单片机 第1章 绪论

1、单片机原理及应用单片机原理及应用第一章第一章 绪绪 论论 1.1 1.1 单片机概况单片机概况 一、计算机一、计算机 运算器、控制器、存储器、输入运算器、控制器、存储器、输入/ /出设备出设备 将运算器和控制器集成在一个芯片上，称为微将运算器和控制器集成在一个芯片上，称为微处理器或称中央处理器（处理器或称中央处理器（CPUCPU）。）。 二、单片机二、单片机 将将CPUCPU、存储器、输入和输出接口集成在一个、存储器、输入和输出接口集成在一个芯 片 上 称 为 单 片 机 ， 单 片 机 又 称 微 控 制 器芯 片 上 称 为 单 片 机 ， 单 片 机 又 称 微 控 制 器(microc

2、ontroller)(microcontroller)。特点：。特点：体积小、可靠性高。体积小、可靠性高。性能价格比高。性能价格比高。使用方便。使用方便。工艺先进。工艺先进。因此，适用于因此，适用于工业控制、仪器仪表、家电自动化、工业控制、仪器仪表、家电自动化、智能化智能化等。等。三、单片机的应用领域三、单片机的应用领域1 1自动控制自动控制 单片机已在工业过程控制、机床控单片机已在工业过程控制、机床控制、机器人控制、汽车控制以及飞行制、机器人控制、汽车控制以及飞行器制导系统等方面得到广泛的应用。器制导系统等方面得到广泛的应用。 2 2智能仪器仪表智能仪器仪表 由于单片机具有超微型化的特点，并

3、且有无可比拟的由于单片机具有超微型化的特点，并且有无可比拟的高性能价格比，从而为仪器仪表的智能化提供了可能。高性能价格比，从而为仪器仪表的智能化提供了可能。3 3数据采集系统数据采集系统 由于单片机可提供多路由于单片机可提供多路A AD D输入通道，因此很适用于输入通道，因此很适用于模拟量模拟量( (温度、压力及流量等温度、压力及流量等) )输入采样系统。输入采样系统。4 4计算机外设控制器计算机外设控制器 智能化键盘、智能化显示器、智能化打印机、智能智能化键盘、智能化显示器、智能化打印机、智能化软盘和硬盘驱动器、智能化磁带驱动器化软盘和硬盘驱动器、智能化磁带驱动器 及智能化绘及智能化绘图仪等

4、，均可用单片机作为控制器。图仪等，均可用单片机作为控制器。 5 5家用电器家用电器 电饭锅、电子游戏机、电视机、录音机、组合音响电饭锅、电子游戏机、电视机、录音机、组合音响、录像机、洗衣机、电冰箱以及电子玩具等，都使用单、录像机、洗衣机、电冰箱以及电子玩具等，都使用单片机进行控制。片机进行控制。 总之，单片机由于体积小、价格低、性能优越、可总之，单片机由于体积小、价格低、性能优越、可靠性高，已广泛地渗透到社会、生产、服务等领域，其靠性高，已广泛地渗透到社会、生产、服务等领域，其应用前景是无限光明的。所以，应用前景是无限光明的。所以，工程技术人员有必要很工程技术人员有必要很好地掌握单片机原理及系

5、统设计技术。好地掌握单片机原理及系统设计技术。单片机技术的应用遍布国民经济与人民生活的各个领域四、单片机发展过程四、单片机发展过程 阶段阶段时间时间代表产品代表产品位数位数一一74-76年年仙童公司仙童公司F88位位二二76-78年年IntelMcs-488位位三三78-81年年IntelMcs-518位位四四81- 年年IntelMcs-9616位位 目前比较流行的单片机有目前比较流行的单片机有Intel的的8051、Microchip的的PIC、Atmel的的AVR单片机单片机1、CPU字长：字长：4B、8B、16B 主频：主频：6M、12M、20M、40M 2、片内存储器、片内存储器1

6、容量：容量：RAM：64B256B 8051：128B； 8052：256BROM：1KB16KB 8051：4KB； 8052：8KB2存储器类型：存储器类型：ROM、EPROM、EEPROM。 8051：ROM；8751：EPROM；AT89C51：EEPROM3、片上接口功能、片上接口功能I/O口负载能力提高、驱动口负载能力提高、驱动LED、A/D、D/A4、工艺提高、工艺提高早期早期PMOS、NMOS；现在；现在 HMOS、CMOS 。 1.2 该课学习特点和要求：该课学习特点和要求：1、先修课程：模、数电路；微机原理；汇编语言等。、先修课程：模、数电路；微机原理；汇编语言等。2 2、

7、学习特点：要记的多，、学习特点：要记的多，111111条指令，条指令，4040条引脚的功能条引脚的功能和用途，内部结构和工作方式。和用途，内部结构和工作方式。 所以必须经常复习和练习所以必须经常复习和练习 3、单片机品种虽然繁多，原理大同小异、单片机品种虽然繁多，原理大同小异 选用选用MCS-8051MCS-8051（为什么？）（为什么？） 输入设备运算器输出设备存贮器控制器运算器运算器+控制器控制器输入设备输入设备输出设备输出设备存储器存储器五五 单片机的发展趋势单片机的发展趋势 趋势：大容量、高性能化、外围电路内装化。趋势：大容量、高性能化、外围电路内装化。 1. CPU1. CPU的改进

8、的改进 2. 2. 存储器的扩展存储器的扩展3. 3. 片内片内I/O口的改进口的改进 4. 4. 低功耗化低功耗化5. 5. 外围电路内装化外围电路内装化CPUCPU的改进的改进（1 1）采用）采用双双CPUCPU结构，以提高处理能力。结构，以提高处理能力。（2 2）增加数据总线宽度增加数据总线宽度（1616位数据总线），以提位数据总线），以提高数据处理能力。高数据处理能力。（3 3）串行总线结构。串行总线结构。I I2 2C C总线（总线（Inter-IC busInter-IC bus）。）。该总线用两根信号线代替现行的该总线用两根信号线代替现行的8 8位数据总线位数据总线, ,从而大大

9、地减少了单片机外部引线，简化了单从而大大地减少了单片机外部引线，简化了单片机与外部的接口电路，降低了成本。片机与外部的接口电路，降低了成本。 存储器的扩展存储器的扩展 1. 1. 加大存储器容量加大存储器容量新型单片机片内新型单片机片内RAM：128K256K 片内片内ROM：可达：可达4KB至至8KB,有的高达有的高达128KB。2. 2. 片内片内EPROM采用采用EEPROM或闪存或闪存 EPROM特点：高压编程写入，紫外线擦抹。特点：高压编程写入，紫外线擦抹。 EEPROM(闪存闪存)特点：特点：5V下读写，读写操作方便，下读写，读写操作方便，掉电时不丢失数据。掉电时不丢失数据。3.

10、3. 程序保密化程序保密化对片内的对片内的EPROM或或EEPROM加锁加锁 片内片内I/O口的改进口的改进 1. 1. 增加并行口的驱动能力。增加并行口的驱动能力。 2. 2. 增加增加I/O口的逻辑控制能力。口的逻辑控制能力。 3. 3. 设置一些特殊的串行接口功能，为构成分布式、设置一些特殊的串行接口功能，为构成分布式、网络化系统提供了方便。网络化系统提供了方便。 低耗化低耗化 MOSCMOSCHMOS MCS-51 系列中的系列中的80C31/80C51/87C51采用采用的就是的就是CHMOS工艺，正常运行时，工作电工艺，正常运行时，工作电流为流为16mA。 外围电路内装化外围电路内

11、装化 随着集成度的提高，尽可能将众多的外围功能器件随着集成度的提高，尽可能将众多的外围功能器件都集成在片内。除了一般必须具有的都集成在片内。除了一般必须具有的ROM、RAM、定时、定时/计数器、中断系统外，片内集成的部件还有计数器、中断系统外，片内集成的部件还有DMA控制器、控制器、中断控制器、模中断控制器、模/数转换器、数数转换器、数/模转换器、模转换器、LCDLCD控制器、控制器、I I2 2C C、SPISPI、CANCAN、USB USB 、以太网等。、以太网等。 典型：典型： 美国美国CygnalCygnal公司公司C8051F020 C8051F020 8 8位单片机，采用位单片机

12、，采用流水流水线结构线结构，峰值处理能力为，峰值处理能力为25MIPS25MIPS。片上集成有。片上集成有8 8通通道道A/DA/D、两路两路D/AD/A、两路电压比较器，两路电压比较器，内置温度传感内置温度传感器器、定时器、可编程数字交叉开关和、定时器、可编程数字交叉开关和6464个通用个通用I/OI/O口口、电源监测、看门狗电源监测、看门狗、多种类型的串行总线（两、多种类型的串行总线（两个个UARTUART、SPISPI）等。）等。 现在单片机的品种繁多，各具特色，但仍以现在单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C5180C51为核心的单片机占主流。为核心的单片机占主流。预备知识预备知识n

13、电平特性电平特性n2进制与进制与16进制的表示及转换进制的表示及转换n二进制数的逻辑运算二进制数的逻辑运算关于电平特性关于电平特性n数字电路中只有两种电平：高和低数字电路中只有两种电平：高和低n（本课程中）定义单片机为（本课程中）定义单片机为TTL电平：电平： 高高 +5V 低低 0VnRS232电平：计算机的串口电平：计算机的串口 高高 -12V 低低+12V 所以计算机与单片机之间通讯时需要加电平转换所以计算机与单片机之间通讯时需要加电平转换芯片芯片max232二进制二进制n数字电路中的两种电平特性决定了它数字电路中的两种电平特性决定了它0 0 6 1101 171112 10810003

14、 11910014 1001010105 10111 1011十六进制十六进制n是二进制的简短表示形式。是二进制的简短表示形式。 十进制中的十进制中的0-15分别表示为十六进制的分别表示为十六进制的0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、Fn熟练掌握二进制与十六进制之间的转换。熟练掌握二进制与十六进制之间的转换。 规律：一般把四个二进制数放在一起转换成一个十规律：一般把四个二进制数放在一起转换成一个十六进制数，转换时先把二进制数转换成十进制数，六进制数，转换时先把二进制数转换成十进制数，再把十进制数转换成十六进制数。再把十进制数转换成十六进制数。如：如：0001B - 1

15、- 1H B表示为二进制，表示为二进制，H为十六进制为十六进制 1001B - 9 - 9H 1010B - 10 - AH 0010 1100 - 44 - 2CH 各种进位制的对应关系 十进制十进制二进制二进制十六进制十六进制十进制十进制二进制二进制十六进制十六进制000910019111101010A2102111011B3113121100C41004131101D51015141110E61106151111F71117161000010810008 二进制数的逻辑运算二进制数的逻辑运算 1. “与与”运算运算 运算符为运算符为“ ”, 其运算规则如下其运算规则如下:00=0, 01=10