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1、单片机技术课程在同类课程中的特殊地位,1、单片机技术是现代DSP技术（数字信号处理器） 、嵌入式系统等的基础，应用十分广泛，是一门非常实用的技术，其就业前景良好。 2、学习、掌握、应用该技术所需的成本越来越低，将成为一种普及性技术，使得越来越多的学生有条件、有机会仅靠自己的力量、按照自己的想法设计制作作品（产品）。这对于在校的、爱好电子产品设计、制作的学生是一个较好的选择。 3、计算机技术、通讯技术、微电子技术、网络技术是现代社会文明的标志，而单片机技术是这些技术的微缩。,单片机技术课程的学习,1、学习本课程应硬件、软件兼顾并重，既要掌握单片机的硬件结构和工作原理，也要掌握使用软件编程来控制硬
2、件电路的工作，做到两者融会贯通，能够将两者相互渗透。 2、要学会组成单片机应用系统。学习时对单片机应用系统中常用的输入/输出电路以及各种应用实例（环节）必须给予足够的重视。 3、学习本课程时，宜结合习题、实验、实训，以提高学习质量，巩固和扩大学习收获。 4、学习顺序：基本概念、硬件结构（CPU）、指令系统和程序设计、硬件结构（定时器/计数器、并口、串口、中断）、单片机扩展、接口应用。,世界上第一台现代意义的电子计算机是1946年美国宾夕法尼亚大学设计制造的“ENIAC”（电子数字积分计算机） 占地上百平方米 重量几千吨 功耗几十千瓦,绪论,计算机的发展及分类,电子计算机按其性能分类： 大型计算
3、机/巨型计算机（Mainframe Computer） 中型计算机（Middle Computer） 小型计算机（Minicomputer） 微型计算机（Microcomputer）,电子管计算机（1946-1956） 晶体管计算机（1957-1964） 中小规模集成电路计算机（1965-1970） 超大规模集成电路计算机（1971-今）,微型计算机系统,微机系统的组成,微处理器 存储器 I/O接口（各种板卡） 总线 、时钟系统,硬件系统 软件系统,微 型 计算机 系 统,主机,外 设,ALU 控制器 工作寄存器组,键盘、鼠标 显示器 硬盘、光驱等 打印机、扫描仪,系统软件（操作系统等） 应用
4、软件,单板机 将微处理器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）。,单片机,由此可见，单片机是把组成微型计算机的各种功能部件，包括CPU、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、基本输入/输出（I/O）接口电路、定时/计数器、中断系统等部分制作在一块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机主机，从而实现微型计算机的基本功能。,单片机是单片微型计算机的简称,单片机主要面对的是测控对象，突出的是控制功能，单片机内部往往还集成了许多面向测控对象的接口电路。,因此
5、，单片机也被称为微控制器MCU Micro Controller Unit,单片机也称为：,我国，习惯使用“单片机”这一名称。,微控制器 MCU（Micro Controller Unit）,嵌入式控制器 EMCU（Embedded Micro Controller Unit）,定义： 单片机是中央处理单元CPU（Central Processing Unit）、一定容量的随机存取存储器RAM（Random Access Memory）、只读存储器ROM（Read Only Memory）、定时器计数器以及IO（Input /Output）接口电路等微机的主要部件集成在一块芯片上的微型计算机，
6、称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），简称单片机（SCM）。,区别：,1-4、常用单片机介绍,8051系列，经典的单片机。,AVR系列。,S08系列、S12系列、68K系列,主流的单片机产品系列,PIC8、PIC16系列。,MSP430系列。,Cortex-M系列,M14K系列,1-4、常用单片机介绍,单片机的主要生产厂商,INTEL公司单片机的发展历史 1971年 Intel推出4位微处理器4004 1976-1978 初级8位单片机MCS-48系列： 8748/8048 1978-1982 高档8位单片机MCS-51系列： -51：子系列 -52：子系列
7、 1983-1990 16位单片机 MCS-96 系列： 8098/8096、80C198/80C196 1990- 32位单片机 80960,8031/8051/8751,8032/8052/8752,8051系列单片机：所有具有8051指令系统的单片机,20世纪80年代后期：Intel公司以专利的形式把8051内核技术转让给其它半导体公司。这些厂家生产的51兼容单片机，与8051的系统结构（指令系统）完全相同。不应直接称为MCS-51系列单片机，MCS只是Intel公司专用的单片机系列符号。,1.1 51单片机的内部硬件结构及工作原理,51单片机由CPU、内部数据存储器（RAM）、内部程序
8、存储器（ROM）、定时/计数器、并行输入/输出（I/O）、串行口、中断控制系统、时钟电路部分组成。,项目一 单个发光二极管闪烁,51单片机中CPU的工作原理 CPU主要由运算器和控制器组成 运算器 运算器由8位算术逻辑运算单元ALU（Arithmetic Logic Unit）、8位累加器ACC（Accumulator）、8位寄存器B、程序状态字寄存器PSW（Program Status Word）、8位暂存寄存器TMP1和8位暂存寄存器TMP2等组成。,算术逻辑运算单元ALU：完成算术运算和逻辑操作。 累加器A：使用最频繁的寄存器，也可写为ACC，CPU内外的数据传送大多数都通过A进行。参与
9、运算的数据之一需通过A输入ALU，而运算的结果也存放在A中。 暂存器：暂存运算过程的中间数据，用户无法访问。,控制器 控制器主要由指令部件（程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器、堆栈指针SP、数据指针DPTR）、时序部件（时钟发生器）及操作控制部件（定时控制逻辑）等组成。,程序计数器PC（Program Counter） 存放下一条要执行的指令在程序存储器中的地址。 指令寄存器：暂存从程序存储器读取的指令，等待译码。 指令译码器： 对送入的指令进行译码。 时钟发生器：用于产生操作控制部件所需的时序信号。 操作控制部件：形成与指令操作相应的操作控制序列信号。,51单片机执行程序过程 单片机
10、的工作过程就是执行程序的过程，即逐条执行指令的过程。计算机每执行一条指令都可分为三个阶段进行，即取指（读取指令）、译码（分析指令）和执行（执行指令）。 取指：读取存放在程序存储器中的程序指令代码，放入指令寄存器。 译码：分析读取的指令，产生相应的控制信号。 执行：根据译码产生的控制信号，完成相应的操作。,总结： 51单片机与一般微型计算机的工作过程的主要区别在于： 51单片机直接从ROM中读取指令并执行，用户程序必须事先烧写在ROM中。 微型计算机从内存（RAM）中读取指令并执行，用户程序一般存放在外存（硬盘、光盘等）上，被执行的部分才加载到内存中去。,一、51单片机的引脚及功能,1电源引脚
11、（1）VCC：接+5V电源； （2）GND或VSS：接地。 通常，在接近芯片引脚处， VCC与GND之间应接上退耦电容。,引脚按功能分为4类：,2时钟信号引脚 （1）XTAL1：接外部晶体的一个引脚，采用外部时钟信号时，此引脚应接地。 （2）XTAL2：接外部晶体的另一端。可输出时钟信号，采用外部时钟信号时，外部时钟信号应接到此引脚上。,时钟电路用于产生单片机工作时序所必需的时钟控制信号。,时钟频率直接影响单片机的速度，电路的质量直接影响系统的稳定性。,常用的时钟电路有两种方式：内部时钟方式和外部时钟方式。,时钟电路,内部时钟方式,51单片机,外部时钟方式,时序：CPU在执行指令时各控制信号之
12、间的时间顺序关系。,单片机执行的指令的各种时序均与时钟振荡电路有关。,CPU时序相关的几个概念,振荡周期 （又称节拍，用P表示）： 内部振荡器的周期，是单片机的基本时间单位。若外接晶体的频率为fosc，则振荡器的周期为Tosc=1/fosc。 例如：fosc=6MHz，Tosc=166.7ns。 时钟周期（又称状态，用S表示）： 振荡脉冲经过二分频后的周期。一个状态包含两个节拍，前一个叫P1，后一个叫P2。,机器周期（T）： CPU完成一个基本操作所需的时间称为机器周期 。 一个机器周期又分为6个状态，并依次记为S1S6，一个状态包括2个节拍P1和P2，因此一个机器周期总共有12个节拍（1T=
13、6S=12P），记为S1P1、S1P2、S6P1、S6P2。,振荡周期、时钟周期与机器周期的相互关系,指令周期：执行一条指令所需要的时间称为指令周期，一般由若干(14)个机器周期组成。,3. 控制引脚 提供控制信号，有的引脚还具有复用功能。 (1) RST：复位（RESET）。 用于提供复位信号，以控制触发单片机进入复位状态。,复位是单片机的初始化操作，单片机在启动运行时，都需要先复位，它的作用是使CPU和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。,为何要复位？,复位状态,复位完成后的初始状态称为复位状态 复位后PC寄存器初始化为0，于是单片机自动从地址为0的单元开始执行程
14、序。 复位后片内其他部件的状态在学习相关部件时介绍。,RST（复位信号输入端，高电平有效，有效时间要求至少持续2个机器周期即24个振荡周期） 。,复位信号,复位电路,单片机正常运行的基本条件,电源正常 时钟正常 复位正常 为满足上述条件所外接的电路与单片机本身一起构成所谓的“最小单片机系统”。,第一功能：ALE（Address Latch Enable）为地址锁存允许，用于系统扩展时低8位地址的锁存。,(2),第二功能： 为编程脉冲输入端。,(3) ：外部程序存储器的读选通信号。低电平时可选中外接的程序存储器。,第二功能：VPP用于施加编程电压。,(4),第一功能： 为是否使用片内程序存储器选
15、择控制端。,可以看到，与程序存储器的编程（将用户程序固化到ROM中）相关的引脚是VPP和 ，这两个引脚功能只是在烧写程序时使用，而正常工作时只能使用另外的功能。,4. I/O口引脚 P0口：P0.0P0.7，为8位双向I/O口。 P1口：P1.0P1.7，为8位准双向I/O口。 P2口：P2.0P2.7，为8位准双向I/O口。 P3口： P3.0P3.7，为8位准双向I/O口。,P3口具有第二功能定义。,存储器简介,存放程序和数据的记忆装置 用途：存放程序和要操作的各类信息（数据、文字、图像、） 内存：ROM、RAM 特点：速度快，容量小 外存：磁盘、光盘 特点：顺序存取/块存取，速度慢，容量
16、大,二、51单片机的存储器结构,有关内存储器的几个概念,A.内存单元的地址和内容 B.内存容量 C.内存的操作 D.内存的分类,A.内存单元的地址和内容,内存包含有很多存储单元(一般以字节为单位，即每个内存单元包含8bit)，为区分不同的内存单元，对计算机中的每个内存单元进行编号，内存单元的编号就称为内存单元的地址，内存单元中存放的二进制数据信息称为内存单元的内容。,B.内存容量,即内存单元的个数，以字节为单位。 注意：内存空间与内存容量的区别 内存容量：实际配置的内存RAM大小。例：某微机配置2条512MB的RAM内存条，其内存容量为1GB。 内存空间：又称为存储空间、寻址范围，是指微机的寻址能力，与CPU的地址总线宽度有关。例：若某台微机的地址总线是32位的，则其内存空间为4GB。,C.内存操作,读：将内存单元的内容取出送入CPU，原单元内容不改变； 写：CPU将数据信息放入内存单元，单元中原内容被覆盖； 内存的读写的步骤为： CPU把要读写的内存单元的地址放
