单片机基础知识讲解PPT课件

L/O/G/O,单片机基础知识讲解创新实验5组组员：徐卓赵浩卞黎明曾靓娜,2,.,目录,单片机概述,单片机的外部引脚及其介绍,单片机的电平特性,单片机的C51基础知识介绍,4,1,2,3,单片机基础知识讲解,3,.,一、单片机概述,单片机概述单片机（Singlechipmicrocomputer）微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由仅有CPU的专用处理器芯片发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。,4,.,一、单片机概述,INTEL的8080是最早按照这种思想设计出的处理器，当时的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列单片机系统。因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。尽管2000年以后ARM已经发展出了32位的主频超过300M的高端单片机，直到现在，基于8051的单片机还在广泛的使用。在很多方面单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了广泛的应用。事实上单片机是世界上数量最多处理器，随着单片机家族的发展壮大，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。现代人类生活中所用的几乎每件有电子器件的产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电子产品中都含有单片机。汽车上一般配备40多片单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百片单片机在同时工作！单片机的数量远远超过PC机和其他计算机的总和。,5,.,一、单片机概述,单片机发展历史单片机（Singlechipmicrocomputer）诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段，早期的SCM单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列MCU系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTELi960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。当代单片机系统已经不仅只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。,6,.,一、单片机概述,单片机简介在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机。Intel公司推出了MCS-51系列单片机：集成8位CPU、4K字节ROM（程序存储器）、128字节RAM（数据存储器）、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K，并有控制功能较强的布尔处理器。,7,.,一、单片机概述,CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格；I/O口：四个8位并行I/O口，既可用作输入，也可用作输出；T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式；,8,.,一、单片机概述,单片机的功能智能仪器：单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、电流、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。工业控制：单片机具有体积小、控制功能强、功耗低、环境适应能力强、扩展灵活和使用方便等优点，用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统、通信系统、信号检测系统、无线感知系统、测控系统、机器人等应用控制系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。家用电器：家用电器广泛采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备和白色家电等。,9,.,一、单片机概述,单片机的功能网络和通信：现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。设备领域：单片机在医用设备中的用途也相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。汽车电子：单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器、GPS导航系统、abs防抱死系统、制动系统、胎压检测等。其他：单片机在工商、金融、科研、教育、电力、通信、物流和国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途,10,.,二、单片机的外部管脚及其介绍,总线型,非总线型,11,.,二、单片机的外部管脚及其介绍,芯片共有40个引脚，引脚的排列顺序为从靠芯片的缺口左边那列引脚逆时针数起，依次为1、2、3、4。40，其中芯片的1脚顶上有个凹点（见上页）。在单片机的40个引脚中，电源引脚2根，外接晶体振荡器引脚2根，控制引脚4根以及4组8位可编程I/O引脚32根。1、主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线2、外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端单片机有两种振荡方式，一种是内部振荡方式，只要接上两个电容和一个晶振即可；另一种是外部振荡方式，采用外部振荡方式时，XTL1接地，在XTL2上加外部时钟信号。,12,.,二、单片机的外部管脚及其介绍,3、控制引脚（4根）PSEN（Pin29）：程序储存器允许输出端。片外ROM选通信号，低电平有效，以实现外部储存器的读操作。由于现在使用的单片机内部有足够大的ROM，所以无需再扩展外部ROM。ALE/PROG（Pin30）：地址锁存信号输出端/EPROM编程脉冲输入端。ALE功能：扩展外部RAM时，用来锁存P0口送出的低8位地址；PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。但大多数单片机都可以通过串口下载程序，不用编程脉冲引脚写程序。,13,.,二、单片机的外部管脚及其介绍,RST:复位信号输入端。用于初始化操作。EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。EA功能：内外ROM选择端。EA接高电平时，单片机读取内部ROM，读完自动读取外部ROM；接低电平时，直接读取外部ROM。由于现在的单片机都有内部ROM，所以EA一般只接高电平。Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。,14,.,二、单片机的外部管脚及其介绍,4、八位可编程I/O引脚（32根）P0.0P0.7P0口8位双向口线（在引脚的3932号端子）P0口有三个功能：1、外部扩展存储器时,当做数据总线；2、外部扩展存储器时,当作地址总线；3、不扩展时,可做一般的I/O使用,但内部无上拉电阻,作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。P1.0P1.7P1口8位双向口线（在引脚的18号端子）。P1口只做I/O口使用：其内部有上拉电阻。,15,.,二、单片机的外部管脚及其介绍,P2.0P2.7P2口8位双向口线（在引脚的2128号端子）。P2口有两个功能：1、扩展外部存储器时,当作地址总线使用2、做一般I/O口使用,其内部有上拉电阻;P3.0P3.7P2口8位双向口线（在引脚的1017号端子）。P3口有两个功能：1、作为I/O使用（其内部有上拉电阻）,还有一些特殊功能,由特殊寄存器来设置,具体功能请参考我们后面的引脚说明。2、有内部EPROM的单片机芯片（例如8751）,为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源,这些信号也是由信号引脚的形式提供的即：编程脉冲：30脚（ALE/PROG）编程电压（25V）：31脚（EA/Vpp）,16,.,二、单片机的外部管脚及其介绍,P3第二功能各引脚功能定义：P3.0：RXD串行口输入P3.1：TXD串行口输出P3.2：INT0外部中断0输入P3.3：INT1外部中断1输入P3.4：T0定时器0外部输入P3.5：T1定时器1外部输入P3.6：WR外部写控制P3.7：RD外部读控制,17,.,三、单片机的电平特性,数字电路中只有两种电平：高和低单片机为TTL电平：高+5V低0V电脑上的RS232接口采用的是负逻辑电平：-15-3表示逻辑1；+15+3表示逻辑0；电压值通常在7V左右所以计算机与单片机之间通讯时需要加电平转换芯片，如max232,18,.,三、单片机的电平特性,常见逻辑电平现在常用的电平标准有TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVPECL、RS232、RS485等，还有一些速度比较高的LVDS、GTL、PGTL、CML、HSTL、SSTL等。5的TTL和的CMOS是通用的逻辑电平。3.3V，2.5V，1.8V的称为低电平逻辑电平，常用的是LVTTL电平。ECL/PECL和LVDS是差分输入/输出结构。RS232和RS485是串口的接口标准。常用逻辑电平是TTL和CMOS电平。,19,.,三、单片机的电平特性,TTL和CMOS电平的比较TTL电平标准输出L：2.4V。输入L：2.0VTTL器件输出低电平要小于0.8V，高电平要大于2.4V。输入，低于1.2V就认为是0，高于2.0就认为是1。CMOS电平：输出L：0.9*Vcc。输入L：0.7*Vcc.,20,.,三、单片机的电平特性,TTL和CMOS的电平转换CMOS电平能驱动TTL电平，TTL电平不能驱动CMOS电平，需加上拉电阻。VOH:逻辑电平1的输出电压VOL:逻辑电平0的输出电压VIH:逻辑电平1的输入电压VIH:逻辑电平0的输入电压一般单片机之间管脚不能直接相连，同电压的是可以的，不过最好是要好好查查技术手册上的VIL,VIH,VOL,VOH的值，看是否能够匹配，有些在一般应用中没有问题，但是参数上就是有点不够匹配，在某些情况下可能就不够稳定，或者不同批次的器件就不能运行。,21,.,四、单片机的C51基础知识介绍,利用C语言开发单片机的优点C语言是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。目前，使用C语言进行程序设计已经成为软件开发的一个主流。用C语言开发系统可以大大缩短开发周期，明显增强程序的可读性，便于改进、扩充和移植。而针对8051的C语言日趋成熟，成为了专业化的实用高级语言。,22,.,四、单片机的C51基础知识介绍,C语言作为一种非常方便的语言而得到广泛的支持，很多硬件开发都用C语言编程，如：各种单片机、DSP、ARM等.C语言程序本身不依赖于机器硬件系统，基本上不作修改就可将程序从不同的单片机中移植过来。C提供了很多数学函数并支持浮点运算，开发效率高，故可缩短开发时间，增加程序可读性和可维护性。,23,.,四、单片机的C51基础知识介绍,1.对单片机的指令系统不要求了解，仅要求对8051的存贮器结构有初步了解；2.寄存器分配、不同存贮器的寻址及数据类型等细节可由编译器管理；3.程序有规范的结构，可分成不同的函数，这种方式可使程序结构化；4.提供的库包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能力；5.由于具有方便的模块化编程技术，使已编好程序可容易地移植。,24,.,四、单片机的C51基础知识介绍,C51的数据类型,类型,符号,关键字,数的表示范围,所占位数,整型,字符型,实型,有,无,(signed)int,16,-3276832767,(signed)short,16,-3276832767,(signed)long,32,-21474836482147483647,16,unsignedint,065535,32,04294967295,unsignedlongint,unsignedshortint,16,065535,有,float,32,3.4e-383.4e38,有,double,64,1.7e-3081.7e308,有,char,8,-128127,无,unsignedchar,8,0255,25,.,四、单片机的C51基础知识介绍,C51的数据类型扩充定义sfr:特殊功能寄存器声明sfr16:sfr的16位数据声明s