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1、单片机原理与接口技术,盐城工学院 电气工程学院 单片机课程组,2,单片机概述,1.1,微型计算机系统组成,1.2,微型计算机的运算基础知识,1.3,第1章 单片机基础知识,3,1.1 单片机概述,什么是单片机? 单片机与微型计算机的关系 常用的单片机系列 单片机的应用 初识单片机控制系统 单片机实验板,4,单片机是指在一块半导体芯片上，集成了微处理器、存储器、输入/输出接口、定时器/计数器以及中断系统等功能部件，构成一台完整的微型计算机。,1.1.1 什么是单片机?,单片机实物,5,单片机可通过执行使用者编写的程序，控制芯片的各个引脚在不同的时间输出不同的电平，从而控制与单片机各个引脚相连的外
2、围电路的电气状态。所以又被称为微控制器。,6,单片机为什么可以根据程序实现灵活的运算及控制？ 依赖于其内部精妙的电路结构设计。,单片机的内部结构,在塑料基底的中央有一个微型的芯片，还有连接芯片和单片机管脚的细导线。,单片机起主要作用的是芯片部分，细导线只是起到了在芯片和管脚之间传递信号的作用。,7,1.1.2 单片机与微型计算机的关系,计算机的发展经历了从电子管、晶体管、集成电路到大规模集成电路四代的演变。微型计算机属于第四代计算机。 微型计算机的发展以微处理器的发展为特征，主要表现： (1) 芯片集成度的提高(从最初的约2000个晶体管/片发展到目前的几百万个晶体管/片)； (2) 处理器位
3、数的增加（从4位增加到64位）； (3) 时钟频率的加快(从1MHz到约几个GHz)； (4) 价格的逐渐降低等方面。,8,微型计算机有两个主要发展方向： 一是向高速度、高性能、大容量的高档微型计算机方向发展； 二是向稳定可靠、小而廉、能适应各种控制领域需要的单片机方向发展。 单片机是微型计算机发展的一个重要分支！,1.1.2 单片机与微型计算机的关系,9,1.1.3 常用的单片机系列,MCS-51系列及与之兼容的8051系列单片机 Atmel公司的AVR系列 Microchip公司的PIC系列 Motorola公司的单片机 TI公司的MSP430系列单片机 基于ARM核的32位单片机,07:
4、33,10,1. 8051单片机,MCS-51系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的高性能单片机。 型号：8051、8751、8031、8032、8052等。 其中8051是最典型的产品，其它单片机都是在8051的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MCS-51系列单片机。 20世纪80年代中期Intel公司将MCS-51的核心技术授权给了很多其他公司，如：Atmel、Philips、STC、Siemens、Winbond等，这些厂商生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机，这些单片机的系统结构与8051相同，并
5、且都采用CHMOS工艺，因而常用80C51系列来称呼它们。,11,表1-1 不同制造厂商的80C51单片机型号列表,12,Atmel单片机实物图,单片机芯片 AT89C51 AT89S51 AT89S52 AT89C2051,双列直插式 (Dual In-line Package) 封装,13,STC单片机实物图,塑料扁平式PQFP/TQFP (Plastic Quad Flat Package)封装,带引线的塑料芯片封装 PLCC44(Plastic Leaded Chip Carrier),双列直插式DIP40 (Dual In-line Package)封装,07:33,14,STC公司
6、8051单片机芯片的命名规则,15,2. Atmel公司的AVR系列,AVR系列单片机是1997年Atmel公司为了充分发挥其Flash的技术优势，而推出的全新配置的精简指令集(Reduced Instruction Set Computer ，简称RISC)单片机。 该系列单片机一进入市场，就以其卓越的性能而大受欢迎。通过这几年的发展，AVR单片机已形成系列产品，其Attiny系列、AT90S系列与Atmega系列分别对应为低、中、高档产品(高档产品含JTAG ICE仿真功能)。,16,3. Microchip公司的PIC系列,Microchip单片机是市场份额增长最快的单片机。它的主要产品
7、是PIC系列8位单片机，它的CPU是采用了精简指令集(RISC)结构的嵌入式微控制器，其高速度、低电压、低功耗、大电流LCD驱动能力和低价位OTP技术等都体现出单片机产业的新趋势。 PIC 8位单片机产品共有3个系列，即基本级、中级和高级。用户可根据需要选择不同档次和不同功能的芯片。,07:33,17,4. Motorola公司的单片机 (飞思卡尔公司-恩智浦(NXP)半导体公司),Motorola公司是世界上最大的单片机厂商，该公司的特点是品种全、选择余地大、新产品多，在8位机方面有68HC05和升级产品68HC08，68HC05有30多个系列，200多个品种，产量已超过20亿片。8位增强型
8、单片机68HC11也有30多个品种，年产量在1亿片以上。升级产品有68HC12。16位机68HC16也有10多个品种。32位单片机的683XX系列也有几十个品种。 Motorola单片机特点之一是在同样速度下所用的时钟频率较Intel类单片机低很多，因而使得高频噪声低，抗干扰能力强，更适合用于工控领域及恶劣的环境。Motorola 8位单片机过去的策略是以掩膜为主，最近推出了OTP计划以适应单片机发展新趋势。在32位机上，M.CORE在性能和功耗方面都胜过ARM7。 由于Motorola单片机产品以前主要是以掩膜为主，不太适合于教学，所以没有被选做教学用机型。,18,5. TI公司MSP430
9、系列单片机,TI公司MSP430系列单片机是超低功耗Flash型单片机，有“绿色微控制器(Green MCUs)”称号，是目前单片机业界所有内部集成闪速存储器(Flash ROM)产品中功耗最低的，消耗功率仅为其他闪速微控制器(Flash MCUs)的1/5。在3V工作电压下其耗电电流低于350A/MHz，待机模式仅为1A/MHz，具有5种节能模式。 MSP430 微控制器可广泛地应用于煤气表、水表、电子电度表、医疗仪器、火警智能探头、通信产品、家庭自动化产品、便携式监视器及其他低耗能产品。由于MSP430微控制器的功耗极低，可设计出只需一块电池就可以使用长达10年的仪表应用产品。MSP430
10、 Flash系列的确是不可多得的高性价比单片机。,19,6. 基于ARM核的32位单片机,ARM ( Advanced RISC Machine )是一种通用的32位RISC处理器。32位是指处理器的外部数据总线是32位的，与8位和16位的相同主频处理器相比性能更强大。 ARM是一种功耗很低的高性能处理器，如ARM7 TDMI具有每瓦生产690MIPS(Millions Instruction Per Second，百万条指令/秒)的能力，已被证明在工业界处于领先水平。 ARM公司并不生产芯片，而是将ARM的技术授权其他公司生产。ARM本质并不是一种芯片，而是一种芯片结构技术，不涉及芯片生产工
11、艺。 授权生产ARM结构芯片的公司采用不同的半导体技术，面对不同的应用进行扩展和集成，标有不同的系列号。,20,6. 基于ARM核的32位单片机,目前可以提供含ARM核CPU芯片的著名半导体公司有：Intel、TI、三星半导体、摩托罗拉、飞利浦半导体、意法半导体、亿恒半导体、科胜讯、ADI公司、安捷伦、高通公司、Atmel、Intersil、Alcatel、Altera、Cirrus Logic、Linkup、Parthus、LSI Logic、Micronas等。ARM的应用范围非常广泛，如嵌入式控制汽车、电子设备、保安设备、大容量存储器、调制解调器、打印机，数字消费产品数码相机、数字式电视
12、机、游戏机、GPS、机顶盒、便携式产品手提式计算机、移动电话、PDA、灵巧电话。,21,1.1.4 单片机的应用,单片机属于数字控制类芯片，目前其应用领域已非常广泛，典型应用如下： 1. 工业自动化。如数据采集、测控技术。 2. 智能仪器仪表。如数字示波器、数字信号源、数字万用表、感应电流表等。 3. 消费类电子产品。如洗衣机、电冰箱、空调机、电视机、微波炉、IC卡、汽车电子设备等。 4. 通信方面。如调制解调器、程控交换技术、手机等。 5. 武器装备。如飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、鱼雷制导、智能武器等。,22,1.1.5 初识单片机控制系统,通过一个单片机最简应用项目使一个发光二极管闪
13、烁的控制系统的设计与制作，引导大家认识单片机控制系统，初步了解单片机控制系统的设计流程。,项目分析,系统框图,23,(1) 单片机 (2) 电源(+5V) (3) 晶振 (4) 复位电路 构成了真正可使用的单片机最小应用系统,2. 系统硬件设计,一个发光二极管闪烁的单片机控制系统,24,# include /52系列单片机头文件 sbit D1=P10; /声明单片机P1口的第一位 unsigned int i,j; /声明无符号整型变量i，j void main() /主函数 while(1) /大循环 D1=0; /点亮发光二极管 D1 for (i=50;i0;i-) /延时500ms
14、for (j=125;j0;j-) ; D1=1;/关闭发光二极管D1 for (i=50;i0;i-) 延时500ms for (j=125;j0;j-) ; ,3.系统软件设计,25,(1) 软件程序需通过专用软件(如第2章2.2节介绍的keil软件)在PC机上进行编辑、调试，编译后生成二进制代码程序。 (2) 再采用USB转串口转换器及ISP软件(本书2.4节详细介绍)完成二进制代码程序从PC机到单片机的下载。,4.软件下载步骤,程序从PC机到单片机的下载示意图,(3) 然后程序在单片机中运行，就会得到二极管D1亮灭闪烁的效果。,26,5. 实物制作过程,27,1.1.6 单片机实验板,
15、1.1.5节介绍了单片机控制一个发光二极管闪烁的系统的设计和制作过程，这是一个最简单的单片机控制系统，各类复杂的单片机控制系统都可以看成在这个系统上扩展而成的。 后续各章会介绍许多单片机控制系统实例，如LED流水灯、数码管控制、交通灯、键盘控制、液晶显示等，为了看到单片机的真实运行效果，提高学习效率，本课程组老师开发了可以完成各章实例的印刷电路实验板。,28,1.1.6 单片机实验板,实验板的电路原理图见教材附图B-1，实验板实物见教材附图B-2所示。,在实验板上运行一个发光二极管闪烁的效果图,29,单片机学习网站,http:/www.icourse163.org/spoc/course/YC
16、IT-1002100002 中国大学MOOC Proteus从入门到精通 天祥电子 http：/ 51单片机学习网 http：/ 广州周立功单片机 http：/ Philips公司 http：/ Intel公司 http：/ Motorola公司 http：/ 凌阳大学计划,30,单片机原理与接口技术课程学习方法,1 学习本课程应硬件、软件兼顾并重，既要注意单片机 的结构、原理，也要注意其语句和程序，做到两者融会 贯通，能够将两者相互渗透。,2 会组成单片机应用系统。学习时对单片机扩展用到的芯 片、接口、以及各种应用实例(环节)须给予足够的重视。,3 学习本课程时，宜结合习题、实验、课程设计，以提高 学习质量，巩固和扩大学习收获。,4 总学时 56+S16 周学时4（1-14周）,31,考核方法和
