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1、单片机原理及应用,课程特点,学习方法,知识点既分散又连贯，结构和指令系统是基础； 与电子线路尤其是数字电子线路关系密切；,预习、复习； 多动手（硬件、软件实验）； 多看参考书(包括利用网上资料)； 其它（上课、作业、答疑）。,第一章 概述 第二章 MCS-51单片机的结构和原理 第三章 MCS-51单片机的指令系统 第四章 MCS-51单片机的程序设计 第五章 MCS-51单片机的中断系统 第六章 MCS-51单片机的串行接口 第七章 MCS-51单片机的系统扩展 第八章 MCS-51单片机的测控接口(部分),主要内容,1.1 微型计算机与单片机,计算机,巨,大,中,小,微,多片机（PC）,单
2、片机,第一章 概述,单片机SCMC(Single Chip MicroComputer) -属于微型机的一种 -具有一般微机的基本组成和功能 又称为微控制器MCU（MicroController Unit）,一、微型机与单片机的基本组成对比,微型机,CPU,存储器,输入/输出接口,微 处 理 器 CPU,ROM,RAM,I/O接口,外设,地址总线AB,数据总线DB,控制总线CB,微型机组成框图,MCS-51单片机组成框图,(1)优异的性能价格比。,二、单片机的特点,单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小
3、，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合于在恶劣环境下工作。 此外，程序多采取固化形式也可以提高可靠性。,(2)集成度高、体积小、有很高的可靠性。,为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。,(3)控制功能强。,(4)单片机的系统扩展、系统配置较典型、规 范，容易构成各种规模的应用系统。,三、单片机的应用,1单片机应用的特点 软硬件结合、多学科交叉； 应用现场环境恶劣（电磁干扰、电源波动、 冲击振动、高低温湿度等）； 应用领域广泛且意义重大（硬件软化-微控 制技术）。,2 单片机的应用领
4、域 在在工业自动化方面（过程控制、数据采集和测控 技术、机器人技术、机械电子计算机一体化技术）； 仪器仪表方面（测试仪表和医疗仪器-数字化、智能 化、高精度、小体积、低成本、便于增加显示报警和自诊断功能）； 在家用电器方面（冰箱、洗衣机、空调机、微波炉、电视机、音像设备等）； 信息和通信产品方面（计算机的键盘、打印机、磁 盘驱动器；传真机、复印机、电话机、考勤机）； 在军事方面（飞机、大炮、坦克、军舰、导弹、火箭、雷达等）。,1.2 常用单片机系列介绍,1、综述,自单片机诞生以来的近30年中，单片机已有70多个系列的近500个机种。国际上较有名、影响较大的公司及他们的产品如下所述： Intel
5、公司的MCS48、MCS51、MCS96系列； Motorola公司的6801、6802、6803、6805、68HCll系列产品； Zilog公司的Z8、Super8系列产品； 仙童(Fairchild)公司和Mostek公司的F8、3870系列产品；,NEC公司的COM87系列产品； Rockwell公司的6500、6501系列产品。 Atmel、PHILIPS 、LG等公司的51兼容机。 根据近年来国外实地考察，Intel公司的单片机在市场上占有量为67，其中MCS51系列产品又占54。在我们国内虽然上述各公司的产品均有引进，但由于各种原因，至今在我国所应用的单片机仍然是以MCS48、M
6、CS51、MCS96为主流系列。随着这一系列的深入开发，其主流系列的地位会不断巩固下去。因而我们在此主要介绍Intel公司的单片机系列。,2、MCS-51系列和AT89系列单片机,MCS-51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8031，8051，8751，8951，8032，8052，8752，8952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，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） MCS
7、-51系列,MCS-51系列单片机分类,8051,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20,40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21,P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VPD RXD/ P3.0 TXD/ P3.1 INT0/ P3.2 INT1/ P3.3 T0/ P3.4 T1/ P3.5 WR/ P3.6 RD/ P3.7 XTAL2 XTAL1 Vss,Vcc P0.0 P0.1 P0.2 P0.
8、3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/Vpp ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0,INTEL公司将MCS-51的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中89C51就是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产的。,（2）AT89系列,1.3 单片机的开发过程,这里所说的开发过程并不是一般书中所说的从任务分析开始，我们假设已设计并制作好硬件，下面就是编写软件的工作。在编写软件之前，首先要确定一些常数、地址，事实
9、上这些常数、地址在设计阶段已被直接或间接地确定下来了。如当某器件的连线设计好后，其地址也就被确定了，当器件的功能被确定下来后，其控制字也就被确定了。然后用文本编缉器编写软件，编写好后，用编译器对源程序文件编译、查错，直到没有语法错误，除了极简单的程序外，一般应用仿真机对软件进行调试，直到程序运行正确为止。,运行正确后，就可以写片（将程序固化在 EPROM中）。,源程序 ORG 0000H LJMP START ORG 040H START：MOV SP，#5FH ;设堆栈 LOOP：NOP LJMP LOOP ；循环 END ；结束,目标文件也就是最终写入EPROM的文件： 02 00 40
10、FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF 75 81 5F 00 02 00 43,仿真是单片机开发过程中非常重要的一个环节，除了一些极简单的任务，一般产品开发过程中都要进行仿真，仿真的主要目的是进行软件调试，当然借助仿真器，也能进行一些硬件排错。一块单片机应用电路板包括单片
11、机部份及为达到使用目的而设计的应用电路，仿真就是利用仿真器来代替应用电路板（称目标机）的单片机部份，对应用电路部份进行测试、调试。 仿真分软件模拟仿真和利用仿真器仿真两类。,1.4 仿真、仿真器,软件模拟仿真 是指用仿真软件来模拟单片机运行情况，一般我们学习指令系统时常用这种方式，它不能进行硬件系统的调试和故障诊断。 利用仿真器仿真 利用仿真器以及微机可以进行软硬件系统的调试和故障诊断。,在仿真调试过程中，可以以各种运行方式运行程序（断点、单步、跟踪），还可以观察到单片机内部存储器、寄存器等的状态。,演示实验一 P1口的LED显示,第二章 MCS-51系列单片机的结构和原理,有关MCS-51机
12、的性能特点，在第一章已作了简单介绍，本节将进一步详细介绍它的结构，使大家对它的性能有更深入的了解。 MCS-51的典型产品是8051、8031、8751。8051是ROM型单片机，内部有4KROM；8031无片内ROM，8751片内有4KEPROM；89C51片内有4KFPEROM。除此以外，它们的内部结构及引脚完全相同。,本章将以MCS-51系列的8051为典型例子，详细介绍单片机的结构、性能、存储器结构及工作原理等内容。通过对这些内容的掌握，可以起到举一反三、触类旁通的作用。,2.1 MCS-51单片机的结构,以8051为例给出的单片机功能方块图如下。 由图可见，在这一块芯片上，集成了一台
13、微型计算机的各个部分。其中主要有CPU、存储器、可编程I/O、定时/计数器、串行口等。各部分通过内部总线相连。,MCS-51单片机组成框图,8051的内部结构展开图,1288 RAM,RAM地址寄存器,P3口,P1口,P2口,P0口,锁存器,锁存器,锁存器,锁存器,中断控制 定时/计数器 串行I/O口,SP,寄存器B,累加器A,暂存器1,暂存器2,程序状态 字PSW,指令寄存器IR,指令译码器ID,数据指针DPTR,缓冲器,程序计数器,PC增1,程序地址寄存器AR,定时与控制,4K8 ROM,ALU,CPU,2.1.1 CPU,运算器,CPU,算术/逻辑部件ALU(Arithmetic Log
14、ic Unit),累加器ACC (Accumulator),程序状态字寄存器PSW (Program Status Word),暂存寄存器,寄存器B,控制器,定时控制与条件转移逻辑电路,程序计数器PC,指令寄存器IR,指令译码器ID,2.1.2 8051的片内存储器,8051单片机与一般微机的存储器配置方式很不相同。 一般微机通常只有一个逻辑空间，可以随意安排ROM或RAM。访问存储器时，同一地址对应唯一的存储单元，可以是ROM也可以是 RAM，并用同类访问指令。 而MCS-51则不同：,8051在物理结构上设计成程序存储器与数据存储器独立分开的哈佛结构： 片内程序存储器4KB（ROM 000
15、0H0FFFH） 片内数据存储器128B（RAM 00H7FH）,2.1.3 8051的I/O端口,8051有四个8位并行双向I/O口P0、P1、P2、P3， 一个串行口。,2.1.4 8051的特殊功能寄存器SFR,8051内部有21个特殊功能寄存器，分别 叫SP、IE、IP、PCON.（与内部RAM统 一编址80HFFH）,2.2 MCS-51单片机的存储器组织,8051在物理结构上有四个存储空间： 片内程序存储器、片外程序存储器、 片内数据存储器、片外数据存储器。,new,片外,片外,程序存储器,数据存储器,8051在逻辑上，即从用户角度上8051有三个存储空间： 片内外统一编址的程序存储器 片内外不统一编址的数据存储器 特殊功能寄存器（片内）,访问这几个不同的逻辑空间时，采用的指令： 片内外程序存储器空间-MOVC 片内数据存储器空间和SFR-MOV 片外数据存储器地址空间-MOVX,一、程序存储器及地址空间,作用-程序存储器用于存放编好的程序和表格常数。 8051片内有4K字节ROM，片外用16位地址线最多 可扩展64K字节ROM，两者是统一编址的。 如果EA端保持高电平，8051执行片内前4KB ROM地址(0000H0FFFH) 中的程序。当寻址范围超过4KB（1000HFFFFH）时，则从片外存储器取指令。 当EA端保持低电平时
