòng)加1，然后向堆棧中寫入1字節(jié)的數(shù)據(jù);反之，當(dāng)數(shù)據(jù)出棧時(shí),先從堆棧中彈出1字節(jié)的數(shù)據(jù),然后SP自動(dòng)減1。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)特殊功能存儲(chǔ)器堆棧指針SP注意，單片機(jī)復(fù)位后，SP指向07H，則堆棧從08H開始，而08H單元屬于工作寄存器組區(qū),因此在應(yīng)用中，常把SP值設(shè)置在60H～7FH區(qū)域中。堆棧的作用有兩個(gè):保護(hù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場保護(hù)。設(shè)立堆棧主要用于中斷、子程序調(diào)用時(shí)斷點(diǎn)和現(xiàn)場的保護(hù)與恢復(fù)。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)特殊功能存儲(chǔ)器v/O口專用寄存器PO、P1、P2和P38051單片機(jī)的4個(gè)IO口P0、P1、P2和P3內(nèi)部各有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)緩沖器，4個(gè)數(shù)據(jù)輸出鎖存器與IO口同名，8051單片機(jī)沒有用于I/O口的操作指令，而是將其視為寄存器來使用，使4個(gè)IO口用作寄存器直接尋址。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)特殊功能存儲(chǔ)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器TO和T1MCS-51系列8051單片機(jī)有兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器TO和T1，每個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器由2個(gè)8位寄存器組成(即TLO和THO組成TO，TL1和TH1組成T1)，TO和T1完全獨(dú)立。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)特殊功能存儲(chǔ)器串行收/發(fā)數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF串行收/發(fā)數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF用于存放需要收發(fā)的串行數(shù)據(jù)。SBUF由一個(gè)發(fā)送緩沖器和一個(gè)接收緩沖器構(gòu)成,兩個(gè)緩沖器相互獨(dú)立。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)特殊功能存儲(chǔ)器看門狗定時(shí)器WDT部分51單片機(jī)有看門狗（如STC89C52),其看門狗定時(shí)器由一個(gè)14位計(jì)數(shù)器和看門狗復(fù)位寄存器構(gòu)成，給看門狗計(jì)數(shù)器設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)初值，程序運(yùn)行后看門狗開始計(jì)數(shù)。如果程序運(yùn)行正常，則過一段時(shí)間CPU應(yīng)發(fā)出指令讓看門狗的計(jì)數(shù)值清零，重新開始計(jì)數(shù)。如果看門狗的計(jì)數(shù)值增加到設(shè)定值就認(rèn)為程序沒有正常工作，強(qiáng)制將整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位，看門狗在工程項(xiàng)目的應(yīng)用中有著重大的意義。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)位地址空間8051單片機(jī)片內(nèi)共有211個(gè)可尋址位，構(gòu)成了位地址空間。可位尋址區(qū)位于RAM地址20H~2FH(共128位,其分布如表所示)。特殊功能寄存器區(qū)(片內(nèi)RAM區(qū)字節(jié)地址80H～F7H,可用的共計(jì)83位,其分布如表所示)。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)引腳功能STC系列8051單片機(jī)與其他系列8051單片機(jī)是相互兼容的，只在引腳的特殊功能上略有差異。如圖所示為經(jīng)典8051單片機(jī):DIP封裝的MCS-51單片機(jī)引腳圖。8051單片機(jī)共40個(gè)引腳,可分為電源引腳、端口引腳和控制引腳。其中“1”號(hào)引腳位置的確定如下。半圓形的凹坑向上，左上角第一個(gè)引腳即為“1”引腳按照芯片表面文字標(biāo)注方向，左上角即為“1”引腳。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)引腳功能電源引腳vCC:40號(hào)引腳，正常工作時(shí)接+5V電源。GND:20號(hào)引腳，電源接地端。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)引腳功能端口引腳8051單片機(jī)有4個(gè)8位并行IO口，其中PO口為雙向口，P1、P2、P3為準(zhǔn)雙向口。4個(gè)口除按字節(jié)輸入/輸出外,還可以按位尋址。PO口PO口是一個(gè)8位雙向三態(tài)IO口，字節(jié)地址為80H，位地址為80H~87H。PO是數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線的分時(shí)復(fù)用口，分時(shí)向外部存儲(chǔ)器提供低8位地址信號(hào)和傳送8位雙向數(shù)據(jù)信號(hào)。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)引腳功能端口引腳8051單片機(jī)有4個(gè)8位并行IO口，其中PO口為雙向口，P1、P2、P3為準(zhǔn)雙向口。4個(gè)口除按字節(jié)輸入/輸出外,還可以按位尋址。PO口。當(dāng)PO口用作地址/數(shù)據(jù)總線端口時(shí)，它是一個(gè)真正的雙向口，與外部存儲(chǔ)器或IO口連接，輸出8位的數(shù)據(jù)或16位地址的低8位。當(dāng)PO口用作通用IO口時(shí)，它需要在片外連接上拉電阻，變?yōu)闇?zhǔn)雙向口，端口將不存在高阻抗的懸浮狀態(tài)。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)引腳功能端口引腳8051單片機(jī)有4個(gè)8位并行IO口，其中PO口為雙向口，P1、P2、P3為準(zhǔn)雙向口。4個(gè)口除按字節(jié)輸入/輸出外,還可以按位尋址。P1口P1口是一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向IO口，字節(jié)地址為90H，位地址為90H～97H。P1口只能用作通用I/O口。由于內(nèi)部帶有上拉電阻，沒有高阻抗輸入狀態(tài)。P1口“讀引腳”輸入時(shí),必須先向鎖存器P1寫入1。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)引腳功能端口引腳8051單片機(jī)有4個(gè)8位并行IO口，其中PO口為雙向口，P1、P2、P3為準(zhǔn)雙向口。4個(gè)口除按字節(jié)輸入/輸出外,還可以按位尋址。P2口P2口也是一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向IO口，也作為高8位地址總線使用。與PO口的低8位地址總線構(gòu)成了系統(tǒng)的片外16位地址總線。P2口作為高8位地址輸出時(shí)，輸出鎖存器內(nèi)容保持不變。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)引腳功能端口引腳8051單片機(jī)有4個(gè)8位并行IO口，其中PO口為雙向口，P1、P2、P3為準(zhǔn)雙向口。4個(gè)口除按字節(jié)輸入/輸出外,還可以按位尋址。P3口P3口是一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的8位多功能雙向IO口，字節(jié)地址為BOH,位地址為BOH～B7H。P3口各位都具有第二功能。由于P3口內(nèi)部帶有上拉電阻，不存在高阻抗輸入狀態(tài)，所以同樣是準(zhǔn)雙向口。P3口引腳的功能切換由指令控制,不需要用戶設(shè)置。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)引腳功能控制引腳復(fù)位引腳RST/VPD復(fù)位引腳，單片機(jī)上電后，在該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期（12T的單片機(jī)需要24個(gè)時(shí)鐘周期）寬度以上的高電平，就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位。單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)需要復(fù)位，使CPU以及其他功能部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài);在單片機(jī)工作過程中，如果出現(xiàn)故障，則必須對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位,使其重新開始工作。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)引腳功能控制引腳復(fù)位引腳RST/VPD注意：8051單片機(jī)復(fù)位后，ALE、PSEN、PO~P3口輸出高電平;RST引腳恢復(fù)低電平時(shí)復(fù)位狀態(tài)結(jié)束;復(fù)位后，PC會(huì)初始化為0000H，從程序存儲(chǔ)器的0000H開始執(zhí)行程序。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)引腳功能控制引腳復(fù)位引腳RST/VPD常用的復(fù)位電路如下上電復(fù)位:如圖所示，上電瞬時(shí)RST端與VCC等電位，RST為高電平，隨著電容器充電電流的減小,RST的電位不斷下降,其充電時(shí)間常數(shù)為:10×106×8.2×103s=82×103s=82ms此時(shí)間常數(shù)足以使RST保持為高電平的時(shí)間完成復(fù)位操作。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)引腳功能控制引腳復(fù)位引腳RST/VPD常用的復(fù)位電路如下按鍵復(fù)位:如圖所示，手動(dòng)按下復(fù)位按鍵，電容充電，RST端的電位逐漸升高為高電平，實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作;按鍵釋放后，電容器的電荷經(jīng)電阻放電，RST端恢復(fù)低電平。此外，對(duì)于有特殊需求的復(fù)位電路，可以采用可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器74LS122芯片構(gòu)建，此類復(fù)位電路抗干擾能力較強(qiáng)，且能輸出高電平和低電平兩種電壓信號(hào)，滿足不同芯片對(duì)于復(fù)位信號(hào)的需求。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)引腳功能控制引腳ALE/PROG(30號(hào)引腳)低8位地址鎖存使能輸出引腳/編程引腳。當(dāng)單片機(jī)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，外部存儲(chǔ)器的16位地址信號(hào)由PO口輸出低8位，P2口輸出高8位，ALE可用作鎖存低8位地址信號(hào),方便PO口分時(shí)復(fù)用。如果CPU不訪問外部程序存儲(chǔ)器，則ALE將發(fā)出一個(gè)1/6振蕩頻率的脈沖，此脈沖可以用于識(shí)別單片機(jī)是否正常運(yùn)行或作為外部定時(shí)及觸發(fā)信號(hào)使用。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)引腳功能控制引腳EA/VPP（31號(hào)引腳)內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制EA是31號(hào)引腳的第一個(gè)功能。當(dāng)EA=1時(shí)，CPU從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器開始讀取指令。當(dāng)程序計(jì)數(shù)器PC的值超過OFFFH時(shí)(8051片內(nèi)程序存儲(chǔ)器為4KB)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器的指令。當(dāng)EA=0時(shí)，CPU僅訪問片外程序存儲(chǔ)器。該引腳第二個(gè)功能VPP是對(duì)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，外接編程電壓。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)引腳功能控制引腳PSEN(29號(hào)引腳)外部程序存儲(chǔ)器讀選通控制引腳PSEN，低電平有效。29號(hào)引腳及31號(hào)引腳與片外程序存儲(chǔ)器有關(guān)，對(duì)于新型STC系列的51單片機(jī)，由于內(nèi)部程序存儲(chǔ)器空間非常大，無須外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器，只需要將31號(hào)引腳EA接入高電平即可。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)018051單片機(jī)引腳功能控制引腳時(shí)鐘引腳XTAL1、XTAL2時(shí)鐘引腳XTAL1和XTAL2分別接入51單片機(jī)片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器的輸入端和輸出端，51單片機(jī)有兩種時(shí)鐘模式，具體在分析后面時(shí)鐘電路部分進(jìn)行詳細(xì)說明。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)01單片機(jī)內(nèi)部時(shí)序時(shí)鐘電路單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘模式是通過XTALI和XTAL2引腳接入的晶體振蕩器和微調(diào)電容及片內(nèi)構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，如圖所示。電容器的選擇如下。晶體振蕩器:C-C2-(30士10)pF。陶瓷振蕩器:C-C2-(40±10)pF。內(nèi)部時(shí)鐘模式STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)01單片機(jī)內(nèi)部時(shí)序內(nèi)部時(shí)鐘模式外部時(shí)鐘模式外部時(shí)鐘模式常用于多片51單片機(jī)同時(shí)工作，所有單片機(jī)采用統(tǒng)一時(shí)鐘信號(hào)，以便于工作同步。外部時(shí)鐘信號(hào)直接接入XTAL1引腳,而XTAL2引腳懸空。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)01單片機(jī)內(nèi)部時(shí)序時(shí)鐘周期、機(jī)器周期、指令周期及指令時(shí)序振蕩周期與狀態(tài)振蕩周期又稱時(shí)鐘周期，是單片機(jī)提供定時(shí)的時(shí)鐘源周期。時(shí)鐘周期是單片機(jī)中最基本、最小的時(shí)間單位，等于振蕩頻率Jos的倒數(shù)。時(shí)鐘脈沖經(jīng)過二分頻后得到單片機(jī)的狀態(tài)周期(記作S)，每個(gè)狀態(tài)周期分為兩個(gè)節(jié)拍P和P。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)01單片機(jī)內(nèi)部時(shí)序時(shí)鐘周期、機(jī)器周期、指令周期及指令時(shí)序機(jī)器周期執(zhí)行一條指令的過程可分為若干個(gè)階段，每個(gè)階段完成一個(gè)規(guī)定的操作，完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間稱為一個(gè)機(jī)器周期。機(jī)器周期是單片機(jī)的基本操作周期，每個(gè)機(jī)器周期包含6個(gè)狀態(tài)周期，用S,、Sz、S5、S4.Ss、S表示，每個(gè)狀態(tài)周期又包含兩個(gè)節(jié)拍P、P，每個(gè)節(jié)拍持續(xù)一個(gè)時(shí)鐘周期，因此，一個(gè)機(jī)器周期包含12個(gè)時(shí)鐘周期，分別表示為S,P1,S,P2,SzP1,SP2…,SoP1,S6P2。對(duì)于經(jīng)典的8051單片機(jī)，機(jī)器周期=時(shí)鐘周期×12。假設(shè)采用12MHz的振蕩頻率，則時(shí)鐘周期等于1/126s,狀態(tài)周期等于1/6s，機(jī)器周期為1us。STC系列8051單片機(jī)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)01單片機(jī)內(nèi)部時(shí)序時(shí)鐘周期、機(jī)器周期、指令周期及指令時(shí)序指令周期。指令周期定義為執(zhí)行一條指令所用的時(shí)間。如圖所示，一個(gè)指令周期含有1~4個(gè)機(jī)器周期。按指令周期所占機(jī)器周期的個(gè)數(shù)，可以將指令分為單周期指令、雙周期指令和四周期指令。指令周期的長短決定了單片機(jī)執(zhí)行該指令的速度，所含周期越少，指令的執(zhí)行速度越快。02常用電子元器件常用電子元器件02電阻電阻器（Resistance)，在工作生活中一般簡稱為電阻，是一類限流元件，與物理量的電阻為兩個(gè)不同的概念。物理學(xué)中電阻表示導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的大小，是導(dǎo)體本身的一種固有屬性。為了區(qū)分二者，下文的電阻指電阻器，阻值或電阻值則代表物理量中的電阻。常用電子元器件02電阻電阻的工作原理電阻由電阻體、骨架和引出端三部分構(gòu)成(實(shí)心電阻器的電阻體與骨架合二為一)，而決定其阻值的只有如圖所示的電阻體部分。阻值是描述導(dǎo)體導(dǎo)電性能的物理量，用R表示，單位為歐姆(Q)。阻值由導(dǎo)體兩端的電壓U與通過導(dǎo)體的電流Ⅰ的比值來定義，即:常用電子元器件02電阻電阻的工作原理所以，當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓一定時(shí)，阻值越大，通過的電流就越小;反之，阻值越小，通過的電流就越大。因此，阻值的大小可以用來衡量導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的強(qiáng)弱，即導(dǎo)電性能的好壞。電阻的阻值與導(dǎo)體的材料、形狀、體積及周圍環(huán)境等因素有關(guān)。電阻率是描述導(dǎo)體導(dǎo)電性能的參數(shù)。對(duì)于由某種材料制成的柱形均勻?qū)w，其阻值R與長度L成正比，與橫截面積S成反比，即:式中，p為比例系數(shù)，由導(dǎo)體的材料和周圍溫度所決定，稱為電阻率。它的國際單位制(SI)是歐姆·米(Q·m)。常用電子元器件02電阻電阻的工作原理常溫下一般金屬的電阻率與溫度的關(guān)系為:式中，po為金屬電阻O℃時(shí)的電阻率;α為電阻的溫度系數(shù);溫度t的單位為℃。半導(dǎo)體和絕緣體的電阻率與金屬不同，它們與溫度之間不是按線性規(guī)律變化的。當(dāng)溫度升高時(shí)，半導(dǎo)體的電阻率通常會(huì)急劇減小，呈現(xiàn)出非線性變化的性質(zhì)。利用電阻率隨溫度變化的特性，可以設(shè)計(jì)出各式各樣的電阻式溫度傳感器。常用電子元器件02電阻電阻的分類按伏安特性分類對(duì)于大多數(shù)導(dǎo)體來說，在一定的溫度下，其阻值幾乎維持不變而為一定值，這類電阻稱為線性電阻。有些材料的阻值明顯地隨著電流（或電壓）而變化，其伏安特性是一條曲線，這類電阻稱為非線性電阻。非線性電阻在某一給定的電壓（或電流）作用下，電壓與電流的比值為在該工作點(diǎn)下的靜態(tài)電阻，伏安特性曲線上的斜率為動(dòng)態(tài)電阻。表達(dá)非線性電阻特性的方式比較復(fù)雜,但這些非線性關(guān)系在電子電路中得到了廣泛的應(yīng)用。常用電子元器件02電阻電阻的分類按材料分類繞線電阻由電阻線繞成，用高阻合金線繞在絕緣骨架上制成,外面涂有耐熱的釉絕緣層或絕緣漆。繞線電阻具有較低的溫度系數(shù)，阻值精度高，穩(wěn)定性好，耐熱、耐腐蝕，主要做精密大功率電阻使用;缺點(diǎn)是高頻性能差,時(shí)間常數(shù)大。常用電子元器件02電阻電阻的分類按材料分類碳合成電阻由碳及合成塑膠壓制而成。碳膜電阻在瓷管上鍍上一層碳，將結(jié)晶碳沉積在陶瓷棒骨架上制成。碳膜電阻成本低、性能穩(wěn)定、阻值范圍寬、溫度系數(shù)和電壓系數(shù)低，是目前應(yīng)用最廣泛的電阻。常用電子元器件02電阻電阻的分類按材料分類金屬膜電阻在瓷管上鍍上一層金屬而制成,用真空蒸發(fā)的方法將合金材料蒸鍍于陶瓷棒骨架表面。金屬膜電阻比碳膜電阻的精度高，穩(wěn)定性好，噪聲和溫度系數(shù)小。在儀器儀表及通信設(shè)備中大量采用。常用電子元器件02電阻電阻的分類按材料分類金屬氧化膜電阻在瓷管上鍍上一層氧化錫而制成,在絕緣棒上沉積一層金屬氧化物。由于其本身就是氧化物，所以高溫下穩(wěn)定,耐熱沖擊，負(fù)載能力強(qiáng)。常用電子元器件02電阻電阻的分類按用途分類通用精密高頻高壓高阻大功率電阻網(wǎng)絡(luò)等。常用電子元器件02電阻電阻的分類特殊功能電阻敏感電阻:其阻值對(duì)于某種物理量(如溫度、濕度、光照、電壓、機(jī)械力及氣體濃度等)具有敏感特性，當(dāng)這些物理量發(fā)生變化時(shí)，敏感電阻的阻值就會(huì)隨物理量變化而發(fā)生改變，呈現(xiàn)不同的阻值。根據(jù)物理量不同,敏感電阻可分為熱敏、濕敏、光敏、壓敏、力敏、磁敏和氣敏等類型敏感電阻。敏感電阻所用的材料幾乎都是半導(dǎo)體材料，這類電阻也稱為半導(dǎo)體電阻。保險(xiǎn)電阻:又叫熔斷電阻，在正常情況下起著電阻和熔斷器的雙重作用,當(dāng)電路出現(xiàn)故障而使其功率超過額定功率時(shí)，它會(huì)像熔斷器一樣熔斷使連接電路斷開。熔斷電阻一般阻值都較小(0.33Q2~10kQ2)，功率也較小。熔斷電阻常用型號(hào)有:RF10型、RF111-5型、RRD0910型、RRD0911型等。常用電子元器件02電阻電阻的分類按封裝分類直插電阻貼片電阻貼片電阻體積相對(duì)較小，已成為主流。常用電子元器件02電容電容器（Capacitor）是一種儲(chǔ)存電量和電能（電勢能）的元件,一般簡稱電容。兩個(gè)相互靠近的導(dǎo)體，中間夾一層不導(dǎo)電的絕緣介質(zhì),就構(gòu)成了電容。當(dāng)電容的兩個(gè)極板之間加上電壓時(shí),電容就會(huì)儲(chǔ)存電荷。電容的電容量在數(shù)值上等于一個(gè)導(dǎo)電極板上的電荷量與兩個(gè)極板之間的電壓之比。電容量的基本單位是法（F)，在電路圖中通常用字母C表示電容。各式電容如圖所示。常用電子元器件02電容電容的應(yīng)用在直流電路中，電容相當(dāng)于斷路;在交流電路中，因?yàn)殡娏鞯姆较蚴请S時(shí)間成一定的函數(shù)關(guān)系變化的，而電容充放電的過程是有時(shí)間的，所以這時(shí)在極板間形成變化的電場，而這個(gè)電場也是隨時(shí)間變化的函數(shù)。常用電子元器件02電容電容的應(yīng)用旁路（bypass）:旁路電容是指可將混有高頻電流和低頻電流的交流電中的高頻成分旁路濾除的電容。旁路電容屬于儲(chǔ)能元件，能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化，降低負(fù)載的需求。旁路電容的主要功能是產(chǎn)生一個(gè)交流分路，從而消去進(jìn)入易感區(qū)的那些不需要的能量，即當(dāng)混有高頻和低頻的信號(hào)經(jīng)過放大器放大，要求通過某一級(jí)時(shí)只允許低頻信號(hào)輸入到下一級(jí)，而不需要高頻信號(hào)進(jìn)入，則在該級(jí)的輸入端加一個(gè)適當(dāng)大小的接地電容，使較高頻率的信號(hào)很容易通過此電容被旁路濾除(這是因?yàn)殡娙輰?duì)高頻阻抗小)，而低頻信號(hào)由于電容對(duì)它的阻抗較大而被輸送到下一級(jí)放大。電容應(yīng)用于電源電路時(shí)的常用功能如下常用電子元器件02電容電容的應(yīng)用去耦（decoupling):去耦又稱解耦，去耦電容是電路中裝設(shè)在元件電源端的電容，此電容可以提供較穩(wěn)定的電源，同時(shí)也可以降低元件耦合到電源端的噪聲，間接可以減小其他元件受此元件噪聲的影響。在電子電路中，去耦電容和旁路電容都是起到抗干擾的作用，電容所處的位置不同，稱呼也不一樣。對(duì)于同一個(gè)電路來說，旁路電容把輸入信號(hào)中的高頻噪聲作為濾除對(duì)象，把前級(jí)攜帶的高頻雜波濾除，而去耦電容把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象，用在放大電路中不需要交流的地方，用來消除自激,使放大器穩(wěn)定工作。電容應(yīng)用于電源電路時(shí)的常用功能如下常用電子元器件02電容電容的應(yīng)用濾波:用在濾波電路中的電容稱為濾波電容，在電源濾波和各種濾波器電路中使用這種電容，濾波電容將一定頻段內(nèi)的信號(hào)從總信號(hào)中去除。濾波電容并聯(lián)在整流電源電路輸出端,是用以降低交流脈動(dòng)波紋系數(shù)、平滑直流輸出的一種儲(chǔ)能元件。在將交流轉(zhuǎn)換為直流供電的電子電路中，濾波電容不僅使電源直流輸出平滑穩(wěn)定，降低交變脈動(dòng)電流對(duì)電子電路的影響，同時(shí)還可吸收電子電路工作過程中產(chǎn)生的電流波動(dòng)和經(jīng)由交流電源串入的干擾，使得電子電路的工作性能更加穩(wěn)定。為了獲得良好的濾波效果，電容放電必須慢，電容放電越慢，輸出電壓就越平滑，濾波效果就越好。而電容放電的快慢和電容值C、負(fù)載R有關(guān)，C和R越大，電容放電就越慢。電容應(yīng)用于電源電路時(shí)的常用功能如下常用電子元器件02電容電容的應(yīng)用電容在信號(hào)電路中的應(yīng)用耦合1用在耦合電路中的電容稱為耦合電容，在阻容耦合放大器和其他電容耦合電路中大量使用這種電容電路,起到隔直流通交流的作用。振蕩/同步2常見于RC、LC振蕩電路。修改時(shí)間常數(shù)3常見于微分、積分電路中時(shí)間常數(shù)的修改。常用電子元器件02電容電容的應(yīng)用電容在信號(hào)電路中的應(yīng)用負(fù)載4是指與石英晶體諧振器一起決定負(fù)載諧振頻率的有效外界電容。負(fù)載電容常用的標(biāo)準(zhǔn)值有16pF、20pF、30pF、50pF和100pF。負(fù)載電容可以根據(jù)具體情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，通過調(diào)整一般可以將諧振器的工作頻率調(diào)到標(biāo)稱值。分頻5在分頻電路中的電容稱為分頻電容，在音箱的揚(yáng)聲器分頻電路中，使用分頻電容電路，以使高頻揚(yáng)聲器工作在高頻段，中頻揚(yáng)聲器工作在中頻段，低頻揚(yáng)聲器工作在低頻段。常用電子元器件02電容電容的分類及選擇電容由兩個(gè)金屬極中間夾有絕緣材料（介質(zhì)）構(gòu)成。由于絕緣材料不同，所構(gòu)成的電容種類也有所不同。按結(jié)構(gòu)可分為固定電容、可變電容、微調(diào)電容。按介質(zhì)材料可分為氣體介質(zhì)電容、液體介質(zhì)電容、無機(jī)固體介質(zhì)電容、有機(jī)固體介質(zhì)電容、電解電容。按極性分為有極性電容和無極性電容。常用電子元器件02電容電容的分類及選擇電容的選擇電容值選擇電容時(shí)要考慮的因素:額定耐壓電容值誤差直流偏壓下的電容量變化量噪聲等級(jí)電容的類型電容的規(guī)格常用電子元器件02電感電感器（Inductor）是能夠把電能轉(zhuǎn)化為磁能而存儲(chǔ)起來的元件,一般簡稱電感。電感的結(jié)構(gòu)類似于變壓器,但只有一個(gè)繞組。電感具有一定的電感量,它只阻礙電流的變化。如果電感在沒有電流通過的狀態(tài)下,電路接通時(shí)它將試圖阻礙電流流過它;如果電感在有電流通過的狀態(tài)下,電路斷開時(shí)它將試圖維持電流不變。電感又稱扼流器、電抗器、動(dòng)態(tài)電抗器。各式電感如圖所示。常用電子元器件02電感電感的應(yīng)用電感在電路中主要起到濾波、振蕩、延遲、陷波等作用，還有篩選信號(hào)、過濾噪聲、穩(wěn)定電流及抑制電磁波干擾等作用。電感在電路中最常見的作用就是與電容一起,組成LC濾波電路。電容具有“阻直流，通交流”的特性，而電感則有“通直流，阻交流”的功能。如果把伴有許多干擾信號(hào)的直流電通過LC濾波電路，那么交流干擾信號(hào)將被電感變成熱能消耗掉;變得比較純凈的直流電流通過電感時(shí),其中的交流干擾信號(hào)也被變成磁感和熱能,頻率較高的最容易被電感阻抗,從而可以抑制較高頻率的干擾信號(hào)。電感具有阻止交流電通過而讓直流電順利通過的特性，頻率越高，線圈阻抗越大。因此，電感的主要功能是對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行隔離、濾波或與電容、電阻等組成諧振電路。常用電子元器件02電感電感的分類自感器:當(dāng)線圈中有電流通過時(shí)，線圈的周圍就會(huì)產(chǎn)生磁場。當(dāng)線圈中電流發(fā)生變化時(shí),其周圍的磁場也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化,此變化的磁場可使線圈自身產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(感生電動(dòng)勢)(電動(dòng)勢用以表示有源器件理想電源的端電壓)，這就是自感。由單一線圈組成的電感稱為自感器，它的自感量又稱為自感系數(shù)?；ジ衅?兩個(gè)電感線圈相互靠近時(shí)，一個(gè)電感線圈的磁場變化將影響另一個(gè)電感線圈，這種影響就是互感?；ジ械拇笮∪Q于電感線圈的自感與兩個(gè)電感線圈耦合的程度，利用此原理制成的元件叫作互感器。為增大電感量，提高品質(zhì)因數(shù)，縮小體積，常在電感中加入鐵磁物質(zhì)制成的鐵芯或磁芯。電感的基本參數(shù)有電感量、品質(zhì)因數(shù)、固有電容量、通過的電流和使用頻率等。常用電子元器件02二極管二極管的工作原理二極管最常用的功能是只允許電流由單一方向通過(稱為順向偏壓)和電壓反向時(shí)阻斷(稱為逆向偏壓)，即電流只可以從二極管的一個(gè)方向流過，整流電路、檢波電路、穩(wěn)壓電路及各種調(diào)制電路都是基于此原理。二極管單向?qū)щ姷暮诵氖荘N結(jié)，通常晶體二極管是一個(gè)由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體燒結(jié)形成的PN結(jié)界面。在其界面的兩側(cè)形成空間電荷層，構(gòu)成自建電場。當(dāng)外加電壓為零時(shí)，由于PN結(jié)兩邊載流子的濃度差引起擴(kuò)散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。外加正向電壓時(shí),在正向特性的起始部分，當(dāng)正向電壓很小，不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場的阻擋作用時(shí)，正向電流幾乎為零，這一段稱為死區(qū)，這個(gè)不能使二極管導(dǎo)通的正向電壓最大值稱為死區(qū)電壓。常用電子元器件02二極管二極管的工作原理當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓時(shí)，PN結(jié)內(nèi)電場被克服，二極管正向?qū)?，電流隨電壓增大而迅速上升。在正常使用的電流范圍內(nèi)，導(dǎo)通時(shí)二極管的端電壓幾乎維持不變，這個(gè)電壓稱為二極管的正向電壓。當(dāng)二極管兩端外加反向電壓不超過一定范圍時(shí)，通過二極管的電流是少數(shù)載流子漂移運(yùn)動(dòng)所形成的反向電流，由于反向電流很小，所以二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。這個(gè)反向電流又稱為反向飽和電流或漏電流，二極管的反向飽和電流受溫度的影響很大。外加反向電壓超過某一數(shù)值時(shí)，反向電流會(huì)突然增大，這種現(xiàn)象稱為電擊穿。引起電擊穿的臨界電壓稱為二極管反向擊穿電壓。電擊穿時(shí)二極管失去單向?qū)щ娦浴３Ｓ秒娮釉骷?2二極管二極管的分類按材料分錯(cuò)（Ge）二極管硅（Si）二極管常用電子元器件02二極管二極管的分類按用途劃分檢波二極管穩(wěn)壓二極管整流二極管開關(guān)二極管隔離二極管肖特基二極管發(fā)光二極管硅功率開關(guān)二極管常用電子元器件02二極管二極管的分類按照管芯結(jié)構(gòu)點(diǎn)接觸型二極管面接觸型二極管平面型二極管點(diǎn)接觸型二極管的PN結(jié)面積較小，只允許較小的電流（幾十毫安）通過，適用于高頻小電流電路。面接觸型二極管的PN結(jié)面積較大，允許通過較大的電流（幾安到幾十安)，主要用于把交流電變換成直流電的“整流”電路中。平面型二極管是一種特制的硅二極管，它不僅能通過較大的電流，而且性能穩(wěn)定可靠,多用于開關(guān)、脈沖及高頻電路中。常用電子元器件02二極管二極管的分類此外，不同材質(zhì)的二極管的壓降也有差異，硅二極管（不發(fā)光類型）正向管壓降為0.7V，鍺二極管正向管壓降為0.3V。發(fā)光二極管正向管壓降與發(fā)光顏色有關(guān)。主要顏色有三種，具體壓降參考值如下:紅色發(fā)光二極管的壓降為2.0~2.2V，黃色發(fā)光二極管的壓降為1.8~2.0V,綠色發(fā)光二極管的壓降為3.0～3.2V，正常發(fā)光時(shí)的額定電流約為20mA。常用電子元器件02二極管二極管的主要參數(shù)最大整流電流I:最大整流電流是二極管長期連續(xù)工作時(shí)，允許通過的正向平均電流最大值，其數(shù)值與PN結(jié)的面積及外部的散熱條件有關(guān)。電流通過二極管時(shí)會(huì)使管芯產(chǎn)生熱量,當(dāng)溫度升高超過了規(guī)定界限時(shí)，二極管就會(huì)過熱損壞，其中硅管的溫度界限為141℃左右，鍺管為90℃左右。二極管在規(guī)定的散熱條件下工作時(shí)，其通過的電流不能超過最大整流電流。常用電子元器件02二極管二極管的主要參數(shù)最高反向工作電壓Ua:當(dāng)二極管兩端的反向電壓高到一定值時(shí)，會(huì)將二極管擊穿，二極管失去單向?qū)щ娔芰Α榱吮ＷC使用安全，規(guī)定了最高反向工作電壓。常用電子元器件02二極管二極管的主要參數(shù)反向電流Iarm:反向電流是指二極管在常溫（25℃）)和最高反向電壓作用下，流過二極管的反向電流。反向電流越小，二極管的單向?qū)щ娦阅茉胶谩Ｖ档米⒁獾氖?，反向電流與溫度有著密切的關(guān)系，大約溫度每升高10℃，反向電流增大一倍。例如，2AP1型鍺二極管在25℃時(shí)反向電流若為250uA，則溫度升高到35℃時(shí)，反向電流將上升到500uA。以此類推，在75℃時(shí)，它的反向電流已達(dá)8mA，不僅失去了單向?qū)щ娞匦?，還會(huì)使管子過熱而損壞。又如，2CP10型硅二極管25℃時(shí)反向電流僅為5uA,溫度升高到75℃時(shí),反向電流也不過160uA。故硅二極管比鍺二極管在高溫下具有較好的穩(wěn)定性。常用電子元器件02二極管二極管的主要參數(shù)動(dòng)態(tài)電阻R:二極管特性曲線靜態(tài)工作點(diǎn)附近電壓的變化與相應(yīng)電流的變化量之比。最高工作頻率fmax:最高工作頻率是二極管工作頻率的上限。其值主要取決于PN結(jié)電容的大小。若二極管工作頻率超過最大值，則二極管的單向?qū)щ娦詫⑹苡绊憽ｋ妷簻囟认禂?shù)α:電壓溫度系數(shù)是指溫度每升高1℃時(shí)的穩(wěn)定電壓的相對(duì)變化量。電壓溫度系數(shù)為6V/℃左右時(shí),穩(wěn)壓二極管的溫度穩(wěn)定性較好。常用電子元器件02三極管三極管的分類三極管按材料分有兩種:鍺管和硅管。晶體三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把半導(dǎo)體分成三部分，中間是基區(qū)，兩側(cè)是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)。如圖所示，三極管有NPN和PNP兩種類型。從三個(gè)區(qū)引出相應(yīng)的電極，分別為基極b、發(fā)射極e和集電極c。常用電子元器件02三極管三極管的分類發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫集電結(jié)。PNP型三極管發(fā)射區(qū)“發(fā)射”的是空穴，其移動(dòng)方向與電流方向一致，故發(fā)射極箭頭向里;NPN型三極管發(fā)射區(qū)“發(fā)射”的是自由電子，其移動(dòng)方向與電流方向相反，故發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭指向也是PN結(jié)在正向電壓下的導(dǎo)通方向。發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)的特點(diǎn)如下。發(fā)射區(qū)摻雜濃度遠(yuǎn)大于基區(qū),有利于多子向基區(qū)發(fā)射?；鶇^(qū)很薄,摻雜少，有利于載流子通過基區(qū)。集電區(qū)的幾何尺寸比發(fā)射區(qū)大，濃度低,有利于收集載流子。常用電子元器件02三極管三極管的功能以NPN型三極管為例分析電壓放大作用，如圖所示。我們把從基極b流至發(fā)射極e的電流叫作基極電流i，從集電極c流至發(fā)射極e的電流叫作集電極電流ic。三極管的電流放大作用實(shí)際上是利用基極電流的微小變化去控制集電極電流的巨大變化，但在實(shí)際使用中常常通過電阻將三極管的電流放大作用轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷悍糯笞饔没蜷_關(guān)作用。常用電子元器件02三極管三極管的功能三極管的放大作用可描述為:集電極電流i受基極電流i的控制，并且基極電流很小的變化會(huì)引起集電極電流很大的變化，且變化滿足一定的比例關(guān)系——集電極電流的變化量是基極電流變化量的β倍，即電流變化被放大了β倍，一般把β稱為三極管的放大倍數(shù)（β一般遠(yuǎn)大于1，如幾十、幾百)。將一個(gè)變化的小信號(hào)加到基極和發(fā)射極之間，就會(huì)引起基極電流i的變化，i的變化被放大后，導(dǎo)致了i。很大的變化。如果集電極電流i是流過一個(gè)電阻R.的，那么將這個(gè)電阻上的電壓取出，即得到放大后的電壓信號(hào)。常用電子元器件02場效應(yīng)管場效應(yīng)晶體管（FieldEffectTransistor，F(xiàn)ET）簡稱場效應(yīng)管。主要有兩種類型:結(jié)型場效應(yīng)管（JunctionFET，JFET)和金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管（Metal-OxideSemiconductorFET,MOSFET)。如圖所示為常見的場效應(yīng)管。常用電子元器件02場效應(yīng)管場效應(yīng)管的特點(diǎn)場效應(yīng)管是電壓控制型器件，可以通過柵極電壓來控制漏極電流，使得驅(qū)動(dòng)電路十分簡單。場效應(yīng)管的控制輸入端電流極小，因此它的輸入電阻（107~101Q）很大。它是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電的，因此其溫度穩(wěn)定性較好。它組成的放大電路的電壓放大系數(shù)要小于三極管組成的放大電路的電壓放大系數(shù)。場效應(yīng)管的抗輻射能力強(qiáng)。由于它不存在雜亂運(yùn)動(dòng)的電子擴(kuò)散引起的散粒噪聲，所以噪聲低。驅(qū)動(dòng)功率小,開關(guān)速度快,工作頻率高。常用電子元器件02場效應(yīng)管MOSEFT的種類和結(jié)構(gòu)MOSFET被稱為金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管,主要有增強(qiáng)型和耗盡型,兩者又可分為NPN(N溝道）型和PNP(P溝道）型，如圖所示。對(duì)于N溝道MOSFET，其源極和漏極接在N型半導(dǎo)體上，同樣，對(duì)于Р溝道MOSFET，其源極和漏極則接在Р型半導(dǎo)體上。場效應(yīng)管的輸出電流由輸入的電壓（或稱電場）控制，可以認(rèn)為輸入電流極小或沒有輸入電流，這使得該器件有很高的輸入阻抗。N溝道場效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻極小且容易制造，因此，增強(qiáng)型場效應(yīng)管中N溝道型的應(yīng)用更廣泛。常用電子元器件02場效應(yīng)管場效應(yīng)管和晶體管的選擇場效應(yīng)管利用多數(shù)載流子導(dǎo)電，所以稱之為單極型器件，而晶體管既有多數(shù)載流子，又利用少數(shù)載流子導(dǎo)電,所以稱之為雙極型器件。場效應(yīng)管是電壓控制電流型元件，而晶體管是電流控制電壓型元件。在只允許從信號(hào)源獲取較少電流的情況下，應(yīng)選用場效應(yīng)管;而在信號(hào)電壓較低，又允許從信號(hào)源獲取較多電流的條件下,應(yīng)選用晶體管。部分場效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用，柵極電壓也可正可負(fù)，靈活性比三極管好。場效應(yīng)管能在很小電流和很低電壓的條件下工作，而且它的制造工藝可以很方便地把很多場效應(yīng)管集成在一塊硅片上，因此場效應(yīng)管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。常用電子元器件02光電耦合器光電耦合器（OpticalCoupler,OC)也稱光電隔離器，簡稱光耦。光電耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。常見的光電耦合器如圖2-18所示,它是一種把發(fā)光器件和光敏器件封裝在同一殼體內(nèi),中間通過電一光→電的轉(zhuǎn)換來傳輸電信號(hào)的半導(dǎo)體光電子器件。光電耦合器對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用,使得它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用，目前已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。常用電子元器件02光電耦合器光電耦合器的工作原理光電耦合器主要由光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大三部分組成。其中，發(fā)光器件一般都是發(fā)光二極管。而光敏器件的種類較多，除光電二極管外，還有光敏三極管、光敏電阻、光電晶閘管等。光電耦合器可根據(jù)不同要求，由不同種類的發(fā)光器件和光敏器件組合成許多系列。工作時(shí)光電耦合器把電信號(hào)加到輸入端，使發(fā)光器件的芯體發(fā)光，而光敏器件受光照后產(chǎn)生光電流并經(jīng)電子電路放大后輸出，實(shí)現(xiàn)電→光→電的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)輸入和輸出電路的電氣隔離。由于光電耦合器輸入和輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，所以其具有良好的電絕緣能力和抗電磁波干擾能力，無觸點(diǎn)且輸入與輸出在電氣上完全隔離等優(yōu)點(diǎn)。光電耦合器的輸入端屬于電流型的低阻元件，具有很強(qiáng)的共模抑制能力，在遠(yuǎn)距離通信中用光電耦合器作為終端隔離元件可以極大地提高信噪比。常用電子元