单片机第1章(完成版)【免费下载】课件

教材：单片机原理及应用系统设计主编：凌玉华学时：理论38(34)实验10(14)总计48学时分配：第一章(2学时)、第二章(8学时)、第三章(6学时)、第四章(4学时)、第五章(6学时)、第六章(6学时)、第八章(2学时)。实验安排10(14)：

2个软件实验5个硬件实验参考书1：单片机原理及接口技术主编：李朝青北京航空航天大学出版社参考书2：单片机程序设计基础主编：周航慈北京航空航天大学出版社参考书3：C8051F系列SOC单片机原理及应用主编：张迎新等北京：国防工业出版社周立功单片机网参考资料：新华龙电子有限公司南京伟福实业有限公司

单片机是指在一块硅芯片上集成了计算机的所有基本功能部件，包括中央处理器CPU、随机读写存储器RAM、只读存储器ROM、输入输出（I/O）接口电路、中断系统、定时／计数器(T/C)和串行通信接口电路等的微型计算机。1.1单片机的概念及其应用特点

2、单片机的特点功能强、体积小、功耗低、价格便宜、低电压、低功耗、易于产品化；有较强的抗干扰性和较高的可靠性，温度适应范围较宽，能够在各种恶劣环境条件下正常工作；可以方便地实现多机、分布式的集散控制，从而使整个控制系统的效率和可靠性大大提高。与通用微机相比，单片机在硬件结构和指令设置上具有以下特点：

存储器ROM和RAM严格分工。采用面向控制的指令系统。(主要是位处理指令系统）输入/输出端口引脚通常设计有多种功能。品种规格的系列化。

单片机的硬件功能具有广泛的通用性。1.2

单片机的种类及发展概况1.2.1单片机的体系结构单片机的一般结构图

1.2.2单片机的主要技术指标位数。存储器。普林斯顿结构（PC)哈佛结构I/O端口。速度。指CPU的处理速度，以每秒执行多少条指令衡量。常用单位是MIPS（百万条指令每秒），目前最快的单片机已超过100MIPS。单片机的速度通常是和系统时钟相联系的，但是，并不一定频率高的处理速度就一定快。对于同一种型号的单片机而言，采用频率高的时钟一般比频率低的速度要快，但可靠性可能降低，功耗升高。现在先进的单片机都具有多种可控制的运行速度以便协调运行速度和功耗之间的矛盾。工作电压。通常是5V，也有3V/3.3V电压的产品,更低的可在1.5V电压下工作。新一代单片机出现了宽电压范围型，即在2.5～6.5V电压范围内都可以正常工作。功耗。低功耗是现代单片机所追求的一个目标。温度。一般分为民用级（商业级）、工业级、军用级3种。民用级的温度范围是0℃～70℃，工业级是-40℃～85℃，军用级是-55℃～125℃（不同的厂家划分标准可能不同）。使用时应根据现场温度情况选择芯片的工作温度等级。附加功能。有的单片机具有更多的功能。例如，在单片机内部有A/D、D/A、LCD驱动电路、串行端口等部件，使用这种单片机可减少外部器件，提高系统的可靠性。1.2.4单片机的种类８位的应用较多(P8)通用型是把可开发的内部资源：RAM、ROM、I/O等功能部件，全部提供给用户。用户根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核心的测控系统。专用型是专门针对某些产品的特定用途而制作的单片机，针对性强且数量巨大。对系统结构的最简化、可靠性和成本的最佳化等方面都作了全面的考虑。“专用”单片机具有十分明显的综合优势。1.2.5

8位单片机的主要生产厂家和机型（1）美国Intel公司

MCS-51系列及其增强型、扩展型系列。（2）美国ATMEL公司89C51、89C52、89C55、89S52等。（3）荷兰PHILIPS（菲力浦）公司8xC552系列。MCS-51系列单片机在我国得到了广泛的应用，主流系列,软、硬件设计资料丰富齐全。所以这门课程是以MCS-51的８位机为主介绍单片机。

1.2.6单片机的发展趋势

1.CPU的改进

（1）采用双CPU结构，提高处理能力（2）增加数据总线宽度，内部采用16位数据总线。（3）串行总线结构，菲利浦公司的I2C总线（Inter－Icbus）。用两根信号线代替现行的8位数据总线。2．存储器的发展

（1）加大存储容量。（2）片内EPROM采用E2PROM或闪烁（Flash）存储器（3）程序保密化。P16。。。3．片内I/O的改进（1）增加并行口的驱动能力，能直接输出大电流和高电压。（2）增加I/O口的逻辑控制功能。（3）设置了一些特殊的串行接口功能，构成分布式、网络化系统。4．外围电路内装化

器件集成度的不断提高，把众多的外围功能部件集成在片内－－系统的单片化。

5．低功耗化

CMOS化、CHMOS工艺。总之，向高性能、高速、低压、低功耗、低价格、外围电路内装化方向发展。（1）基本型典型产：8031/8051/8751内部RAM增到256字节，8052、8752的内部程序存储器扩展到8KB，16位定时器/计数器增至3个。（3）低功耗型典型产品：80C31/87C51/80C51。采用CMOS工艺，适于电池供电或其它要求低功耗的场合。（4）专用型

8044/8744，用于总线分布式多机测控系统。美国Cypress公司的EZUSR-2100单片机－USB接口。（2）增强型典型产品：8032/8052/875251系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：（5）超8位型

典型产品：PHILIPS公司80C552/87C552/83C552系列单片机。将MCS-96系列（16位单片机）I/O部件如：高速输入/输出（HSI/HSO）、A/D转换器、脉冲宽度调制（PWM）、看门狗定时器（WDT）等移植进来构成新一代MCS-51产品。功能介于MCS-51和MCS-96之间。目前已得到了较广泛的使用。

MCS-51系列以及80C51系列单片机有多种类型，但掌握好MCS-51的基本型（8031、8051、8751或80C31、80C51、87C51）是十分重要的。它们是具有MCS-51内核的各种型号单片机的基础，也是各种增强型、扩展型等衍生品种的核心。美国ATMEL公司的AT89C51单片机，受到应用设计者的欢迎。（6）片内闪烁存储器型1.3单片机编程语言单片机常用的编程语言有4种：汇编语言、Ｃ语言（C51)、BASIC语言和PL/M语言。而在单片机应用系统中只使用机器语言。C51是面向80C51单片机的语言,采用C51程序设计语言，编程者只需了解变量和常数的存储类型与80C51单片机存储空间的对应关系，而不必深入了解单片机的硬件和接口,C51编译器会自动完成变量的存储单元的分配。目前，C51语言已经得到广泛的推广和应用,成为80C51单片机的主流程序设计语言。面向单片机的C语言经过Keil和Franklin等公司的努力，于20世纪90年代开始趋于成熟，成为专业化的单片机高级语言。（编译器）KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，是专为80C51系列单片机设计的一种高效的C语言编译器，它是众多51单片机开发软件中应用最广泛的一个，它集编辑，编译，仿真于一体，支持汇编，PLM语言和C语言的程序设计，对C语言的支持也是最好的，而且界面直观，易学易用。使用它可以缩短开发周期，降低开发成本，而且开发出的系统易于维护，可靠性高，可移植性好，即使在代码的使用效率上，也完全可以和汇编语言相比，因此目前它已成为开发80C51系列单片机的流行工具。1.5单片机控制技术单片机控制技术是关于单片机与控制系统方面的综合技术，是单片机、控制、电子技术、网络通信等多学科内容的集成。图1-6单片机控制系统的组成单片机是单片机控制系统的核心，完成巡回检测、数据处理、控制逻辑判断等工作。

过程I／O输出通道及接口分为模拟量和数字量两种。数字量包括开关量、脉冲量和数据数码，它们负责单片机与工业对象的信息传递和变换。过程输入通道及接口将工业对象的参数转换成单片机可接受的数字量。过程输出通道及接口将单片机处理结果转换成可对被控对象进行控制的信号。人机联系设备及接口包括显示操作台、屏幕显示器（CRT）或数字显示器、键盘、打印机、记录仪等，它们是操作人员和单片机系统进行联系的工具。单片机控制系统的原理图1-7单片机闭环控制系统结构图单片机控制系统的工作可归纳为以下3个步骤：①实时数据采集：对来自测量元件和变送单元的被控量的瞬时值进行检测和输入。②实时数据处理：对采集到的被控量进行分析和处理,按一定的控制规律运算，进行控制决策。③实时控制输出：根据控制决策,实时地对执行装置发出控制信号，完成工作任务。所谓“实时控制”，是指信号的输入、运算处理和输出能在一定的时间内完成，即要求单片机对输入信号以足够快的速度进行测量与处理，并在一定的时间内作出反应或产生相应的控制。超过这个时间，就