片机1lqh课件

1、片机1lqh课件单片机原理与应用单片机原理与应用Principles and Application of Microcontroller 讲授：李庆华讲授：李庆华 片机1lqh课件课程的性质课程的性质：n实践性很强的课程n 重要的软、硬件系统性设计课程n 为学习其它嵌入式开发课程打基础 n山东省省级精品课程，课程教学网站 片机1lqh课件片机1lqh课件片机1lqh课件课程安排：课程安排：讲课学时：实验学时=24：8自主学习、创新实验教材：教材： 普通等教育“十一五”国家级规划教材-单片机原理及应用片机1lqh课件学时安排（共24学时）第第1 1章章 单片机简介单片机简介 2 2 学时学时第

2、第2 2章章 MCS-51MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构 4 4 学时学时第第3 3章章 MCS-51MCS-51的软件系统设计的软件系统设计 6 6 学时学时第第4 4章章 定时器、串行口及中断系统定时器、串行口及中断系统 6 6 学时学时第第5 5章章 系统扩展系统扩展 2 2 学时学时第第6 6章章 人机交互接口人机交互接口 2 2 学时学时第第7 7章章 信号的输入输出技术信号的输入输出技术 0 0 学时学时第第8 8章章 MCS-51MCS-51单片机应用系统设计单片机应用系统设计 0 0 学时学时片机1lqh课件学习要求：n结合实际，多动脑，多思考，多提问题 n主动寻找实

3、践机会学习方法：动手实践 Practice is a best way to learning.片机1lqh课件作业、考核n考核分笔试和实验两种形式n笔试成绩占70%n实验及平时成绩占30%n实验报告全部上交片机1lqh课件1.1 什么是单片机什么是单片机1.2 单片单片机的机的历史历史1.3 单片单片机的机的发展趋势发展趋势1.4 单片单片机的应用机的应用1.5 单片机的主要厂商及产品系列单片机的主要厂商及产品系列第一章 单片机简介片机1lqh课件 单片机即单片微型计算机，单片机即单片微型计算机，是将计算机主机是将计算机主机( (CPUCPU、内存内存和和I/I/O接口和几种基本外设接口和几

4、种基本外设) )集成在集成在一小块硅片上的微型机一小块硅片上的微型机片机1lqh课件单片单片机的机的特点特点：集成度高、体积小集成度高、体积小可靠性高可靠性高控制功能强控制功能强低功耗低功耗 可扩展性好可扩展性好 性价比高性价比高片机1lqh课件知识小扩展：知识小扩展： 平均无故障时间，英文是“Mean Time Between Failure”，简称MTBF 指相邻两次故障之间的平均工作时间，也称为平均故障间隔。单位为“小时”。它反映了产品的时间质量，是体现产品在规定时间内保持功能的一种能力。系统总的平均无故障时间MT的是由其构成元件的平均无故障时间mti 来决定的，如下所示：系统的集成度越

5、高，系统平均无故障时间越长，系统可靠性越高 nmtmtmtMT1.11121片机1lqh课件水果供电的低功耗单片机展示MSP430 片机1lqh课件片机1lqh课件AVR XMEGA 片机1lqh课件片机1lqh课件部分Atmel 51单片机价格型型 号号 产产 品品 描描 述述 价价 格格 AT89C2051-24PU 2K FLASH 24MHZ 20-DIP $0.81 AT89S51-24PU 4K FLASH 24MHZ 40-DIP $1.00 AT89S52-24PU 8K FLASH 24MHZ 40-DIP $0.91 AT89C51CC01UA-RLRUM32K FLASH

6、 44-VQFP $2.78 AT89C51AC3-SLSUMFLASH 64K 44PLCC $5.56 片机1lqh课件部分MSP430单片机价格型型 号号 产产 品品 描描 述述 价价 格格 MSP430F2001TRSAT 16BIT 1K FLASH 16-QFN $0.94 MSP430F2002IPW 16BIT 1K FLASH 14-TSSOP $0.90 MSP430F2111IPW 16BIT 2K FLASH 20-TSSOP $0.98 MSP430F2101IRGET 16BIT 1K FLASH 24-QFN $0.61 MSP430F2002TN 16BIT 1

7、K FLASH 14-DIP $1.28 片机1lqh课件部分AVR单片机价格型 号 产 品 描 述 价 格 ATMEGA48V-10AU4K 10MHZ 1.8V 32TQFP $1.15 ATMEGA48V-10PU 4K 10MHZ 1.8V 28DIP $1.24 ATMEGA8A-MU MCU AVR 8K FLASH 16MHZ 32-QFN $1.59 ATMEGA16L-8MI 16K 8MHZ IND 44-QFN $2.14 ATMEGA1284-PU 128K FLASH 40PDIP $2.30 片机1lqh课件第一章第一章 单片机简介单片机简介1.1 什么是单片机什么

8、是单片机1.2 1.2 单片单片机的机的历史历史1.3 单片单片机的机的发展趋势发展趋势1.4 单片单片机的应用机的应用1.5 单片机的主要厂商及产品系列单片机的主要厂商及产品系列片机1lqh课件计算机的发展概况计算机的发展概况1946-1958: 第一代电子管计算机。磁鼓存储器，机器语言 汇编语言编程。世界上第一台数字计算机ENIAC。1958-1964: 第二代晶体管计算机。磁芯作主存储器, 磁盘 作外存储器，开始使用高级语言编程。1964-1971: 第三代集成电路计算机。使用半导体存储器， 出现多终端计算机和计算机网络。1971- : 第四代大规模集成电路计算机。出现微型计算 机、单片

9、微型计算机，外部设备多样化。1981- : 第五代人工智能计算机。模拟人的智能和交流方式。片机1lqh课件计算机发展趋势计算机发展趋势n巨型化巨型化 尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、高 速度n微型化微型化 便携式、低功耗n系列化、标准化系列化、标准化 便于各种计算机硬、软件兼容和升级n网络化网络化 网络计算机和信息高速公路n多机系统多机系统 大型设备、生产流水线集中管理(独立控制、 故障分散、资源共享)片机1lqh课件2010年11月15日第36届全球超级计算机五百强排行榜，中国首次夺魁！ 片机1lqh课件2011年年6月月22日，一台日本计算机取得了日，一台日本计算机取得了500强超级

10、计算机排强超级计算机排行榜排名第一的位置，结束了中国超级计算机保持行榜排名第一的位置，结束了中国超级计算机保持6个月的排名个月的排名第一位置。目前世界上运算速度最快的超级计算机日本第一位置。目前世界上运算速度最快的超级计算机日本“京京”(K Computer)计算机是由日本政府出资、富士通制造的巨型计算计算机是由日本政府出资、富士通制造的巨型计算机。该计算机由机。该计算机由68,544个处理器核心个处理器核心SPARC64 VIIIfx组成，组成，每个核心处理器的能力是每个核心处理器的能力是128GFlops，总的运算速度为每秒，总的运算速度为每秒8612万亿次。目前其最大计算性能达到了万亿次

11、。目前其最大计算性能达到了10.51PFlops，也就，也就是每秒钟是每秒钟1.051亿亿次浮点计算，这也是人类首次跨越亿亿次浮点计算，这也是人类首次跨越1亿亿次亿亿次计算大关。计算大关。 片机1lqh课件台湾新茂国际科技（SyncMOS Technologies International, Inc.）2010年推出的SM39R04G1提供最小至10脚的MSOP封装(3mmx3mm)是目前市面上体积最小的单周期8051内核单片机。 单个时钟指令操作周期（1 clock/machine cycle），操作电压范围2.7V至5.5V，操作频率20MHz。内置最高4KB闪存，支持在线系统编程(IS

12、P/IAP/ICP)，芯片内EEPROM功能，高达256B的SRAM。I2C、UART接口。2组16位定时器，精密电源监控与复位机制，片内RC振荡器，看门狗。3mm片机1lqh课件爱特梅尔公司(Atmel Corporatio)宣布，全球最小的快闪AVR微控制器封装产品开始投入生产。爱特梅尔的ATtiny4、ATtiny5、ATtiny9和ATtiny10 AVR微控制器(MCU)采用超小型8-pad UDFN封装，大小仅为220.6mm，重量不到8mg。这些新产品瞄准消费消费电子电子、照明和工业控制工业控制市场的应用，非常适合于讲求外形小巧纤薄的消费应用产品，如手机、智能玩具、智能牙刷及其它

13、个人护理产品和便携式便携式电子产品等。片机1lqh课件从应用形态上，微型计算机可以分成三种：从应用形态上，微型计算机可以分成三种： （1 1）多板机（系统机）多板机（系统机） 将将CPU、存储器、存储器、I/O接口电路和总线接口等接口电路和总线接口等组装在一块主机板（即微机主板）上，再通过系组装在一块主机板（即微机主板）上，再通过系统总线和其它多块外设适配板卡连接键盘、显示统总线和其它多块外设适配板卡连接键盘、显示器、打印机、软器、打印机、软/硬盘驱动器及光驱等设备。各种硬盘驱动器及光驱等设备。各种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、软适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、软/硬硬盘驱动器及

14、光驱等装在同一机箱内，再配上系统盘驱动器及光驱等装在同一机箱内，再配上系统软件，就构成了一台完整的微型计算机系统（简软件，就构成了一台完整的微型计算机系统（简称系统机）。称系统机）。工业工业PC机机 也属于多板机。也属于多板机。 片机1lqh课件（2 2） 单板机单板机 将将CPU芯片、芯片、存储器存储器芯片、芯片、I/O接口接口芯片和芯片和简单的简单的I/O设备设备（小键盘、（小键盘、LED显示器）等显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序监控程序（固化在（固化在ROM中），就构成了一台单板微中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。型计算机（简称

15、单板机）。单板机图片单板机图片片机1lqh课件 单板机的单板机的I/O设备简单，软件资源设备简单，软件资源少，使用不方便。早期主要用于微型少，使用不方便。早期主要用于微型计算机原理的计算机原理的教学教学及及简单的测控系统简单的测控系统，现在已很少使用。现在已很少使用。片机1lqh课件3 3）单片机）单片机 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、储器、I/O接口电路，从而构成了单芯片微型接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机计算机，即单片机。 三种应用形态的比较三种应用形态的比较 ： 系统机（多板机）系统机（多板机）单板机单板机单片机单片机片机1l

16、qh课件n 系统机系统机（桌面应用桌面应用）属于通用计算机，主要属于通用计算机，主要应用于数据处理、办公自动化及辅助设计。应用于数据处理、办公自动化及辅助设计。 n 单片机单片机（嵌入式应用嵌入式应用）属于专用计算机，属于专用计算机，主要应用于智能仪表、智能传感器、智能家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电、智能办公设备、汽车及军事电子设备等应用系统。应用系统。 单片机单片机体积小体积小、价格低价格低、可靠性高可靠性高，其非凡，其非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具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。有独特的优势。片机1lqh

17、课件单片机的发展过程：单片机的发展过程： (1)第一阶段第一阶段(1976一一1978) 初级初级8 8位单片机位单片机 以以Intel公司首先推出的公司首先推出的MCS-48系系列单片机为代表。它以体积小、功能全、列单片机为代表。它以体积小、功能全、价格低等特点，赢得了广泛的应用，成为价格低等特点，赢得了广泛的应用，成为单片机发展过程中的一个重要阶段。单片机发展过程中的一个重要阶段。片机1lqh课件(2)第二阶段第二阶段(19781982)高档高档8 8位单片机位单片机 Intel公司推出了完善、典型的公司推出了完善、典型的MCS-51单片机单片机系列。系列。 MCS-51设置了经典的设置了

18、经典的8位单片机的总线位单片机的总线结构，包括结构，包括8位数据总线、位数据总线、16位地址总线、控位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。 CPU外围功能单元的集中管理模式。外围功能单元的集中管理模式。 体现工控特性的位地址空间及位操作方体现工控特性的位地址空间及位操作方式。式。 指令系统趋于丰富和完善，增加了许多指令系统趋于丰富和完善，增加了许多突出控制功能的指令。突出控制功能的指令。 片机1lqh课件Intel MCS-51Intel MCS-51系列：系列：5151子系列：子系列：80318031/8051/8751/8051/87

19、515252子系列：子系列：80328032/8052/8752/8052/8752低功耗型低功耗型8080C31C31高性能型高性能型8080C252C252廉价型廉价型8989C C20512051/ /10511051片机1lqh课件(3)第三阶段第三阶段(19821990) 16位单片机位单片机 ，也是单片机向微控制器，也是单片机向微控制器发展的阶段。发展的阶段。 随着随着MCS5l系列的广泛应用，许多系列的广泛应用，许多电气厂商竞相使用电气厂商竞相使用80C51的内核技术，将的内核技术，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道术、多通道AD

20、转换部件、可靠性技术转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，强化等应用到单片机中，强化了智能控制器的特征。1616位单片机位单片机 Intel MCS-96 Intel MCS-96 系列系列8098/80968098/8096、8080C198/80C196C198/80C196片机1lqh课件(4)第四阶段第四阶段(1990之后之后) 高速、大寻址范围、强运算能力的8位16位32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。1616位单片机位单片机 凌阳系列。凌阳系列。3232位单片机位单片机 ARM7ARM7 、ARM9ARM9、 ARM10 ARM10 8096080960、.片机1lqh

21、课件 单片机的种类很多，到目前为止，世界各国厂商已研制出大约50个系列、30多个品种的单片机的产品。 最具典型代表的应属Intel公司的MCS-51系列单片机。 直到现在MCS-51仍不失为单片机中的主流机型。这主要由于在工业控制、智能仪表、家用电器、IC卡等诸多应用领域，8位单片机系列在性能、价格两方面都做到了较好的兼顾。 估计在未来十年内，8位单片机仍将是单片机中的主流机型。片机1lqh课件第一章第一章 单片机简介单片机简介1.1 什么是单片机什么是单片机1.2 单片单片机的机的历史历史1 1.3 .3 单片单片机的机的发展趋势发展趋势1.4 单片单片机的应用机的应用1.5 单片机的主要厂

22、商及产品系列单片机的主要厂商及产品系列片机1lqh课件 发展趋势主要有以下几个方面发展趋势主要有以下几个方面1多功能多功能 在单片机中尽可能多地把应用所需的在单片机中尽可能多地把应用所需的存储器、各种功能的存储器、各种功能的I/O口都集成在一块口都集成在一块芯片内，使单片机的功能更加强大。如把芯片内，使单片机的功能更加强大。如把LED、LCD或或VFD显示驱动器也开始集成显示驱动器也开始集成在在8位单片机中。增加了各种总线接口位单片机中。增加了各种总线接口片机1lqh课件2高性能高性能 加快运算速度和提高系统可靠性，采用精简指令系统计算机RISC（Reduced Instruction Set

23、 Computer）结构和流水线技术，大幅度提高运行速度。现指令速度高者已达100MIPS (Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒)，并加强了位处理功能、中断和定时控制功能。集成度进步提高，有的单片机的寻址能力已突破64 KB的限制，8位、16位的单片机有的寻址能力已达到1 MB和16 MB。片内ROM的容量可达64 KB，RAM的容量可达2 KB。片机1lqh课件3低电压、低功耗低电压、低功耗 允许使用的电压范围越来越宽，一般在允许使用的电压范围越来越宽，一般在3- -6V范围内工作，有的已能在范围内工作，有的已能在1.2V或或0.9V电压下电压下工作

24、。几乎所有的单片机都具有省电运行方式。工作。几乎所有的单片机都具有省电运行方式。单片机的功耗已从单片机的功耗已从mA级降到级降到A级，甚至级，甚至1A以以下，在一粒钮扣电池下就可长期工作。低功耗化下，在一粒钮扣电池下就可长期工作。低功耗化同时带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及同时带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。产品的便携化。4在线调试在线调试有些新型单片机具备使用有些新型单片机具备使用JTAG接口的在线调试接口的在线调试功能，方便了用户的开发。功能，方便了用户的开发。 5. 低价格低价格片机1lqh课件第一章第一章 单片机简介单片机简介1.1 什么是单片机什么是单片机1

25、.2 单片单片机的机的历史历史1.3 单片单片机的机的发展趋势发展趋势1.4 1.4 单片单片机的应用机的应用1.5 单片机的主要厂商及产品系列单片机的主要厂商及产品系列片机1lqh课件单片机为工业测控而设计，又称微控制器单片机为工业测控而设计，又称微控制器。具具有有三高三高优势优势(集成度高、可靠性高、性价比高集成度高、可靠性高、性价比高)。主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通讯设备、家用电器等。能仪器仪表、通讯设备、家用电器等。 特别适特别适合于嵌入式微型机应用系统。合于嵌入式微型机应用系统。分为单机应用和多机应用两类分为单机应用和

26、多机应用两类片机1lqh课件单机应用单机应用民用电子产品：民用电子产品： 家用电器、手机、高档电子玩具家用电器、手机、高档电子玩具计算机系统计算机系统 键盘、打印机、键盘、打印机、CRT、硬盘驱动硬盘驱动智能仪表智能仪表 仪表的数字化、智能化、多功能化仪表的数字化、智能化、多功能化工业测控工业测控 机床、汽车（机床、汽车（点火控制、防滑、变速、排点火控制、防滑、变速、排 气控制气控制）、锅炉、自动报警）、锅炉、自动报警网络和通信的智能接口网络和通信的智能接口军工领域军工领域 导弹控制、鱼雷制导控制导弹控制、鱼雷制导控制片机1lqh课件多机应用多机应用功能集散系统功能集散系统 库房温湿度集散测控

27、系统库房温湿度集散测控系统并行多机处理系统并行多机处理系统 并行数据采集系统、处理系统并行数据采集系统、处理系统局域网络系统局域网络系统 楼宇自动化的自动抄表系统楼宇自动化的自动抄表系统片机1lqh课件研究表明：一个消费者一天接触到的物研究表明：一个消费者一天接触到的物品中，就包括品中，就包括100100个嵌入式单片机系统：个嵌入式单片机系统：从微波炉、吹风机、无绳电话、冰箱、从微波炉、吹风机、无绳电话、冰箱、洗衣机到汽车、微机、中央空调系统、洗衣机到汽车、微机、中央空调系统、智能门禁、安防系统等众多产品，都加智能门禁、安防系统等众多产品，都加入了嵌入式单片机来增强可靠性、改善入了嵌入式单片机

28、来增强可靠性、改善能效、保证安全、提高产品灵活性。单能效、保证安全、提高产品灵活性。单片机市场每年销售量超过片机市场每年销售量超过5050亿片，比手亿片，比手机制造商每年销售机制造商每年销售5 5亿部手机多得多。亿部手机多得多。市场前景是非常广阔的。市场前景是非常广阔的。 片机1lqh课件单片机技术的应用遍布国民经济与人民生活的各个领域片机1lqh课件第一章第一章 单片机简介单片机简介1.1 什么是单片机什么是单片机1.2 单片单片机的机的历史历史1.3 单片单片机的机的发展趋势发展趋势1.4 单片单片机的应用机的应用1.1.5 5 单片机的主要厂商及产品系列单片机的主要厂商及产品系列片机1l

29、qh课件Intel: MCS-48Intel: MCS-48系列，系列，MCS-51MCS-51系列（系列（80318031、80518051、87518751），）， MCS-52MCS-52系列（系列（80328032、80528052、87528752），），MCS-96MCS-96系列等。系列等。片机1lqh课件AtmelAtmel： 89C/S 89C/S系列：系列：1051/2051/4051/51/52/581051/2051/4051/51/52/58 AT89S51/52和和AT89C相比新增加了以下功能：相比新增加了以下功能： 支持在系统编程支持在系统编程ISP生产及维护更

30、方便生产及维护更方便 增加了片内看门狗使用户的应用系统更坚固增加了片内看门狗使用户的应用系统更坚固 双数据指针使数据操作更加快捷方便双数据指针使数据操作更加快捷方便 速度更高最高可使用速度更高最高可使用33MHZ的晶振的晶振 AVRAVR系列：系列：ATmega8/16/128等 ，其特点是： RISC架构具备了1MIPS/MHz（百万条指令每秒/兆赫兹）的高速处理能力；采用 Harvard 双总线结构；具备JTAG仿真和下载功能 ；都含有片内看门狗电路、片内程序 Flash、同步串行接口 SPI；多数 AVR 单片机还内嵌了 AD 转换器、EEPROM、摸拟比较器、PWM 定时计数器等多种功

31、能；AVR 片机的 I/O 接口具有很强的驱动能力，灌电流可直接驱动继电器、LED等器件，从而省去驱动电路，节约系统成本。片机1lqh课件PhilipsPhilipsP87LPCP87LPC系列：系列：760/761/762/764/769760/761/762/764/769P89CP89C系列：系列：5151RA/RB/RC/RDRA/RB/RC/RDP87LPCP87LPC系列：系列：OTPOTP型型,20,20脚，脚，2 2个精确模拟比较器个精确模拟比较器, ,外加外加 RCRC组成组成4 4路路8 8位位ADC,PWMADC,PWM，I I2 2C+URATC+URAT串口串口,10

32、,10个个 中断源，中断源，4 4级优先级，口线级优先级，口线2020mAmA驱动能力驱动能力P89CP89C系列：系列：5151RA/RB/RC/RDRA/RB/RC/RD 分别含分别含 8 8K64K K64K 字节字节ROMROM，5121K 5121K 字节字节RAMRAM， ISP/IAP,20MHz/1T ISP/IAP,20MHz/1TM M=6T=6TC C ，7 7中断源中断源4 4优先级优先级片机1lqh课件TITI：MSP430 系列是一款系列是一款 16 位的、具有精简指令集的、超位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，在低功耗的混合型单片机，在 1996 年问世，由于它具有极低的年问世，由于它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段，已成为众多功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段，已成为众多单片机系列中一颗耀眼的新星。单片机系列中一颗耀眼的新星。 MSP430 系列单片机的特点系列单片机的特点： 超低功耗：超低功耗：MSP430 单片机之所以有超低的功耗，是因单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压（为其在降