项目一认识单片机分析PPT课件

单片机应用技术,机电工程技术学院肖亚杰,项目一认识单片机,.,2,课程介绍,课程性质：专业技术课（采用理实一体化教学模式）考核方式：考试学时：44学分：4个,教材：单片机应用技术（C语言）中国劳动社会保障出版社,.,3,课程地位,单片机原理及应用或单片机应用技术在高职高专院校电子类、机械类、计算机类专业中普遍开设，同学在学过基本的软硬件知识后，毕业前写论文或做设计，而且大部分同学会以学过的Intel8051系列单片机作为设计的中心，加上自己的创意和点子，结合软硬件来完成自己的课程设计或毕业设计。毕业班的学生进行课程设计的目的及用途，至少有3点：1考查自己几年来所学的软硬件实际操作能力。2应聘工作时可以作为代表作进行展示。3当作升学、考核、鉴别及申请的实际制作的作品展示。,.,4,课程目标,1、掌握单片机应用系统的硬件原理及分析、设计方法。,2、掌握软件设计与调试的基本技能。,具体的说：以MCS-51系列单为例，详细介绍了MCS-51单片机的结构及工作原理和单片机的应用技术，通过学习本课程，能够掌握有关单片机的基础知识，基本掌握单片机应用系统设计和开发的基本技能。,.,5,课程考核方法,平时成绩：期末总评为4：6,要求每人准备一U盘,.,6,电子计算机的问世及其经典结构,1946年2月15日，第一台电子数字计算机问世，这标志着计算机时代的到来。（CALCULATOR）ENIAC,计算机的发展,.,7,ENIAC是电子管计算机，时钟频率仅有100KHz，但能在1秒钟的时间内完成5000次加法运算。,与现代的计算机相比，有许多不足，但它的问世开创了计算机科学技术的新纪元，对人类的生产和生活方式产生了巨大的影响。,.,8,匈牙利籍数学家冯诺依曼在方案的设计上做出了重要的贡献。1946年6月，他又提出了“程序存储”和“二进制运算”的思想，进一步构建了计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成这一计算机的经典结构。（EDVAC-ELECTRONICDISCRETEVARIABLEAUTOMATICCOMPUTER）,.,9,运算器+控制器,输入设备,输出设备,存储器,微机系统,.,10,电子计算机技术的发展，相继经历了五个时代：,电子管计算机；晶体管计算机；集成电路计算机；大规模集成电路计算机；超大规模集成电路计算机。,计算机的结构仍然没有突破冯诺依曼提出的计算机的经典结构框架。,.,11,微机系统,硬件系统构成微机的实体和装置,软件系统微机系统所使用的各种程序的总称,软件系统与硬件系统共同构成实用的微机系统，两者是相辅相成、缺一不可的。,.,12,单片机,把CPU、RAM、ROM、定时计数器，以及输入输出（I/O）接口电路等计算机的主要部件集成在一块芯片上,.,13,单片机的定义,把CPU、RAM、ROM、定时计数器，以及输入输出（I/O）接口电路等计算机的主要部件集成在一块芯片上。这样组成芯片级的微型计算机直译为单片微型计算机（Singlechipmicrocomputer）或单片机，在我国，我们习惯上称其为单片机。单片机虽然只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已具备微机系统的含义。更为准确地反映单片机本质的叫法应是微控制器（Microcontroller,MCU）。根据单片机的结构和微电子设计的特点，应用系统中虽然往往以单片机为核心，但是它已完全融入应用系统中，故而也有把单片机称作嵌入式微控制器。（EmbeddedMicrocontroller）。,.,14,单片机应用系统,单片机应用系统:由硬件系统和软件系统组成,硬件是应用系统的基础,软件是在硬件的基础上对其资源进行合理调配和使用，从而完成应用系统所要求的任务，二者相互依赖，缺一不可,注：本课程的重点,1.掌握单片机应用系统硬件原理的分析方法。,2.掌握软件设计与调试的基本技能。,.,15,单片机的发展过程,原始阶段1971年1月，INTEL公司的特德霍夫在与日本商业通讯公司合作研制台式计算器时，将原始方案的十几个芯片压缩成三个集成电路芯片。其中的两个芯片分别用于存储程序和数据，另一芯片集成了运算器和控制器及一些寄存器，称为微处理器（即Intel4004）。,.,16,单片机的发展过程,发展阶段Intel公司于1980年推出的增强型通用8位单片机系列产品，有8031/8032、8051/8052、8751/8752等型号。之后不久，Intel公司开放了MCS-51系列单片机的核心技术，加之51系列机已经成为8位通用单片机的公认标准，因此，许多著名的半导体生产厂家，如：Atmel、Philips、Cygnal、Dallas、Winboard等纷纷推出以80C51为内核的各具特色、性能优异、功能强大的单片机，形成了庞大的80C51系列单片机家族。,.,17,系统机（桌面应用）属于通用计算机，主要应用于数据处理、办公自动化及辅助设计。,单片机（嵌入式应用）属于专用计算机，主要应用于智能仪表、智能传感器、智能家电、智能办公设备、汽车及军事电子设备等应用系统。,单片机体积小、价格低、可靠性高，其非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。,.,18,单片机的发展过程,单片机现状:单片机经过约30年的发展，已经形成有几千种型号上百种品牌的半导体产业，对电子信息术、工业控制技术、军事技术的发展起到巨大的推动作用。目前主流的单片机：51内核的系列单片机Microchip公司的PIC系列单片机Motorola公司的68系列TexasInstrument公司的MSP16bit系列单片机ARM内核的32bit系列单片机,.,19,单片机的应用,军事技术通常在这些电子系统的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驭系统、通讯系统以及运行监视器（黑匣子）都会用到单片机技术。,.,20,单片机的应用,人工智能工业机器人的控制系统由中央控制器、感觉系统、行走系统、擒拿系统等节点构成的单机或多机网络系统。而其中的每一个小系统（如数据采集、远程监控系统）都是由单片机进行控制的。,.,21,单片机的应用,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。,.,22,单片机应用领域,消费类电子产品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。,电讯方面,.,23,小结,单片机是嵌入式控制器的主要芯片。MCS-51系列单片机及兼容产品是我国单片机应用的主流产品。单片机技术的方兴未艾，出现了各具特色的单片机，如：Motorola公司的单片机、Microchip公司的PIC系列、Ti公司的MSP430单片机等。请上网搜索5个你认为办的最好的单片机专业网站。,.,24,任务一：认识单片机的引脚,.,25,1、MCS-51系列单片机的外型,.,26,2、MCS-51系列单片机的分类,常用的MCS51系列单片机有2种类型的产品：8051/8751/89C51和8031。它们的结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上的不同：8051内设有4KB的掩膜ROM；8751内设有4KB的EPROM；89C51内设有4KB的E2PROM；8031内没有ROM。MCS-51系列单片机配置一览表,.,27,3、51系列单片机引脚识别图,.,28,4、51单片机命名规则,AT89C51命名规则(l)前缀由字母“AT”组成，表示该器件是ATMEL公司的产品。(2)型号由“89CXXXX”或“89LVXXXX”或“89SXXXX”等表示。“89CXXXX”中，9是表示内部含Flash存储器，C表示为CMOS产品，LV表示低压产品，S表示含有串行下载Flash存储器。在这个部分的“XXXX”表示器件型号数，如51、1051、8252等。,.,29,5、MCS-51单片机信号引脚简介,P3口线的第二功能,VCC,VSS,XTAL2XTAL1,RST,P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7,P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7,P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0,ALE,P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7,2、振荡电路：XTAL1、XTAL2,3、复位引脚：RST,4、并行口：P0、P1、P2、P3,7、ALE：地址锁存控制信号,1、电源线：VCC(+5V)、VSS(地),.,30,MCS-51单片机P3口的第二功能,.,31,控制信号引脚RST、ALE、PSEN和EA,RSTVp(9脚)：RST是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持两个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平时，就可以完成复位操作。RST引脚的第二功能是Vp，即备用电源。ALEPROG(30脚)：地址锁存允许信号端。当8051上电正常工作后，ALE引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率fosc的l6。此引脚的第二功能PROG是对片内带有可编程的ROM的单片机编程写入(固化程序)时，作为编程脉冲的输入端。PSEN(29脚)：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。CPU在从外部ROM取指期间，PSEN信号在每个机器周期(12个时钟周期)中两次有效。EAVPP（3l脚)：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当EA引脚接高电平时，CPU先访问片内程序存储器并执行内部程序存储器中的指令，然后再访问外部ROM的内容。输入信号EA引脚接低电平(接地)时，CPU只访问外部外部ROM并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。,.,32,任务二：认识MSC51单片机结构,.,33,1、MCS-51单片机内部结构示意图,结构框图,中央处理器CPU：8位，运算和控制功能,内部RAM：共256个RAM单元，用户使用前128个单元，用于存放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。,内部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表格。,定时/计数器：两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功能。,并行I/O口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。,串行口：一个全双工串行口。,中断控制系统：5个中断源（外部中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个）,时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHZ和12MHZ,.,34,（1）P0和P2口,P0口锁存器和缓冲器结构,P0口除了作普通的I/O口，直接和外部设备打交道外;还用作片外总线的地址总线AB0-AB7的低八位、数据总线。,.,35,P2口锁存器和缓冲器结构,P2口除了作普通的I/O口，直接和外部设备打交道外;还用作片外总线的地址总线的高八位地址线AB8-AB15,注意：P0口在作输出入口使用时，由于它无内部上拉电阻，为了在口线上输出高电平并具有一定的驱动能力，必须外接上拉电阻。作输入口使用时，为了防止口锁存器对输入口线的输入信号造成影响，必须先往口锁存器写1。同理，P2口作输入时，也必须先往口锁存器写1。,.,36,（2）P1口,P1口锁存器和缓冲器结构,P1口只用作普通输入输出口,注意：和P0、P2口一样，为防止口锁存器对输入口线造成影响，P1口作输入时，也必须先往口锁存器写1。,.,37,（3）P3口,P3口锁存器和缓冲器结构,P3口除了作普通的I/O口（功能和P1口一样）直接和外部设备打交道外;还具有第二功能。,P3.0串行输入口(RXD)P3.1串行输出口(TXD)P3.2外中断0(INT0)P3.3外中断1(INT1)P3.5定时/计数器1的外部输入口(T1)P3.6外部数据存储器写选通(WR)P3.4定时/计数器0的外部输入口(T0)P3.7外部数据存储器读选通(RD),.,38,2.单片机的软件及数据如何存放？,在单片机内部有程序存储器和数据存储器，如果内部程序存储器和数据存储器的容量不够的话，还可以在单片机外部为它扩展，最大我们可以将程序存储器空间总容量扩大到64K，将数据存储器在片外再单独扩展64K，这样，以89S51为例，数据存储器的总容量可达64K（片外）128字节（片内）。,MCS-51单片机的存储器组织结构，采用典型的哈佛结构，即程序存储器和数据存储器完全独立，拥有各自的寻址系统，包括片内数据存储器与片外数据存储器都拥有自己独立的寻址系统。,.,39,MCS-51单片机存储器组织结构,.,40,（1）程序存储器,用途：存放程序及程序运行时所需的常数。,寻址范围：0000HFFFFH容量64KB，即地址长度：16位,，寻址内部ROM；,说明：当PC值超过片内ROM容量时会自动转向外部存储器空间。,，寻址外部ROM。,.,41,（2）数据存储器,用途：存放程序执行的中间结果和过程数据的。,物理上分为两大区域：00H7FH即128B用户RAM区。80HFFH即特殊功能寄存器区。,.,42,3.单片机如何运行程序？,知道了单片机通过I/O口与外设打交道，也知道了单片机的程序与数据如何保存，到底单片机是如何运行程序的？原来单片机和其他微机一样，也拥有一个中央处理器（CPU）。,.,43,它通过单片机的内部总线，将单片机内部的各个部分：程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等联系在一起。,内部总线有三种,数据总线：专门用来传送数据信息。,地址总线：专门用来传送地址信息，选中各操作单元。,控制总线：专门用来传送CPU各种控制命令，以便CPU统一指挥协调工作。完成程序所要执行的各种功能。,.,44,CPU执行程序一般包括两个主要过程：,第一，就是从程序存储器中取出指令，指令的地址由PC指针提供。,第二，就是执指过程，取出的指令代码首先被送到CPU中控制器中的指令寄