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1、单片机应用系统设计与调试,课程介绍,1. 单片机应用系统设计与调试,2. 嵌入式系统,IEEE（国际电机工程师协会）的定义， Devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants. “控制、监视或者辅助机器和设备运行的装置” 。,本章内容 1.1 什么是单片机 1.2 MCS-51内部组成及信号引脚 1.3 单片机最小系统电路 1.4 MCS-51存储器结构,第一章 单片机硬件系统,单片微型计算机SCMC（Single Chip Microcomputer）简称单片
2、机。国际上常称为微控制器MCU（Micro Controller Unit）。 单片机因将计算机的主要组成部分集成在一个芯片上而得名，具体包括中央处理单元CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、中断系统、定时器/计数器以及I/O接口电路等主要微型机部件。,1.1 什么是单片机,第一阶段（19761978）：单片机初级阶段。以Intel公司制造的MCS48系列单片机为代表。,第四阶段（1993年以后）：百花齐放阶段。,发展历史,第三阶段（19821993）：高性能单片机阶段。这是八位高性能单片机和十六位单片机并行发展的时代。以Intel公司制造的MCS96系列单片机为代表。,第二阶段（197
3、81982）：单片机完善阶段。这个阶段推出的单片机品种齐全，可以满足各种不同领域的需要。代表产品有Intel公司的MCS-51系列机、Motorola公司的6801等。,一高一低：速度越来越高，功耗越来越低。,一大一小：容量越来越大，体积越来越小。,发展趋势,纵观单片机三十多年的发展历程，可以得出单片机嵌入式系统的发展趋势。,Atmel89C系列：1051/2051/4051/51/52/58 AVR系列：AT90S1200/mega16 Philips P87LPC系列：760/761/762/764/769 P89C系列：51RA/RB/RC/RD WinbondW77系列，W78系列，
4、LGGMS90系列，GMS97系列 Siemens 80C系列：31/51/21/512/515/517/537； SAB系列：C501/502/503； AMD 80C系列：31/51/53/321/535/52T2； 87系列：8751/8753/87C51,常用单片机型号,单片机内部基本结构如图1.7所示：,单片机嵌入式系统,单片机嵌入式系统是在单片机基础上扩展其他电路或芯片构成的具有一定应用功能的计算机系统。,单片机嵌入式系统,单片机,系统硬件电路,单片机嵌入式系统,系统应用软件,单片机嵌入式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
5、而完成应用系统所要求的任务，二者相互依赖，缺一不可,单片机嵌入式系统,应用领域,日常家用电器 智能仪器仪表 机电一体化 实时控制系统 通信网络设备 其他,应用领域,目前国内外各种家用电器已经普遍用单片机代替传统的控制电路，例如洗衣机、电冰箱、空调、微波炉、电饭煲、收音机、电风扇及许多高级电子玩具都配上了单片机。,应用领域,应用领域,应用领域,智能仪表是单片机应用最多最活跃的领域之一。,采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。提高其性能价格比。精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、
6、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。,应用领域,机电一体化中的应用,应用领域,实时控制系统中的应用，工业过程控制、过程监测、航空航天、尖端武器等各种实时控制系统。用单片机进行实时系统数据处理和控制，保证系统工作在最佳状态，有利于提高系统的工作效率和产品的质量。,应用领域,通信网络设备中的应用，现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制。,应用领域,应用领域,应用领域,8051单片机的内部组成,时钟电路,CPU,ROM,RAM,T0 T1,中断系统,串行
7、接口,并行接口,P0 P1 P2 P3,TXD RXD,定时计数器,中央处理器CPU：8位，运算和控制功能,内部RAM：共256个RAM单元，用户使用前128个单元，用于存放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。,内部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表格。,定时/计数器：两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功能。,并行I/O口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。,串行口：一个全双工串行口。,中断控制系统：5个中断源（外中断2个，定时/计数中断2 个，串行中断1个）,时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHZ和12MHZ,复位电路,1.2 MCS-51
8、内部组成及信号引脚,中央处理器CPU：8位，运算和控制功能 内部RAM： 共256个RAM单元，用户使用前128个单元，用于存放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。 内部ROM： 4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表格。 定时/计数器： 两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功能。 并行I/O口： 4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。 串行口： 一个全双工串行口。 中断控制系统： 5个中断源（外中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个） 时钟电路： 可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHZ和12MHZ,8051单片机的基本组成,8051单片机信号引脚简介,P3口线的第
9、二功能,VCC,VSS,XTAL2XTAL1,RST,P0. 0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7,P1.0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7,P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0,ALE,P3.0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7,2、振荡电路：XTAL1、XTAL2,3、复位引脚：RST,4、并行口：P0、P1、P2、P3,7、ALE：地址锁存控制信号,1、电源线：VCC(+5V)、VSS(地),(1)时钟振荡电路,1.3 单片机最小系统电路,时 序,关
10、于MCS-51系列单片机的时序概念：节拍、状态、机器周期和指令周期。 1）节拍 把振荡脉冲的周期定义为节拍，用P表示，也就是晶振的振荡频率fosc。 2）状态 振荡脉冲fosc经过二分频后，就是单片机时钟信号的周期，定义为状态，用S表示。一个状态包含两个节拍，其前半周期对应的节拍叫P1，后半周期对应的节拍叫P2。 3）机器周期 MCS-51系列单片机采用定时控制方式，有固定的机器周期。规定一个机器周期的宽度为6个状态，即12个振荡脉冲周期，因此机器周期就是振荡脉冲的十二分频。 4）指令周期 执行一条指令所需要的时间。不同的指令需要的机器周期数也不同，有单周期指令、双周期指令等。,(2)复位电路
11、,单片机复位条件: 必须使RST引脚持续2微秒高电平(外部时钟12MHz),存储器,8031 8751 8051 89C51,256B（字节）,4K,1.4 MCS-51存储器结构,内部RAM,外部,(1)数据存储器,数据存储器,专用寄存器,内部RAM存储器,工作寄存器区选择位RS0、RS1,1.4 MCS-51存储器结构,注意: 一个单元地址对应有8个位地址MSBMost Significant Bit （最高有效位）LSB Least Significant Bit （最低有效位）,RAM位寻址区位地址表,在单片机的C语言程序设计中，可以通过关键字sfr来定义所有特殊功能寄存器，从而在程序
12、中直接访问它们，例如： sfr P1=0 x90; /特殊功能寄存器P1的地址是90H，对应P1口的8个I/O引脚在程序中就可以直接使用P1这个特殊功能寄存器了，下面语句是合法的： P1=0 x00; /将P1口的8位I/O口全部清0 C语言中，还可以通过关键字sbit来定义特殊功能寄存器中的可寻址位，在程序ex1_1.c中，采用了下面语句定义P1口的第0位： sbit P1_0=P10; 通常情况下，这些特殊功能寄存器已经在头文件reg51.h中定义了，只要在程序中包含了该头文件，就可以直接使用已定义的特殊功能寄存器。 如果没有头文件reg51.h，或者该文件中只定义了部分特殊功能寄存器和位
13、，用户也可以在程序中自行定义。,1.4 MCS-51存储器结构,(2)程序存储器,程序存储器,内部,外部,(PC),程序存储器资源分布,中断入口地址,1.4 MCS-51存储器结构,在单片机C语言程序设计中，用户无需考虑程序的存放地址，编译程序会在编译过程中按照上述规定，自动安排程序的存放地址。 例如：C语言是从main()函数开始执行的，编译程序会在程序存储器的0000H处自动存放一条转移指令，跳转到main()函数存放的地址；中断函数也会按照中断类型号，自动由编译程序安排存放在程序存储器相应的地址中。因此，读者只需了解程序存储器的结构就可以了。,1.4 MCS-51存储器结构,是不是真正对单片机设计开发有兴趣？,课后思考,
