单片机概述教学课件PPT.ppt

第2篇 单片机技术,将CPU、存储器、I/O口通过一定的工艺手段集成在一个芯片上, 再加上必要的外围器件，就构成了一个较为完整的计算机硬件系统。因此被称为单片微控制器（SingleChipMicro Controller，单片机）或微控制单元（MicroController Unit，MCU）。,通俗的讲：,单片机就是一块集成芯片，但这块集成芯片具有一定特殊的功能，而它的功能的实现要靠我们使用者自己来编程完成。 编程的目的是控制这块芯片的各个引脚在不同的时间输出不同的电平，进而控制与单片机各个引脚相连的外围电路的电气状态。 编程时用选择C语言或汇编语言。,2.1 单片机概述 2.2 51单片机硬件基础 2.3 常用软件概述,2.1 概述,（1）单片机的特点 单片机的抗干扰性强，工作温度范围宽。 可靠性高。 控制功能往往很强，数值计算能力较差。 指令系统比通用微机系统简单。 更新换代速度比通用微机处理器慢得多。,（2）单片机的应用,智能仪表 机电一体化 实时控制 军工领域 分布式多机系统 民用电子产品,（3）单片机的分类,按用途分类： 专用型、通用型、 按位数分类： 4位、8位、16位、32位机 按结构分类： CISC结构、RISC结构,（4）单片机技术的发展趋势,CPU的改进 存储器的发展 片内I/O的改进 外围电路内装化 低功耗与工作电压范围加宽 低噪声与高可靠性技术 ISP及IAP 单片机的小容量低廉化 单片机的应用系统化,2、常用的单片机产品,MCS系列及兼容单片机 PIC系列单片机 MSP430系列单片机 M68HC08系列单片机 ARM处理器 DSP处理器,PIC,MSP430 M68HC,DSP：数字信号处理,ARM,3、MCS-51已成为国际经典,（1）绝大部分实时测控等应用领域而言，8位字长的单片机，足以满足用户的实际需要，所以8位单片机的市场需求经久不衰，仍占市场的绝对主流。 （2）由于8051内核技术完整，体系结构灵活，得到了绝大多数用户的认可。再加上8051内核技术广泛转让，使之在单片机技术领域占有绝对优势，从而成为单片机技术经典。,（3）另外，由于8051内核技术几乎包含了单片机理论基础和技术的全部，具有较好的系统性和完整性。再加上30多年来，国内已积累了丰富的技术资料、完整的实验环境与开发设备。 因此，学懂、弄通了MCS-51单片机的基本理论与应用技术，也就打好了学习、应用单片机的基础，即使学、用其他系列单片机也就不难了。,4、嵌入式系统与单片机,嵌入式系统是个广泛的概念。所有用于实时测控的计算机应用系统，均可纳入嵌入式系统范畴。 以MC为内核，嵌入到实际的应用系统中，构成完整的并实现某种特定功能要求的应用系统，故称之为嵌入式计算机应用系统，简称嵌入式系统（Embedded System）。,MC:工控机、专用CPU、单片机,单片机是嵌入式系统中应用最典型、最广泛的内核,（1）单片机作为最典型的嵌入式系统，成为嵌入式系统的庞大家族。 （2）单片机是当前构成嵌入式应用系统中最典型的主流机型。 所以说，学好单片机基本理论及其技术，是开发、设计各类嵌入式应用系统的基础。,二、单片机应用系统开发概述,1、开发环境的软硬件构成,（在系统编程ISP、在应用编程IAP）,硬件： 计算机,仿真器：,示波器：万用表,焊接设备：,2、有关的软件平台,仿真软件：PROTEUS 绘图软件：PROTEL、DXP 编程软件：KEIL C51、DAIS、WAVE 程序下载软件:STC_ISP_V480 串口调试软件,3、开发过程,（1）需求分析： 一个主要的环节、设计基础，仔细交流，完整地记录；既要尽量满足用户的需求，又要学会对用户的“非合理需求”做到断然拒绝。 （2）调研、资料查询、方案的初步确定 主要参数、功能的确定；外形及安装形式的确定；硬件投入、难易程度项目的预算、开发周期,（3）反馈给用户： 完整的功能、有关的参数、开发周期、外形、安装形式、运行环境、价格 （4）任务书的形成 （5）签订合同：（商业与技术） 功能、参数、外形、安装形式、运行地点、交货时间、成果属性、价格及付款方式、违约处理、,（6）方案总体设计与论证： 对项目进行总体的设计并组织论证 （7）硬件、软件功能划分 （8）硬件设计： 原理图的形成、PCB图的形成 （9）器件的购买与软件设计： 在PCB加工过程中，进行器件的购买及软件设计,（10）硬件的焊接与调试 （11）软件、硬件联合调试 （12）实验室运行：72小时、运行情况的记录 （13）现场运行与调试：用户运行报告 （14）技术文件的形成、项目的测试报告 （15）项目的验收与鉴定,5 单片机应用系统结构,涉及的有关知识内容：,传感器技术（检测技术） 传动输出控制技术 电子技术（数字、模电） 单片机技术 自动控制技术 等 由此：单片机=综合技术,2.1 MCS-51总体结构,包括四个问题： 1、标号信息及封装类型 2、内部结构 3、外部引脚 4、微处理器 5、存储器结构 6、I/O口结构 7、辅助部分,讲到单片机都有个系列问题,MCS-51： 基本型 51子系列 (803180518751) 增强型 52子系列 (803280528752) 特殊型 所有的基础都是基本型。,1、标号信息及封装类型以STC为例,STC89C51RC 40C-PDIP 0707CU8138.00D STC前缀 。芯片为STC公司生产的产品。其他前缀如AT、i、Winbond、SST等。 8芯片位8051内核芯片。 9内部含Flash EEPROM存储器。还有如80C51中的0表示内部含Mask ROM（掩模ROM）存储器；如87C51中7表示内部含EPROM。,C该器件为CMOS产品。还有如89LV52和89LE58中的LV和LE都表示该芯片为低电压产品（通常为3.3V电压供电）；89S52中的S表示高芯片含有可串行下载功能的Flash存储器，即具有ISP可在线编程功能。 5固定不变,1该芯片内部程序存储器存储空间的大小，1为4KB，2为8KB，3为12KB，即乘上4KB。 RCSTC单片机内部RAM（随机存储器）为512B。还有RD+表示内部RAM为1280B。 40外部晶振最高可接入40MHz. C产品级别，表示芯片使用的温度范围。 C：表示商业用 0 -+70 ，另外： I：工业级 -40 -+85 A：汽车用 -40 -+125 M：军用 -55 -+150 ,PDIP产品封装型号。PDIP表示双列直插式。 0707本批次芯片生产日期为07年第7周。 CU8138.00D不详。,芯片封装简介：,DIP双列直插式 PLCC带引线的 塑料芯片封装,PQFP塑料方型扁平式 PGA插针网络阵列封装 BGA球栅阵列封装,2、内部结构,8位的CPU 128个字节的片内RAM 4K字节的片内ROM程序存储器(8031无) 16条地址线：外部寻址范围为64K 21个字节的专用寄存器 4个8位并行I/O口、1个全双工的串行口 2个16位的定时器/计数器 5个中断源、2个中断优先级 111条指令。,内部结构框图：,（1）微处理器（CPU） （2）片内数据存储器（RAM） （3）片内程序存储器（ROM/EPROM） （4）定时器/计数器 （5）并行I/O接口 （6）串行通信口 （7）中断系统 （8）位处理器,3、外部引脚及说明,（1）电源引脚 （2）时钟引脚 （3）输入/输出引脚 （4）控制引脚,（4）总线图,4、微处理器-CPU,CPU又称为微处理器，是单片机内部的核心部件，它决定了单片机的重要功能特性。它由运算器和控制器两大部分组成。 对CPU的使用就是对CPU中的寄存器的使用。,有关的寄存器,累加器ACC （A） 寄存器B 位处理器C 程序指针PC 数据指针DPTR 堆栈指针SP,程序状态字PSW：,C-进位 AC辅助进位 RS1、RS0寄存器区选择 OV溢出 P-奇偶,5、存储器结构 程序存储器、数据存储器,（1）程序存储器 程序的几个特殊地址: 复位 0000H 外部中断0 0003H 定时器/计数器0溢出 000BH 外部中断1 0013H 定时器/计数器1溢出 001BH 串行口中断 0023H,（2）数据存储器,数据存储器则存放缓冲数据，系统在运行过程中可修改其中的数据。 包括: 片外数据存储器 片内数据存储器 特殊功能寄存器块,片外数据存储器,存储器空间地址： 0000H0FFFFH 片内数据存储器 00H1FH 20H2FH 30H7FH,堆栈：,片内RAM、初始化时SP=07H 向上生长的 一般程序的开始： MOV SP，#60H 特殊功能寄存器块 特殊功能寄存器又称为专用寄存器 专用于控制、管理片内算术逻辑部件、并行I/O口、串行I/O口、定时器/计数器、中断系统等功能模块的工作。,6、并行的I/O口,P1口、P3口、P0口、P2口 双向口：单片机的I/O口由场效应管组成的输出驱动器。当驱动器场效应管的漏极具有开路状态时，该口就具有高电平、低电平和高阻抗3种状态，称为双向口。 准双向口：单片机I/O口的输出场效应管的漏极接有上拉电阻，该口具有高电平、低电平两种状态，称为准双向口。,（1）P1口：输入操作、输出操作,（2）P3口：,（3）P0口：,（4）P2口：,7、辅助电路及时序,（1）时钟电路,（2）复位电路,（3）时序,振荡周期、状态周期、 机器周期、指令周期 外部晶振的2分频是MCS-51单片机的内部时钟周期，6个时钟周期构成了单片机的1个机器周期 。,补充：常用逻辑电平,常用的逻辑电平：TTL、CMOC、LVTTL、ECL、PECL、RS-232、RS-422、PS-485、LVDS等。其中TTL和CMOS的逻辑电平按典型电压可分为4种类型：5V系列（5V TTL和5V CMOS），3.3V系列、2.5V系列、1.8V系列。 5V TTL和5V CMOS是通用的逻辑电平，其余是低电压逻辑电平。,TTL电平信号用的最多：,这是因为数据表示通常常用二进制，+5V等价于逻辑1，0V等价于逻辑0，这被称为（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统，这是计算机处理器控制的设备各部分之间通信的标准技术。 （1）电源要求低，热损耗少 （2）不需要几个昂贵的线路驱动器 （3）设备的数据传输高速型的要求 （4）不适合长距离传输,CMOS电平：,CMOS电平Vcc可达12V，CMOS电路输出高电平约为0.9Vcc。而输出低电平约为0.1Vcc。 CMOS电路中不使用的输入端不能悬空。否则会造成两极混乱。 另外，CMOS集成电路电源电压可以在较大范围内变化，因而对电源的要求不像TTL集成电路那样一个。,TTL电路和CMOS电路的逻辑电平关系如下：,VOH、VOL-逻辑电平1、0的输出电压 VIH、VIL-逻辑电平1、0的输入电压。 TTL的临界值： VOHmin=2.4V VOLmax=0.4V VIHmin=2.0V VILmax=0.8V CMOS电平临界值（设电源电压为+5V） VOHmin=4.99V VOLmax=0.01V VIHmin=3.5V VILmax=1.5V,TTL和CMOS的逻辑电平转换：,CMOS电平能驱动TTL电平，但TTL电平不能驱动CMOS电平，需加上拉电阻。 常用逻辑芯片的特点： 74LS系列：TTL 输入：TTL， 输出：TTL 74HC系列：CMOS 输入：CMOS，输出：CMOS 74HCT系列：CMOS 输入：TTL， 输出：CMOS CD4000系列：CMOS 输入：CMOS，输出：CMOS,2.3 常用软件,一、PROTEUS仿真软件 利用PROTEUS画一个单片机的基本原理图，可以直接在基于原理图的虚拟模型上进行软件编程和虚拟仿真调试，配合虚拟示波器、逻辑分析仪等，用户可以看到单片机系统运行的结果。,画一个这样图：D2L1,1、启动- （1）启动一个新文件 （2）启动一个已存在的文件 2、选器件 （1）元器件（库）-P关键词 （89C52RESLED) （2）放置器件,3、放置电源 4、器件与电源编辑-（补充：关于电阻、关于二极管) 5V-1.7V=(3-20)mA*R R=1100-165 5、连接 硬件设计结束。,补充：电阻基本知识,包括：,固定值电阻、可调值电阻、电阻排 电阻器按材料分类： 线绕电阻器、碳合成电阻器 碳膜电阻器、金属膜电阻器 金属氧化膜电阻器,特殊电阻器：,（1）保险电阻：又叫熔断电阻器。 （2）敏感电阻器：是指其电阻值对于某种物理量（如温度、湿度、光照、电压、机械力、以及气体浓度等）具有敏感特性，当这些物理量发生变化时，敏感电阻的阻值就会随物理量变化而发生改变，呈现不同的电阻值。,识别方法：,（1）3位数-5% 103-10*103 102-10*102 150-15*100 （2）4位数-1% 1002100*102 1001-100*101 （3）3R0-3 4K7-4.7k R002-0.002,检查：,（1）外观检查 对于固定电阻首先查看标志清晰，保护漆完好，无烧焦，无伤痕，无裂痕，无腐蚀，电阻体与引脚紧密接触等。对于电位器还应检查转轴灵活，松紧适当，手感舒适。有开关的要检查开关动作是否正常。 （2）万用表检测,选择：,（1）类型 （2）阻值 （3）功率 （1）精确值：传感器回路、信号出路回路 （2）模糊值：限流回路,补充：发光二极管基