单片机原理及应用(C语言版)105823

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1、单片机原理及应用（C语言版）第1章 单片机概述主 编：周国运 本章制作：赵天翔中国水利水电出版社第1章 单片机概述目 录1.1 单片机的基本概念1.2 单片机的发展概况1.3 单片机的特点及应用1.4 常用单片机简介1.5 单片机系统的开发方法本章主要介绍了单片机的基本概念，单 片机的发展概况，单片机的应用及其特点， 以及一些常用的单片机。通过本章的学习，我们可以了解到什么是 单片机，单片机的发展历史。并且对单片机 的应用和开发方法有个初步的认识。第1章 概述1.1 单片机的基本概念微机是微型计算机的简称，它是由主机 和外部设备等组成的。如图1.1所示。单片机就是把微机的主机部分（图1.1虚

2、线框内的）集成到一块集成电路芯片上所得 到的。微处理器 存储器 外部设备 接口适配器 地址总线数据总线控制总线图1-1 微机的组成1.1 单片机的基本概念单片机：将中央处理器，随机存储器，只 读存储器，中断系统，定时器/计数器以及 I/O接口电路等主要微型计算机的部件集 成在一块芯片上，使其具有计算机的基本 功能。就叫做单片微型计算机（Single Chip Micro Computer，SCMC），简称单片机 。1.1 单片机的基本概念1.2 单片机的发展概况 主要内容1.2.1 单片机的历史 1.2.1 单片机技术的发展1.2.1 单片机的历史 一 、4位单片机阶段1975年美国德克萨斯仪

3、器公司（TI）首次 推出4位单片机TMS-1000。4位单片机主要用于家用电器、电子玩 具等。二、 8位单片机阶段1976年9月，美国Intel公司首先推出了 MCS-48系列8位单片机。8位单片机由于功能强，被广泛用于工业控 制、智能接口、仪器仪表等各个领域。三、16位单片机阶段1983 年Intel公司推出了16位单片机MCS-96 系列。16位单片机可用于高速复杂的控制系统。四、32位单片机近年来，各个计算机生产厂家已进入更高 性能的32位单片机研制、生产阶段。1.2.1 单片机的历史1.2.2 单片机技术的发展一、片内程序存储器的发展单片机的程序存储器（ROM）经历了ROM EPROM

4、E2PROMFLASH MEMORY的 发展，容量也由小变大。二、看门狗定时器单片机在运行时由于干扰等原因，可能会出 现软件混乱。看门狗电路就是用于在CPU处于软件混乱时 使系统正常工作的一种恢复方法。 1.2.2 单片机技术的发展三、节电模式 在节电模式下，CPU和部分部件进入睡 眠状态，但片内RAM和寄存器等部件保持 工作状态，以达到节能的目的。四、加强输入输出功能有些单片机具备大功率的输入/输出接 口，可直接驱动荧光显示器、LCD和LED 。还有一些增加了接口或定时器的数量， 或者增加了新型的接口。五、单片机制造工艺提高半导体制作工艺的提高，使单片机的体 积可以做的更小，时钟频率更高。可

5、以集 成更多的存储器和部件。降低产品的价格 。六、在线编程和调试技术一些新型的单片机实现了在系统编程（ ISP）和在应用编程（IAP）功能。1.2.2 单片机技术的发展1.3 单片机的特点及应用主要内容 1.3.1 单片机的特点1.3.2 单片机的应用一、单片机的存储器ROM和RAM是严 格区分的ROM称为程序存储器，只存放程序、 固定常数及数据表格。RAM则为数据存储器，用作工作区及 存放用户数据。 二、采用面向控制的指令系统为满足控制的需要，单片机有更强的逻 辑控制能力，特别是具有很强的位处理能 力。1.3.1 单片机的特点三、单片机的I/O引脚通常是多功能 的由于单片机芯片上引脚数目有限

6、，为了解 决实际引脚数和需要的信号线的矛盾，采用 了引脚功能复用的方法。引脚处于何种功能 ，可由指令来设置或由机器状态来区分。四、单片机的外部扩展能力强在内部的各种功能部分不能满足应用需求 时，均可在外部进行扩展（如扩展ROM、 RAM，I/O接口，定时器/计数器，中断系 统等），与许多通用的微机接口芯片兼容， 给应用系统设计带来极大的方便和灵活性。1.3.1 单片机的特点五、体积小，成本低，运用灵活易于产品化，它能方便地组成各种智能化 的控制设备和仪器，做到机电一体化。六、面向控制能针对性地解决从简单到复杂的各类控制 任务，因而能获得最佳的性能价格比。七、适应性强、抗干扰在各种恶劣的环境下都

7、能可靠地工作，这 是其它类型计算机无法比拟的。八、方便实现多机和分布式控制使整个控制系统的效率和可靠性大为提高1.3.1 单片机的特点单片机的应用范围十分广泛，主要的 应用领域有： 工业控制仪器仪表 计算机外部设备与智能接口 商用产品家用电器 消费类电子产品 通讯设备和网络设备 儿童智能玩具 汽车，建筑机械，飞机等大型机械设备 交通控制设备1.3.2 单片机的应用1.4 常用单片机简介主要内容1.4.1 MCS-51系列单片机1.4.2 ATMEL89系列单片机1.4.3 STC89/12系列单片机1.4.4 常见的其它系列单片机介绍1.4.1 MCS-51系列单片机MCS-51系列单片机：I

8、ntel在1980-1982年 陆续推出了指令系统完全相同，内部结构 基本相同的8031、8051和8751等型号单片 机，初步形成MCS-51系列，被奉为“工业 控制单片机标准”。MCS-51增强型单片机： MCS-51系列 单片机除了89C51之外，主要包括89C52、 89C54、89C58、89C516等型号，它们的区 别主要是三个方面：一是片内RAM由128B 增加到256B；二是多一个定时器/计数器； 三是片内Flash ROM由4KB分别增加到了 8KB、16KB、32KB和64KB。不同厂家的产品可能还增加有其它外 设或功能，但引脚和指令都是完全兼容的 。 为了讨论方便起见，我

9、们将89C51（包括 8031、8051等）称为基本型，其他的型号 称为增强型。1.4.1 MCS-51系列单片机1.4.2 ATMEL89系列单片机Atmel公司生产的89系列单片机是市场上 比较具有代表性的MCS-51单片机。一、ATMEL89系列单片机型号 说明AT89系列单片机型号由三个部分组成， 它们分别是前缀、型号、后缀，其格式如下 ：AT89C（LV、S）XXXX-XXXX1、前缀前缀由字母“AT”组成，它表示该器 件是ATMEL公司的产品。1.4.2 ATMEL89系列单片机2、型号型号由“89CXXXX”或“89LVXXXX”或 “89SXXXX”等表示。 “9”表示芯片内部

10、含Flash存储器； “C”表示是CMOS产品； “LV”表示低电压产品； “S”表示含可下载的Flash存储器。 “XXXX”为表示型号的数字，如：51、52、 2051、8252等。3、后缀后缀由“XXXX”四个参数组成，与产品 型号间用“-”号隔开。后缀中第一个参数“X”表示速度 后缀中第二个参数“X”表示封装后缀中第三个参数“X”表示温度范围后缀中第四个参数“X” 说明产品的处理 情况1.4.2 ATMEL89系列单片机二、AT89C51单片机AT89C51单片机特点： 与MCS-51产品完全兼容； 具有4K字节可在系统编程的Flash内部 程序存储器，可写/擦1000次； 全静态操作

11、：0Hz24MHz； 三级程序存储器加密； 128字节内部RAM；1.4.2 ATMEL89系列单片机 32根可编程I/O线； 2个16位定时器/计数器； 6个中断源； 可编程串行UART通道； 低功耗空闲和掉电方式；1.4.2 ATMEL89系列单片机三、AT89S52单片机AT89S52单片机特点： 与MCS-51产品兼容； 具有8K字节可在系统编程的Flash内部 程序存储器，可写/擦1000次； 4.0V5.5V的工作电压范围； 全静态操作：0Hz24MHz； 三级程序存储器加密； 256字节内部RAM；1.4.2 ATMEL89系列单片机 全双工异步串行通信通道； 低功耗空闲和掉电方

12、式； 通过中断中止掉电方式； 看门狗定时器； 两个数据指针。1.4.2 ATMEL89系列单片机1.4.3 STC89/12系列单片机一、STC 89C51RC/RD系列单片 机STC 89C51RC/RD系列单片机是宏 晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速 、低功耗的单片机。 指令代码完全兼容传统8051 单片机， 12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任 意选择。1.4.3 STC89/12系列单片机STC 89C51RC/RD系列单片机特点如下 ： 增强型6/12时钟/机器周期8051 CPU； 工作电压：5.5V3.4V（5V单片机）/ 3.8V 2.0V（3V 单片机）； 工作频率范围

13、：040MHz，相当于普通8051 的 080MHz； 用户应用程序空间 4K 64K 字节； 片上集成1280字节/512字节RAM； 通用I/O口32 / 36 个； ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程）， 无需专用编程器/仿真器； 内部E2PROM 功能； 硬件看门狗； 内部集成MAX810专用复位电路（D版本才有）, 外部晶体20M以下时，可省外部复位电路； 共3个16位定时器/计数器； 外部中断4路； 通用异步串行口，还可用定时器软件实现多个 UART； 工作温度范围：0 75，4085； 封装：LQFP-44 ,PDIP-40 , PLCC -44 , PQFP-44 。

14、1.4.3 STC89/12系列单片机1.4.4 常见的其它系列单片机介绍 AVR单片机 Motorola单片机 MicroChip单片机 Scenix单片机 EPSON单片机 东芝单片机 GMS90单 片机 华邦单片机 Zilog单片机 NS单片机 AX1001单片机1.5 单片机系统的开发方法主要内容1.5.1 单片机系统的设计要求1.5.2 单片机系统的开发特点1.5.3 单片机系统的开发工具及环境1.5.4 单片机系统设计中芯片的选择1.5 单片机系统的开发方法单片机系统是软件和硬件的逻辑结合 体，必须根据对系统功能、性能参数的 要求，对软件和硬件统一考虑进行设计 开发，以求达到最佳效

15、果。1.5.1 单片机系统的设计要求单片机系统设计开发非常受制于功能和 具体的应用环境，所以单片机系统的设计 具有一些特殊的要求： 接口方便、操作容易 稳定可靠、维护简便 功耗管理、降低成本 并发处理、及时响应1.5.2 单片机系统的开发特点需要软硬件综合开发，二者密切相关。 因为任何一个单片机系统产品都是软件和 硬件的结合体。一旦单片机系统产品研发完成，软件就 固化在硬件环境中，单片机软件是针对相 应的单片机硬件系统开发的，是专用的。1.5.3 单片机系统的开发工具及环境一、单片机C语言开发工具Keil C51 Keil C51是Keil Software公司出品的51 系列兼容单片机C语言

16、软件开发系统。 提供丰富的库函数和功能强大的集成开 发调试工具Vision2，全Windows界面， 生成的目标代码效率非常高。1.5.3 单片机系统的开发工具及环境二、Proteus嵌入式系统仿真与开发 平台Proteus：Proteus是一个嵌入式系统仿真 与开发平台，是英国Labcenter Electronics 公司出版的EDA工具软件。Proteus的功能：它不仅具有仿真数字、 模拟电路的功能，还具备由微控制器及外 围器件组成的混合电路的仿真功能。Proteus的先进性：它是目前世界上最先 进、最完整的嵌入式系统设计与仿真平台 。 1.5.4 单片机系统设计中芯片的选择现在市场上的单片