单片机原理精品课件

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1、1,单片机原理课程体系结构与 精品课程建设哈尔滨工业大学 张毅刚 ,2,内 容 一、单片机原理课程的性质与定位 二、课程体系结构 三、课程内容的更新与教材建设 四、教学方法与教学理念 五、实践教学环节 六、教学资源建设,3,一、单片机原理课程的性质与定位历史：二十余年, 课程年轻 工科绝大多数涉电专业(一、二、三本科、职业技术学院、专科或研究型、工程应用型)均开设。本科阶段必须掌握的应用技术与技能。,4,就业、攻读硕士学位的必备要求 各种电子竞赛以及毕业设计均涉及。 全国大学生创新性实验计划项目 课程特点： 涉及面广 与实际应用紧密结合 实践性要求高 课程性质：应用类课程。 目标：培养应用型人

2、才,5,微型计算机组成技术课程延伸 凡是涉电专业都学习该课程，不仅仅是属于计算机类课程。 学习方式：1. 课堂讲授+实践教学（大多采用此方式）2. 案例教学（教师讲授案例，与实际应用相结合）3. 自学+布置设计题目+学生完成+教师总结（充分发挥学生的主观能动性）,6,二、课程体系结构 建立、完善 “以芯片为基础，以接口设计为主线，以系统设计为目的”的课程体系和课程主要内容，如下图示。 接口设计 包括两部分：系统扩展接口与测控对象接口单片机集成度越来越高，系统扩展的部分应逐渐减少。例如，程序存储器、ADC、DAC等测控对象的接口介绍应增加。例如，各种电机接口、红外接口等。与各种传感器接口。,7,

3、8,（1）以芯片为基础 51系列-仍为主流系列。 8051单片机内核的新产品不断推出，兼容的衍生品种不断问世，（统称80C51系列）。 芯片级别：民品级、工业级、汽车电子、军品 注重掌握芯片引脚的外特性：尤其要注意4个并行I/O口P0-P3的内部结构 ，准双向口与双向口的区别。 片内的各种功能部件,9,时钟电路：内部时钟，外部时钟 复位电路：多芯片的复位，不同极性的复位电平。采用74LS123(单稳态触发器) ，外接的电容参数？ 指令系统：汇编语言指令系统（第3章）。 常用程序设计：子程序的编写，查表，排序，循环 片内功能部件的介绍：中断系统，定时器，串行口中断服务子程序的编写举例的典型性双机

4、串行通信程序,10,（2）以接口设计为主线a. 程序存储器接口、数据存储器接口 地址空间的划分：线选法、译码器法 （74LS138、 74LS139 、74LS156、FPGA ） 地址锁存器的选择（74LS373、74LS573、8282） 注意：选用大容量的存储器芯片。片内有闪存，扩展程序存储器的工作略去。读、写时间参数与单片机匹配即可。,11,b. I/O 接口扩展I/O 接口的必要性（不仅是片内I/O不够）I/O接口与I/O端口的区别常用的I/O接口芯片（82C55、81C55）利用74LSTTL芯片扩展的并行I/O接口、利用串口方式0 扩展的并行I/O接口。 C. 键盘/显示器（包括

5、液晶显示器）、微型打印机、BCD拨盘接口,12,LED显示器接口原理（静态显示、动态显示） 键盘接口原理（键少-直接判断行线、线翻转法，键多-矩阵键盘） 键盘/显示器接口设计方案（串口方式0、专用键盘显示器接口芯片） LCD显示器（介绍常用的LCM） 微型打印机（圣特尼克接口） 典型的微打TP-P、 BCD拨盘 d. ADC、DAC接口 DAC 技术参数：分辨率、稳定时间 输出形式、结构：电流、电压；单缓冲与双缓冲。,13,还有时钟日历接口、报警音响接口、各种标准串行接口等。大功率接口。其他的各种接口（3）“以系统设计为目的”-课程的最终目的。 主要包括：最基本的小系统设计、复杂系统设计、系统

6、调试（软件调试与硬件调试）以及开发工具（新的开发手段、EDA仿真软件Proteus的使用）。可靠性设计（硬件设计与软件设计）。 其他单片机的介绍：抗干扰性强、集成度高的单片机。,14,三、课程内容的更新与教材建设 （1）单片机的选型 几十个系列，数百个品种。 51系列:熟悉并得到广泛的应用。 各大公司以8051单片机内核的新型单片机不断推出，与MCS-51兼容的衍生品种不断问世。 今后若干年内, 51系列及兼容的各种增强型、扩展型，仍是主流机型。 各院校基本都以介绍51系列为主。,15,电子产品世界杂志对有关嵌入式处理器使用问题的276名工程师问答调查： 8051内核的单片机用的最多，依次AR

7、M, 飞思卡尔，PIC单片机等。 操作系统：38% Linux , 16% Wince ,34% c-OSII, 前两种非实时。 51单片机PM/L语言的RTOS被中国工程师丢了。,16,目前占市场份额较大为美国ATMEL公司的AT89C5x系列， AT89S5x系列。代表机型：AT89C51 以及AT89S51和AT89S52市场份额增加）。 需关注的其他8位单片机： 8位单片机：AVR、PIC； 51兼容机：高集成度的C8051F系列、AT89C51AC2 (32K闪存、256片内RAM、 2K片内EEPROM、1K片内ERAM、8通道10位ADC、看门狗、高速输出、定时器与边沿捕获、片内

8、仿真电路) 、ADC812。,17,16位单片机：TI的MSP430（关注）、凌阳单片机。32位单片机：飞利浦公司 （2）存储器扩展 扩展程序存储器少介绍，但不可删去，要掌握程序存储器的基本扩展方法。 扩展数据存储器介绍容量为256K的扩展即可，小容量的不介绍。 扩展E2PROM的内容可简单介绍或不介绍。,18,（3）键盘显示器接口部分8279 是否介绍？删去。原有的并行接口键盘/显示器接口删去。专用键盘显示器接口器件： CH451 (串口)、HD7279A (串口)、zlg 7289 (串口)、MAX 7290 (I2C)目前CH451和HD7279使用较多。从性能价格比上说，首推CH451

9、，主要是CH451对LED数码管的驱动功能比较完善。,19,（4）ADC、DAC 接口部分ADC:串行-TI公司：TLC 549(8位)、TLC 1549(10位)、TLC 1543(10位)、TLC 2543(12位)并行-AD公司:AD574 (12位)、AD674(12位) 、AD1674 (12位),20,DAC:串行-TI公司：TLC 5616(8位)、TLC 5617(10位)、TLC 5618(12位)并行-AD公司AD669(16位,约150元),21,（5）串行扩展技术 对串行扩展给予足够重视： 单总线、I2C总线扩展、SPI扩展技术等。重点： I2C、 SPI。 （1、2、

10、3线串行扩展）。I2C总线与CAN总线的系统结构相似，区别是什么？,22,单总线,23,单总线器件内部主要电路,24,I2C总线,25,SPI总线,26,与相应的新型的接口芯片配套介绍。 应以世界实力较强的接口芯片生产公司的产品为主，如AD公司、MAXIM公司、TI、DALLAS 等公司的芯片。种类多，品种齐全，可借鉴的资料较多。（6）抗干扰设计新型的微处理器监视器芯片。看门狗、掉电检测AT89S51 片内集成了看门狗,27,形形色色的单片机（参考资料） 1. 8位单片机 （1）华邦公司(Winbond) W78系列和W77系列 W78系列（与AT89C5x系列完全兼容），W77系列为增强型，

11、对8051的时序作了改进： 机器周期由12个时钟周期改为4个周期，速度提高三倍，晶振可达40MHz。 增加看门狗、两组UART、两组DPTR数据指针（编写程序便利）、ISP（在系统可编程）等功能。 集成USB接口，集成语音等功能。,28,（2） PIC单片机（系列） 美国微芯公司（Microship）产品，市场份额增长最快。RISC（精简指令集）结构，分别有33、35、58条指令（视级别而定）。 指令周期：160200ns，流水线结构 I/O口双向，输出为CMOS互补推挽电路。I/O脚增加了用于设置输入或输出状态的方向寄存器、低工作电压、低功耗、驱动能力强。 相比51系列：强的I/O驱动能力，

12、低电平灌电流达25mA，高电平输出电流可达20mA。,29,（3） AVR单片机（系列） Atmel公司，特点为高速、低功耗。 废除机器周期，以时钟周期为指令周期，流水作业。指令多为单周期指令，抛弃复杂指令计算机(CISC)追求指令完备的做法。 采用精简指令集RISC(Reduced Instruction Set CPU) 。时钟频率用48MHz，故最短指令执行时间为250125ns。 通用寄存器一共32个（R0R31），无累加器A的瓶颈效应。,30,I/O脚类似PIC，有控制输入或输出的方向寄存器，在输出状态下，高电平输出电流10mA左右。低电平灌电流20mA。不如PIC，但比51系列强。

13、 I/O脚引脚可单独设定为输入/输出，也可设定三态高阻抗输入或带上拉电阻输入， 可单一输出40mA，直接驱动可控硅SSR或继电器,31,AVR有自动上电复位电路、看门狗电路、低电压检测电路BOD。 多种省电休眠模式，且可宽电压运行（5-2.7V），抗干扰能力强，可降低一般8位机中的软件抗干扰设计工作量和硬件的使用量。 面向字节的高速硬件串行接口SPI、TWI（与I2C接口兼容）。 部分型号FLASH容量大，适于用高级语言进行开发；,32,片内集成的多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时，使外围电路更加简单，系统更加稳定可靠； 片内资源丰富：带E2PROM，PWM，RTC，SPI，

14、UART，TWI，ISP，ADC，模拟比较器，WDT等； 大部分AVR除有ISP功能外，还有IAP功能（出厂时，内部写入了单片机引导程序，可通过下载线对它在线编程，用户程序也可对内存重新修改，为实时测控数据保存提供方便，方便升级或销毁应用程序）。,33,（4） ADC812单片机 指令系统与51系列兼容。 片内包含高性能的自校准多通道12位ADC、2个12位DAC。8K程序存储器（闪存）、640B数据存储器（闪存）、 256B SRAM。 3种串行口：UART接口、I2C串口、SPI串行外设接口。 看门狗、电源监视器、ADC的DMA。,34,（5） C8051F020单片机 美国Cygnal公

15、司的C8051F020 8位单片机，内部采用流水线结构，大部分指令的完成时间为1或2个时钟周期，峰值处理能力为25MIPS。可靠性和速度有很大提高。 片内资源： 64kB片内Flash程序存储器，252BRAM，128BSFR 8个IO端口共64根IO口线 1个8位AD转换器、1个12位AD转换器 1个双12位DA转换器,35,5个16位通用定时器 5个捕捉比较模块的可编程计数定时器阵列（PCA） 1个UART串口、1个SMBus/ I2C串口、1个SPI串口 看门狗定时器 2路电压比较器 VDD监视器(电源监测) 内置温度传感器 支持双时钟，其工作电压范围为2.73.6V,36,可编程数字I

16、/O 和交叉开关 具有标准8051兼容的I/O端口。I/O端口与8051相比，有一些改进。每个端口I/O引脚都可以被配置为推挽或漏极开路输出。在标准8051中固定的“弱上拉” 可以被禁止，这为低功耗应用提供了进一步节电的能力。 最突出的改进是引入了数字交叉开关（C8051F2xx除外）。这是一个大的数字开关网络，允许将内部数,37,字系统资源分配给端口I/O引脚。与具有标准复用数字I/O的微控制器不同， 这种结构可支持所有的功能组合。 即通过设置交叉开关控制寄存器将片内的计数器/定时器、串行总线、硬件中断、ADC转换启动输入、比较器输出以及微控制器内部的其它数字信号配 置为出现在I/O端口的引脚。这就允许用户根据自己的特定应用选择通用端口I/O和所需数字资源的组合。,38,加密性强 轻松过2KV4KV快速脉冲干扰（EFT测试） 高抗静电（ESD保护） 宽电压，不怕电源抖动 宽温度范围：-4085 超低功耗 在系统可编程，无需编程器，无需仿真器 快速烧录，10000片天,