51单片机课件

第一讲l一、授课内容l学单片机需要什么基础？l什么是单片机、单片机能做什么、怎么开始学习单片机。l学单片机需要的一些预备知识51单片机的基础知识l二、重点51单片机的基础知识l学单片机需要什么基础？与以前所学的知识关联很少；只需要掌握很基本的数电模电知识，如二进制、十进制、十六进制之间的转换，与、或、非逻辑关系等；对各种器件的概念基本上是从 0开始；所有人都站在了同一起跑线上 ;单片机能做什么l手持粮库温度寻检设备毕设答辩打分器电话台灯自动感应水龙头l凡是与控制或简单计算有关的电子设备都可以用单片机来实现，再根据具体实际情况选择不同性能的单片机，如：atmel,stc,pic,avr,凌阳， 80C51， arm等单 片机种 类 优 点 缺点 常用范 围MCS-51系列单 片机单 片机的鼻祖， 结 构 简单 、 发 展成熟、成本低谦 、 产 品多 样 、 C编译器效率高、易于 扩 展、按位操作、乘除指令。速度慢、功耗大 各方面都有所 应 用PIC MSP430 RISC指令集、速度快、外 设 多、功耗低、 驱动能力 强 、价格低 谦C编译 器效率低、存 储 空 间 小，不宜扩 展常用于 仪 表AVR 高性能、高速度、低功耗、外 设 丰富C编译 器效率适中、不宜 扩 展、无位操作家用 电 器，工 业 控制Freescale和ST体系极 为 相似、抗干 扰能力 强 、速度快、外 设丰富、存 储 空 间 大功耗 较 大，开 发 工具 较贵多用于汽 车电 子和消 费电 子 设备 中表 1-1l工业自动化：数据采集、测控技术。l智能仪器仪表：数字示波器、数字信号源、数字万用表、感应电流表等。l消费类电子产品：洗衣机、电冰箱、空调机、电视机、微波炉、手机、 IC卡、汽车电子设备等。l通讯方面：调制解调器、程控交换技术、手机、小灵通等。l武器装备：飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、鱼雷制导、智能武器等。l等等 怎么开始学习？l实践第一、多动手操作、多思考、不懂就多问。l自己有什么想法大胆的去试验预备知识l电平特性l2进制与 16进制的表示及转换l二进制数的逻辑运算关于电平特性l数字电路中只有两种电平：高和低l（本课程中）定义单片机为 TTL电平：高 +5V 低 0VlRS232电平：计算机的串口高 -12V 低 +12VRS232电平为 +12V为逻辑负， -12为逻辑正， TTL电平为 5V为逻辑正， 0为逻辑负 二进制l数字电路中的两种电平特性决定了它0 0 6 1101 1 7 111 2 10 8 10003 11 9 10014 100 10 10105 101 11 1011十六进制l是二进制的简短表示形式。十进制中的 0-15分别表示为十六进制的0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 A、 B、 C、 D、 E、 Fl熟练掌握二进制与十六进制之间的转换。规律：一般把四个二进制数放在一起转换成一个十六进制数，转换时先把二进制数转换成十进制数，再把十进制数转换成十六进制数。各种进位制的对应关系 十 进制二 进制十六 进 制 十 进制二 进制十六 进 制0 0 0 9 1001 91 1 1 10 1010 A2 10 2 11 1011 B3 11 3 12 1100 C4 100 4 13 1101 D5 101 5 14 1110 E6 110 6 15 1111 F7 111 7 16 10000 108 1000 8表 1-2二进制数的逻辑运算 1. “与 ”运算 “与 ”运算是实现 “必须都有 , 否则就没有 ”这种逻辑关系的一种运算。 运算符为 “ ”, 其运算规则如下 :00=0, 01=10=0, 11=12. “或 ”运算 “或 ”运算是实现 “只要其中之一有 , 就有 ”这种逻辑关系的一种运算 , 其运算符为 “+”。 “或 ”运算规则如下 :0+0=0, 0+1=1+0=1, 1+1=13. “非 ”运算 “非 ”运算是实现 “求反 ”这种逻辑的一种运算，如变量 A的 “非 ”运算记作 。 其 运算规则如下 : A4. “异或 ”运算 “异或 ”运算是实现 “必须不同 , 否则就没有 ”这种逻辑的一种运算 , 运算符为“ ”。 其运算规则是 : 1.1 单片机概述l一、 单片机概念：l 将计算机基本功能部件，中央处理器CPU、随机存储器 RAM（数据存储器）、只读存储器 ROM（程序存储器）、 I/O接口、定时 /计数器、串行通信接口集成在一块芯片上。l单片机全称单片微型计算机 SCMC(Single Chip MicroComputer) ，又称微控制器 MCU（MicroController Unit） ，或者嵌入式的微控制器 （ embedded microcontroller） 。l单片机面向 控制型应用 领域，给单片机配上适当的外围设备和软件，便构成了 一个单片机应用系统。二、 单片机的发展过程及产品近况（一） 单 片机的 发 展 过 程 单 片机技 术发 展 过 程可分 为 三个主要 阶 段：（ 1）单芯片微机形成阶段 1976年， Intel公司推出了 MCS-48系列单片机 。 8位 CPU、 1K字节 ROM、 64字节 RAM、 27根 I/O线和 1个 8位定时 /计数器 。 特点是 ：存储器容量较小，寻址范围小（不大于 4K），无串行接口，指令系统功能不强l（ 2）性能完善提高阶段1980年， Intel公司推出了 MCS-51系列单片机： 8位 CPU、 4K字节 ROM、 128字节 RAM、 4个 8位并口、 1个全双工串行口、 2个 16位定时 /计数器。寻址范围64K，并有控制功能较强的布尔处理器。 特点是 ：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出。现在， MCS-51已成为公认的单片机经典机种 。l（ 3）微控制器化阶段1982年， Intel推出 MCS-96系列单片机。 芯片内集成：16位 CPU、 8K字节 ROM、 232字节RAM、 5个 8位并口、 1个全双工串行口、 2个 16位定时 /计数器。寻址范围 64K。片上还有 8路 10位 ADC、 1路 PWM 输出及高速 I/O部件等 。 特点是： 面向测控系统外围电路增强，使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。 “微控制器 ”的称谓更能反应单片机的本质 。l（二） 单 片机 产 品近况l（ 1） 80C51系列 单片机产品繁多， 主流地位已经形成， 近年来推出的 与 80C51兼容 的主要产品有： ATMEL公司融入 Flash存储器技术的 AT89系列； Philips公司的 80C51、 80C552系列； 华邦公司的 W78C51、 W77C51高速低价 系列； ADI公司的 ADC8xx 高精度 ADC系列； LG公司的 GMS90/97低压高速 系列； Maxim公司的 DS89C420高速（ 50MIPS）系列； Cygnal公司的 C8051F系列高速 SOC单片机。（ 2） 非 80C51结构单片机新品 不断推出，给用户提供了更为广泛的选择空间 ，近年来推出的非 80C51系列的主要产品有： Intel的 MCS-96系列 16位单片机 ； Microchip的 PIC系列 RISC单片机 ； TI的 MSP430F系列 16位 低功耗 单片机 。 8/16/32位 凌阳 系列单片机三、 单片机的特点：(1) 控制性能 和 可靠性 高 实时控制功能特别强 ，其 CPU可以对I/O端口直接进行操作， 位操作能力 更是其它计算机无法比拟的。另外，由于 CPU、存储器及 I/O接口 集成在同一芯片内 ，各部件间的连接紧凑，数据在传送时 受干扰的影响较小 ，且不易受环境条件的影响，所以单片机的 可靠性非常高 。 近期推出的 单 片机 产 品，内部集成有高速 I/O口、 ADC、 PWM、 WDT等部件，并在低电压 、低功耗、串行 扩展总线、控制网络总线和开发方式（如在系统编程 ISP）等方面都有了 进 一步的增 强 。l（ 2） 体积小、价格低、易于产品化单片机芯片即是 一台完整的微型计算机 ，对于批量大的专用场合，一方面可以在众多的单片机品种间进行匹配选择，同时还可以专门进行芯片设计，使芯片的功能与应用具有良好的对应关系。在单片机产品的引脚封装方面，有的单片机引脚已减少到 8个或更少，从而使应用系统的 印制板减小、接插件减少、安装简单方便。具有控制性能和可靠性高良好的性能价格比。这是单片机得以广泛应用的重要原因。l 四、 单 片机的 应 用 领 域（ 1） 智能仪器仪表 单片机用于各种仪器仪表，一方面提高了仪器仪表的使用功能和精度，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表的硬件结构，从而可以方便地完成仪器仪表产品的升级换代。如 各种智能电气测量仪表、智能传感器 等。l（ 2） 机电一体化产品机电一体化产品是集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的各种机电产品。单片机在机电一体化产品的开发中可以发挥巨大的作用。 典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机 等。l（ 3） 实时工业控制单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应用如 电机转速控制、温度控制、自动生产线 等 。 (思源楼的监控器）l（ 4） 分布式系统的前端模块在较复杂的工业系统中，经常要采用分布式测控系统完成大量的分布参数的采集。在这类系统中， 采用单片机作为分布式系统的前端采集模块 ，系统具有运行可靠，数据采集方便灵活，成本低廉等一系列优点。l（ 5） 家用电器家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广阔。如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等。 另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子等 。五、单片机展趋势l1.低功耗 CMOS化象 80C51就采用了 HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺 )和 CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺 )。 CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而 CHMOS则具备了高速和低功耗的特点l2.微型单片化增强型的单片机集成了如 A/D转换器、 PMW(脉宽调制电路 )、 WDT(看门狗 )、有些单片机将 LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯