《片机的介绍》PPT课件.ppt

51系列单片机概述 课程安排 了解51系列单片机介绍51系列单片机的典型引脚结构介绍51系列单片机的内部结构硬件资源介绍单片机使用环境及产品等级单片机应用领域 了解51系列单片机 51单片机是对目前所有兼容Intel8031指令系统的单片机的统称 该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机 后来随着FlashROM技术的发展 8031单片机取得了长足的进展 成为目前应用最广泛的8位单片机之一 其代表型号是ATMEL公司的AT89系列 它广泛应用于工业测控系统之中 目前很多公司都有51系列的兼容机型推出 在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场 51单片机是基础入门的一个单片机 还是应用最广泛的一种 需要注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力 了解51系列单片机 当前常用的51系列单片机主要产品有 Intel的 80C31 80C51 87C51 80C32 ATMEL的 89C51 89C52 89C2051 Philips 飞利浦 华邦 Dallas 达拉斯 Siemens 西门子 等厂家的单片机目前 国产宏晶STC单片机以其低功耗 廉价 稳定性能 占据着国内51单片机较大市场 了解51系列单片机 了解51系列单片机 发展历史 1970年 1974年 诞生了第一代4位的单片机 这类单片机已经具有了并行I O接口 以及一些常用的A D和D A等资源 这在当时来说是非常强大的 通过灵活的控制能力 使其应用于电视机 收音机和电子玩具中 1974年 1978年 单片机进入8位时代 这个时期以Intel公司的MCS 48系列单片机最具代表性 此时的单片机内部集成了更为强大的8位CPU内核 多个并行I O接口 同时增加了定时器 计数器以及小容量的RAM和ROM等 1978年 1983年 Intel公司的MCS 51系列为代表 标志着进入高档8位单片机时代 这个时期的单片机工作频率 硬件资源和RAM ROM容量等都有极大的突破 创新地加入了串口通信接口以及多级中断处理系统 我们现在所广泛使用的单片机都仍以该内核为基础 因此 也常成为51系列单片机 了解51系列单片机 单片机的发展方向高速 早期的51内核只有几MHz的运行频率 现在各个公司推出的51单片机产品均能够达到几十MHz的运行频率 例如Atmel公司的AT89S系列的单片机最大运行于33MHz 还有其他一些公司的产品也都具有很高的速度 缩短指令执行周期 早期的51内核指令一般需要1 4个指令周期来完成 最快的单周期指令也需要6个时钟周期 相当于12个时钟振荡周期 新的增强型51内核大大缩短了指令的执行周期 例如MAXIM的高速单片机每机器周期使用一个时钟 速度是标准8051的33倍 还有其他一些公司也相应提高了指令的执行时间 低功耗 单片机主要应用于各种嵌入式设备中 这类设备最大的共性便是采用电池供电 需要具有出色的功耗控制 否则 一个产品很快没电了 便毫无使用价值了 现在的单片机功耗都在逐步下降 同时还提供了丰富的低功耗模式可供选择 大大延长了电池的使用时间 高度集成性 现在的单片机集成了越来越多的功能 例如A D转换 D A转换 SPI接口 I2C接口 USART接口 USB接口 CAN接口等等 在有些设计项目中 甚至仅靠一个单片机便可以完成所有的工作 真正实现 单片 的含义 减小封装尺寸 单片机在提高强度的接口功能的同时 其封装体积也在逐步减少 这样 可以减少电路板的使用面积 使最终产品小型化 目前的手机 笔记本等的日益小型化便是很好的体现 了解51系列单片机 随后 单片机市场便进入百花齐放 百家争鸣时代 各个厂商不仅在增强单片机的性能 同时还推出了不同类型的单片机 PIC系列 PeripheralInterfaceController 采用CISC结构的单片机数据线和指令线分时复用 即所谓冯 诺伊曼结构 AVR系列 1997年 由Atmel公司挪威设计中心的A先生和V先生 利用Atmel公司的Flash新技术 共同研发出RISC精简指令集高速8位单片机 简称AVR C8051F系列 增强型51单片机 PSoC系列 ProgrammableSystem On Chip 片上可编程系统ARM系列 ARM AdvancedRISCMachines 是微处理器行业的一家知名企业 设计了大量高性能 廉价 耗能低的RISC处理器 相关技术及软件 技术具有性能高 成本低和能耗省的特点 适用于多种领域 比如嵌入控制 消费 教育类多媒体 DSP和移动式应用等 等等 51系列单片机的典型引脚结构 51系列单片机的典型引脚结构 电源引脚VCC Pin40 正电源引脚 正电源接4 0 5 0V电压 正常工作电压为 5V GND Pin20 接地引脚 51系列单片机的典型引脚结构 时钟引脚XTAL1 Pin19 用作片内振荡电路的输入端 XTAL2 Pin18 用作片内振荡电路的输出端或者外部时钟源的输入引脚 51系列单片机的典型引脚结构 P0端口即P0 0 P0 7 占据Pin39 Pin32共8个引脚 P0端口具有两个功能 既可以用作双向数据总线口 也可以分时复用输出低8位地址总线 51系列单片机的典型引脚结构 P1端口即P1 0 P1 7 占据Pin1 Pin8共8个引脚 P1端口一般用做通用I O端口 是8位准并行的 具备4个TTL负载的驱动能力 P1端口可以用做位处理 既各位都可以单独输出或输入数据 51系列单片机的典型引脚结构 P2端口即P2 0 P2 7 占据Pin21 Pin28共8个引脚 P2端口可以用作通用I O端口 或者在扩展外部存储器时用作高8位地址线 51系列单片机的典型引脚结构 P3端口即P3 0 P3 7 占据Pin10 Pin17共8个引脚 P3端口可以用作通用I O端口 可进行位操作 同时还具有特定的第二功能 51系列单片机的典型引脚结构 P3端口的第二功能 51系列单片机的典型引脚结构 单片机的复位引脚为RST Pin9 单片机内部CPU的复位信号便从这里输入 单片机复位完全通过RST引脚来完成 其基本原理是在单片机的时钟振荡电路启动后 如果RST引脚外加两个机器周期 即24个时钟振荡脉冲 以上的高电平 单片机便实现了复位 51系列单片机的典型引脚结构 ALE引脚 Pin30 具有两种功能 可以作为地址锁存使能端和编程脉冲输入端 下面分别进行介绍 当作为地址锁存使能端时为ALE 当单片机访问外部程序存储器时 ALE 地址锁存 的负跳变将低8位地址打入锁存 而当访问外部数据存储器时 例如执行MOVX类指令 ALE引脚会跳过一个脉冲 当单片机在非访问内部程序存储器时 ALE引脚将有一个1 6振荡频率的正脉冲信号输出 该信号可以用于外部计数或电路其他部分的时钟信号 当作为编程脉冲输入端时为 在进行程序下载时使用 51系列单片机的典型引脚结构 Pin29 引脚是单片机访问外部程序存储器的读选通信号 当单片机访问外部程序存储器 读取指令码时 该引脚在每个机器周期产生两次有效信号 即该引脚输出两个负脉冲选通信号 在执行片内程序存储器读取指令码以及读写外部数据时 该引脚不产生脉冲信号 Pin31 具有两种功能 访问内部或外部程序存储器选择信号和提供编程电压 下面分别进行介绍 当单片机访问内部或者外部程序存储器时 作为选择信号 如果保持为低电平 则单片机从外部程序存储器 0000H FFFFH单元 开始执行 如果保持高电平 则单片机先从片内0000H单元开始 执行内部程序存储器程序 如果外部还有扩展程序存储器 则在执行完内部程序存储器程序后 自动转向外部程序存储器执行程序 当需要对单片机编程时 该引脚用于输入编程允许电压 51系列单片机的典型引脚结构 51系列单片机的内部结构 51系列单片机的内部结构 中央处理器 CPU 程序存储器 ROM 数据存储器 RAM 指令寄存器定时器 计数器并行输入输出 I O 口中断系统时钟振荡电路单片机的结构类型 哈佛 Harvard 结构 硬件资源介绍 单片机系统的硬件部分是包括CPU在内的所有硬件电路 按照硬件电路的功能和配置大致可以分为3类 硬件资源介绍 1 基本功能类基本功能类硬件包括 CPU 用于运算 控制 RAM 用于数据存储 ROM 用于程序存储 I O设备 实现串行 并行输入 输出接口 及时钟电路 建立工作时序 在微型计算机中 上述部件被分成若干块芯片 安装在一块称之为主板的印刷线路板上 在程序的指挥下完成计算机的基本运算操作功能 但是在单片机中 除了时钟电路之外 其余部分一般均被集成到一块半导体芯片上 所以被称为单片机 即单芯片微型计算机 硬件资源介绍 2 控制功能类控制功能类硬件包括 定时器 计数器 用于时间设定 事件记录 和中断装置 实现实时处理 使用这类硬件是为了实现单片机的控制功能 即定时控制 顺序控制和实时控制等基本控制功能 作为面向嵌入式控制的特色 这类部件通常也集成在单片机芯片内部 硬件资源介绍 3 辅助功能类辅助功能类硬件包括 A D 模 数转换 和D A 数 模转换 通常采用PWM形式 等部件 这类部件根据芯片的配置不同不一定集成在单片机芯片上 需要用户根据使用要求选择 单片机的使用环境及产品等级 单片机用途广 使用环境差别大 如何保证单片机控制系统或装置的可靠性是设计者和使用者最为关注的问题 作为电子产品而言 其可靠性主要取决于半导体芯片的产品等级 根据运行温度范围 产品等级大致划分为3级 下面分别予以介绍 单片机的使用环境及产品等级 军用级运行温度范围为 50 125 适用于军用品要求苛刻的应用环境 芯片的价格比较昂贵 例如Intel公司的MCS 51系列单片机MD80C51FB 型号以MD表示开头的 M代表军品 D代表直插封装 单片机的使用环境及产品等级 商业级运行温度范围为0 70 主要限于机房 办公及住宅环境 适用于民用产品 例如家电 玩具等 商业级产品价格低廉 品种齐全 应用最为广泛 单片机的使用环境及产品等级 工业级早期的单片机产品大多为工业级 运行温度范围为 45 85 介于商业级和军用级之间 适宜在工业生产环境下使用 其特点是可靠性远高于商业级 但价格远低于军用级 MCS 51系列单片机的普通产品均属于工业级 单片机应用领域 1 在工业控制中的应用工业自动化控制是最早采用单片机控制的领域之一 在测控系统 过程控制 机电一体化设备中主要利用单片机实现逻辑控制 数据采集 运算处理 数据通信等用途 单独使用单片机可以实现一些小规模的控制功能 作为底层检测 控制单元与上位计算机结合可以组成大规模工业自动化控制系统 特别在机电一体化技术中 单片机的结构特点使其更容易发挥其集机械 微电子和计算机技术于一体的优势 单片机应用领域 2 在智能仪器中的应用内部含有单片机的仪器统称为智能仪器 也称为微机化仪器 这类仪器大多采用单片机进行信息处理 控制及通信 与非智能化仪器相比 功能得到了强化 增加了诸如数据存储 故障诊断 联网集控等功能 以单片机作为核心组成智能仪表已经是自动化仪表发展的一种趋势 单片机应用领域 3 在家用电器中的应用单片机功能完善 体积小 价格廉 易于嵌入 非常适用于对家用电器的控制 嵌入单片机的家用电器实现了智能化 是传统型家用电器的更新换代 现已广泛应用于洗衣机 空调 电视机 视盘机 微波炉 电冰箱 电饭煲以及各种视听设备等 单片机应用领域 4 在信息和通信产品中的应用信息和通信产品的自动化和智能化程度很高 其中许多功能的完成都离不开单片机的参与 这里最具代表性和应用最广的产品就是移动通信设备 例如手机内的控制芯片就属于专用型单片机 另外在计算机外部设备中 如键盘 打印机中也离不开单片机 新型单片机普遍具备通信接口 可以方便地与计算机进行数据通信 为计算机和网络设备之间提供连接服务创造了条件 单片机应用领域 5 在办公自动化设备中的应用现代办公自动化设备中大多数嵌入了单片机控制核心 如打印机 复印机 传真机 绘图机 考勤机及电话等 通过单片机控制不但可以完成设备的基本功能 还可以实现与计算机之间的数据通信 单片机应用领域 6 在商业营销设备中的应用在商业营销系统中单片机已广泛应用于电子秤 收款机 条形码阅读器 IC卡刷卡机