单片机原理及应用学习-基础篇.ppt

单片机原理及应用学习基础篇,主讲人：朱震,学习目的,单片机主要应用于工业控制和仪器仪表等智能化设备中，其应用范围非常广泛。通过本课程的学习，大家要掌握单片机的特点及其基本组成，要掌握MCS-51系列单片机的功能、特点、结构及其应用开发的基本理论知识与实践技能，进而更加深刻地理解计算机的组成原理和工作原理。,先修课程,计算机组成原理/计算机组成与系统结构接口技术汇编语言程序设计,主要内容：1.1单片机的概念1.2单片机的发展1.3单片机的应用,第一章单片机概述,1.1单片机的概念,计算机：由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成的机器。微型计算机：以把运算器和控制器集成在一块芯片上的微处理器（Microprocessor）为核心构成的计算机。单片机：就是单片计算机（SingleChipComputer/Micro-Computer），是把运算器、控制器、存储器和输入输出接口和/或设备集成在一块芯片上的计算机。,1.1单片机的概念,单片机与我们平常所用计算机的不同：1、它不用来构造我们平常所用的计算机，而是作为一个部件用在控制设备、智能仪器仪表或其它产品上。2、一般来说，我们不在单片机特别是使用最多的8位单片机上安装系统软件和应用软件，而只直接烧写用户程序。,1.1单片机的概念,微控制器（Micro-ControllerUnit）：由于单片机在控制应用方面已相当普及，其控制功能亦不断增强，从控制的角度又被称作微控制器。嵌入式微控制器（EmbeddedMicro-ControllerUnit）：由于单片机是作为一个部件嵌入在被控设备或机器中使用，所以又称之为嵌入式微控制器。,1.1单片机的概念,单片机的特点：1、体积小2、成本低3、功耗小4、易扩展5、稳定可靠6、应用广泛7、控制功能强大、灵活方便、精度高，已经成了控制领域不可缺少的重要部件。,1.2单片机的发展,第一阶段（1971-1973年）：单片机萌芽阶段。1971年11月美国Intel公司设计出了含有2000只晶体管的4位单片机Intel-4004。该单片机配有RAM、ROM和移位寄存器等。随后又研制成功了8位单片机Intel-8008，同期Fairchild公司也研制成功了8位单片机FS。虽然它们还不是具体意义上的单片机，但从此拉开了研制单片机的序幕。第二阶段（1974-1977年）：初级单片机阶段。1976年Intel公司开发出了第一代8位单片机MCS-48。它以体积小、功能强、价格低等优点而获得了广泛应用。MCS-48集成了8位CPU、并行I/O口和定时器/计数器等，可寻址范围4KB。,1.2单片机的发展,第三阶段（1978-1982年）：高性能单片机阶段。这一阶段的单片机不仅存储容量和寻址范围增大，而且中断源、并行I/O口和定时器/计数器个数也有增加，还集成了全双工串行通信接口，在指令系统方面，普遍增设了乘除指令。第二代8位单片机中最具代表性的当属Intel公司的MCS-51系列单片机，品种全、兼容性强、软硬件资料丰富，是当时乃至现在很畅销的单片机品种，在现在和未来一段时间仍处于单片机产品的主流地位。,1.2单片机的发展,第四阶段（1983年-）：8位单片机巩固及16位/32位单片机推出阶段。随着大规模超大规模集成电路的发展，16位、32位单片机相继问世，如Intel公司的MCS-96系列、NEC公司的783XX系列、美国国家半导体公司的HPC16040、Motorola公司的683XX系列等。它们代表了单片机发展的高新技术水平，将单片机的应用进一步推广到航空航天、高级机器人、军事装备等方面。与此同时，8位机也在发展，功能不断增强，性能不断提高。如8XC522系列增加了A/D转换其、事件捕捉逻辑、I2C接口、定时监视器WDT等。,1.2单片机的发展,单片机的发展方向：一方面是性能不断提高，功能不断增强，如16位、32位单片机，集成更多的输入输出部件等的8位单片机。另一方面是朝着小型化、低功耗、低成本、专用化方向发展，如AT89C2051减少了程序存储空间和并行接口。,1.2单片机的发展,单片机的生产厂家及代表产品1、Intel是最早的单片机生产商：8为机MCS-48,MCS-51系列（8031、8051、8751、8032、8052、8752等），16位机MCS-96系列。2、Motorola是最大的单片机生产商：8位机68HC05和68HC08系列产量已超过20亿片、8位增强型单片机68HC11系列年产量1亿片以上、16位机68HC16系列、32位机683XX系列。,1.2单片机的发展,单片机的生产厂家及代表产品3、Atmel是我们经常使用的单片机的生产厂商：8位机AT89系列和AVR系列。4、Microship是市场份额增长最快的单片机生产厂商：8位机PIC16C/F、17C/F和18F系列。5、其它厂商：美国国家半导体、TI、Zilog、台湾义隆、Micon、EPSON、NEC、东芝、富士通、现代、三星、华邦、Scenix等。,1.2单片机的发展,单片机的分类从字长上可分为：4位、8位、16位和32位4种从体系结构上可分为：冯-诺依曼结构和哈佛结构2种从指令系统上可分为：复杂指令集计算机（CISC）和精简指令集计算机（RISC）2种,1.2单片机的发展,MCS-51系列单片机：MCS-51系列有两个子系列，一个是8051子系列，一个是8052子系列。每个子系列有3个型号。8051子系列的芯片型号和基本性能1、8031：片内128字节数据存储器RAM，2个16位定时器，5个中断源，1个全双工串行接口，最大可访问程序和数据空间各64K。2、8051：比8031多4K片内ROM。3、8751：比8031多4K片内EPROM。,1.2单片机的发展,8052子系列的芯片型号和基本性能1、8032：片内256字节数据存储器RAM，3个16位定时器，6个中断源，1个全双工串行接口，最大可访问程序和数据空间各64K。2、8052：比8032多8K片内ROM。3、8752：比8032多8K片内EPROM。总之，8052子系列比8051子系列多128字节RAM，1个16位定时器、1个中断源（和4K片内ROM/EPROM）。,1.2单片机的发展,80C51系列：是对MCS-51系列的改进，具体表现在所使用的半导体集成电路工艺上。MCS-51系列采用的是HMOS（HigherperformanceMetal-Oxide-Semiconductor）工艺，即高密度短沟道MOS半导体集成工艺，而80C51系列采用的是CHMOS（ComplementaryHMOS）工艺，即互补金属氧化物的HMOS半导体集成工艺。集成工艺的改进，使得80C51系列芯片具有抗干扰能力强和低功耗等明显优势。80C51系列也有两个子系列6个型号（80C31、80C51、87C51、80C32、80C52、87C52）。每个型号与MCS-51系列的对应型号完全兼容，具有完全相同的结构、指令系统和引脚。我们现在使用的多是80C51系列芯片。,1.2单片机的发展,80C51/MCS-51系列单片机的结构特点：1、程序存储器和数据存储器是分开的，使用两个独立的存储空间，片内程序程序存储器空间比数据存储器空间大得多。之所以这样设计是因为一般控制系统需要的程序存储空间大，需要的数据存储空间比较小；另一方面是因为ROM比RAM便易很多。2、因为片内RAM容量小，速度快，使用32个RAM单元来做通用寄存器，以降低生产成本。,1.2单片机的发展,80C51/MCS-51系列单片机的结构特点：3、使用特殊功能寄存器（SpecialFunctionRegister）控制I/O接口，实现多种功能，使用更灵活。4、管脚多功能（复用），减少了管脚数量。5、全双工串行口，多种工作方式，用户可根据需要设定，以扩展I/O口或外接同步输入输出设备；或用作异步通信口，以实现双机或多机通信，组成分布式控制系统。,1.3单片机的应用,单片机的应用十分广泛，小到玩具，大到航空航天，到处都有单片机的身影。早在20世纪末21世纪初，单片机每年的使用量就有7亿五千万片。下面是几个有代表性的应用领域。1、工业过程控制：过程控制是单片机应用最多，也是最有效的方面之一。单片机既可用作过程控制中的主机，也可用作前端机，实现模拟量的采集和开关量的输入、处理、控制计算和控制信号的输出。机械制造、石油化工、化肥、塑料、纺织、制糖等生产过程都大量使用单片机。航空航天、军事装置中也越来越多地使用单片机。,1.3单片机的应用,2、智能化仪器仪表：无论常规还是特种仪器仪表都大量使用单片机，用程序取代以前的电子线路，既能大大降低成本、显著增强功能、使使用更加方便，又能简化生产、调试。3、家用电器：单片机已广泛应用于电视机、电冰箱、洗衣机、微波炉、电饭锅、恒温箱、高级电子玩具、立体声音响、录像机、家用防盗报警器等各种家电设备中。4、电子通信：单片机在程控交换机、有线电话网、调制解调器上的使用已大大加速了邮电通信设施的更新。它也是手机不可缺少的重要部件。,1.3单片机的应用,5、汽车业：一