单片机原理与接口技术第1章 概述（2012）.ppt

1、1,08:05,单片机原理与接口技术,主讲教师：肖振国 ,2,08:05,课程简介,授课对象 学习过计算机基础、模拟电子技术、 数字电子技术、微机原理与接口技术、 C语言程序设计等相关课程的同学。 前修课：计算机基础、数字电路等课程。,3,08:05,课程目标 以MCS-51系列单片机为例，详细介绍单片机的结构及工作原理、单片机的编程语言及其应用技术。通过学习本课程，能够掌握有关单片机的基础知识，掌握单片机应用系统设计和开发的基本技能。,4,08:05,课程特点 本课程内容与工程实际紧密相联系，实用性很强，是一门在理论指导下, 偏重于实际应用的课程。要求学生在首先学好单片机原理的基础上，重视实

2、验环节，具有一定的实际动手操作能力。本课程中既有硬件的原理和组成，又有针对硬件的软件编程，因此本课程具有实用性强、理论和实践结合、软硬件结合等特点。,5,08:05,成绩考核 总评成绩 =平时成绩（10%）+ 实验成绩（30%） +期末成绩（60%）,6,08:05,课堂纪律要求,为了自己，请珍惜课堂宝贵时间！ 为了他人，请上课认真听讲、自觉维护课堂秩序！,7,08:05,单片机原理与接口技术,第1章 概 述,8,08:05,本章教学要求,了解单片机与微型计算机的区别 熟悉单片机的结构组成 了解单片机的特点与指标 了解单片机的发展历史、常用产品及应用领域 了解单片机嵌入式系统的概念,9,08:

3、05,本 章 目 录,1.1 单片机的结构组成、特点和指标 1.1.1 微型计算机的基本结构 1.1.2 单片机的基本结构 1.1.3 单片机的特点 1.1.4 单片机的重要指标 1.2 单片机的发展历史和产品类型 1.2.1 单片机的发展历史 1.2.2 Intel系列单片机的产品类型,10,08:05,1.3 单片机的选择与应用 1.3.1 单片机的选择 1.3.2 单片机应用系统与应用领域 1.4 单片机嵌入式系统 1.4.1 单片机嵌入式系统的概念 1.4.2 单片机嵌入式系统的特点 1.5 单片机技术相关网站,本 章 目 录,11,08:05,1.1 单片机的结构组成、特点及指标,微

4、型计算机-包括运算器、控制器、存储器、输入/输出接口组成。 微处理器-把运算器与控制器封装在一小块芯片上，称该芯片为微处理器(CPU)。 微型计算机-微处理器与存储器，输入/输出接口电路在印制电路板(PCB)上用总线连接起来，就构成了微型计算机。,12,08:05,硬件系统构成微机的实体和装置,软件系统微机系统所使用的各种程序的总称,软件系统与硬件系统共同构成实用的微机系统，两者是相辅相成、缺一不可的。,13,08:05,14,08:05,常见的微型计算机外形：,台式机,笔记本,服务器,15,08:05,1.1 单片机的结构组成、特点及指标,单片机-在一块芯片上，集成一台微型计算机的四个基本组

5、成部分，则这种芯片称为单片微型计算机，简称单片机(SCM)。 单片机系统-以单片机为核心的系统称为单片机系统。,16,08:05,单片机虽然只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已具备微机系统的含义。 更为准确地反映单片机本质的名称是微控制器（Microcontroller, MCU）。根据单片机的结构和微电子设计的特点，应用系统中虽然往往以单片机为核心，但是它已完全融入应用系统中，故而也有把单片机称作嵌入式微控制器 （Embedded Microcontroller）。,17,08:05,18,08:05,1.1.1 微型计算机基本结构,19,08:05,它由控制器、运算器、存储器、输入/输出

6、接口电路、输入设备和输出设备几部分组成，它们之间由总线连接进行信息传输。控制器和运算器综合起来称中央处理器（CPU），也称为微处理器。,1.1.1 微型计算机基本结构,20,08:05,1控制器,控制器是计算机的控制核心，它负责从内部存储器中,1.1.1 微型计算机基本结构,取出指令并对指令进行分析、根据指令发出控制信号，指挥输入、输出、运算器、存储器等功能部件协调工作。,21,08:05,2运算器,运算器（Arithmetic Logic Unit，ALU）,1.1.1 微型计算机基本结构,运算器又称算术逻辑部件，主要完成算术运算和逻辑运算。,22,08:05,3存储器,存储器(Memory

7、)用于存储程序和数据。存储器根据其位置不同可分为两类：内部存储器和外部存储器。,1.1.1 微型计算机基本结构,内部存储器(简称内存)和CPU直接相连，存放当前要运行的程序和数据，故称主存储器(简称主存)。 外部存储器(简称外存)，主要用于保存暂时不用但又需长时间保留的数据和程序。存放在外存的程序必须调入内存才能运行。,23,08:05,4输入/输出接口I/O,输入/输出接口（又称I/O接口）是CPU与外设之间相连的逻辑电路，外设必须通过接口才能和CPU相连。,1.1.1 微型计算机基本结构,24,08:05,5输入和输出设备,输入和输出设备（如：键盘、鼠标、显示器、打印机等）用于完成和计算机

8、进行信息交流的输入和输出操作。,1.1.1 微型计算机基本结构,25,08:05,6总线（Bus）,总线是控制器、运算器、存储器、I/O接口之间相连的一组线。 数据总线（Data Bus，DB）； 地址总线（Address Bus，AB） 控制总线（Control Bus，CB）。,1.1.1 微型计算机基本结构,26,08:05,1.1.2 单片机的基本结构,27,08:05,1.1.2 单片机的基本结构,现代的单片机又加入了许多新的功能部件，如模拟/数字转换器（ADC）、数字/模拟转换器（DAC）、温度传感器、液晶驱动电路、电压监控、“看门狗”电路、低压检测电路等。,28,08:05,1.

9、1.3 单片机的特点,存储器ROM和RAM严格分工 采用面向控制的指令系统 输入/输出端口引脚具有复用功能 品种规格的系列化 硬件功能具有广泛的通用性,29,08:05,1.1.4 单片机的几个重要指标,位数 存储器 I/O口 速度 工作电压 功耗 温度,30,08:05,1.2 单片机的发展历史及产品类型,1.2.1 单片机的发展历史,1976年，Intel公司首先推出了MCS-48系列的单片微型计算机， 单片机的发展历史大致可分为三个阶段。,第一阶段（19761978年）：以Intel公司的MCS-48系列为代表，此单片微型计算机具有8位CPU、并行I/O端口、8位时序同步计数器，寻址范围

10、不大于4KB，但没有串口。,31,08:05,4位单片机 原始阶段：1974-1976年期间发展起来，典型代表美国INTEL公司开发的4004。 特点：体积小，价格便宜，功能简单，片内程序存储器ROM为2-8KB，数据存储器RAM为128*4-512*4位。 应用：家用电器、计算机、高档电子玩具等数据量要求较小而时间要求较高的领域。,8位单片机 发展阶段：1976年9月，美国INTEL公司首先推出了MCS-48系列8位单片机，从此，单片机发展进入了一个新的阶段。 随着集成电路工艺水平的提高，在1978年到1983年期间集成电路的集成度提高到几万只管/片，因而一些高性能的8位单片机相继问世。,3

11、2,08:05,1.2.1 单片机的发展历史,第二阶段（19781982年）：高性能单片微型计算机阶段，如Intel公司的MCS-51系列、Motorola公司的6801和Zilog公司的Z-8等。该类单片微型计算机具有串口、多级中断处理系统和16位时序同步计数器，RAM、ROM容量加大，寻址范围可达64KB，有的芯片还有A/D转换接口。 第三阶段（1982至今）：8位单片微型计算机改良型及16与32位单片微型计算机阶段，如Intel公司的16位单片机MCS-96系列，32位单片机ARM系列。,33,08:05,16位单片机 1983年以后，集成电路的集成度可达十几万只管/片，16位单片机逐渐

12、问世。16位单片机把单片机的功能又推向了一个新的台阶，功能强大，常用于高速复杂的控制系统。 32位单片机 随着集成电路技术的不断发展和实际应用需要的快速增长，各个计算机生产厂家相继进入高性能32位单片机研制、生产阶段。 32位单片机，不仅包含有存储器和I/O接口，而且还包含有专门的通信链路接口，能按计算方法的特点直接连成线形的、树形的或矩形的阵列，满足快速响应的要求。 可用于信号处理、仪表、通信、数据处理、图像处理、高速控制和语音处理等许多方面。,34,08:05,Intel公司开发的MCS-51系列单片机，其代表芯片包括8051、8031、8052、8032、8751和8752，这些统称为5

13、1系列单片机。 到目前为止，世界各地厂商研制多个品种的单片机产品。其中有Motorola公司的6801、6802，Zilog公司的Z-8系列，Rockwell公司的6501、6502等。 尽管目前单片机的品种繁多，但其中最具典型性的仍当属Intel公司的MCS-51系列单片机。,1.2.1 单片机的发展历史,35,08:05,单片机现状 单片机经过约30年的发展，已经形成有几千种型号上百种品牌的半导体产业，对电子信息技术、工业控制技术、军事技术的发展起到巨大的推动作用。 目前主流的单片机： 51内核的系列单片机 Microchip公司的PIC系列单片机 Motorola公司的68系列 Texa

14、s Instrument公司的MSP16bit系列单片机 ARM内核的32bit系列单片机 AVR单片机,36,08:05,1.2.2 Intel系列单片机产品类型,MCS-48系列单片机 MCS-51系列单片机 MCS-96系列单片机,37,08:05,MCS-51的含义包括了8051、8031和8751三个产品。 51系列由Intel公司转让技术给Philips公司后也生产了很多个型号，产品性能也有提高。 ATMEL公司生产了AT89C51、AT89C52和AT89C1051、AT89C2051等，这些单片机片内采用可加密闪速存储器，性能优良，性价比及高，在我国单片机应用产品中被大量使用。

15、台湾也在生产51内核的单片机。,1.2.2 Intel系列单片机产品类型,38,08:05,1.3 单片机的选择与应用,体积小，重量轻，使用灵活； 面向控制，控制功能强，性价比高； 抗干扰能力强； 网络功能； 外部扩展能力强； 可靠性高。,单片机的特点:,39,08:05,1.3 单片机的选择与应用,对单片机的选择原则主要是从指令结构、程序存储方式和功能等几个方面考虑。 Intel ,Motorola，Microship; 此外，还有Zilog、EM78、Senix、NEC、EPSON、NS、三星、富士通、华邦、Philips、ARM等单片机。,1.3.1 单片机的选择,1.3.2 单片机应用

16、系统及应用领域,智能化仪表 智能化测控系统 智能化接口,40,08:05,应用领域： 1自动控制 单片机已在工业过程控制、机床控制、汽车控制以及飞行器制导系统等方面得到广泛的应用。,41,08:05,2智能仪器仪表 应用最多、最活跃的领域。在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表数字化、智能化、微型化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性价比。,42,08:05,3数据采集系统 由于单片机可提供多路AD输入通道，因此很适用于模拟量(温度、压力及流量等)输入采样系统。 4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、智能化软盘和硬盘驱动器、智能化磁带驱动器

17、 及智能化绘图仪等，均可用单片机作为控制器。 5家用电器 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，都使用单片机进行控制。,43,08:05,机电,家电,数据处理,智能仪表,通信,自动控制,44,08:05,电讯方面,消费类电子产品,45,08:05,6.军事技术 通常在这些电子系统的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驭系统、通讯系统以及运行监视器（黑匣子）都会用到单片机技术。,46,08:05,7.人工智能 以机器人为典型代表，其控制系统由中央控制器、感觉系统、行走系统、擒拿系统等节点构成的单机或多机网络系统。而其中的每一个小系统（如数据采集、远

18、程监控系统）都是由单片机进行控制的。,47,08:05,1.4 单片机嵌入式系统,嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。 嵌入式系统通常也定义为：“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”。“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素。,1.4.1 概念,48,08:05,1.4.2 单片机嵌入式系统的特点,从控制意义上说，单片机嵌入式系统涉及系统最底层的、芯片级的信息处理与控制。,1) 单片机嵌入式系统通常是面向特定应用的。 2) 单片机嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。 3) 单片机嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣。,49,08:05,4) 单片机嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起。 5) 为了提高执行速度和系统可靠性，单片机嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。 6) 单片机嵌入式系统本身不具备自举开发能力，设计完成以后用户通