单片机原理接口及应用

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1、绪论 单片机原理、接口及应用单片机原理、接口及应用嵌入式系统技术基础高等学校教材计算 机应用李群芳 肖 看 编著清华大学出版社绪论 绪 论 计算机的新分类 嵌入式系统 单片机单片机的应用单片机的发展趋势MCS-51系列单片机类型绪论 一、计算机的新分类 长期以来人们按照计算机的体系结构、运算速度、结 构规模、适用领域，将其分为大型计算机、中型机、小型机和微型计算机。 随着计算机技术的迅速发展，计算机技术和产品对其 它行业的广泛渗透，人们以应用为中心、按计算机的嵌入式 应用和非嵌入式应用进行新的分类,将其分为嵌入式计算机 和 通用计算机。 通用计算机具有计算机的标准形态，通过装配不同的应 用软件

2、，以类同面目出现，并应用在社会的各个方面，其典 型产品为PC机；嵌入式计算机则是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装 置、产品和系统中。 绪论 什么是嵌入式系统嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、 软件硬件可裁剪、针对具体应用系统、对功能、可靠性、 成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机 ，一台通用计算机的外部设备中就包含了5-10个嵌入式微 处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、网 卡、Modem、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、USB集 线器等均是由嵌入式处理器控制的。在制造工业、过程控 制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、

3、航空、航天、军事 装备、家电产品等方面无不是嵌入式计算机的应用领域。绪论 二、嵌入式系统1.嵌入式系统的种类嵌入式系统的核心部件有以下三类：（1）嵌入式微处理器（Embedded Microprocessor Unit, EMPU）： 功能同标准的CPU，但在工作温度、 电 磁干扰、可靠性等方面做了各种增强。 （2）嵌入式微控制器（Microcontroller Unit, MCU又 称单片机）。（3）嵌入式DSP处理器（Embedded Digital Signal Processor, EDSP）：DSP处理器对系统结构和指令进行了 特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指 令

4、执行速度也较高。 绪论 2.嵌入式系统的特点(1)产品稳定性不象PC机那样更新换代很快，51单片机问世20多年 ，至今方兴未艾。(2)不可垄断性PC机垄断全世界，Windows垄断全世界,而单片机没 有一个能垄断全世界，各种单片机各有自己的市场。(3)产品的多样性、分散性、创新性(4)软件特性：不是以磁盘的形式存储，而是固化在芯片 中(5)嵌入式系统的开发需要开发工具嵌入式系统自身无开发能力，需借助开发工具，如 编程器、仿真器。绪论 全称单片微型计算机(Single ChipMicrocomputer)又称微控制器MCU(Micro Controller Unit),是将计算机的 基本部分微型

5、化,使之集成在一块芯片上的微机。片内含有 CPU、ROM、RAM、并行I/0、串行I/O、定时器/计数器 、中断控制、系统时钟及系统总线等，它本身就是一个嵌入 式系统，同时它也可作更大的嵌入式系统的核心。单片机的特点是小而全，即体积小、功能全、功耗低、 、性能价格比高。三、单片机 绪论 1.单片机的应用由于单片机小而全，易于推广应用等显著优点，在自 动化装置，智能化仪器仪表和家用电器等领域得到日益广泛 的应用。下面仅列举一些典型的应用领域。（1）工业控制 数控机床，电机控制，工业机器人，自动控制等（2）仪器仪表智能仪器，医疗器械，数字示波器等。（3）电信技术 调制解调器，声像处理，数字滤波，通

6、信设备等。（4）办公自动化和计算机外部设备传真机，复印机，打印机，绘图仪，扫描仪等绪论 （5）汽车与节能点火控制，变速控制，防滑车控制，排气控制，计费 器，交通控制等。（6）导弹导弹控制，鱼雷制导，智能武器装置，航天导弹系统 等。（7）商用产品电子收款机，电子秤，银行统计机等。（8）家用电器微波炉，电视机，录像机，音响设备，游戏机等以上可见它无处不有、无时不在，像个万能的 螺丝钉。绪论 2.单片机的发展趋势 （1）单片机的字长由4位、8位、16 位发展到32位。这几种字长的MCU目前同时存在于市场，由于单片机主 要用于控制，目前8位的MCU 仍然占主流地位，只有在精度 要求特别高的场合如图像处

7、理等，才采用16位的MCU, 用户 可以根据产品的需要进行选择。（2）运行速度不断提高。单片机的使用最高频率由6MHz、12MHz 、24MHz、 33MHz、发展到 40MHz。 （3）单片机内的存储容量越来越大。由1KB、 2KB、 4KB、 8KB、 16KB、 32KB、发展 到 64KB 等。绪论 （4）ROM存储器的编程也越来越方便有 ROM型（掩模型）、OTP型（一次性编程）、EPROM（ 紫外线擦除编程）、EEPROM（电擦除编程）及FLASH（闪速编 程）。编程（烧录）方式也越来越方便，目前有脱机编程、 在系统编程（ISP）、在应用编程（IAP）。各类产品并存， 可供用户选择

8、。（5）I/O端口多功能化单片机内除集成有并行接口、串行接口外，还集成有 A/D、D/A、LED/LCD显示驱动、DMA控制、PWM（脉宽 调制输出）、 PLC（锁相环控制）、 PCA(逻辑阵列） WDT（看门狗）等。绪论 （6）功耗越来越低采用CHMOS制作工艺使单片机集HMOS的高速、高集成度和 CMOS的低功耗技术为一体，使单片机的功耗进一步降低，适 应的电压范围更宽（2.66V）。（7）结合专用集成电路ASIC、精简指令集和RISC技术，使单片机发展成为嵌入式的处理器，深入到数字信号处理、图 象处理、人工智能、机器人等领域。绪论 以上单片机各种发展系列并非一代淘汰一代， 用户根据产品要

9、求、性价比等情况选择。目前市面上较有影响的单片机厂家有：lINTEL：MCS-51、MCS-96系列。lMOTOROLA：68HCXX系列。lMICROCHIP：16C5X/6X/7X/8X系列。lZILOG：Z86EXXXPSC系列。lTEXAS：MSP430FXX系列。 绪论 各厂家单片机的指令系统各不相同，功能 各有所长，其中市场占有最高的是MCS-51系列 ，因为世界上很多知名的IC生产厂家都生产51 兼容的芯片。目前为止，MCS-51单片机已有数 百个品种，还在不断推出功能更强的新产品。 近年来PHILIPS公司又推出了指令和MCS-51兼容 的16位单片机，这样保证了MCS-51单

10、片机的先 进性，同时，很多专用芯片以它作为控制核心 ，可以预言，几十年内不会淘汰。因此，MCS- 51单片机成为教学的首选机型。绪论 3.MCS-51系列单片机类型MCS-51系列单片机品种很多，如果按照存储器 ROM配置状态,可划分为：l片内无EPROM型，如80(C)3X;l片内EPROM,如87(C)5X；l片内FLASH EEPROM型，如89C5X;l片内EEPROM ISP型(可在系统编程）如89S5X。绪论 如果按照其功能，则可划分以下一些类型: (1)(1)基本型基本型 基本型有基本型有80318031、80518051、87518751、89C51/S5189C51/S51等

11、。等。基本型的代表产品是基本型的代表产品是80518051，其基本特性如下：，其基本特性如下：一个一个8 8位位CPUCPU和指令系统。和指令系统。128128字节的片内字节的片内RAMRAM。2121个特殊功能寄存器。个特殊功能寄存器。3232线并行线并行I/OI/O口。口。2 2个个1616位定时位定时/ /计数器。计数器。一个全双工串行口。一个全双工串行口。5 5个中断源、个中断源、2 2个中断优先级的中断结构个中断优先级的中断结构. . 绪论 4KB4KB片内片内ROMROM。 一个片内时钟振荡器和时钟电路一个片内时钟振荡器和时钟电路. . 片外可扩展片外可扩展64KBROM64KBR

12、OM和和64KBRAM.64KBRAM.由此可见由此可见, ,它本身就是一个功能相当强的它本身就是一个功能相当强的8 8位微型机位微型机. .( (2)2)增强型增强型有有8052AH8052AH、8032AH8032AH、8752BH,8752BH,此类型单片机的此类型单片机的 内内ROMROM和和RAMRAM容量比基本型的增大一倍容量比基本型的增大一倍, ,同时把同时把1616位计数位计数 增为增为3 3个个.87C54.87C54内部内部ROMROM增加到增加到16KB,87C5816KB,87C58增加到增加到 32KB.32KB.绪论 (3)(3)低功耗型低功耗型有有80C5XBH80C5XBH、80C31XBH80C31XBH、87C5X.87C5X.这类型号带有这类型号带有“ “C”C”字字 的单片机采用的单片机采用CHMOSCHMOS工艺工艺, ,其特点是功耗低，另外其特点是功耗低，另外, 87C51, 87C51还还 有两级程序存储器保密系统有两级程序存储器保密系统, ,可防止非法拷贝程序可防止非法拷贝程序. .此外还有内含此外还有内含DMADMA、PCA (PCA (可编程计数阵列可编程计数阵列) )、A/DA/D 、多并行口、及内含、多并行口、及内含BASICBASIC高级语言型等多类产品，高级语言型等多类产品， 详见教材续表。