【2017年整理】第1章 单片机基础知识

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1、04:31 1 第一章 单片机基础知识 04:31 2 内容 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 04:31 3 1.1 单片机概述 1.1.1 什么是单片机 ? 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。 单片机实物图 1 04:31 4 单片机实物图 (2) 单片机芯片 AT89C51 AT89S51 AT89S52 AT89C2051 双列直插式 DIP40 (Dual In-line Package)封装 04:31 5 单片机实物图 (3

2、) 单片机芯片 STC89C52 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) 04:31 6 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： 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 )； 处理器位数 的增加（从 4位增加到 64位）； 时钟频率 的加快

3、 (从 1MHz到约几个 GHz)； 价格 的逐渐降低等方面。 04:31 7 1.1.2 单片机与微型计算机的关系 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！ 04:31 8 1.1.3 常用的单片机系列 MCS-51系列及与之兼容的 80C51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 MSP430系列单片机 基干 ARM核的 32位单片机 04:31 9 M

4、CS-51系列及与之兼容的 80C51系列单片机 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 MC

5、S-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，并且都采用 CHMOS工艺，因而常用 80C51系列来称呼它们。 04:31 10 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 J

6、TAG ICE仿真功能 )。 04:31 11 Microchip公司的 PIC系列 Microchip单片机是市场份额增长最快的单片机。它的主要产品是 PIC系列 8位单片机，它的 CPU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 。 04:31 12 Motorola公司的单片机 (现在的飞思卡尔公司 ) 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

7、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

8、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。 04:31 13 TI公司 MSP430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。 该系列产品的工作温度范围为 -40

9、oC 85oC，可满足工业应用要求。 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 Flash系列的确是不可多得的高性价比单片机。 04:31 14 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

10、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。 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

11、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 。 04:31 15 1.1.4 单片机的应用 单片机属于控制类数字芯片，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

12、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、小灵通等。 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。 04:31 16 (1) 单片机 (2) 电源 (3) 晶振 (4) 复位电路 就构成了真正可使用的单片机最小应用系统 1.1.5 一个简单的单片机控制系统实例 系统硬件设计 点亮一个发光二极管的单片机控制系统 04:31 17 系统软件设计 /*点亮一个发光二极管的程序 */ #include /包含 52系列单片机头文件 s

13、bit led1=P10; /声明单片机 P1口的第一位， P1.0的位名称位 led1 void main() /主程序 led1=0; /* P1.0口输出低电平，点亮 LED发光二极管 while(1); /程序运行到此处停止 04:31 18 配套教材 单片机原理及应用 张兰红等编 机械工业出版社 2012.7 04:31 19 预备知识：元器件实物图 单片机芯片 AT89C51 AT89S51 AT89S52 AT89C2051 04:31 20 通信芯片 MAX232CPE 时钟芯片 DS1302 04:31 21 EEPROM 24C02 温度传感器 18B20 AD变换器 08

14、32 稳压片 78L05 04:31 22 晶 振 电阻和排电阻 04:31 23 瓷片小电容 零压力插座 万用焊接板 仪器盒 04:31 24 步进电机 04:31 25 液晶字符显示屏 液晶图形点阵显示屏 04:31 26 拨动开关 04:31 27 红外遥控用 发射接受一体管 继电器 04:31 28 04:31 29 各类接插件 04:31 30 遥控组件 超声波发射接受头 04:31 31 双路遥控组件 04:31 32 长距离遥控器 3000 4000M 04:31 33 8 8二极管点阵 八段数码管 04:31 34 B电气 05-吴欣 -单片机控制的 GPS定位信息显示器系统

15、04:31 35 B电气 06-张新文 -单片机控制的超声波测距器 04:31 36 BMZ电气 061-邵 轩 -单片机控制的交通灯系统 04:31 37 BMZ电气 061-于祥键 -单片机控制的步进电机系统 04:31 38 B电气 07-单片机课程设计作品 04:31 39 1.2 微型计算机系统组成 计算机的基本结构 微型计算机系统组成 微型计算机硬件 微型计算机软件 04:31 40 1.2 微型计算机系统组成 1.2.1 计算机的基本结构 数 据 数 据数 据外 围 设 备接 口C P U主 机内 存输 入 命 令输 出 命 令操 作命 令存 取命 令输 入 设 备输 出 设 备运 算 器存 储 器控 制 器指令计算机的基本结构 运算器： 是计算机处理信息的主要部件。 控制器： 产生一系列控