单片机课件第1章

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1、单片机原理及接口技术主 讲：康科锋一、课程简介 授课对象：电子07(1-4)四年制本科生； 课程性质：专业类必修课 与其它课程的联系： 先修课程：数字电子技术、微机原理及应用后续课程：微机接口技术、计算机数据通信学时安排 共72学时: 讲课56学时 实验16学时 实验 地点：8号实验楼4楼计算机控制实验室星期 一星期二星期三星期四星期五1234单片机原 A-304 1-14单片机原 A-304 1-1456二、课程任务及要求 学什么？ 原理：普遍的或基本的规律 学习89C51单片机的硬件基本结构、存储器组织、 定时器/计数器、中断系统、串行及并行接口，指 令系统以及汇编语言程序设计，并通过实例

2、了解 单片机应用系统设计和研制的一般方法与步骤。应用：以应用为目的、注重实践 为什么学？重要性 / 实用性 考试通过 实际工作中应用 怎么学？课前预习上课认真听讲认真完成作业认真做实验、写好实验报告 教材及主要参考书 教材： 单片机原理及接口技术 温宗周 参考书： 很多 单片机原理及接口技术（第3版）， 李朝清，北京航空航天大学出版社，2005 单片微型计算机原理与接口技术， 高锋，科技出版社 单片机微型计算机原理与应用 胡乾滨、李光斌等编著， 华中理工大学出版社第1章单片计算机概述1.1 微处理器、微机和单片机的概念微处理器 (Microprocessor)是小型计算机或微型计算机的控制和处

3、理部分。又称中央处理单元CPU（Central Processing Unit）。1.1 微型计算机、单板机与单片机 单片微型计算机 一个典型的数字计算机系统，应包括运算器，控制器，数据与程 序存储器，输入输出接口四大部分。如果把运算器与控制器集成在一 小块硅片上，则称该芯片为中央处理器CPU(Central Processing Unit) ，或微处理器MPU(Microprocessing Unit或Microprocesser)。如果将 它与大规模集成电路制成的主存储器，输入输出接口电路用总线结构 联系起来，就构成了微型计算机。显然，单硅片的中央处理器CPU是 微型计算机区别于大、中、小

4、型计算机的主要结构特征。如果在一块 晶体芯片上，能容纳上述一台数字计算机的四个基本组成部分，则这 种芯片就被称为单晶片微型电脑或单片微型计算机。由此可见，一个 只集成了中央处理器CPU的IC封装，只是微型计算机的一个组成部分 。只有在一块硅片上包括了计算机的全部基本要素：CPU，ROM(或 EPROM)，RAM和I/O接口，才能称得上是一台单片机 微型计算机微型计算机（Microcomputer，简称微机 C）是具有完整运算及控制功能的计算机。包括微处理器(CPU)存储器接口适配器（输入输出接口电路）输入/输出设备（I/O）单片机（Single-Chip Microcomputer）是将微处理

5、器、一定容量RAM和ROM以及I/O口、定时器等电路集成在一块芯片上，构成单片微型计算机。微处理器 RAM ROM I/O口 定时器单片微型计算机微机单片机备注可靠性差好工控机控制功能弱强存储器容量大 (G T)小 （64KB*2） 数据存储储器128B 程序存储储器4KB监控程序 操作系统有无自开发能力有无开发发机 仿真器应用/配置比 性能/价格比 1接近1速度快GHz慢MHz体积大小功耗大小价格高低单片机与微机比较 1.2 单片机的特点和应用 1、单片机的基本组成1、单片机的基本组成(1) 中央处理器单片机中的中央处理器CPU和通用微处 理器基本相同，由运算器和控制器组成， 另外增设了“面

6、向控制”的处理功能，如位处 理、查表、多种跳转、乘除法运算、状态 检测、中断处理等，增强了实时性。1、单片机的基本组成(2) 存储器单片机的存储空间有两种基本结构。一种是普林斯顿 结构(Princeton)，将程序和数据合用一个存储器空间，即 ROM和RAM的地址同在一个空间里分配不同的地址。 CPU访问存储器时，一个地址对应惟一的一个存储单元， 可以是ROM，也可以是RAM，用同类的访问指令。另一 种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结 构，称为哈佛(Harvard)结构。CPU用不同的指令访问不 同的存储器空间。由于单片机实际应用中“面向控制”的特 点，一般需要较大的程序存储器

7、。目前，包括MCS5l和 80C5l系列的单片机均采用程序存储器和数据存储器截然 分开的哈佛结构。1、单片机的基本组成数据存储器(RAM)在单片机中，用随机存取的存储器(RAM)来存 储数据，暂存运行期间的数据、中间结果、缓冲 和标志位等，所以称之为数据存储器。程序存储器(ROM)单片机的应用中常常将开发调试成功后的应用 程序存储在程序存储器中，因为不再改变，所以 这种存储器都采用只读存储器ROM的形式。1、单片机的基本组成(3) 并行I/O口单片机为了突出控制的功能，提供了数 量多、功能强、使用灵活的并行I/O口。使 用上不仅可灵活地选择输入或输出，还可 作为系统总线或控制信号线，从而为扩展

8、 外部存储器和I/O接口提供了方便。1、单片机的基本组成(4) 串行I/O口高速的8位单片机都可提供全双工串行 I/O口，因而能和某些终端设备进行串行通 信，或者和一些特殊功能的器件相连接。1、单片机的基本组成(5) 定时器/计数器在实际的应用中，单片机往往需要精确 地定时，或者需对外部事件进行计数，因 而在单片机内部设置了定时器/计数器电路 ，通过中断，实现定时/计数的自动处理。2、单片机的特点 高集成度、高可靠性 控制功能强 低电压、低功耗 优异的性能价格比3、单片机的应用 由于单片机功能的飞速发展，它的应用 范围日益广泛，已远远超出了计算机科学 的领域。小到玩具、信用卡，大到航天器 、机

9、器人，从实现数据采集、过程控制、 模糊控制等智能系统到人类的日常生活， 到处都离不开单片机。 主要的应用领域 (1) 在测控系统中的应用 (2) 在智能化仪器仪表中的应用 (3) 在机电一体化中的应用 (4) 在智能接口中的应用 (5) 在人类生活中的应用1.3单片机的历史及发展概况 1、单片机的发展概况单片机的发展历史可分为四个阶段(划分不唯一)：第一阶段（19741976）：单片机初级阶段因工艺限制，单片机采用双片的形式而且功能比较简单 。第二阶段（19761978）：单片机的探索阶段 这种单片机 片内集成有8位CPU、并行I/O口、8位定时/计数器，RAM和 ROM，不足之处是无串行口，

10、中断处理较简单，片内RAM和 ROM容量较小。代表机型：Intel MCS-48系列。第三阶段（19781982）：单片机的完善阶段普遍带有串行I/O口，多级中断系统，16位定 时/计数器。RAM和ROM容量大且可寻址范围达64K，片内带有A/D转换器。代表机型：Intel MCS-51系列、Motorola的 6801、Zilog公司的Z8。 由于这类单片机的性能价格比高，所以仍被 广泛采用，是目前应用数量较多的单片机。 第四阶段（1982现在）：8位单片机巩固发展及16位单片机、32位单片机推出阶段 集成度高达120000管子/片，主振为12MHz，片内RAM为232B，ROM为8KB，中

11、断处理为8级，片内带有多通道10位A/D转换器及高速输入/输出部件（HIS/HSO）实时处理能力很强。代表机型：Interl MCS-9632位单片机除了具有更高的集成度外，主振已达20MHz,其性能也比8位、16位单片机更加优越。2、单片机的主要技术发展方向 综观单片机20多年的发展过程，再从半导 体集成电路技术的发展和微电子设计技术 的发展，我们可以预见未来单片机技术发 展的趋势。单片机将朝着大容量高性能化 、小容量低价格化、外围电路的内装化以 及I/O接口功能的增强、功耗降低等方向发 展 (1) 单片机的大容量化 单片机内存储器容量进一步扩大 (2) 单片机的高性能化加快指令运算速度，提

12、高系统控制的可靠性，加强位处理 功能、中断与定时控制功能 (3) 单片机的小容量低廉化小容量低廉的4位、8位机也是单片机发展方向之一 (4) 单片机的外围电路内装化把众多的外围功能器件集成到单片机内 (5) 单片机将实现全面的低功耗管理高可靠性，降低工作电压，可使抗噪声和抗干扰等各方面 性能全面提高 1.4 单片机主要产品简介 (1) Intel公司系列单片机Intel公司的系列单片机可分为MCS51、MCS96两个 系列。Intel的单片机每一类芯片的ROM根据型号一般有片 内掩膜ROM、片内EPROM和外接EPROM三种方式，这 是Intel公司的首创，现已成为单片机的统一规范。最近 In

13、tel公司又推出了片内带E2PROM型单片机。片内掩膜 ROM型单片机适合于已定型的产品，可以大批量生产； 片内带EPROM型、外接EPROM型及片内带E2PROM型 单片机适合于研制产品和生产产品样机。MCS51系列单片机的性能如P6表1-1所示 (2) PHILIPS公司单片机 PHILIPS公司生产与MCS51兼容的80C5l系列 单片机，片内具有IC总线、A/D转换器、定时监 视器等丰富的外围部件。其主要产品有80C51、 80C52、80C31、80C32、80C528、80C552、 80C562、80C751等，其中83C552功能最强， 83C751体积最小。 PHILIPS单

14、片机的特点是具有I2C总线，这是一种 串行通信总线。可以通过I2C总线对系统进行扩展 ，使单片机系统结构更简单，体积更小。I2C总线 也可用于多机通信。(3) Motorola公司单片机 Motorola公司的单片机从应用角度可以分成两类，即高性 能的通用型单片机和面向家用消费领域的专用型单片机。 MC68HC05系列单片机的特性如P7表l-2所示。 通用型单片机具有代表性的是MC68HC11系列，有几十种 型号。其典型产品为MC68HC11A8，具有准16位的CPU 、8KB ROM、256B RAM、512B E2PROM、16位9功能 定时器、38位I/O口线、2个串行口、8位脉冲累加器

15、、8路 8位A/D转换器、Watchdog、17个中断向量等功能，可单 片工作，也可以扩展方式工作。 专用型单片机性能价格比较高，应用时一般采用“单片”形 式，原则上一块单片机就是整个控制系统。这类单片机无 法外接存储，如MC68HC05/MC68HC04系列 (4) ATMEL51系列单片机 ATMEL公司生产的CMOS型51系列单片机 ，具有MCS51内核，用Flash ROM代替 ROM作为程序存储器，具有价格低、编程 方便等优点。例如，89C51就是拥有4KB Flash ROM的单片机。 ATMEL公司生产的单片机主要有89C51、 89F51、89C52、89LV52、89C55等。(5) Microchip公司的单片机 Microchip公司推出了PIC16C5X系列单片 机。它的典型产品PIC16C57具有8位CPU 、2K12位E2PROM程序存储器、808位 RAM、1个8位定时器/计数器、21根I/O口 线等硬件资源。指令系统采用RISC指令， 拥有33条基本指令，指令长度为12位，工 作速度较高。主要产品有PIC16C54， PIC16C56等。(6) Zilog公司的单片机 Zilog公司推出的Z8系列单片机是一种中档8 位单片机。它的典型产品为Z8601，具有8 位CPU、2KB ROM、124B RAM、2个8位 定时器/计数器、32