单片机第一章.ppt

1、单片机原理及应用,教师：黎明 Email： 教研室：临港校区电子信息大楼517 答疑时间：周二13：0015：00,第一章 单片机概述,单片机简介,在计算机的发展过程中，电子计算机技术一直朝着满足海量、高速数值计算的要求发展。由于社会的需求和发展，计算机技术一方面向着高速、智能化的超级巨型机的发展方向发展；另一方面向着微型机的方向发展。 单片机作为微型计算机的一个重要的分支，自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，发展迅速。由于具有抗干扰能力强，可靠性高，灵活性好，环境要求不高，价格低廉，开发容易等特点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能

2、仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面。,1.1单片机相关的几个基本概念 1.2单片机技术的发展 1.3 单片机应用系统开发过程 1.4单片机的应用领域 1.5常用51系列单片机介绍 1.6本书配套单片机开发板简介,1.1单片机相关的几个基本概念,1.1.1 什么是单片机 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。 概括的讲：将中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(I/O)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机称为单片微型计算机（single chip mic

3、rocomputer）,简称单片机。但随着单片机技术的不断发展，“单片机”已无法确切表达其内涵，目前，国际上统一采用MCU（Micro Controller Unit）来称呼 。,1.1.2 什么是单片机系统,按照所选择的单片机，以及单片机的技术要求和嵌入对象对单片机的资源要求构成单片机系统。按照单片机要求在外部配置单片机运行所需要的时钟电路、复位电路等，构成了单片机的最小系统；当单片机中CPU外围电路不能满足嵌入对象功能要求时，可在单片机外部扩展CPU外围电路，如存储器、定时器/计数器、中断源等，形成能满足具体嵌入应用的一个计算机系统,1.1.3单片机应用系统,单片机应用系统是满足嵌入式对象

4、要求的全部电路系统。他在单片机系统的基础上配置了面向对象的接口电路。在单片机应用系统中，面向对象的接口电路有以下几种： （1） 前向通道接口电路 （2） 后向通道接口电路 （3） 人机界面接口电路 （4） 串行通信接口 单片机应用系统是目标系统，要形成最终产品，除硬件电路外，还须嵌入系统应用程序。,1.2单片机技术的发展,继1970年微处理器问世以后，随着就推出了单片机。从最初的1位单片机，历经30多年的发展，经历了四次更新换代，如今已经形成一个规格齐全、品种繁多的大家族，单片机的作用已经无法被人们所忽视。特别是当前各种单片机采用CMOS工艺，功耗低、工作温度范围大、抗干扰能力强，能满足很多特

5、殊环境的要求，更加扩大了单片机的应用领域，促进了单片机的发展。,1.2.1单片机的发展历程,单片机的发展历程可分为五个阶段： 第一阶段，单片机的初始阶段。单片机多以4位单片机为主，功能比较简单。如1974年美国的Fairchild公司生产的第一台单片机F8，采用双片形式，功能简单。 第二阶段，单片机的探索阶段。单片机采用单芯片形式，开始发展8位机。由于收到集成度的影响，此时的8位机性能较低，属于低档8位单片机。 第三阶段，单片机完善阶段。提高电路的集成度，增加8位单片机的功能。如Intel公司在MCS-48的基础上推出了完善的高档8位单片机系列MCS-51。,第四阶段，微控制器形成阶段。单片机

6、要有许多面向测控对象的接口电路，如ADC、DAC高速I/O口、技术捕捉与比较、脉宽调（PWM）、保证程序可靠运行的WDT（看门狗定时器）、保证高速数据传输的DMA等 。为了满足测控系统的嵌入式应用要求，这一阶段单片机的主要技术发展方向是满足测控对象要求的外围电路的增强，从而形成了不同于早期单片机特点的微控制器（MCU）。 第五阶段，控制器充分发展阶段，即当前的单片机时代。其显著特点是百花齐放技术创新，以满足不同用户的广泛需要。单片机面向最底层的电子技术应用，从玩具、小家电、工程控制单元到机器人、智能仪表、过程控制、个人信息终端等，推出了适合不同领域要求的单片机系列。专用型单片机也得到较大发展

7、。,1.2.2单片机的发展趋势,单片机的发展趋势是向着大容量化、高性能化、多功能化、和低功耗化等几个方面发展。 1. 大容量化 新型单片机片内程序存储器可达64KB，片内数据存储器可达2KB，单片机的寻址已突破64KB的限制，8位和16位单片机寻址可达1MB和16MB。目前，5l系列单片机内ROM最大可达64KB，RAM可达2KB。 2.高性能化 主要是指进一步改进CPU性能，加快指令运行速度，加强位处理功能、中断和定时控制功能，采用流水线技术，加快指令运算速度和提高系统控制可靠性。 3多功能化 8位单片机中有二分之一的产品以CMOS化，CMOS芯片的单片机具有功耗小的优点，而且为了充分发挥低

8、功耗的特点，这类单片机普遍配置有Wait和Stop两种工作方式。,4.低功耗化 除了一般必须具有的ROM、RAM、定时器/计数器、中断系统外，随着单片机档次的提高，适应检测、控制功能更高的要求，片内集成的部件还有A/D转换器、D/A转换器、DMA转换器、中断控制器、锁相环、频率合成器、字符发生器、声音发生器、CRT控制器、译码控制器等。 5外部总线化 有的单片机机型增加了SPI、I2C、Microwire、1-Wire、等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。纵观单片机十年的发展历程，单片机将向多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、低价格、外围电路内装化以及片内存储器容量增加和Flas

9、h存储器化方向化发展。但其位数不一定会继续增加尽管现在已经有了32位单片机，但使用的并不多。 此外，专用化也是单片机的一个发展方向，针对单一用途的专用单片机将会越来越多。,1.3 单片机应用系统开发过程,目前，单片机是一个裸机系统，即内部没有任何驻机软件，因此，要实现一个产品应用系统时，需要进行软、硬件开发。 1.硬件系统设计、调试 硬件系统设计、调试包括系统电路设计、PCB绘制。 2.应用程序设计 按任务模块划分的应用程序设计中，无论是模块程序，还是子程序都要在编辑软件的支持下，先编写好源程序，并且在汇编软件支持下，通过汇编来检查源程序中的编写错误。 3.应用程序的仿真调试 在硬件系统测试合

10、格、应用程序通过汇编检查合格后，方能进入仿真调试。仿真调试是在开发装置在线仿真环境下进行。 4.系统脱机运行检查 系统应用程序调试合格后，利用程序写入器将应用程序固化到单片机的程序存储器中，然后将应用系统脱离仿真器进行上电运行检查。由于单片机实际运行环境和仿真调试环境的,单片机应用系统的开发过程如图1-1所示,图1-1单片机应用系统开发流程图,1.4单片机的应用领域,因为单片机具有体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等许多优点，因此，它被广泛应用于各个领域。现就单片机的应用从以下几个方面简要介绍。 1智能仪器仪表中的应用 第一，可以提高精度；第二，可以扩展测量范围；第三，可以增加仪器仪表的功能；

11、第四，提高了可靠性，使集成电路的可靠性提高，同时仪器仪表的可靠性也随之提高；第五，具有通信能力，可以将众多仪器仪表联成网络； 总之，单片机广泛应用于各种仪器仪表中，使仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能大大提高。例如，精密数字温度计、智能电度表、智能流速仪等。,2工业自动化的应用 机电一体化产品是指集机械技术、微电子技术、计算机技术为一体，具有智能化特征的产品，如微机控制的车床、钻床等。将单片机作为产品中的控制器，能充分发挥其体积小、可靠性高、功能强的优点，可以使产品数字化、智能化，增加产品的附加值，提高产品的档次，甚至改变产品的组成与结构，实现产品的更新换代，大大提高机器的自动化、智能化的

12、程度。 3在实时控制中的应用 单片机的实时数据处理能力和控制功能，可以便系统保持在最佳工作状态，从而提高系统的工作效率和产品质量。例如，在工业测控、航空航天、尖端武器等实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。,4在人类生活中的应用 将单片机应用在洗衣机、电冰箱、宅调等家用电器的控制中，提高丁家用电器的智能化程度，增加了其功能，使这种家用电器更受人们的喜爱。因此，单片机使人类生活更加舒适、方便、丰富多彩。 5信息和通信产品的应用 信息和通信产品的自动化和智能化程度很高，这当然离不开单片机的参与。例如计算机的外围设备(键盘、打印机、磁盘驱动器等)和自动化办公设备(传真机、复印机、电话机等)，都有

13、单片机在其中发挥作用。 6军事装备的应用 科技强国、国防现代化离不开计算机，在现代化的飞机、军舰、坦克、大炮、导弹火箭和雷达等各种军用装备上，都有单片机参与其中。,1.5常用51系列单片机介绍,目前国际市场上生产单片机的主要公司有美国的Dallas、AMD、Atmel、ADI公司，荷兰的Philips公司，德国的Siemens公司，日本的NEC公司，韩国的LG公司以及我国台湾的华邦公司等。以上公司都有推出的与51系列单片机相兼容的产品。下面介绍一些常用的单片机系列产品。,ATMEL公司单片机系列产品特性一览表,1.6本书配套单片机开发板简介,本书以我们独立开发的MCUBUS单片机开发板为平台，

14、以理论知识配合实际例子应用作为课堂教学的主要内容，将在以后章节详细介绍单片机的各部分功能与模块化程序设计以及开发板的主要功能及用法。开发板如图1-2所示，具体实验项目参见实验列表 。,图1-2 MCUBUS开发板外形图,性能特点 ： 主芯片为ATMEL公司生产的AT89S5X（或INTEL公司生产的80C51及其兼容芯片等）。 晶振：基本配置为11.0592MHz，也可由用户自己选定适合的晶振。 P0、P1、P2、P3的每一个I/O口均引至实验用户板上，方便实验。 Watchdog：配置有带复位的看门狗电路。 程序存贮器为64K。 数据存贮器为4K（24C04）。 提供20个发光二极管，供实验使用。 标准RS232串行通信接口。 标准微型打印机接口。 具有动态共阴数码管8个。 8 8点阵显示。,具有44矩阵键盘。 具有4个独立的键盘输入。 串行