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1、主讲：原明亭,辅导：,“工业控制技术”省重点实验室“计算机控制”研究室 (东4教105室),,单片机原理及应用,单片机原理及应用,1、单片机原理及其内部资源,2、汇编语言及程序设计,3、并行总线应用系统接口设计,主要内容：,MCS-51系列,与前课程关系：,模拟电子技术、数字电子技术、微机原理及接口、EDA设计、传感器原理及应用等,4、C语言及程序设计,主要参考书、期刊、网站：,参考教材： 1、单片微机原理系统设计与应用，万福君，清华大学出版社，2008（第1版） 2、单片机应用程序设计技术， 周航慈，北京航空航天大学出版社，2002 3、单片机应用系统抗干扰技术，王幸之，北京航空航天大学出版
2、社，2006 4、单片机程序设计基础（修订版）（含光盘），周航慈，北京航空航天大学出版社，2004 期刊：电子技术应用、单片机与嵌入式系统应用 网站：搜索引擎中关键字“单片机”,课时安排：共54学时,理论课时 :44 实验课时:10,时 间: 每周一， 57节 地 点:博学楼-311,课程特点：具有从指令到程序、从芯片到系统；软、硬件设计密切结合的特点。 学习目的：掌握系统设计的基本概念、基本结构、设计方法。,闭卷考试。集体出题，流水阅卷。,第1章 基本知识,1.1 计算机的基本结构,1.2 单片机的含义、分类、发展趋势,1.3 单片机的应用构成及应用领域,1.1 计算机的基本结构,一、微处理
3、器,把运算器、控制器集成在一块硅片上，成为独立的器件，称之为微处理器，简称CPU.是计算机的核心。,1.1.1 硬件基本结构,二、微型计算机,微型计算机由CPU、存储器、输入/输出（I/O)接口构成，芯片间通过总线连接。,RAM,I/O,ROM,CBUS,DBUS,ABUS,CBUS ：控制总线 ，不确定 DBUS：数据总线，双向三态 ABUS ：地址总线，单向三态,三、微型计算机系统,以微型计算机为主体，配上输入输出设备、外围设备、电源、系统软件一起构成应用系统。,1.1.2、软件系统,1. 程序设计语言,2. 系统软件,3. 应用软件,4、衡量计算机性能的主要技术指标,单片机的概念,将中央
4、处理单元CPU、 一定容量的数据存储器RAM、 一定容量的程序存储器ROM、 定时/计数器T/C、 并行输入输出接口I/O、 串行通讯接口UART 、 等多个功能部件集成在一块芯片上，是一块具有完整计算功能的大规模集成电路。, 1.2 单片机,一、单片机分类,根据CPU 字长来划分,1位机,4位机,用于玩具、家用电器、计算器等,8 位机,16位机,工业控制器、智能仪表、计算机外设、通用测控单元、通讯设备,32位机,高性能图形工作站、高级机器人等,二、 单片机的发展史,第一阶段（19741976）：,单片机的初级阶段,第二阶段（19761979）：,低性能单片机阶段,例如：,MCS 48 系列,
5、特点：,小而全,结构：,MCS 48,8位CPU,RAM,I/O,ROM,T/C,第三阶段（19791982）：,高性能单片机阶段,例如：,Intel 公司的MCS 51 系列、Motorola公司6801系列、Zilog公司的Z8系列。,特点：,品种多、功能强,8位CPU,RAM,I/O,ROM,UART,INT,中断系统,通用异步串行接口,数据存储器,程序存储器,通用输入输出接口,20世纪90年代中后期，各公司强化并增加了许多新的功能，形成了规格、品种繁多的新一代的单片机。,例如：,Ietel、Philips、Atmel公司的8XC5X系列， Motorola公司68HC5X系列 Micr
6、ochip公司的PIC16C系列等等。,以增强型MCS-51为内核的8X5X系列目前已成为主流单片机芯片。,第四阶段（1982 ）：,16位、32位单片机阶段,例如：,MCS 96 系列,特点：,增加了内部资源、实时处理能力更强、,除了具有16位CPU和存储器外又增加了部分内部资源，如：,MCS 96,10位A/D转换器,高速输入输出HSIO,脉宽调制输出装置PWM,8XC196增强型,之后又推出：,三 、单片机的发展趋势,1、高档单片机性能不断提高,速度：,是原来单片机的515倍,精度：,CPU字长增加，16位、32位单片机问世,指令系统丰富、效率高, CPU功能的增强,数据存储器：,RAM
7、达几KB,I/O口：,并口、串口、串行扩展口,定时/计数器：,定时输出、捕捉输入、监视器Watchdog,A/D转换器：,脉宽调制输出：, 寻址范围的增加, 内部资源的增加,程序存储器：,ROM、EPROM、E2PROM或FLASH。达几十KB,PWM ，可代替D/A输出,8位、12位、16位、24位，多通道输入,2、超小型、低功耗、价廉,3、微巨机单片化,如: ATMEL公司的 89C 1051 / 2051 20引脚，工作电压（26V），电流仅几个mA,如：Microchip 公司的PIC 16/17系列 18引脚、20引脚、28引脚，有的仅5个引脚 工作电压（26V），电流仅2个mA,国
8、产单片机的基本情况：,ISP：in-system programming 在线系统编程 一种无需将存储芯片（如EPROM）从嵌入式设备上取出就能对其进行编程的过程，缩略为ISP。在系统编程需要在目标板上有额外的电路完成编程任务。其优点是，即使器件焊接在电路板上，仍可对其（重新）进行编程。在系统可编程是Flash存储器的固有特性（通常无需额外的电路），Flash几乎都采用这种方式编程。,在系统编程（ISP）,在系统编程是通过Boot装载程序和UART0对片内Flash存储器进行擦除/编程的方法。,UART0,ARM7 处理器核,CPU运行Boot代码,通过ISP对Flash编程,IAP（In A
9、ppplication Program），即在应用中编程。顾名思义，就是在系统运行的过程中动态编程，对程序执行代码的动态修改。 IAP技术应用于嵌入式系统的数据存储和在线升级。例如在程序运行工程中产生4k字节数据表，为了避免占用SRAM空间，用户可以使用IAP技术将此表写入片内Flash。又如用户在开发完一个系统后要增加新的软件功能，可以使用IAP技术在线升级程序，避免重新拆装设备。,一、单片机应用系统构成,1、基本系统,单 片 机,复位 电路,电源,输入/输出 设 备,时 钟 电 路,图 1-14 单片机的基本系统结构图,辅助电路,控制对象,最小系统,1.3 单片机的应用构成及应用领域,2、
10、扩展系统,通过总线来扩展一些部件，以弥补单片机内部资源的不足。这样可满足一些应用系统的特殊需要。,二、 单片机的应用,1、单片机的应用特性, 体积小 可靠性高 控制功能强 使用方便 性能价格比高 (6)开发应用快捷,2、单片机的应用领域, 广泛应用于智能仪表：如电阻电感电容测量仪、智能压力（温度、流量）变送器等, 在机电一体化中的应用,机电一体化产品是指集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品。例：数控机床等, 在实时控制中的应用, 在分布式多机系统中的应用,在民用电子产品中应用,高档的家用电器、电子玩具等。如全自动洗衣机、热水器、电子游戏机,以单片机为核心组成的智能化仪器各自完成特定任务，再通过通信相互联系，协调完成整个任务。,第1章主要内容：,单片机概念 单片机内部结构和资源 单片机应用系统结构形式 了解增强型51系列单片机片内资源情况,
