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1、单片机原理与接口技术,教材说明,“十五”规划教材 单片机原理及接口技术 -胡建 主编 刘玉宾 朱焕立 等编著 2005年 机械工业出版社,参考资料,1， 单片机实用教程 -胡健 兵器工业出版社 2001 2，单片机应用程序设计基础 -周行慈 北京航空航天大学出版社 1991 3，单片机基础 -李广弟 北京航空航天大学出版社 2001 4，单片机原理及接口技术 -李朝青 北京航空航天大学出版社 1999,本课主要内容及课时安排,总讲课课时 学时 第一章：计算机基础知识 （ 0课时） 主要讲述计算机的基础知识，包括各种数制相互转换、带符号二进制的编码机器运算；单片机的概念、发展状况、应用领域及嵌入
2、式系统的概念 第二章：MCS-51单片机结构和原理 （8课时） 介绍51单片机内部结构，重点介绍单片机的存储组织、并行IO接口、时钟电路及典型CPU时序，最后介绍单片机的工作方式 第三章：MCS-51单片机的指令系统和C51语言（8课时） 51单片机的111条指令的分类、寻址方式、伪指令及使用中的注意事项 第四章：汇编语言程序设计基础 （0课时） 介绍汇编语言程序结构，汇编语言的编辑与汇编,第五章： MCS-51中断系统 （3 课时） 主要介绍单片机中的中断控制、中断处理过程以及外部中断的应用 第六章：MCS-51单片机的定时/计数器 （ 3课时） 介绍单片机内部的定时与计数功能、相关寄存器以
3、及定时器的4种工作方式；最后介绍定时器的综合应用 第七章：MCS-51单片机系统扩展 （ 0 课时） 先对51单片机系统扩展进行概述，然后分别介绍程序存储器的扩展、数据存储器的扩展、IO接口的扩展并举例说明 第八章：人-机通道配置与接口技术 （0课时） 介绍单片机的显示接口技术（LED）和键盘扫描/动态显示接口电路。,第九章：系统前向、后向通道配置及接口技术（0课时） 主要对51单片机中的A/D、D/A转换器的原理、技术指标及应用进行设计举例 第十章：串行接口技术（4课时） 介绍单片机与外界进行通信的串口技术，主要说明其串行口工作方式，单片机与PC通信的方法。最后举实例进行说明 第十一章：单片
4、机应用系统设计 （0课时） 主要是从应用系统的设计过程、硬件抗干扰技术、故障及自恢复程序设计等三方面来介绍单片机应用系统设计,第1章 计算机基础知识,1.1 数制与编码 1.2 单片机与嵌入式系统,1.2 单片机与嵌入式系统,1.2.1 单片机的概念 单片机（Single Chip-Microcomputer)又称为微控制器（Microcomputer），其最基本的结构是将CPU和计算机外围功能单元，如存储器、IO口、定时器/计数器、中断系统等集成在一个芯片上构成的。虽然单片机只是一个芯片，但无论从组成还是功能上看，它都具有了微机系统的特征。,1.2.2 单片机的发展 1971年微处理器研制成
5、功。1974年，美国FairChild公司研制出世界上第一台单片机微型计算机F8。该机由两块集成电路芯片组成，具有与众不同的指令系统，深受民用电器及仪器仪表领域的欢迎和重视。 从此，单片机开始了迅速发展，应用领域也在不断扩大。 1976年INTEL公司推出了MCS-48系列的8位单片微型计算机，它以体积小、功能全、价格低等优点，赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础。成为单片机发展过程中的一个重要阶段。 代表产品有INTLEL 公司的MCS-51系列单片机，MOTOROLA公司的MC6801，MC6802系列机，zilog公司的Z-8系列机，TI公司的TMS7000系列等。,此后，又在8位
6、单片机的基础上，发展了16位单片机。,目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展那，但以MCS-51为主的8位单片机仍然占单片机的主导地位。单片机的应用从根本上改变了传统的控制系统的设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在已经使用单片机通过软件的方式实现了。这种由软件取代硬件的并能提高系统性能的控制技术，称之为微控制技术。随着单片机应用的推广和普及，微控制技术必将不断发展，日益完善，更加充实。,1.2.3单片机的应用领域 单片机具有体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等优点，故可以广泛用于国民经济的各个领域，对各行各业的技术改造和产品更新换代起到了推动作用。从应用
7、规模来分，单片机应用系统常分为简单应用系统、常规应用系统和高级应用系统三类。 其中，简单应用系统是指它在家用电器或仪器仪表中的应用，其特点是没有人机对话功能，程序和运行参数均可以固化在ROM中。常规应用系统作用于过程控制，通常配有一个键盘和若干个IO端口，用以实现对被控对象进行监视和控制；高级应用系统是指单片机在分布式计算机系统或计算机网络中的应用；在这类应用系统中，单片机通常用作前置（下位）机，而后台（上位）机一般是一台系统机或网络 工作站。,（1）单片机在直接数字控制系统中的应用,人工监督 给定值 测量值,反多路开关,生产过程,多路开关,A/D,检测元件,单片机,D/A,（2）单片机在分布
8、式控制系统中的应用,厂级管理计算机,商品信息,市场信息,生产信息,车间监督计算机（scc）,车间监督计算机（scc）,设备控制级DDC,设备控制级DDC,设备控制级DDC,设备控制级DDC,过程A,过程N,过程A,过程N,MIS级,SCC级,DDC级,1.2.4 嵌入式系统 所谓嵌入式系统，就是以嵌入式应用为目的的计算机系统。由于被嵌入对象的体系结构、应用环境要求不同，因此嵌入式系统也有很多类型。 主要分为两类：一类是独立使用的计算机系统；另一类是嵌入式计算机系统。,第2章 MCS-51单片机结构和原理,2.1 单片机内部组成及引脚功能 2.2 布尔处理机 2.3 存储器组织 2.4 并口IO
9、口电路结构及应用特性 2.5 时钟电路与CPU时序 2.6 MCS-51单片机工作方式,2.1 单片机内部组成及引脚功能 MCS-51系列单片机有三种基本产品：8051、8751和8031，它们具有相同结构和性能，唯一差别就是内部程序存储器有所不同。其中8051是ROM型单片机，内涵4KB掩膜ROM；8751片内含有4KB的EPROM；而8031片内无程序程序存储器。MCS-51的典型产品是8051，所以本章将以8051为例对单片机的结构和原理进行介绍。,2.1 MCS-51单片机内部结构,时钟电路,4KROM 程序存储器,256BRAM 数据存储器,2X16位 定时/计数器,CPU 处理器,
10、并行接口,串行接口,中断系统,T0,T1,内总线,/INT0,/INT1,P0 P1P2 P3,TXD RXD,图 2-1 MCS-51单片机结构框图,MCS-51单片机的主要性能和特点,微处理器： 一个8位的微处理器。包括以下两部分: （1）运算器ALU： 进行算术或逻辑运算的部件； （2）控制器： 用来控制计算机工作的部件； 内部数据存储器RAM：256B(128B的RAM+21B的SFR) ； 内部程序存储器ROM ( 以8051为例 )：4K的存储容量； 定时/计数器：2个16位的定时/计数器； 8位并行输入输出端口：P0、P1、P2和P3均可作输入输出口； 串行口：全双工的端口（RX
11、D：接收端，TXD发送端）； 中断控制系统：设有5个中断源（/INT0,/INT1,T0,T1,串行口中断）； 时钟电路：内部有时钟电路，但需要外接石英晶体和微调电容，时钟电路为单片机时钟脉冲序列；,2.1.2 MCS-51的引脚功能,MCS-51采用40引脚DIP封装形式,VCC RST XTAL1 XTAL2 /EA /PSEN ALE P3口 RXD TXD /INT0 /INT1 T0 T1 /WR /RD GND,8051,P1.0 1,P1.1 2,P1.2 3,P1.3 4,P1.4 5,P1.5 6,P1.6 7,P1.7 8,RST/VPD 9,RXD/P3.0 10,TXD
12、/P3.1 11,/INT0/P3.2 12,/INT1/P3.3 13,T0/P3.4 14,T1/P3.5 15,/WR/P3.6 16,/RD/P3.7 17,XTAL2 18,XTAL1 19,VSS 20,40 VCC,39 P0.0/A0/D0,38 P0.1/A1,37 P0.2/A2,36 P0.3/A3,35 P0.4/A4,34 P0.5/A5,33 P0.6/A6,32 P0.7/A7/D7,31 /EA,30 ALE,29 /PSEN,28 P2.7/A15,27 P2.6/A14,26 P2.5/A13,25 P2.4/A12,24 P2.3/A11,23 P2.2/
13、A10,22 P2.1/A9,21 P2.0/A8,30pF,30pF,XTAL1,XTAL2,P0,P1,P2,10uF,8.2K,RST/VPD,VCC,VSS,图2-2 MCS-51单片机引脚图及逻辑图,MCS-51单片机的引脚定义 1，主电源引脚 :Vcc(+5V- 40脚)和Vss(GND 20脚); 2，外接晶体引脚：XTAL1（19脚）、XTAL2（18脚），只要在这两脚之间接入一个晶体震荡器，单片机就可以以此晶体的频率开始工作。常用的晶体频率有0-24M，频率越高，单片机的工作速度就越快，但单片机的功耗就要增加。 3，控制或与电源复用引脚： RST/Vpd（9脚）：在系统上电震
14、荡器开始工作时， 在内部加在此引脚上有一个两个时钟周期的高电平使单片机复位。但为了使系统复位可靠，建议外加 一个上电复位电路，延长复位的时间。当单片机掉点时，此引脚可以接入备用电源向单片机内部的RAM供电，以防止RAM中的数据丢失。,ALE/PROG（30脚）：低8位地址锁存器使能输出端。当CPU访问外部存储器时，ALE可向低8位地址锁存器输出所存控制信号；当不访问外部存储器时，ALE端仍以时钟振荡频率的1/6固定的输出正脉冲。对于EPROM型的单片机,此脚还是用于写程序时，输入编程脉冲。 /PSEN（29脚）：外部程序程序存储器的选通信号。当单片机使用外部程序存储器时，此脚在一个机器周期内产
15、生两次负脉冲。注意，访问外部数据存储器时，此信号无效。 /EA / Vdd （31脚）：外部程序存储器的选择端控制端：当此脚加入“1”电平是，单片机使用内部的程序存储器；当EA加入低电平时，系统只使用外部的程序存储器。 但要特别注意：如果EA=1既使用单片机内部的程序存储器时，如果程序计数器PC的值超过0FFFH时，单片机将自动转向外部程序存储器1000H开始的单元。,4，并行输入输出端口引脚（P0-P3） P0.0 - P0.7 P0端口线(39-32脚)：输出能力最强的端口，可以带动8个TTL负载。驱动一个MOS负载时，应接一个10K左右的上拉电阻。如果系统使用外接存储器时，该口还作为地址（低八位）总线和数据总线，注意在这种情况下，P0口就不能通用的I/O端口。 P1.0 - P1.7 P1端口线(1 8脚)：是一个带内部上拉电阻的8位准双向IO端口。 P2.0 P2.7 P2端口线(21 28脚)：是一个带内部上拉电阻的8位准双向IO端口。 除了做通用I/O端口外，当系统使用外接存储器时，该口还作
