《单片机原理与应用》徐爱华主编课件

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1、第1章 微型计算机基础,1.1微型计算机的组成 1.2单片机概述 1.3计算机中的数制和码制,1.1 微型计算机的组成,1.CPU：运算器、控制器、寄存器 2.存储器：ROM、RAM （掩膜型ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash Memory） 3.I/O接口与外围设备 4.总线：DB、AB、CB,微型计算机的基本结构框图,微型计算机系统：以微型计算机为主体，再配置必要的外围设备（键盘、显示器、磁盘控制器、打印机等）和系统软件之后，就组成了一套完整的微型计算机系统。个人电脑。,1.2 单片机概述,单片机将微型计算机中最基本的部件都集中在一块芯片上，全称为单片微型计算机（sin

2、gle chip Microcomputer）。由于它的结构及功能均按工业控制要求设计，较多的应用在控制领域，所以又称单片微控制器（single chip Microcontroller）。只要外加少许电子零件便可以构成一套简易的计算机控制系统。,优点：使用单片机做设计，降低硬件成本；体积小，适合设计小型的控制系统。,单片机与个人PC机相比较,缺点：由于单片机芯片设计及制造技术方面的原因，在有限的芯片上无法设计出太多的内存空间，因此单片机上的ROM及RAM的容量都比较小。,个人PC中的CPU一块要卖多少块钱？单片机的？,计算机的主要用途是科学计算、数据处理、图象分析、数据库人工智能、数字模拟与

3、仿真等。所以CPU发展的动力在于人类无止境的海量数位运算的需求。286、386586、奔腾等，系统速度越来越快，功能越来越强，价格高。,单片机：价格并不高，从几元人民币到几十元人民币，体积也不大，一般用40脚封装，当然功能多一些单片机也有引脚比较多的，如68引脚，功能少的只有10多个或20多个引脚，有的甚至只8只引脚。,单片机的功能肯定不如PC机的强，干吗要学它呢？,实际工作中并不是任何需要计算机的场合都要求计算机有很高的性能，应用的关键是看是否够用，是否有很好的性能价格比。所以8051出来二十多年，依然没有被淘汰，还在不断的发展中。,单片机的特点,（1）体积小、重量轻、功耗低、功能强、性价比

4、高。可嵌入各种设备中组成以之为核心的嵌入式系统。 （2）数据大都在单片机内部传送，运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高。 （3）结构灵活，易于组成各种微机应用系统。 （4）应用广泛，既可用于工业自动控制等场合，又可用于测量仪器、医疗仪器及家用电器等领域。 （5）控制功能强，称为“面向控制”的计算机。,返回本章首页,单片机的发展历史,第一代（1974-1976）：1974年美国仙童（Fairchild）公司生产第一个4位单片机F8问世。发展了各种4位机，多用于家用电器、计算器、玩具。 第二代（1976-1980）为初级8位机阶段，发展了各种中、低档8位机。代表产品：Intel 8048。片内含有多

5、个8位并行I/O接口、一个8位定时器/计数器，寻址范围不大于4KB，无串口。可满足一般工业控制和智能化仪表需要。,第三代（1980-1983）：为高级8位机阶段，发展了高性能8位机,代表产品：Intel MCS-51系列。普遍带串口，有多级中断处理系统,多个16位定时器/计数器，片内ROM、RAM 容量加大。寻址范围可达64KB。有的带A/D转换器。用于智能终端、局部网络接口。 第四代：1983年以后，16位单片机阶段。发展了MCS-96系列16位机，功能强大，价格迅速下降。片内含有A/D、可用于电机控制；网络通讯能力增强。 以Intel公司的MCS系列单片机最为著名。,MCS-51和8051

6、概念,MCS是Intel公司单片机的系列符号。Intel推出有MCS-48、MCS-51、MCS-96系列单片机。 MCS-51系列既包括三个基本型8031、8051、8751，以及对应的低功耗型号80C31、80C51、87C51，因而MCS-51特指Intel的这几种型号。 在计算机领域，系列机是指同一厂家生产的具有相同系统结构的机器。 20世纪80年代中期以后，Intel以专利转让的形式,把8051内核给了许多半导体厂家，如AMTEL、PHILIPS、ANANOG DEVICES、DALLAS等。这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机

7、。这些单片机与8051的系统结构（只要是指令系统）相同，采用CMOS工艺，因而常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机。他们对8051一般都作了一些扩充，更有特点、功能更强、市场竞争力更强，不应该把他们称为MCS-51系列单片机。MCS只是Intel公司专用的。,单片机的发展状况,1、CPU的改进 采用双CPU结构，以提高处理能力。例：Rockwell公司的R6500/21和 R65c29 增加数据总线宽度 例：NEC公司的uPD-7800将ALU作成16位运算部件，内部采用16位数据总线。 采用流水线结构，具有很高的运算速度 串行总线结构 I 2C和 DDB 三条数据总线代替

8、现行的8位数据总线，从而大量减少单片机引线，降低成本。例：非力普公司的MAB8420、SCC83C51 2、存储器的发展 主要解决容量、软件保密等。,3、片内I/O的状况 一般单片机都有较多并行口，以满足外围设备、芯片扩展电路的需求，中高档机还配有串口，以满足多机通讯功能要求。 （1）传感器接口； (2)各种工业对象的电气接口； （3）驱动的功率接口； （4）人机对化接口； （5）通讯网络接口。 高速I/O能力 、中断处理能力 、A/D、D/A的速度和精度 、位操作能力 、功率驱动能力 、程序运行监控能力 、信号实时处理能力等。,4、片内集成更多的外围功能器件。 A/D、D/A、DMA控制器、

9、频率合成器、声音发生器、译码驱动器、CRT控制器等。,5、半导体工艺技术的发展 集成度提高（0.6um工艺）低功耗化（CMOS）,总之将向高性能、高可靠性、网络化、低电压、低功耗、低噪音、低成本的方向发展。,单片机应用领域,1.单片机在智能仪器仪表中的应用； 以单片机为中心设计，使智能仪表集测量、处理、控制功能于一体。 2.单片机在工业测控中的应用； 对各种工业设备进行智能测控，大大降低了劳动强度和生产成本。 3.单片机在日常生活及家电中的应用； 4.单片机在计算机系统、网络和通讯技术中的应用。 计算机系统中有很多部分是使用单片机作控制器的，如键盘管理、打印机、CRT、硬盘驱动等。 5.军工领

10、域。导弹控制、鱼雷制导控制、智能武器装备、航天飞机导航等。,一个液晶显示的数字式电脑温度计,出租车计价器及电子称,1. http:/www.bol- 中国单片机公共实验室 2. http:/ 单片机世界 广州站 3. http:/ 乐清单片机联盟 4. http:/ 科宇单片机工作室 5. http:/ 51单片机世界,单片机的常用名词,总线：指能为多个部件服务的信息传送线，在微机系统中各个部件通过总线相互通信。 地址总线：传送由CPU发出的用于选择要访问的器件或部件的地址。单向 数据总线：用来传送微型机系统内的各种类型的数据。双向 控制总线：用于传送各类控制信号（CPU发出的读写信号，存储器

11、或外设发出的状态信息）。双向,存储器: 用来存放计算机中的所有信息：包括程序、原始数据、运算的中间结果及最终结果等。 暂存器: 用来暂存由数据总线或通用寄存器送来的操作数，便于数据的传送和运算。 中断: 中断是单片机实时地处理内部或外部事件的一种内部机制。当某种内部或外部事件发生时，单片机的中断系统将迫使CPU暂停正在执行的程序，转而去进行中断事件的处理，中断处理完毕后，又返回被中断的程序处，继续执行下去。,掉电保护: 指在正常供电电源掉电时，迅速用备用直流电源供电，以保证在一段时间内信息不会丢失，当主电源恢复供电时，又自动切换为主电源供电。 RAM 随机存取存储器: 主要用来存放各种输入数据

12、、输出数据、中间结果、最终结果以及与外存交换的信息等，当掉电后，RAM中所存储的信息都将消失。 ROM 只读存储器: ROM 通过特别手段可将信息存入其中，并能长期的保存被存储的信息，一般CPU只能对它进行写入操作，当断电后，ROM中所存储的信息不会消失。,一、紫外光擦除的EPROM ：它的基本存储电路由一个浮栅雪崩注入 MOS 管和一个普通 MOS 管组成。其中浮栅雪崩注入 MOS 管作为存储器用，另一个普通 MOS 管作为地址选择用。 二、电擦除可编程 EEPROM ：它的某些型号编程和擦除可在普通电压下进行，另外，它是实行在线操作的，既在写入一个字节的数据之前，自动的对要写入的单元进行擦

13、除。 D/A转换: 即将二进制数转换成与其量值成正比的电流信号或电压信号。 A/D转换: 即将模拟量转换成相应的数字量，然后送计算机处理。,串行方式: 指数据的各位分时传送，只需一条数据线，外加一条公共信号地线和若干条控制信号线。 并行方式: 指数据的各位同时传送，每一条数据都需要一条传输线。 伪指令: 用于告诉汇编程序如何进行汇编的指令，它既不控制机器的操作也不被汇编成机器代码，只能为汇编程序所识别并指导汇编如何进行。,寄存器寻址: 操作数在寄存器中，由指令操作码中的rrr三位的值和PSW中RS1及RS0的状态，选中某个工作寄存器区的某个寄存器，然后进行相应的指令操作。 波特率: 即每秒钟传

14、送二进制数的位数， 波特率越高，数据传输的速度越快。 UART 通用异步接收器/发送器: 用于数据的串/并转换，硬件UART由三部分组成：接收部分、发送部分和控制部分，接收和发送都具有双缓冲结构。 SLEEP MODI 睡觉模式: 保证程序内部运行，但与外部的传输等动作已停止的一种运行模式。,linking 连接: 把编译后生成的 *.obj 文件与其它 *.obj文件合并成机器能识别的机器文件。 I2C:输入与输出共用一条传输线，而时钟由另一条线控制的一种串行传输方式。 SFR 特殊功能寄存器区: 8051 把 CPU 中的专用寄存器、并行端口锁存器、串行口与定时器/计数器内的控制寄存器集中

15、安排到一个区域，离散地分布在地址从 80H 到 FFH 范围内，这个区域称为特殊功能寄存器区 SFR,一、数制及其转换,1、十进制 一个十进制数，它的数值是由数码0，1，2，8，9来表示的。数码所处的位置不同，代表数的大小也不同。 例如：53478=5104 +3103 +4102 +7101 +8100 ，对应于：,返回本节,1.3计算机中的数制和码制,2、二进制数 以2为基数的数制称为二进位计数制，它只包括0和1两个数码，很容易用电子元件的两种不同的状态来表示，例如，用高电平表示1，用低电平表示0。所以，计算机中通常采用二进制数。 二进制数的计数特征：逢二进一 如(10110100)B=1

16、27 +026 +125 +124 +023 +122 +021 +020 ，对应于： 在加、减、乘、除四则运算中，乘法实质上是做移位加法，除法则是移位减法。,返回本节,3、十六进制数 为了书写和阅读方便，经常采用十六进制数作为二进制的缩写形式。十六进制数的基为16，即基数码共有l6个：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F。其中A，B，C，D，E，F分别代表值为十进制数中的10，11，12，13，14，15。十六进制的权为以16为底的幂。 如： (4F8E)H=4163 +F162 +8161 +E160 =20366，对应于： 十进制数、二进制数、十六进制数的对照表如表1-1所示。,表1-1 十进制数、二进制数、十六进制数对照表,返回本节,4、不同进制数之间的转换 （1）二进制转换为十进制 基本方法：将二进制数转换成十进制数时，只要将二进制数各位的权乘以