第篇单片机概述

1、.第第2 2篇篇 单片机技术单片机技术 将将CPUCPU、存储器存储器、I/OI/O口口通过一定的工通过一定的工艺手段集成在一个芯片上艺手段集成在一个芯片上, , 再加上必要再加上必要的外围器件，就构成了一个较为完整的的外围器件，就构成了一个较为完整的计算机硬件系统计算机硬件系统。因此被称为。因此被称为单片微控单片微控制器制器（SingleSingle ChipChip Micro ControllerMicro Controller，单片机）或微单片机）或微控制单元控制单元（MicroController UnitMicroController Unit，MCUMCU）。）。.通俗的讲：通俗

2、的讲： 单片机就是一块单片机就是一块集成芯片集成芯片，但这块，但这块集成芯片具有一定集成芯片具有一定特殊的功能特殊的功能，而它的，而它的功能的实现要靠我们使用者自己来编程功能的实现要靠我们使用者自己来编程完成。完成。 编程的目的是控制这块芯片的各个编程的目的是控制这块芯片的各个引脚在不同的时间输出引脚在不同的时间输出不同的电平不同的电平，进，进而控制与单片机各个引脚相连的外围电而控制与单片机各个引脚相连的外围电路的电气状态。路的电气状态。 编程时用选择编程时用选择C C语言语言或或汇编语言汇编语言。. 2.1 2.1 单片机概述单片机概述 2.2 512.2 51单片机硬件基础单片机硬件基础

3、2.3 2.3 常用软件概述常用软件概述.2.1 2.1 概述概述 （1 1）单片机的特点）单片机的特点 单片机的抗干扰性强，工作温度范围宽。单片机的抗干扰性强，工作温度范围宽。 可靠性高。可靠性高。 控制功能往往很强，数值计算能力较差。控制功能往往很强，数值计算能力较差。 指令系统比通用微机系统简单。指令系统比通用微机系统简单。 更新换代速度比通用微机处理器慢得多。更新换代速度比通用微机处理器慢得多。.（2 2）单片机的应用）单片机的应用 智能仪表智能仪表 机电一体化机电一体化 实时控制实时控制 军工领域军工领域 分布式多机系统分布式多机系统 民用电子产品民用电子产品.（3 3）单片机的分类

4、）单片机的分类 按用途分类：按用途分类： 专用型、通用型、专用型、通用型、 按位数分类：按位数分类： 4 4位、位、8 8位、位、1616位、位、3232位机位机 按结构分类：按结构分类： CISC CISC结构、结构、RISCRISC结构结构.（4 4）单片机技术的发展趋势）单片机技术的发展趋势 CPUCPU的改进的改进 存储器的发展存储器的发展 片内片内I/OI/O的改进的改进 外围电路内装化外围电路内装化 低功耗与工作电压范围加宽低功耗与工作电压范围加宽 低噪声与高可靠性技术低噪声与高可靠性技术 ISPISP及及IAPIAP 单片机的小容量低廉化单片机的小容量低廉化 单片机的应用系统化单

5、片机的应用系统化.2 2、常用的单片机产品、常用的单片机产品 MCSMCS系列及兼容单片机系列及兼容单片机 PICPIC系列单片机系列单片机 MSP430MSP430系列单片机系列单片机 M68HC08M68HC08系列单片机系列单片机 ARMARM处理器处理器 DSPDSP处理器处理器.PIC.MSP430 M68HC.DSP：数字信号处理.ARMARM.3 3、MCS-51MCS-51已成为国际经典已成为国际经典 （1 1）绝大部分实时测控等应用领域而言，）绝大部分实时测控等应用领域而言，8 8位字长的单片机，足以满足用户的实际需要，位字长的单片机，足以满足用户的实际需要，所以所以8 8位

6、单片机的市场需求经久不衰位单片机的市场需求经久不衰，仍占市，仍占市场的绝对主流。场的绝对主流。 （2 2）由于）由于80518051内核技术完整，体系结构内核技术完整，体系结构灵活灵活，得到了绝大多数用户的认可。再加上，得到了绝大多数用户的认可。再加上80518051内核技术广泛转让，使之在单片机技术内核技术广泛转让，使之在单片机技术领域占有绝对优势，从而成为单片机技术经领域占有绝对优势，从而成为单片机技术经典。典。. （3 3）另外，由于）另外，由于80518051内核技术几乎包含内核技术几乎包含了单片机理论基础和技术的全部了单片机理论基础和技术的全部，具有较好，具有较好的系统性和完整性。再

7、加上的系统性和完整性。再加上3030多年来，国内多年来，国内已积累了丰富的技术资料、完整的实验环境已积累了丰富的技术资料、完整的实验环境与开发设备。与开发设备。 因此，学懂、弄通了因此，学懂、弄通了MCS-51MCS-51单片机的基单片机的基本理论与应用技术，也就打好了学习、应用本理论与应用技术，也就打好了学习、应用单片机的基础，即使学、用其他系列单片机单片机的基础，即使学、用其他系列单片机也就不难了。也就不难了。.4 4、嵌入式系统与单片机、嵌入式系统与单片机 嵌入式系统是个广泛的概念。所有用于嵌入式系统是个广泛的概念。所有用于实时测控的计算机应用系统，均可纳入实时测控的计算机应用系统，均可

8、纳入嵌入式系统范畴。嵌入式系统范畴。 以以MCMC为内核，嵌入到实际的应用系统中为内核，嵌入到实际的应用系统中，构成完整的并实现某种特定功能要求，构成完整的并实现某种特定功能要求的应用系统，故称之为的应用系统，故称之为嵌入式计算机应嵌入式计算机应用系统用系统，简称，简称嵌入式系统嵌入式系统（Embedded Embedded SystemSystem）。）。.MC:MC:工控机、专用工控机、专用CPUCPU、单片机、单片机.单片机单片机是嵌入式系统中应用最典型、最广是嵌入式系统中应用最典型、最广泛的内核泛的内核 （1 1）单片机作为最典型的嵌入式系）单片机作为最典型的嵌入式系统，成为嵌入式系统

9、的庞大家族。统，成为嵌入式系统的庞大家族。 （2 2）单片机是当前构成嵌入式应用）单片机是当前构成嵌入式应用系统中最典型的主流机型。系统中最典型的主流机型。 所以说所以说，学好单片机基本理论及其，学好单片机基本理论及其技术，是开发、设计各类嵌入式应用系技术，是开发、设计各类嵌入式应用系统的基础。统的基础。.二、单片机应用系统开发概述二、单片机应用系统开发概述 1 1、开发环境的软硬件构成、开发环境的软硬件构成 （在系统编程（在系统编程ISPISP、在应用编程、在应用编程IAPIAP）.硬件：硬件： 计算机计算机.仿真器：仿真器：.示波器：万用表示波器：万用表.焊接设备：焊接设备：.2 2、有关

10、的软件平台、有关的软件平台 仿真软件：仿真软件：PROTEUSPROTEUS 绘图软件：绘图软件：PROTELPROTEL、DXPDXP 编程软件：编程软件：KEIL C51KEIL C51、DAISDAIS、WAVE WAVE 程序下载软件程序下载软件:STC_ISP_V480:STC_ISP_V480 串口调试软件串口调试软件.3 3、开发过程、开发过程 （1 1）需求分析：）需求分析： 一个主要的环节、设计基础，仔细交流一个主要的环节、设计基础，仔细交流，完整地记录；既要尽量满足用户的需求，完整地记录；既要尽量满足用户的需求，又要学会对用户的又要学会对用户的“非合理需求非合理需求”做到断

11、然做到断然拒绝。拒绝。 （2 2）调研、资料查询、方案的初步确）调研、资料查询、方案的初步确定定 主要参数、功能的确定；外形及安装形主要参数、功能的确定；外形及安装形式的确定；硬件投入、难易程度式的确定；硬件投入、难易程度项目的预项目的预算、开发周期算、开发周期. （3 3）反馈给用户：）反馈给用户： 完整的功能、有关的参数、开发周完整的功能、有关的参数、开发周期、外形、安装形式、运行环境、价格期、外形、安装形式、运行环境、价格 （4 4）任务书的形成）任务书的形成 （5 5）签订合同）签订合同：（商业与技术）：（商业与技术） 功能、参数、外形、安装形式、运功能、参数、外形、安装形式、运行地点

12、、交货时间、成果属性、价格及行地点、交货时间、成果属性、价格及付款方式、违约处理、付款方式、违约处理、. （6 6）方案总体设计与论证：）方案总体设计与论证： 对项目进行总体的设计并组织论证对项目进行总体的设计并组织论证 （7 7）硬件、软件功能划分）硬件、软件功能划分 （8 8）硬件设计：）硬件设计： 原理图的形成、原理图的形成、PCBPCB图的形成图的形成 （9 9）器件的购买与软件设计：）器件的购买与软件设计： 在在PCBPCB加工过程中，进行器件的购加工过程中，进行器件的购买及软件设计买及软件设计. （1010）硬件的焊接与调试）硬件的焊接与调试 （1111）软件、硬件联合调试）软件、

13、硬件联合调试 （1212）实验室运行：）实验室运行：7272小时、运行情况小时、运行情况的记录的记录 （1313）现场运行与调试：）现场运行与调试：用户运行报告用户运行报告 （1414）技术文件的形成、项目的测试报）技术文件的形成、项目的测试报告告 （1515）项目的验收与鉴定）项目的验收与鉴定.5 5 单片机应用系统结构单片机应用系统结构.涉及的有关知识内容：涉及的有关知识内容： 传感器技术（检测技术）传感器技术（检测技术） 传动输出控制技术传动输出控制技术 电子技术（数字、模电）电子技术（数字、模电） 单片机技术单片机技术 自动控制技术自动控制技术 等等 由此：单片机由此：单片机= =综合

14、技术综合技术.2.1 MCS-512.1 MCS-51总体结构总体结构 包括四个问题：包括四个问题： 1 1、标号信息及封装类型、标号信息及封装类型 2 2、内部结构、内部结构 3 3、外部引脚、外部引脚 4 4、微处理器、微处理器 5 5、存储器结构、存储器结构 6 6、I/OI/O口结构口结构 7 7、辅助部分、辅助部分.讲到单片机都有个系列问题讲到单片机都有个系列问题 MCS-51MCS-51： 基本型基本型 5151子系列子系列 (803180518751) (803180518751) 增强型增强型 5252子系列子系列 (803280528752) (803280528752) 特

15、殊型特殊型 所有的基础都是所有的基础都是基本型。基本型。.1 1、标号信息及封装类型、标号信息及封装类型以以STCSTC为例为例 STC89C51RC 40C-PDIP 0707CU8138.00D STCSTC前缀前缀 。芯片为。芯片为STCSTC公司生产的产品。其公司生产的产品。其他前缀如他前缀如ATAT、i i、WinbondWinbond、SSTSST等。等。 8 8芯片位芯片位80518051内核芯片。内核芯片。 9 9内部含内部含Flash EEPROMFlash EEPROM存储器。还有如存储器。还有如80C5180C51中的中的0 0表示内部含表示内部含Mask ROMMask

16、 ROM（掩模（掩模ROMROM）存储器；如存储器；如87C5187C51中中7 7表示内部含表示内部含EPROMEPROM。. C C该器件为该器件为CMOSCMOS产品。还有如产品。还有如89LV5289LV52和和89LE5889LE58中的中的LVLV和和LELE都表示该芯片为低都表示该芯片为低电压产品（通常为电压产品（通常为3.3V3.3V电压供电）；电压供电）；89S5289S52中的中的S S表示高芯片含有可串行下载表示高芯片含有可串行下载功能的功能的FlashFlash存储器，即具有存储器，即具有ISPISP可在线可在线编程功能。编程功能。 5 5固定不变固定不变. 1 1该芯

17、片内部程序存储器存储空间的大小，该芯片内部程序存储器存储空间的大小，1 1为为4KB4KB，2 2为为8KB8KB，3 3为为12KB12KB，即乘上，即乘上4KB4KB。 RCRCSTCSTC单片机内部单片机内部RAMRAM（随机存储器）为（随机存储器）为512B512B。还有。还有RD+RD+表示内部表示内部RAMRAM为为1280B1280B。 4040外部晶振最高可接入外部晶振最高可接入40MHz.40MHz. C C产品级别，表示芯片使用的温度范围。产品级别，表示芯片使用的温度范围。 C C：表示商业用：表示商业用 0 -+70 0 -+70 ，另外：，另外： I I：工业级：工业级

18、 -40 -+85 -40 -+85 A A：汽车用：汽车用 -40 -+125 -40 -+125 M M：军用：军用 -55 -+150 -55 -+150 . PDIPPDIP产品封装型号。产品封装型号。PDIPPDIP表示双列直表示双列直插式。插式。 07070707本批次芯片生产日期为本批次芯片生产日期为0707年第年第7 7周。周。 CU8138.00DCU8138.00D不详。不详。.芯片封装简介：芯片封装简介： DIP双列直插式 PLCC带引线的 塑料芯片封装. PQFP塑料方型扁平式 PGA插针网络阵列封装 BGA球栅阵列封装.2 2、内部结构、内部结构 8 8位的位的CPU

19、CPU 128128个字节的片内个字节的片内RAMRAM 4 4K K字节的片内字节的片内ROMROM程序存储器程序存储器(8031(8031无无) ) 1616条地址线：外部寻址范围为条地址线：外部寻址范围为6464K K 2121个字节的专用寄存器个字节的专用寄存器 4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O口、口、1 1个全双工的串行口个全双工的串行口 2 2个个1616位的定时器位的定时器/ /计数器计数器 5 5个中断源、个中断源、2 2个中断优先级个中断优先级 111111 条指令。条指令。.内部结构框图：内部结构框图：. （1 1）微处理器（）微处理器（CPUCPU） （2 2）片

20、内数据存储器（）片内数据存储器（RAMRAM） （3 3）片内程序存储器（）片内程序存储器（ROM/EPROMROM/EPROM） （4 4）定时器）定时器/ /计数器计数器 （5 5）并行）并行I/OI/O接口接口 （6 6）串行通信口）串行通信口 （7 7）中断系统）中断系统 （8 8）位处理器）位处理器.3 3、外部引脚及说明、外部引脚及说明 （1 1）电源引脚）电源引脚 （2 2）时钟引脚）时钟引脚 （3 3）输入）输入/ /输出引脚输出引脚 （4 4）控制引脚）控制引脚. （4 4）总线图）总线图.4 4、微处理器、微处理器-CPU-CPU CPUCPU又称为微处理器又称为微处理器，

21、是单片机内部是单片机内部的核心部件，它决定了单片机的重要功的核心部件，它决定了单片机的重要功能特性。它由能特性。它由运算器运算器和和控制器控制器两大部分两大部分组成。组成。 对对CPUCPU的使用就是对的使用就是对CPUCPU中的中的寄存器寄存器的使用。的使用。.有关的寄存器有关的寄存器 累加器累加器ACC ACC （A A） 寄存器寄存器B B 位处理器位处理器C C 程序指针程序指针PCPC 数据指针数据指针DPTRDPTR 堆栈指针堆栈指针SPSP.程序状态字程序状态字PSWPSW： C C-进位进位 ACAC辅助进位辅助进位 RS1RS1、RS0RS0寄存器区选择寄存器区选择 OVOV

22、溢出溢出 P P-奇偶奇偶.5 5、存储器结构、存储器结构 程序存储器、数据存储程序存储器、数据存储器器 （1 1）程序存储器）程序存储器 程序的几个特殊地址程序的几个特殊地址: : 复位复位 0000 0000H H 外部中断外部中断0 00030 0003H H 定时器定时器/ /计数器计数器0 0溢出溢出 000 000BHBH 外部中断外部中断1 00131 0013H H 定时器定时器/ /计数器计数器1 1溢出溢出 001 001BHBH 串行口中断串行口中断 0023 0023H H .（2 2）数据存储器）数据存储器 数据存储器则存放缓冲数据，系统数据存储器则存放缓冲数据，系统

23、在运行过程中可修改其中的数据。在运行过程中可修改其中的数据。 包括包括: : 片外数据存储器片外数据存储器 片内数据存储器片内数据存储器 特殊功能寄存器块特殊功能寄存器块.片外数据存储器片外数据存储器 存储器空间地址：存储器空间地址： 0000H0FFFFH0000H0FFFFH 片内数据存储器片内数据存储器 00H 00H1FH1FH 20H 20H2FH2FH 30H 30H7FH7FH.堆栈：堆栈： 片内片内RAMRAM、初始化时、初始化时SP=07HSP=07H 向上生长的向上生长的 一般程序的开始：一般程序的开始： MOV SP MOV SP，#60H#60H 特殊功能寄存器块特殊功

24、能寄存器块 特殊功能寄存器又称为专用寄存器特殊功能寄存器又称为专用寄存器 专用于控制、管理片内算术逻辑部专用于控制、管理片内算术逻辑部件、并行件、并行I/OI/O口、串行口、串行I/OI/O口、定时器口、定时器/ /计数器、中断系统等功能模块的工作。计数器、中断系统等功能模块的工作。.6 6、并行的、并行的I/OI/O口口 P1P1口、口、P3P3口、口、P0P0口、口、P2P2口口 双向口：双向口：单片机的单片机的I/OI/O口由场效应管组口由场效应管组成的输出驱动器。当驱动器场效应管的成的输出驱动器。当驱动器场效应管的漏极具有开路状态时，该口就具有漏极具有开路状态时，该口就具有高电高电平平

25、、低电平低电平和和高阻抗高阻抗3 3种状态，称为双种状态，称为双向口。向口。 准双向口：准双向口：单片机单片机I/OI/O口的输出场效应口的输出场效应管的漏极接有上拉电阻，该口具有管的漏极接有上拉电阻，该口具有高电高电平平、低电平低电平两种状态，称为准双向口。两种状态，称为准双向口。.（1 1）P1P1口：口：输入操作、输出操作输入操作、输出操作.（2 2）P3P3口：口：.（3 3）P0P0口：口：.（4 4）P2P2口：口：.7 7、辅助电路及时序、辅助电路及时序（1 1）时钟电路）时钟电路.（2 2）复位电路）复位电路.（3 3）时序）时序 振荡周期、状态周期、振荡周期、状态周期、 机器

26、周期、指令周期机器周期、指令周期 外部晶振的外部晶振的2 2分频是分频是MCS-51MCS-51单片机的内单片机的内部部时钟周期时钟周期，6 6个时钟周期个时钟周期构成了单片构成了单片机的机的1 1个机器周期个机器周期 。.补充：补充：常用逻辑电平常用逻辑电平 常用的逻辑电平：TTL、CMOC、LVTTL、ECL、PECL、RS-232、RS-422、PS-485、LVDS等。其中TTL和CMOS的逻辑电平按典型电压可分为4种类型：5V系列（5V TTL和5V CMOS），3.3V系列、2.5V系列、1.8V系列。 5V TTL和5V CMOS是通用的逻辑电平，其余是低电压逻辑电平。.TTLT

27、TL电平信号用的最多：电平信号用的最多： 这是因为数据表示通常常用二进制，+5V等价于逻辑1，0V等价于逻辑0，这被称为（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统，这是计算机处理器控制的设备各部分之间通信的标准技术。 （1）电源要求低，热损耗少 （2）不需要几个昂贵的线路驱动器 （3）设备的数据传输高速型的要求 （4）不适合长距离传输.CMOSCMOS电平：电平： CMOSCMOS电平电平VccVcc可达可达12V12V，CMOSCMOS电路输出高电路输出高电平约为电平约为0.9Vcc0.9Vcc。而输出低电平约为。而输出低电平约为0.1Vcc0.1Vcc。 CMOSCMOS电路中不使用的输入端不能悬

28、空。电路中不使用的输入端不能悬空。否则会造成两极混乱。否则会造成两极混乱。 另外，另外，CMOSCMOS集成电路电源电压可以在较集成电路电源电压可以在较大范围内变化，因而对电源的要求不像大范围内变化，因而对电源的要求不像TTLTTL集成电路那样一个。集成电路那样一个。.TTL电路和CMOS电路的逻辑电平关系如下： VOH、VOL-逻辑电平1、0的输出电压 VIH、VIL-逻辑电平1、0的输入电压。 TTL的临界值： VOHmin=2.4V VOLmax=0.4V VIHmin=2.0V VILmax=0.8V CMOS电平临界值（设电源电压为+5V） VOHmin=4.99V VOLmax=0

29、.01V VIHmin=3.5V VILmax=1.5V.TTL和和CMOS的逻辑电平转换：的逻辑电平转换： CMOS电平能驱动TTL电平，但TTL电平不能驱动CMOS电平，需加上拉电阻。 常用逻辑芯片的特点： 74LS系列：TTL 输入：TTL， 输出：TTL 74HC系列：CMOS 输入：CMOS，输出：CMOS 74HCT系列：CMOS 输入：TTL， 输出：CMOS CD4000系列：CMOS 输入：CMOS，输出：CMOS.2.3 常用软件 一、PROTEUS仿真软件 利用PROTEUS画一个单片机的基本原理图，可以直接在基于原理图的虚拟模型上进行软件编程和虚拟仿真调试，配合虚拟示波

30、器、逻辑分析仪等，用户可以看到单片机系统运行的结果。.画一个这样图：画一个这样图：D2L1D2L1. 1 1、启动、启动- （1 1）启动一个新文件）启动一个新文件 （2 2）启动一个已存在的文件）启动一个已存在的文件 2 2、选器件、选器件 （1 1）元器件（库）元器件（库）-P-P关键词关键词 （89C52RESLED)89C52RESLED) （2 2）放置器件）放置器件. 3 3、放置电源、放置电源 4 4、器件与电源编辑、器件与电源编辑-（补充：关于电（补充：关于电阻、关于二极管阻、关于二极管) ) 5V-1.7V=(3-20)mA5V-1.7V=(3-20)mA* *R R=110

31、0-R R=1100-165-165 5 5、连接、连接 硬件设计结束。硬件设计结束。.补充：补充：电阻基本知识电阻基本知识 .包括：包括： 固定值电阻、可调值电阻、电阻排固定值电阻、可调值电阻、电阻排 电阻器按材料分类电阻器按材料分类： 线绕电阻器线绕电阻器、碳合成电阻器碳合成电阻器 碳膜电阻器碳膜电阻器、金属膜电阻器金属膜电阻器 金属氧化膜电阻器金属氧化膜电阻器.特殊电阻器特殊电阻器： （1）保险电阻：又叫熔断电阻器。 （2）敏感电阻器：是指其电阻值对于某种物理量（如温度、湿度、光照、电压、机械力、以及气体浓度等）具有敏感特性，当这些物理量发生变化时，敏感电阻的阻值就会随物理量变化而发生改变，呈现不同的电阻值。.识别方法识别方法：. （1）3位数位数