单片机原理与应用_学林单片机

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1、1 51单片机及其应用 2 1.1 电电子计计算机的发发展概述 v1.1.1 电电子计计算机的问问世及其经经典结结构 1946年2月15日 ，第一台电子数 字计算机问世， 这标志着计算机 时代的到来。 （ CALCULATOR ） ENIAC （“埃尼阿克”） 3 与现代的计算机相比，有许多不足，但它 的问世开创了计算机科学技术的新纪元，对 人类的生产和生活方式产生了巨大的影响 。 ENIAC是电子管计算机，时钟频率仅有100 KHz，但能在1秒钟的时间内完成5000次加法 运算。 4 匈牙利籍数学家冯诺依曼在方案的设计上做出 了重要的贡献。1946年6月，他又提出了“程序存 储”和“二进制运

2、算”的思想，进一步构建了计算机 由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设 备组成这一计算机的经典结构。 （EDVAC-ELECTRONIC DISCRETE VARIABLE AUTOMATIC COMPUTER） 5 电子计算机技术的发 展，相继经历了五个时代 ： 电子管计算机； 晶体管计算机； 集成电路计算机； 大规模集成电路计算机； 超大规模集成电路计算机。 计算机的结构仍然没有突破冯诺依曼提 出的计算机的经典结构框架。 6 二、微型计算机的应用形态 从应用形态上，微机可以分成三种： 多板机（系统机） 将CPU、存储器、I/O接口电路和总线接 口等组装在一块主机板（即微机主板）。各 种

3、适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源 、软/硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内， 再配上系统软件，就构成了一台完整的微型 计算机系统（简称系统机）。 工业PC机 也属于多板机。 7 单板机 将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片 和简单的I/O设备（小键盘、LED显示器）等 装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序 （固化在ROM中），就构成了一台单板微型 计算机（简称单板机）。 单单板机 8 单板机的I/O设备简单，软件资 源少，使用不方便。早期主要用 于微型计算机原理的教学及简单 的测控系统，现在已很少使用。 9 单片机 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器 、I/O接口电路，从而构成了

4、单芯片微型计算机， 即单片机。 三种应用形态的比较 ： 单单板机单单片机 系统统机（多板机） 10 系统机（桌面应用）属于通用计算机， 主要应用于数据处理、办公自动化及辅助 设计。 单片机（嵌入式应用）属于专用计算机 ，主要应用于智能仪表、智能传感器、智 能家电、智能办公设备、汽车及军事电子 设备等应用系统。 单片机体积小、价格低、可靠性高，其 非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应 用需求具有独特的优势。 11 1.2 单单片机的发发展过过程及产产品近况 1.2.1 单单片机的发发展过过程 单单片机技术发术发 展过过程可分为为三个主要阶阶段 ： 单单芯片微机形成阶阶段 1976年，Intel公

5、司推出了MCS-48系列单单片 机 。8位CPU、1K字节节ROM、64字节节RAM、 27根I/O线线和1个8位定时时/计计数器。 特点是：存储储器容量较较小，寻寻址范围围小（ 不大于4K），无串行接口，指令系统统功能不强 。 12 性能完善提高阶段 1980年，Intel公司推出了MCS-51系列单 片机：8位CPU、4K字节ROM、128字节 RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2 个16位定时/计数器。寻址范围64K，并有控 制功能较强的布尔处理器。 特点是：结构体系完善，性能已大大提高 ，面向控制的特点进一步突出。现在，MCS -51已成为公认的单片机经典机种 。 13 微控制器

6、化阶段 特点是：片内面向测控系统外围电路增强， 使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控 系统及设备。 “微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。 1982年，Intel推出MCS-96系列单片机。 芯片内集成：16位CPU、8K字节ROM、232 字节RAM、5个8位并口、1个全双工串行口、2 个16位定时/计数器。寻址范围64K。片上还有8 路10位ADC、1路PWM输出及高速I/O部件等。 14 1.2.2 单单片机产产品近况 ATMEL公司融入Flash存储储器技术术的AT89系列； Philips公司的80C51、80C552系列； 华华邦公司的W78C51、W77C51高速低价系列；

7、 ADI公司的ADC8xx高精度ADC系列； LG公司的GMS90/97低压压高速系列； Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列； Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单单片机。 80C51系列单单片机产产品繁多，主流地位已 经经形成，近年来推出的与80C51兼容的主要产产 品有： 15 非80C51结构单片机新品不断推出，给用 户提供了更为广泛的选择空间 ，近年来推出的 非80C51系列的主要产品有： Intel的MCS-96系列16位单片机 ； Microchip的PIC系列RISC单片机 ； TI的MSP430F系列16位低功耗单片机 。 16 1.3 单单片机

8、的特点及应应用领领域 1.3.1 单单片机的特点 近期推出的单单片机产产品，内部集成有高速I/O口 、ADC、PWM、WDT等部件，并在低电压电压 、低功耗、 串行扩扩展总线总线 、控制网络总线络总线 和开发发方式（如在 系统编统编 程ISP）等方面都有了进进一步的增强。 控制性能和可靠性高 实时实时 控制功能特别别强，其CPU可以对对I/O端口直接 进进行操作，位操作能力更是其它计计算机无法比拟拟的 。另外，由于CPU、存储储器及I/O接口集成在同一芯 片内，各部件间间的连连接紧紧凑，数据在传传送时时受干扰扰 的影响较较小，且不易受环环境条件的影响，所以单单片 机的可靠性非常高。 17 体积

9、小、价格低、易于产品化 单片机芯片即是一台完整的微型计算机， 对于批量大的专用场合，一方面可以在众多 的单片机品种间进行匹配选择；同时还可以 专门进行芯片设计，使芯片的功能与应用具 有良好的对应关系；在单片机产品的引脚封 装方面，有的单片机引脚已减少到8个或更少 。 从而使应用系统的印制板减小、接插件减 少、安装简单方便。 18 1.3.2 单单片机的应应用领领 域 智能仪仪器仪仪表 单单片机用于各种仪仪器仪仪表，一方面 提高了仪仪器仪仪表的使用功能和精度， 使仪仪器仪仪表智能化，同时还简时还简 化了仪仪 器仪仪表的硬件结结构，从而可以方便地 完成仪仪器仪仪表产产品的升级换级换 代。如各 种智

10、能电电气测测量仪仪表、智能传传感器等 。 19 机电一体化产品 机电一体化产品是集机械技术、微电 子技术、自动化技术和计算机技术于一 体，具有智能化特征的各种机电产品。 单片机在机电一体化产品的开发中可以 发挥巨大的作用。典型产品如机器人、 数控机床、自动包装机、点钞机、医疗 设备、打印机、传真机、复印机等。 20 实时工业控制 单片机还可以用于各种物理量的采集 与控制。电流、电压、温度、液位、流 量等物理参数的采集和控制均可以利用 单片机方便地实现。在这类系统中，利 用单片机作为系统控制器，可以根据被 控对象的不同特征采用不同的智能算法 ，实现期望的控制指标，从而提高生产 效率和产品质量。典

11、型应用如电机转速 控制、温度控制、自动生产线等 。 21 分布式系统的前端模块 在较复杂的工业系统中，经常要采 用分布式测控系统完成大量的分布参数 的采集。在这类系统中，采用单片机作 为分布式系统的前端采集模块，系统具 有运行可靠，数据采集方便灵活，成本 低廉等一系列优点。 22 家用电器 家用电器是单片机的又一重要应用 领域，前景十分广阔。如空调器、电 冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设 备、高档玩具等。 另外，在交通领域中，汽车、火车 、飞机、航天器等均有单片机的广泛 应用。如汽车自动驾驶系统、航天测 控系统、黑匣子等 。 23 2.1 80C51系列概述 2.1.1 MCS-51系列 （1

12、）MCS-51是Intel公司生产产的一个单单 片机系列名称。属于这这一系列的单单片机有 多种，如： 8051/8751/8031； 8052/8752/8032； 80C51/87C51/80C31 80C52/87C52/80C32等 。 24 （2）该系列生产工艺有两种： CHMOS是CMOS和HMOS的结合，既保 持了HMOS高速度和高密度的特点，还具有 CMOS的低功耗的特点。在产品型号中凡带 有字母“C”的即为CHMOS芯片，CHMOS芯 片的电平既与TTL电平兼容，又与CMOS电 平兼容。 一是HMOS工艺（高密度短沟道MOS工艺 ）。二是CHMOS工艺（互补金属氧化物的 HMO

13、S工艺）。 25 （3）在功能上，该系列单片机有基本型 和增强型两大类： 增强型： 8052/8752/8032 80C52/87C52/80C32 基本型： 8051/8751/8031 80C51/87C51/80C31 26 （4）在片内程序存储器的配置上， 该系列单片机有三种形式，即掩膜 ROM、EPROM和ROMLess(无片内 程序存储器)。如： 80C51有4K字节的掩膜ROM； 87C51有4K字节的EPROM ； 80C31在芯片内无程序存储器。 27 2.1.2 80C51系列 Intel的：80C31、80C51、87C51，80C32 、80C52、87C52等； AT

14、MEL的：89C51、89C52、89C2051等 ； Philips、华华邦、Dallas、 Siemens(Infineon)等公司的许许多产产品 。 80C51是MCS-51系列中CHMOS工艺艺的 一个典型品种 ；其它厂商以8051为为基核开 发发出的CMOS工艺单艺单 片机产产品统统称为为 80C51系列。当前常用的80C51系列单单片机 主要产产品有： 28 2.1.3 80C51典型产产品资资源配置 29 学单片机需要具备的条件 v与以前所学的知识关联很少； v对器件的概念基本上是从0开始； v如果要用C语言编程，需具备一定的C语言基 础； v所有人都站在了同一起跑线上； 30

15、v#include vunsigned char Flag = 0x3f; vmain( ) v v P1 = 0x55; While(1) if(Flag = 0) Flag = 0x3f; P1 = P1; v 31 v org0000h v jmpmain v org0100h vmain:movp1,#55h vamain:mov r0,#3fh vloop:djnzr0,loop v cpla v movp1,a v jmpamain v end 32 8位CPU 4kbytes 程序存储器(ROM) (52为8K) 256bytes的数据存储器(RAM) （52有384bytes的

16、RAM） 32条I/O口线 111条指令，大部分为单字节指令 21个专用寄存器 2.2.2单片机的主要功能 33 v 2个可编程定时/计数器 5个中断源，2个优先级 （52有6个） 一个全双工串行通信口 外部数据存储器寻址空间为64kB 外部程序存储器寻址空间为64kB 逻辑操作位寻址功能 双列直插40PinDIP封装 单一+5V电源供电 34 2.3.2 80C51的引脚封装 总线型非总线型 35 36 vCPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括 中断系统和部分外部特殊功能寄存器； vRAM：用以存放可以读写的数据，如运算的 中间结果、最终结果以及欲显示的数据； vROM：用以存放程序、一些原始数据和表格 ； vI/O口：四个8位并行I/O口，既可用作输入， 也可用作输出； vT/C：两个定时/记数器，