单片机控制原理第 章

单片机控制原理第章第1页，课件共30页，创作于2023年2月第一章单片机的基础知识第二章MCS-51单片机结构及工作原理第三章指令系统和汇编语言(程序设计)第四章定时计数器第五章串行通讯第六章中断处理第七章单片机的存储器扩展第八章单片机IO扩展单片机控制原理第2页，课件共30页，创作于2023年2月课时安排授课内容有侧重点。教学（20学时）实验教学（8学时）考查方式闭卷考试卷面成绩70％，平时成绩30％（作业+提问）备注：平时点名的原则：第一次点名没到扣总成绩的30%，第二次点名没到扣总成绩的20%。第3页，课件共30页，创作于2023年2月第一章单片机的基础知识在本章中，主要讲以下几个部分：单片机的概念、MCS系列单片机的特点及分类；（重点难点）；单片机的发展、应用领域及发展趋势；介绍单片机相关的预备知识。第4页，课件共30页，创作于2023年2月手机、MP3、洗衣机、冰箱以及各种仪表等都是专用的特殊功能的芯片（单片机），而单片机问世以来，随着单片机技术的发展，它在芯片内集成了许多面对测控对象的接口电路，如ADC、DAC、高速I/O口、PWM、WDT等，已经发展到嵌入式ARM、AVR、FPGA等。单片机卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。FPGA:(Field-ProgrammableGateArray)，即现场可编程门阵列;ARM:AdvancedRISCMachineAVR:AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(ReducedInstructionSetCPU)精简指令集高速8位单片机第5页，课件共30页，创作于2023年2月什么是单片机?在半导体硅片上集成了微处理器(CPU)，存储器(RAM、ROM、EPROM)和各种输入、输出接口。它具有一台计算机的属性。也称为：微控制器MCU(MicroControllerUnit)嵌入式控制器EMCU（EmbeddedMicroControllerUnit）。我国，习惯使用“单片机”这一名称。（以后讲的定义及相关的软硬件知识均只针对Intel公司的MCS-51/96芯片。）第6页，课件共30页，创作于2023年2月我们重点介绍的是Intel公司1980年推出的MCS-51/96系列8位CPU，并行I/O口，增有串行I/O口，16位定时/计数器，可进行中断处理，具有并行三总线结构，RAM，ROM容量较大，最大寻址范围为64KB。MCS-51单片机是目前开发的完备的通用芯片，在国内使用的最广泛，可以利用的软硬件资源很丰富。第7页，课件共30页，创作于2023年2月第8页，课件共30页，创作于2023年2月第9页，课件共30页，创作于2023年2月第10页，课件共30页，创作于2023年2月plasticquadflatpack(PQFP)塑料四方扁平封装第11页，课件共30页，创作于2023年2月PlasticLeadedChipCarrier)带引线的塑料芯片第12页，课件共30页，创作于2023年2月一、单片机的概念、MCS系列单片机特点及分类1.定义：

单片机是在一块芯片上集成了中央处理器CPU（CentralProcessingUnit，CPU）、随机存储器RAM（RandomAccessmemory,RAM）、只读存储器ROM（Read-onlymemory）（EPROM，E2PROM）、定时/计数器CTC(counter/timercircuit)和多个输入/输出接口I/O等。单片机MCS（single-chipMicrocomputer）全称为单片微型计算机或微处理单元（MicroProcessorUnit，MPU）。2.MCS单片机的特点：单片机的体积小，可靠性高，价格便宜，功耗低，它是目前应用最广泛的工业控制。第13页，课件共30页，创作于2023年2月3.按用途可分为通用型和专用型两大类:（1）通用型：Intel8051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。（2）专用型：8096C8051F340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。专用芯片要求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。如8096单片机上还集成了ADC和DAC转换芯片；手机芯片上开发的有USB接口C8051F340；DSP系列中的TMS320F2812集成了PWM功能。第14页，课件共30页，创作于2023年2月二、单片机发展、应用领域及发展趋势发展第一阶段：1974年～1976年，单片机初级阶段。双片的形式，且功能比较简单。第二阶段：1976～1978年，低性能单片机探索阶段。以Intel公司的MCS-48单片机为代表。MCS-48：8位CPU，并行I/O口，8位定时计数器，无串行I/O口，RAM、ROM容量较小，寻址范围小于4KB。第15页，课件共30页，创作于2023年2月第三阶段：1978年-至今，高性能单片机阶段。Intel公司的MCS-51系列、Motorola公司的6801系列等。MCS-51：8位CPU，并行I/O口，增有串行I/O口，16位定时/计数器，可进行中断处理，具有并行三总线结构,RAMROM容量较大，最大寻址范围为64KB。第四阶段：1982-至今该阶段是8位机的进一步完善发展及16位单片机、32位单片机推出阶段。典型产品为MCS-96：有串、并行的通信功能，定时/计数、中断处理的功能更强，RAM、ROM容量更大，并增加了多通道A/D及D/A转换器，寻址范围为64KB。第16页，课件共30页，创作于2023年2月2.应用领域：

凡是与控制或简单计算有关的电子设备都可以用单片机来实现，再根据具体实际情况选择不同性能的单片机，如：Atmel，stc，pic，avr，凌阳，philip，arm等。主要应用于以下几方面：①智能仪器仪表：数字示波器、数字信号源、数字万用表、感应电流表等。②工业自动化：如数据采集、测控技术。用于提高加工的自动化程度和精度。③实时控制系统：对一些实时过程的控制与监测，实现过程中数据的实时处理与控制，从而保证系统的最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。第17页，课件共30页，创作于2023年2月④消费类电子产品：如洗衣机、电冰箱、空调机、电视机、微波炉、手机、IC卡、汽车电子设备等。 ⑤通讯方面：调制解调器、手机,blue-tooth等。⑥武器装备：飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、鱼雷制导、智能武器等。3.MCS-51系列单片机

20世纪80年代后期：Intel公司以专利或技术交换的形式把8051内核技术转让给其他厂家。如：ATMEL、PHILIPS、ANALOGDEVICES、DALLAS公司。这些厂家生产的兼容单片机，与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺。

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目前，单片机的主要生产厂家：（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AT89C51、89C52、89C55、89S52等。（3）荷兰PHILIPS（菲力浦）公司8xC552系列。此外：AVR、PIC(PIC16C765MCUwithUSB)、MICROCHIP(PIC16F87X)等单片机也有广泛的应用。※89C51系列：所有具有8051指令系统的单片机，不应直接称为MCS-51系列单片机，MCS只是Intel公司专用的单片机系列符号。第19页，课件共30页，创作于2023年2月MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类:

（1）基本型

典型产品：8031/8051/8751RAM--128字节ROM--4KB。

（2）增强型

典型产品：8032/8052/87528032/52：RAM--256字节，ROM--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。

（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。第20页，课件共30页，创作于2023年2月

(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。（6）片内闪烁存储器型典型产品：AT89C51单片机。第21页，课件共30页，创作于2023年2月

MCS-51系列单片机及其兼容机有

基本型、增强型、低功耗型、专用型、超8位型和片内闪烁存储器型.

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。

第22页，课件共30页，创作于2023年2月4.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。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。第23页，课件共30页，创作于2023年2月4)提高集成度——外围电路内装化不断提高器件的集成度，把众多的外围功能部件集成在片内－－系统的单片化。代表：8051F单片机5)低功耗化CMOS化CHMOS工艺。

总之，单片机向高性能、高速、低功耗、低价格、高集成度方向发展。5.单片机的使用温度：民品：0°C—+70°C工业品：-40°C—+85°C军品：-55°C—+125°C汽车：-40°C—+105°C第24页，课件共30页，创作于2023年2月三、.预备知识：（课后作业）1.存储器简介：memory是单片机的主要组成部分之一，主要用于存储信息，它的分内存和外存：内存：

RAM：随机存储器，其中信息可读可写，断电丢失全部内容。ROM：只读存储器，用户不可更改其内容，与EPROM同样，断电仍可保存信息。EPROM：可擦除可编程的只读ROM。Vpp=12V（写入）用紫外线可擦除其内容（除型号为27开头的芯片，如27C020）。

E2PROM：

电可擦除ROM，+25V电源可改写。

FLASH：

+5V电源就可擦写。外存：硬盘、软盘、优盘、光盘第25页，课件共30页，创作于2023年2月三、.预备知识：（课后作业）2..数制及其间的转换

（1）数制

常用的计数方法：二（B）、八(Q)、十（D）、十六（H）、十二及六十进制等。二进制：binary（B）八进制：octal(O)十进制：decimal（D）十六进制：hex（H）十二进制：duodecimal六十进制：sexagesimal第26页，课件共30页，创作于2023年2月三、.预备知识：（课后作业）（2）数制的转换

①二，十六进制转换为十进制时，原则为按权展开相