单片机第一章

1、单片机与嵌入式系统,贾银亮,课程性质和目的,本课程为计算机应用类课程，是测控专业的主干课程，必修课。 本课程是在学生学完电子技术类基础课程和微机应用类基础课程之后，为加强对学生技术应用能力的培养而开设的体现电子技术、计算机技术综合应用的综合性课程。 本课程的任务是使学生获得单片机应用系统设计的基本理论、基本知识与基本技能，掌握单片机应用系统各主要环节的设计、调试方法，并了解单片机在测量、控制等电子技术应用领域的应用。初步具备应用单片机进行设备技术改造、产品开发的能力。,课程安排,课程总学时：48课时 讲授（40课时）实验（8课时） 期末：一周课程设计 主要参考书： 1、MCS-51/96系列单

2、片微型计算机及其应用 薛钧义、张彦斌编，西安交大出版社 2、单片机应用系统设计系统配置与接口技术 何立民编 ，北京航空航天大学出版社 3、单片机基础 李广弟等编著 ，北京航空航天大学出版社,本课程讲授内容,教材：第1章第11章 本课程以MCS-51系列单片机为背景机，讲述单片机的硬件结构、工作原理、指令系统、单片机内部资源的使用、系统扩展及接口技术；以及典型单片机系统的硬件设计和软件设计，使同学掌握单片机应用系统设计和开发的基本技能，为将来从事单片机系统的设计和开发打下基础。 成绩：平时30%、考试70%。,第一章 单片机概述,本章主要介绍微机的基础知识，单片机的发展历史和应用领域，并对单片机

3、的结构特点进行了简单的分析。 1.1 单片机基础 1.2 单片机的发展 1.3 单片机应用 1.4 51系列单片机,1.1 单片机基础1.1.1计算机的发展,1946-1958 第一代电子管计算机。磁鼓存储器，机器语言、汇编语言编程。世界上第一台数字计算机ENIAC。,1958-1964 第二代晶体管计算机。磁芯作主存储器, 磁盘作外存储器，开始使用高级语言编程。,1964-1971 第三代集成电路计算机。使用半导体存储器，出现多终端计算机和计算机网络。,1971-1981 第四代大规模集成电路计算机。出现微型计算机、单片微型计算机，外部设备多样化。,1981- 第五代人工智能计算机。模拟人的

4、智能和交流方式。,1.1.2微型计算机简介,1、微处理器（CentralProcessingUnit ）CPU,集成在同一块芯片上的具有运算和控制逻辑功能的中央处理单元，是微型机中的核心部件，包括运算器和控制器两大组成部分。微处理器本身不是计算机，但它是小型计算机或微型计算机的控制和处理部分。,2、 微型计算机,以微处理器为核心，加配存储部件和输入输出部件而成为微型计算机。 CPU 存储器 输入/输出接口电路（I/O接口）,微型计算机硬件结构 ,内部结构,总线(bus),功能： 用于连接CPU、内存、外存和各种I/O设备并在它们之间传输信息的一组共享的传输线及其控制电路 分类： 数据总线 地址

5、总线 控制总线,3、 微型计算机系统,以微型计算机为基础，加上外围设备、电源、系统软件等就构成微型计算机系统。软件系统与硬件系统共同构成实用的微机系统,2、嵌入式微机,以应用为中心，以计算机为基础，软件、硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机。,1、通用计算机,即单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer ） 在一片芯片上集成CPU、存储器、I/O接口等组成一台完整的微型计算机。单片机实质上就是一个芯片。,单片机为工业测控而设计，又称微控制器（Micro-controller ）。具有三高优势(集成度高、可靠性高、性价比高)。,1.

6、1.3 什么是单片机,单片机内部结构示意图,单片机应用系统,单片机应用系统由硬件和软件组成,硬件是应用系统的基础,软件是在硬件的基础上对其资源进行合理调配和使用，从而完成应用系统所要求的任务，二者相互依赖，缺一不可,注：本课程的重点,1.掌握单片机应用系统硬件的分析设计方法。,2.掌握软件设计与调试的基本技能。,单片机的特点,（1）体积小、重量轻、功耗低、功能强、性价比高。 （2）数据大都在单片机内部传送，运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高。 （3）结构灵活，易于组成各种微机应用系统。 （4）应用广泛，既可用于工业自动控制等场合，又可用于测量仪器、医疗仪器及家用电器等领域。,第一代：19747

7、6，起步阶段 特点：制造工艺落后，集成度低，采用双片形式 典型代表：美国仙童（Fairchild）公司F8系列,1.2 单片机的发展历史及发展趋势 1.2.1 单片机的发展历史 单片机的发展经历了由4位机到8位机,再到16位机的发展过程，目前8位单片机仍在广泛使用。,第二代：197678，低性能单片机阶段 特点：性能低，品种少，应用范围不广（比较简单场合） 典型代表：Intel公司的MCS-48型，8位单片机 采用8位CPU、2个 I/O口、8位定时器/计数器、简单中断，寻址小于4K，且无串行口。,第三代：197983，8位机成熟阶段 特点：资源增加，指令功能增加，品种齐全 典型代表：Inte

8、l MCS-51，MC6801，Zilog公司的 Z8系列 增加功能：串行I/O、多级中断、16定时/计数器、片内RAM/ROM增大，寻址64K，有的片内带A/D转换器接口。,第四代：1983，16位机和8位高性能机并行发展 特点：工艺先进，集成度高，速度快，内部功能强 典型代表：Intel MCS-96系列，16位单片机 增加性能：16位CPU，存储容量增大，中断能力增强、A/D等 90年代后出现32位单片机，也是微控制器的全面发展阶段。,3.按总线结构可分为总线型和非总线型。如我们常常见到的80C51单片机就是总线结构，在后面讲解单片机的内部结构时，我们就可以看到，80C51单片机内部有数

9、据总线，地址总线，还有控制总线（WR，RD，EA，ALE等）。20引脚的89C2051单片机，就是一种非总线型的。其外部的引脚很少，可使成本降低。,（1）CPU功能增强 （2）内部资源增多 （3）引脚多功能化 （4）寻址范围增加 （5）超微型化 （6）低电压和低功耗,1.2.2单片机的发展趋势,1.3 单片机应用,工业方面,民用方面,仪表方面,电讯方面,数据处理方面,汽车方面,MCS51是指由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751，8032，8052，89C51等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的

10、基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机，而8031是前些年在我国最流行的单片机，所以很多场合会看到8031的名称。,1.4 MCS-51单片机,1.4.1 MCS-51系列单片机,CPU 、ROM、RAM 、并行I/O口、串行口、定时/计数器、中断源,8051芯片主要硬件资源,MCS-51系列单片机基本型,8031 片内无 ROM， 8051 片内有4KB ROM 8751 片内有4KB EPROM,MCS-51系列单片机增强型,片内ROM、RAM的容量翻倍，定时计数器增加到3个，中断源增加到6个,8032/8052/8752,MCS-51系列单

11、片机低功耗型,80C31/80C51/89C51,1.4.2 AT89C5x系列单片机 20世纪80年代中期以后，Intel公司已把精力集中在CPU芯片的开发、研制上，并逐渐放弃了单片机芯片的生产。 但是以MCS-51为技术核心和主导的单片机已经成为许多厂家、电气公司竞相选用的对象，以此为基核。以专利或技术交换的形式把8051内核技术转让给各厂家。如：AMTEL、PHILIPS、ANALOG DEVICES、DALLAS公司。 这些厂家的兼容单片机，与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺- 80C51系列。 80C51系列：所有具有8051指令系统的单片机，不应直接称为M

12、CS-51系列单片机，MCS只是Intel公司专用的单片机系列符号,习惯把兼容机等衍生产品统称为51系列单片机或51单片机。 在8051的基础上又进行了一些扩充,称为增强型、扩展型，如52子系列单片机，功能和市场竞争力更强。,众多的MCS-51单片机及其各种增强型、扩展型衍生品种，ATMEL公司推出的AT89C5x系列，尤其是该系列中的AT89C51单片机在8位单片机应用中占有相当大的市场份额。 ATMEL公司以E2PROM技术与Intel公司的80C51内核的使用权进行交换。该公司技术优势是其闪烁（Flash）存储器技术，将Flash存储器与80C51内核相结合，形成了AT89C5x系列。 与MCS-51系列单片机在功能、引脚及指令系统方面完全兼容。又增加了一些新的功能，如看门狗定时器WDT、ISP及SPI串行接口等，,尽管AT89C5x系列单片机有多种机型，但是掌握好基本型AT89C51是十分重要的，是具有8051内核的各种型号单片机的基础，具有典型性、代表性，也是各种增强型、扩展型等衍生品种的基础。 因此，以AT89C51为51单片机的代表机型来介绍，并简写为89C51。,MCS-51单片机结构特点,1、CPU结构上的不同 具有21个颇具特色的特殊功能寄存器（SFR） 2、具有极强的布尔处理能力 3、输入/输出接口方面的特点 引脚多功能化 4、存