单片机技术与实践教案chap1暂定稿新.ppt

1,奉天承运,教务诏曰:近日偶闻理工院内有一干才童,正当妙龄,却已经头角峥嵘，对外号称08机制。甚感大业后继有人,特命师范寺之教卿刘健,自接此教谕之时,即刻携单片机秘籍传于众童,钦此!,2,奉天承运,教务诏曰:近日偶闻理工院内有一干才童,正当妙龄,却已经头角峥嵘，对外号称08机制。甚感大业后继有人,特命师范寺之教卿刘健,自接此教谕之时,即刻携单片机秘籍传于众童,钦此!,3,单片机技术与实践 刘健,4,单片机技术与实践,宜春学院计算机系 刘健 手机每天用) 电话上班用) Email：Y (经常用) QQ：499314643 (偶尔用),主要联系方式：,5,先修课程： 数字逻辑电路 计算机组成原理 接口技术 汇编语言,课程性质：应用型课程,6,第一章 单片机概述,1.1 单片计算机,名词解释：,微处理器：计算机系统核心部件（CPU），并不是一台完整的计算机。,单片机：将CPU和其他接口电路集成于一个芯片之中，使其具有计算机的基本功能。,7,单片计算机（SCMC） Single Chip Micro Computer,将中央处理器，随机存储器，只读存储器，中断系统，定时器/计数器以及I/O接口电路等主要微型机部件集成在一块芯片上。,单片机又可称为微控制器（MCU）Micro Controller Unit,8,通用单片机和专用单片机,通用单片机： 是一个基本芯片，内部资源比较丰富，性能全面且通用性强，覆盖多种应用需求。,专用单片机： 针对某一种产品，或某一种控制应用而专门设计的。设计时已经使系统结构最简；软硬件资源利用最优；可靠性以及经济成本最佳。,本课程介绍的MCS-51系列单片机是一种通用单片机，其结构和原理对所有单片机都是适用的。,9,单片机系统 在单片机芯片基础上，扩展其他电路或芯片构成具有一定应用功能的计算机系统。,单片机应用系统 为控制应用而设计，系统和控制对象结合在一起。,单片机开发系统 单片机系统开发调试工具。,10,1.2 单片微型计算机发展简况,1971年intel公司研制成功世界上第一台4位微处理器；(1位的也是这一年出现的) 1973年intel公司研制成功8080 8位微处理器; 1976年intel公司推出MCS-48系列8位单片机; 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”。,11,84年intel出售了8051的核心技术： Philips、Atmel、Adi、Cygnal、Dallas 发展至今形成一个有近千种型号的庞大的51单片机家族。 目前主要单片机厂商： Intel、Motorola、Philips、Atmel、Siemens、 NS、LG、Winbond、Microchip、Epson、Nec、Cypress、Dallas、Oki、Fairchild 、Fujitsu、Hitachi、Samsung、台湾凌阳,12,由于8位单片机基本能满足目前大多数应用系统的要求，所以目前8位单片机仍是应用主流。,13,CPU字长：8位、16位、32位 时钟频率：6MHz、12MHz、20MHz 双CPU结构，处理能力大大提高,CPU的发展,14,片内存储器的发展,所谓片内（相对片外）：集成在单片机芯片内的存储单元。,扩大存储容量,早期单片机(48系列),RAM：64128字节 ROM：12k字节 寻址范围：1-4k（212）,新型单片机(51系列),RAM：256字节 ROM：816k字节 寻址范围：1-64k（216）,15,电擦除可编程只读存储器E2PROM可在正常工作电压下进行读写，并能在断电情况下，保持信息不丢失。,片内EPROM开始E2PROM化到FlashROM,ROM发展历程: 掩模ROM可编程ROM(PROM写入内容后不能修改) EPROM(电信号编程,紫外线擦除) E2PROM(电信号编程,电信号擦除) FlashROM(电擦除速度快成本低),16,关于51系列单片机的程序存储器ROM 程序存储器用于存放程序和表格等固定数据，掉电数据不丢失，每种单片机在其内部都会有064K容量不等的ROM。 如果单片机片内ROM空间不够，可以在单片机外部扩展ROM，但建议用户尽量避免外扩ROM，51系列单片机1000多种型号，一定可以找到内部ROM容量符合要求的单片机。即便是单片机略微贵点 也值得。 目前市面上的单片机ROM主要有 Flash Memory和OTP (One Time Programmable)两种，PROM、EPROM等形式的单片机已经很少见了。就开发而言Flash Memory的单片机更加合适，如ATMEL公司的AT89CXX单片机和PHILIPS公司的P89CXX单片机。,17,加强片内输入输出功能,早期单片机：并行输入/输出口、定时/计数器。,现代单片机：大功率输入/输出口，可直接驱动VFD（荧光显示管）；LCD（液晶显示器）和LED（数码显示管）；片内A/D、D/A转换器；CRT控制器，LCD、LED驱动器，正弦波发生器，声音发生器，字符发生器，频率合成器等。,18,单片机制造工艺提高,片内ROM中固化应用软件和系统软件,19,MCS-51单片机基本特性,8位的CPU，片内有振荡器和时钟电路,工作频率为 112MHz（Atmel 89Cxx为024MHz） 片内有 128/256字节 RAM 片内有 0K/4K/8K字节 程序存储器ROM 可寻址片外 64K字节 数据存储器RAM 可寻址片外 64K字节 程序存储器ROM 片内 21/26个 特殊功能寄存器（SFR） 4个8位的并行I/O口（PIO） 1个全双工串行口（SIO/UART） 2/3个16位定时器/计数器（TIMER/COUNTER） 可处理 5/6个中断源，两级中断优先级 内置1个布尔处理器和1个布尔累加器（Cy） MCS-51指令集含111条指令,20,MCS-51系列单片机配置一览表,注意：今后将会经常提到ATMEL的AT89C2051/51/52等MCU！,21,1.4 单片机的应用领域,测控系统、智能仪表、数控机床、知能接口、计算机外设、办公自动化、光机电一体化设备、通讯设备、网络设备、汽车电子、消费类电子产品、智能楼宇设备,22,1、组成： CPU(进行运算、控制) RAM(数据存储器) I/O口(串口、并口等) ROM(程序存储器) PC机： 上述部件以芯片形式安装在主板上。 单片机：上述部件被集成到单芯片中。,通用PC包括：键盘、显示器、鼠标、硬/软/光驱、音箱、打印机、扫描仪等外设。 单片机则只是一片集成电路。（100、48、40、32、28、20、16、8条引脚）。,1.5 单片机与计算机之异同,23,2、功能： PC机： 数据运算、采集、处理、存储、传输； 单片机：控制（或受控于）外设。,通用计算机擅长于数据运算、采集、处理、存储和传输； 单片机的专长则是测控，往往嵌入某个仪器/设备/系统中，使其达到智能化的效果。,1.5 单片机与计算机之异同,24,、应用特点：,PC机（微机）：体积大，功耗大，价格高，用途较固定，属通用计算机。易于学习掌握和使用，但用于控制时必须制作或购买专用的接口卡，并编制专门的应用软件。,单片机：体积小，功耗小，价格低，用途灵活，无处不在，属专用计算机。是一种特殊器件，需经过专门学习方能掌握应用，应用中要设计专业的硬件和软件。,1.5 单片机与计算机之异同,25,任务：点亮一个发光管（8051）,拿到一块芯片，想要使用它，首先必须要知道怎样连线 1、 电源：这当然是必不可少的了。单片机使用的是5V电源，其中正极接40引脚，负极（地）接20引脚。 2、 振荡电路：单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19脚。只要买来晶振，电容，连上就可以了，按图1接上即可。 3、 复位引脚：按图1中画法连好，至于复位是何含义及为何需要复要复位，在单片机功能中介绍。 4、 EA引脚：EA引脚接到正电源端。 至此，一个单片机就接好，通上电，单片机就开始工作了。,26,程序2: CLR P1.0 START: SETB P0.0 JB P0.0,LIG SETB P1.0 SJMP START LIG: CLR P1.0 SJMP START END,程序： ORG 10 STAR: MOV P1,#0 MOV P0,#0FFH STL: JB P0.0,$ JNB P0.0,$ CPL P1.0 SJMP STL ;两段程序的运行效果是一样的,任务分析：第一个任务是要用单片机点亮一只发光二极管LED 。,详细内容见:仿真教学练习1之2008_LJ1A.DSN,27,某天某日某产房，你诞生了(Power up , 上电运行)，结果你不哭，医生把你提起来，屁股上狠狠一巴掌，你哇哇大哭(Reset, 复位成功)，护士给你检查，看有没有传染病(EMI测试)，然后打预防针(绝缘处理)，没有问题后作记录(QC pass)，你的父母来接你回去(客户验收)。 回家后你有了自己的新床(Pcb)，家里条件好，给你铺六张毛巾被(六层板)，可惜上面小窟窿太多(过孔太多)，父母把奶瓶给你，你终于获得了外部能量(Power Supply)，否则你的自身能量会耗尽(Battery too Low)。,单片机一生一世的生活历程,28,每天清晨，你尚在休眠模式(IDL)下运行时，一阵铃声吵醒你(Wake up，激活)，你感觉很饿，于是大哭(Alarm Ring)，父母马上来喂你，你不哭了(Discard Alarm，解除报警)，但很不争气地撒尿了(Current output，电流输出)。父母给你收拾完，开始教你说话，但你的大脑还很简单(Initial procedure，初始化程序)，后来你开始学走路，结果步调不稳(步进电机驱动错误)，一跑就坐到地上了(Run fail,运行失败)。好在你的父母很耐心地教你(调试阶段)，你终于可以走了(调试通过)。,29,你逐渐长大，吃的也多了，给你的食物老是不够(功耗太大，Power waste too heavy)，你偷偷打开冰箱狂吃一顿，结果吃的太多不消化了(过载，Over load)，差点绷断肠子(Route burn,烧断走线)，还好你终于没事了，不敢吃那么多了(Reduce power waste，降低功耗)。 后来你上学了，接受好多新的知识(New procedure)，但是没有实际经验(未调试的)，结果工作时发现那些知识不能照用，还要更多地学习别人的经验(Copy procedure，拷贝程序)，不过你还是不断发现臭虫(Bug),只好请教灭虫专家来解决(调试高手)。,30,终于你的工作稳定了，你开始进入日复一日的工作状态(Endless Loop)，你很烦，于是老是出错误(Out of order，程序跑飞)，结果老板开始盯紧你(软件陷阱)，你被当场抓住修理一通，马上老老实实干活了(程序恢复)。 终于有个姑娘闯入你的生活(Interrrupt，中断)，使你忘记别的一切(优先级最高)，你完全浸入爱河(进入中断服务子程序)，大手大脚地花钱(Large 模式)，很快就结婚了(双CPU运行)，你马上发现你的储蓄不够用了(RAM Resource too low），需要精简节约(Compact模式),婚假也结束了，你又回去上班了(Reti，退出中断服务程序)。,31,后来日子越过越枯燥，老婆批评你脑袋不够用(Mips太低每秒百万条)，不会算计(没有浮点运算能力)，你对她的话一耳进一耳出(FIFO),你对老婆也爱理不理了(优先级降低)，这时一个小姑娘勾引你，你马上动心(抗干扰能力差)，幸好你老婆及时发现，严防紧守，你放弃了企图(丢弃乱码)。 日子恢复平静，一晃三十余年过去，你发现你身边的年轻人都用全新的知识装备着，他们都是在ARM名牌大学毕业的，开着Linux的车子，大把花着票子(海量存储)。你低头看自己，发现自己只是在51职业技术学院毕业，骑着Masm汇编的破单车，手里钱少的可怜(256 Byte RAM内存)。,32,你被迫到人才市场找工作赚点外快(外存贮扩展)，但也最多只有64KB，老婆不满意,与一ARM私奔，你无力追敢，只好由它而去，到如今发现自己已经是多年前的旧货，降价处理了，你这样的都是一麻袋一麻袋的。 你长吁短叹，终于选择退休，靠养老金活着，开始疾病缠身，你的牙齿有了问题(IO口驱动力下降),你说话不清楚(TXD发射失败)，耳朵也不灵(RXD接收不灵)，你的胃也不好，存不住食物(ALE锁存失败)，,33,你终于因心肌梗死而送到医院，医生手持电击手柄给你通电(高压测试)，但你无法苏醒(复位失败)，医生只好拔掉你的输液管(关闭电源)，你看了这个乱七八糟的世界最后一眼(实验室现场)，终于闭上了双眼(Power Down)了。医生和护士(其它同学)面无表情的甩手而去，你的亲人(设计者)含泪将你送往火葬场(拉圾堆).,34,单片机的常用名词,总线: 指能为多个部件服务的信息传送线，在微机系统中各个部件通过总线相互通信。 地址总线: 它是传送由CPU发出的用于选择要访问的器件或部件的地址。 数据总线: 它是用来传送微型机系统内的各种类型的数据。,35,汇编: 是能完成一定任务的机器指令的集合。 二进制数: 只有0和1两个数码，基数为二。 16进制数: 采用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F等16个数码，其中A-F相应的十进数为10-15，基数是16。 指令: 是计算机所能执行的一种基本操作的描述，是计算机软件的基本单元。,36,存储器: 用来存放计算机中的所有信息：包括程序、原始数据、运算的中间结果及最终结果等。 中断: 中断是单片机实时地处理内部或外部事件的一种内部机制。当某种内部或外部事件发生时，单片机的中断系统将迫使CPU暂停正在执行的程序，转而去进行中断事件的处理，中断处理完毕后，又返回被中断的程序处，继续执行下去。,37,掉电保护: 指在正常主电源掉电时，迅速用备用直流电源供电，以保证在一段时间内信息不会丢失，当主电源恢复供电时，又自动切换为主电源供电。 RAM 随机存取存储器: 主要用来存放各种输入数据、输出数据、中间结果、最终结果以及与外存交换的信息等，当掉电后，RAM中所存储的信息都将消失。 ROM 只读存储器: ROM 通过特别手段可将信息存入其中，并能长期的保存被存储的信息，一般的情况，CPU只能对它进行写入操作，当断电后，ROM中所存储的信息不会消失。,38,波特率: 即每秒钟传送二进制数的位数， 波特率越高，数据传输的速度越快。 UART 通用异步接收器/发送器: 用于数据的串/并转换，硬件UART由三部分组成：接收部分、发送部分和控制部分，接收和发送都具有双缓冲结构。 D/A转换: 即将二进制数量转换成与其量值成正比的电流信号或电压信号。 A/D转换: 即将模拟量转换成相应的数字量，然而送计算机处理。,39,Eprom 存储器: 一、紫外光擦除的EPROM 它的基本存储电路由一个浮栅雪崩注入 MOS 管和一个普通 MOS 管组成。其中浮栅雪崩注入 MOS 管作为存储器用，另一个普通 MOS 管作为地址选择用。 二、电擦除可编程 E2PROM ：它的某些型号编程和擦除可在普通电压下进行，另外，它是实行在线操作的，既在写入一个字节的数据之前，自动的对要写入的单元进行擦除。,40,串行方式: 指数据的各位分时传送，只需一条数据线，外加一条公共信号地线和若干条控制信号线。