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单片机原理及应用 （C语言版） 第1章 单片机概述,主 编：周国运 本章制作：赵天翔 中国水利水电出版社,第1章 单片机概述,目 录 1.1 单片机的基本概念 1.2 单片机的发展概况 1.3 单片机的特点及应用 1.4 常用单片机简介 1.5 单片机系统的开发方法,本章主要介绍了单片机的基本概念，单片机的发展概况，单片机的应用及其特点，以及一些常用的单片机。 通过本章的学习，我们可以了解到什么是单片机，单片机的发展历史。并且对单片机的应用和开发方法有个初步的认识。,第1章 概述,1.1 单片机的基本概念,微机是微型计算机的简称，它是由主机和外部设备等组成的。如图1.1所示。 单片机就是把微机的主机部分（图1.1虚线框内的）集成到一块集成电路芯片上所得到的。,地址总线,数据总线,控制总线,图1-1 微机的组成,1.1 单片机的基本概念,单片机：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计算机的部件集成在一块芯片上，使其具有计算机的基本功能。 就叫做单片微型计算机（Single Chip Micro Computer，SCMC），简称单片机。,1.1 单片机的基本概念,1.2 单片机的发展概况,主要内容 1.2.1 单片机的历史 1.2.1 单片机技术的发展,1.2.1 单片机的历史,一 、4位单片机阶段 1975年美国德克萨斯仪器公司（TI）首次推出4位单片机TMS-1000。 4位单片机主要用于家用电器、电子玩具等。,二、 8位单片机阶段 1976年9月，美国Intel公司首先推出了MCS-48系列8位单片机。 8位单片机由于功能强，被广泛用于工业控制、智能接口、仪器仪表等各个领域。,三、16位单片机阶段 1983 年Intel公司推出了16位单片机MCS-96系列。 16位单片机可用于高速复杂的控制系统。 四、32位单片机 近年来，各个计算机生产厂家已进入更高性能的32位单片机研制、生产阶段。,1.2.1 单片机的历史,1.2.2 单片机技术的发展,一、片内程序存储器的发展 单片机的程序存储器（ROM）经历了ROMEPROME2PROMFLASH MEMORY的发展，容量也由小变大。 二、看门狗定时器 单片机在运行时由于干扰等原因，可能会出现软件混乱。 看门狗电路就是用于在CPU处于软件混乱时使系统正常工作的一种恢复方法。,1.2.2 单片机技术的发展,三、节电模式 在节电模式下，CPU和部分部件进入睡眠状态，但片内RAM和寄存器等部件保持工作状态，以达到节能的目的。 四、加强输入输出功能 某有些单片机具备大功率的输入/输出接口，可直接驱动荧光显示器、LCD和LED。 还有一些增加了接口或定时器的数量，或者增加了新型的接口。,五、单片机制造工艺提高 半导体制作工艺的提高，使单片机的体积可以做的更小，时钟频率更高。可以集成更多的存储器和部件。降低产品的价格。 六、在线编程和调试技术 一些新型的单片机实现了在系统编程（ISP）和在应用编程（IAP）功能。,1.2.2 单片机技术的发展,1.3 单片机的特点及应用,主要内容 1.3.1 单片机的特点 1.3.2 单片机的应用,一、单片机的存储器ROM和RAM是严格区分的 ROM称为程序存储器，只存放程序、固定常数及数据表格。 RAM则为数据存储器，用作工作区及存放用户数据。 二、采用面向控制的指令系统 为满足控制的需要，单片机有更强的逻辑控制能力，特别是具有很强的位处理能力。,1.3.1 单片机的特点,三、单片机的I/O引脚通常是多功能的 由于单片机芯片上引脚数目有限，为了解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾，采用了引脚功能复用的方法。引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。 四、单片机的外部扩展能力强 在内部的各种功能部分不能满足应用需求时，均可在外部进行扩展（如扩展ROM、RAM，I/O接口，定时器/计数器，中断系统等），与许多通用的微机接口芯片兼容，给应用系统设计带来极大的方便和灵活性。,1.3.1 单片机的特点,五、体积小，成本低，运用灵活 易于产品化，它能方便地组成各种智能化的控制设备和仪器，做到机电一体化。 六、面向控制 能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳的性能价格比。 七、适应性强、抗干扰 在各种恶劣的环境下都能可靠地工作，这是其它类型计算机无法比拟的。 八、方便实现多机和分布式控制 使整个控制系统的效率和可靠性大为提高,1.3.1 单片机的特点,单片机的应用范围十分广泛，主要的应用领域有： 工业控制 仪器仪表 计算机外部设备与智能接口 商用产品 家用电器 消费类电子产品 通讯设备和网络设备 儿童智能玩具 汽车，建筑机械，飞机等大型机械设备 交通控制设备,1.3.2 单片机的应用,1.4 常用单片机简介,主要内容 1.4.1 MCS-51系列单片机 1.4.2 ATMEL89系列单片机 1.4.3 STC89/12系列单片机 1.4.4 常见的其它系列单片机介绍,1.4.1 MCS-51系列单片机,MCS-51系列单片机：Intel在1980-1982年陆续推出了指令系统完全相同，内部结构基本相同的8031、8051和8751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”。,MCS-51增强型单片机： MCS-51系列单片机除了89C51之外，主要包括89C52、89C54、89C58、89C516等型号，它们的区别主要是三个方面：一是片内RAM由128B增加到256B；二是多一个定时器/计数器；三是片内Flash ROM由4KB分别增加到了8KB、16KB、32KB和64KB。 不同厂家的产品可能还增加有其它外设或功能，但引脚和指令都是完全兼容的。 为了讨论方便起见，我们将89C51（包括8031、8051等）称为基本型，其他的型号称为增强型。,1.4.1 MCS-51系列单片机,1.4.2 ATMEL89系列单片机,Atmel公司生产的89系列单片机是市场上比较具有代表性的MCS-51单片机。 一、ATMEL89系列单片机型号说明 AT89系列单片机型号由三个部分组成，它们分别是前缀、型号、后缀，其格式如下： AT89C（LV、S）XXXX-XXXX 1、前缀 前缀由字母“AT”组成，它表示该器件是ATMEL公司的产品。,1.4.2 ATMEL89系列单片机,2、型号 型号由“89CXXXX”或“89LVXXXX”或“89SXXXX”等表示。 “9”表示芯片内部含Flash存储器； “C”表示是CMOS产品； “LV”表示低电压产品； “S”表示含可下载的Flash存储器。 “XXXX”为表示型号的数字，如：51、52、2051、8252等。,3、后缀 后缀由“XXXX”四个参数组成，与产品型号间用“-”号隔开。 后缀中第一个参数“X”表示速度 后缀中第二个参数“X”表示封装 后缀中第三个参数“X”表示温度范围 后缀中第四个参数“X” 说明产品的处理情况,1.4.2 ATMEL89系列单片机,二、AT89C51单片机 AT89C51单片机特点： 与MCS-51产品完全兼容； 具有4K字节可在系统编程的Flash内部程序存储器，可写/擦1000次； 全静态操作：0Hz24MHz； 三级程序存储器加密； 128字节内部RAM；,1.4.2 ATMEL89系列单片机,32根可编程I/O线； 2个16位定时器/计数器； 6个中断源； 可编程串行UART通道； 低功耗空闲和掉电方式；,1.4.2 ATMEL89系列单片机,三、AT89S52单片机 AT89S52单片机特点： 与MCS-51产品兼容； 具有8K字节可在系统编程的Flash内部程序存储器，可写/擦1000次； 4.0V5.5V的工作电压范围； 全静态操作：0Hz24MHz； 三级程序存储器加密； 256字节内部RAM；,1.4.2 ATMEL89系列单片机,全双工异步串行通信通道； 低功耗空闲和掉电方式； 通过中断中止掉电方式； 看门狗定时器； 两个数据指针。,1.4.2 ATMEL89系列单片机,1.4.3 STC89/12系列单片机,一、STC 89C51RC/RD系列单片机 STC 89C51RC/RD系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机。 指令代码完全兼容传统8051 单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择。,1.4.3 STC89/12系列单片机,STC 89C51RC/RD系列单片机特点如下： 增强型6/12时钟/机器周期8051 CPU； 工作电压：5.5V3.4V（5V单片机）/ 3.8V2.0V（3V 单片机）； 工作频率范围：040MHz，相当于普通8051 的080MHz； 用户应用程序空间 4K 64K 字节； 片上集成1280字节/512字节RAM； 通用I/O口32 / 36 个； ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器；,内部E2PROM 功能； 硬件看门狗； 内部集成MAX810专用复位电路（D版本才有）,外部晶体20M以下时，可省外部复位电路； 共3个16位定时器/计数器； 外部中断4路； 通用异步串行口，还可用定时器软件实现多个UART； 工作温度范围：0 75，4085； 封装：LQFP-44 ,PDIP-40 , PLCC -44 , PQFP-44 。,1.4.3 STC89/12系列单片机,1.4.4 常见的其它系列单片机介绍,AVR单片机 Motorola单片机 MicroChip单片机 Scenix单片机 EPSON单片机 东芝单片机 GMS90单片机 华邦单片机 Zilog单片机 NS单片机 AX1001单片机,1.5 单片机系统的开发方法,主要内容 1.5.1 单片机系统的设计要求 1.5.2 单片机系统的开发特点 1.5.3 单片机系统的开发工具及环境 1.5.4 单片机系统设计中芯片的选择,1.5 单片机系统的开发方法,单片机系统是软件和硬件的逻辑结合体，必须根据对系统功能、性能参数的要求，对软件和硬件统一考虑进行设计开发，以求达到最佳效果。,1.5.1 单片机系统的设计要求,单片机系统设计开发非常受制于功能和具体的应用环境，所以单片机系统的设计具有一些特殊的要求：,接口方便、操作容易 稳定可靠、维护简便 功耗管理、降低成本 并发处理、及时响应,1.5.2 单片机系统的开发特点,需要软硬件综合开发，二者密切相关。因为任何一个单片机系统产品都是软件和硬件的结合体。 一旦单片机系统产品研发完成，软件就固化在硬件环境中，单片机软件是针对相应的单片机硬件系统开发的，是专用的。,1.5.3 单片机系统的开发工具及环境,一、单片机C语言开发工具Keil C51 Keil C51是Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。 提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具Vision2，全Windows界面，生成的目标代码效率非常高。,1.5.3 单片机系统的开发工具及环境,二、Proteus嵌入式系统仿真与开发平台 Proteus：Proteus是一个嵌入式系统仿真与开发平台，是英国Labcenter Electronics公司出版的EDA工具软件。 Proteus的功能：它不仅具有仿真数字、模拟电路的功能，还具备由微控制器及外围器件组成的混合电路的仿真功能。 Proteus的先进性：它是目前世界上最先进、最完整的嵌入式系统设计与仿真平台。,1.5.4 单片机系统设计中芯片的选择,现在市场上的单片机品种很丰富，89C51只是个基本型。虽然在本课程中我们主要是以89C52为例来组织教学的，但是在进行单片机系统设计的时候就要根据系统的需求，灵活