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1、1,单片机原理及其应用,2,1 电子计算机的发展概述,1. 1 电子计算机的问世及其经典结构,3 单片机的发展过程及产品近况,3. 1 单片机的发展过程,1. 2 微型计算机的应用形态,3. 2 单片机产品近况,2. 1 存储器的概述,2. 3 I/O接口及外设,2. 2 CPU的组成及作用,2 计算机各组成部分的介绍,3,5 80C51系列概述,5. 1 MCS-51系列,5. 3 80C51典型产品资源配置,5. 2 80C51系列,4 单片机的特点及应用领域,4. 2 单片机的应用领域,4. 1 单片机的特点,6.3 单片机开发方式的发展,6 单片机应用系统开发简介,6.1 单片机应用系
2、统的开发,6.2 单片机应用系统传统开发方式,4,一、二进制、十进制、十六进制,二、不同进制之间相互转换,三、原码、反码及补码,四、数据在计算机中的表示,补充 常用数制和编码,补充 数制与编码的简单回顾,1 数制,2 编码,5,1 电子计算机的发展概述,1946年2月15日，第一台电子数字计算机问世，这标志着计算机时代的到来。 ENIAC （“埃尼阿克”）,1.1 电子计算机的问世及其经典结构,ENIAC是电子管计算机，时钟频率仅有100 KHz，但能在1秒钟的时间内完成5000次加法运算。 与现代的计算机相比，有许多不足，但它的问世开创了计算机科学技术的新纪元，对人类的生产和生活方式产生了巨
3、大的影响 。,6,匈牙利籍数学家冯诺依曼在方案的设计上做出了重要的贡献。1946年6月，他又提出了“程序存储”和“二进制运算”的思想，进一步构建了计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成这一计算机的经典结构。 （EDVAC-ELECTRONIC DISCRETE VARIABLE AUTOMATIC COMPUTER）,7,电子计算机技术的发展，相继经历了五个时代：,电子管计算机； 晶体管计算机； 集成电路计算机； 大规模集成电路计算机； 超大规模集成电路计算机。,计算机的结构仍然没有突破冯诺依曼提出的计算机的经典结构框架。,8,1.2 微型计算机的应用形态,多板机（系统机） 将
4、CPU、存储器、I/O接口电路和总线接口等组装在一块主机板（即微机主板）。各种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、软/硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内，再配上系统软件，就构成了一台完整的微型计算机系统（简称系统机）。 工业PC机 也属于多板机。,从应用形态上，微机可以分成三种：,9,单板机 将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片和简单的I/O设备（小键盘、LED显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序（固化在ROM中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。,单板机,单板机的I/O设备简单，软件资源少，使用不方便。早期主要用于微型计算机原理的教学及简单的测控系统，现在已很少使用
5、。,10,单片机 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机。,单板机,单片机,系统机（多板机）,三种应用形态的比较 ：,11,系统机（桌面应用）属于通用计算机，主要应用于数据处理、办公自动化及辅助设计。,单片机（嵌入式应用）属于专用计算机，主要应用于智能仪表、智能传感器、智能家电、智能办公设备、汽车及军事电子设备等应用系统。,单片机体积小、价格低、可靠性高，其非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。,12,2 计算机各组成部分的介绍,2.1 存储器的概述,2.1.1存储器框图,13,2.1.2 存储器的作用 2.1.3 存
6、储器的表达 2.1.4 存储器的种类、内部数据 2.1.5 存储器的访问 2.1.6存储器的容量及地址线的计算,地址线的根数： n 地址线空间： 2n 地址： 从 n个0 n个1,14,2.2 CPU的组成及作用,算术逻辑单元(简称ALU）,运算器,累加器,寄存器,CPU,运算器,控制器,2.2.1 CPU、运算器及控制器的组成,15,控制器的组成,程序计数器,指令寄存器,指令译码器,时序产生器,操作控制器,16,ALU可对两个操作数进行加、减、与、或、比较大小等操作，最后将结果存入累加器。 ALU执行不同的运算操作是由不同控制线上的信息所确定的。 ALU的两个主要的输入来源：累加器、数据寄存
7、器,2.2.2 运算器的作用,对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。 指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向。,2.2.3 控制器的主要功能,17,2.3 I/O接口及外设,每个外设与微处理器的连接必须经过接口适配器（I/O接口）。 每个I/O接口及其对应的外设都有一个固定的地址，在CPU的控制下实现对外设的输入（读）和输出（写）操作。 比较I/O接口与存储器的访问 常见的外设举例,18,3 单片机的发展过程及产品近况,3.1 单片机的发展过程,单片机技术发展过程可分为三个主要阶段： 单芯片微机形成阶段 1976年，Intel公司推出了MCS-4
8、8系列单片机 。8位CPU、1K字节ROM、64字节RAM、27根I/O线和1个8位定时/计数器。,特点是：存储器容量较小，寻址范围小（不大于4K），无串行接口，指令系统功能不强。,19,性能完善提高阶段 1980年，Intel公司推出了MCS-51系列单片机：8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K，并有控制功能较强的布尔处理器。,特点是：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出。现在，MCS-51已成为公认的单片机经典机种 。,20,微控制器化阶段,特点是：片内面向测控系统外围电路增强，使单片机可以方
9、便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。 “微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。,1982年，Intel推出MCS-96系列单片机。 芯片内集成：16位CPU、8K字节ROM、232字节RAM、5个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K。片上还有8路10位ADC、1路PWM输出及高速I/O部件等。,21,ATMEL公司融入Flash存储器技术的AT89系列； Philips公司的80C51、80C552系列； 华邦公司的W78C51、W77C51高速低价系列； ADI公司的ADC8xx高精度ADC系列； LG公司的GMS90/97低压高速系列； Maxim公司的DS
10、89C420高速（50MIPS）系列； Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机。, 80C51系列单片机产品繁多，主流地位已经形成，近年来推出的与80C51兼容的主要产品有：,3.2 单片机产品近况,22,非80C51结构单片机新品不断推出，给用户提供了更为广泛的选择空间 ，近年来推出的非80C51系列的主要产品有：,Intel的MCS-96系列16位单片机 ； Microchip的PIC系列RISC单片机 ； TI的MSP430F系列16位低功耗单片机 。,23,4 单片机的特点及应用领域,4.1 单片机的特点,控制性能和可靠性高 实时控制功能特别强，其CPU可以对I/O端口直接
11、进行操作，位操作能力更是其它计算机无法比拟的。另外，由于CPU、存储器及I/O接口集成在同一芯片内，各部件间的连接紧凑，数据在传送时受干扰的影响较小，且不易受环境条件的影响，所以单片机的可靠性非常高。,24,体积小、价格低、易于产品化 单片机芯片即是一台完整的微型计算机，对于批量大的专用场合，一方面可以在众多的单片机品种间进行匹配选择；同时还可以专门进行芯片设计，使芯片的功能与应用具有良好的对应关系；在单片机产品的引脚封装方面，有的单片机引脚已减少到8个或更少。从而使应用系统的印制板减小、接插件减少、安装简单方便。,近期推出的单片机产品，内部集成有高速I/O口、ADC、PWM、WDT等部件，并
12、在低电压、低功耗、串行扩展总线、控制网络总线和开发方式（如在系统编程ISP）等方面都有了进一步的增强。,25,4.2 单片机的应用领域,智能仪器仪表,单片机用于各种仪器仪表，一方面提高了仪器仪表的使用功能和精度，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表的硬件结构，从而可以方便地完成仪器仪表产品的升级换代。如各种智能电气测量仪表、智能传感器等。,机电一体化产品,机电一体化产品是集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的各种机电产品。单片机在机电一体化产品的开发中可以发挥巨大的作用。典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机等。,26
13、, 实时工业控制,单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应用如电机转速控制、温度控制、自动生产线等 。,分布式系统的前端模块,在较复杂的工业系统中，经常要采用分布式测控系统完成大量的分布参数的采集。在这类系统中，采用单片机作为分布式系统的前端采集模块，系统具有运行可靠，数据采集方便灵活，成本低廉等一系列优点。,27,家用电器,家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广阔。如空
14、调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等。,另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子等 。,使用温度： 民品：0 +70C 工业品：-40 +85C 汽车：-40 +105C 军品： -55 +125C,28,5 80C51系列概述,（1）MCS-51是Intel公司生产的一个单片机系列名称。属于这一系列的单片机有多种，如：,8051/8751/8031； 8052/8752/8032； 80C51/87C51/80C31 80C52/87C52/80C32等 。,5.1 MCS-51系列,29,（2）该系列生产
15、工艺有两种：,CHMOS是CMOS和HMOS的结合，既保持了HMOS高速度和高密度的特点，还具有CMOS的低功耗的特点。在产品型号中凡带有字母“C”的即为CHMOS芯片，CHMOS芯片的电平既与TTL电平兼容，又与CMOS电平兼容。,一是HMOS工艺（高密度短沟道MOS工艺）。二是CHMOS工艺（互补金属氧化物的HMOS工艺）。,30,（3）在功能上，该系列单片机有基本型和增强型两大类：,增强型： 8052/8752/8032 80C52/87C52/80C32,基本型： 8051/8751/8031 80C51/87C51/80C31,（4）在片内程序存储器的配置上，该系列单片机有三种形式，
16、即掩膜ROM、EPROM和ROMLess(无片内程序存储器)。如：,80C51有4K字节的掩膜ROM； 87C51有4K字节的EPROM ； 80C31在芯片内无程序存储器。,31,（4）在片内程序存储器的配置上，该系列单片机有三种形式，即掩膜ROM、EPROM和ROMLess(无片内程序存储器)。如：,80C51有4K字节的掩膜ROM； 87C51有4K字节的EPROM ； 80C31在芯片内无程序存储器。,32,5.2 80C51系列, Intel的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等； ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等； Philips、华邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司的许多产品 。,80C51是MCS-51系列中CHMOS工艺的一个典型品种 ；其它厂商以8051为基
