《单片机原理及应用 教学课件 ppt 作者 佟云峰 第1章 单片机基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机原理及应用 教学课件 ppt 作者 佟云峰 第1章 单片机基础（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,参与课件制作：,佟 云 峰,李 志 平,施 卫 华,单片机原理及应用,主 要 特 色,1、是教育部高等职业教育示范专业规划教材 ；,2、是高职高专电气自动化专业的主干课程 ；,3、降低了理论高度，突出以应用为目的 ；,4、书中列举的器件和介绍的应用实例能反映单片机技术的发展趋势；,5、对于两年制高职高专和三年制高职高专都可以适用 。,第1章 单片机基础,1.1 单片机的基本概念 单片机一词最初是源于“Single Chip Microcomputer ”，简称SCM。单片机也被称做“微控制器”、“嵌入式微控制器” 、“微控制芯片” 、“微控制单元”。随着SCM在技术上、体系结构上不断扩展其控
2、制功能，国际上逐渐采用“MCU“(Micro Controller Unit)来代替，形成了单片机界公认的、最终统一的名词。在国内因为“单片机”一词已约定俗成，故而继续沿用。,单片机(Micro Controller Unit)，就是将微处理器（CPU）、存储器（存放程序或数据的ROM和RAM）、总线、定时器/计数器、输入/输出接口（I/O口）和其他多种功能器件集成在一块芯片上的微型计算机。简单的说：单片机是在一块芯片上集成了一台计算机。但是，它又区别于普通的计算机，它是专门为实现“控制”而设计的。,1.2 单片机的特点,1、高集成度、高可靠性、体积小,2、优异的性能价格比,3、控制功能强、可
3、选型号多、便于扩展,4、低电压、低功耗,1.3 单片机的应用,1、智能产品,2、智能仪表,3、测控系统,4、数控设备,5、智能接口,6、人类生活中的应用,1.4 单片机的发展概况,1.4.1 单片机技术的发展历史,1、SCM（Single Chip Microcomputer） 单片微型计算机诞生及探索阶段,2、MCU（Micro Controller Unit）微控制器阶段,3、MCU 的逐步成熟及SoC化趋势阶段,4、MCU的百花齐放阶段（80年代后期至今）,1.4.2 单片机技术的发展趋势,1、制作工艺CMOS化,2、尽量实现单片化,3、共性与个性共存,1.5 单片机的封装,单片机的封装
4、指包裹于单片机外层的物质。它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁。,1、DIP双列直插式封装,1.5 单片机的封装,图1-1 DIP封装引脚 排列图,图1-2 DIP封装实物示意图,2、QFP塑料方型扁平式封装和PFP塑料 扁平组件式封装,图1-3 QFP封装引脚 排列图,图1-4 QFP封装实物 示意图,3、PLCC（Plastic Leaded Chip Carrier）塑封有引线芯片载体封装,图1-5 PLCC封装引脚 排列图,图1-6 PLCC封装实物 示意图,4、SOP（Small Outline Package）小型外框封
5、装（短输出双列贴片封装）,图1-7 SOP封装图引脚 排列图,图1-8 SOP封装实物 示意图,5、芯片封装形式比较,封装成本：DIP、SOP最低，PLCC、PQFP较高； 封装效率：DIP最低，大约27，QFP次之1030，CSP最高，可达85100； 封装厚度：DIP和QFP为2.00mm3.60mm，TSOP为1.00mm1.40mm，UTSOP可减小到0.50mm0.80mm ； 封装引脚数：SOP最大引脚数为40条，DIP最大引脚数为60条，PLCC可达400条、QFP最大引脚数可达500条，CSP可达1000条； 封装引脚间距：典型DIP的引脚间距为2.54mm，PLCC为1.27
6、mm，QFP可缩小到0.33mm，CSP可进一步可缩小到0.15mm。,1.6 单片机厂商及产品介绍,1.6.1 著名单片机厂商 比较著名的单片机厂商有：美国的英特尔(Intel) 公司、摩托罗拉（Motorola）公司、国家办导体(NS) 公司、Atmel公司、微芯片(Microchip) 公司、洛克威尔(Rockwell)公司、莫斯特克公司(Mostek)、齐洛格(Zilog)公司、仙童(Fairchid)公司、德州仪器(TI)公司等等。日本的电气(NS)公司、东芝(Toshiba)公司、富士通(Fujitsu)公司、松下公司、日立(Hitachi)公司、日电(NEC)公司、夏普公司等等、
7、荷兰的飞利浦(Philips)公司、德国的西门子(Siemens)公司等等。,1.6.2 单片机的种类,1、Zilog（齐洛格）单片机,2、51系列单片机,3、AVR单片机,4、Motorola单片机,5、MicroChip PIC单片机,6、PHILIPS 80C51系列单片机,7、 MDT20XX系列单片机,8、 EM78系列OTP型单片机,1.6.2、单片机的种类,14、NS单片机,13、华邦单片机,12、LG公司GMS90系列单片机,11、东芝单片机,10、EPSON单片机,9、 Scenix单片机,1.6.3 80C51单片机的家族简介,2、增强型LPC900系列多用途Flash单片
8、机是 PHILIPS 公司推出的一款高性能、微功耗51内核单片机，主要集成了字节方式的 I2 C 总线、SPI 总线、增强型 UART 接口、比较器、实时时钟、E PROM、AD/DA 转换器、ISP/IAP 在线编程和应用中编程等一系列有特色的功能部件。LPC900 系列单片机提供从 8 脚 DIP 到 28 脚的PLCC 等丰富的封装形式，且其具有高速率（6 倍于普通51单片机）、低功耗（完全掉电模式功耗低于 1uA）、高稳定性、小封装、多功能（内嵌众多流行的功能模块）和多选择等特点，特别适合于家电产品。,1.7 单片机中的数及编码,单片机中所流通（运行）的各种信息都是二进制数表示的，包括
9、数据、字符、程序等等。这是因为，设计单片机时，要找到能表示两种不同物理状态的元器件很容易。例如：三极管的饱和导通和截至，可分别表示“1”和“0”。而要找到一种能表示10种不同物理状态的元器件来表示“0”“9”,以满足我们已习惯的十进制规则，的确很困难。因此，熟练掌握进位制之间的互换及单片机中常用的编码，就成为学好单片机的最最基础的知识。,1.7.1 单片机中的数,1、十进制与二进制之间的互换,2、二进制与十六进制之间的互换,3、十进制与十六进制之间的互换,1.7.2 单片机中的编码,单片机中常用到的编码有补码、BCD码和ASCII码三种。分别作如下叙述。 1、补码 单片机中引入补码是为了表示带
10、符号数，其目的是为了变减法运算为加法运算。另外可使符号位能与有效值一起参与运算，从而简化CPU中运算器的线路设计。,原码：最高位（D7）用作符号位，且用“0”表示正、用“1”表示负。其余位（D0D6）用作数值（有效）位。这样获得的一个带符号数编码，就叫原码。 反码：正数的反码与原码相同； 负数的反码在原码的基础上符号位不变，数值位按位取反。 补码：正数的补码与原码、反码相同； 负数的补码在反码的基础上符号位不变，在最低位（D0）位加一。,1.7.2 单片机中的编码,（2）补码的运算 有了补码的概念，今后凡是说到带符号数都是补码表示的（即单片机中的带符号数均是补码）。若声明一个数是补码，那就存在
11、求它真值的问题。所谓真值就是补码所表示的数值真正大小，通常习惯用十进制数表示真值。,1.7.2 单片机中的编码,（3）溢出的概念 溢出是指两个8位带符号数进行加减运算时，当运算结果超出8位二进制补码所能表示的范围128127，而导致结果出错。此种现象就称之为溢出。单片机专门为此设了一个标志位“OV”，用来判断结果的正确与否。当OVCY7CY61时，表示有溢出产生，结果错误；OVCY7CY60时，表示没有溢出产生，结果正确。其中的CY7是D7位向上的进位（或借位）, CY6是D6位向D7位的进位（或借位）。,1.7.2 单片机中的编码,溢出的判别方法如下： 观察法：观察参与运算两个数的符号，若属
12、于异号数相加或是同号数相减，可以马上判断不会有溢出产生；若是异号数相减或是同号数相加，则只能说有可能产生溢出。必需利用下面两种方法之一作进一步判断。 定义法：分别求出参与运算两个数的真值后，进行计算。若运算结果超出128127范围，便可判断有溢出。反之则没有溢出。 公式法：将参与运算的两个数按二进制展开后，按二进制规则作相应的运算。注意D7位（最高位）和D6（次高位）的进位（或借位）情况。D7位向上有进位（或借位）则CY71，反之CY70；D6位向上有进位（或借位）则CY61，反之CY60。然后，根据公式：OVCY7CY6 计算出OV的值。OV1，表示有溢出；OV0，表示没有溢出。,1.7.2
13、 单片机中的编码,2、BCD码,BCD码就是用4位二进制数对十进制数的09（十个符号）进行编码，这里所讲的是按自然位权进行编码的BCD码，简称8421码。,3、ASCII码,ASCII码是目前计算机中用得最广泛的字符集及其编码，是由美国国家标准局(ANSI)制定的美国标准信息交换码（American Standard Code for Information Interchange）。它已被国际标准化组织（ISO）定为国际标准。,ASCII码采用一个8位二进制数 (即一个字节)来表示一个特定的字符。其中低7位(D0D6)作为字符的ASCII码值，最高位(D7)用作校验位。27 =128,即AS
14、CII码共有128个不同的字符，这128个字符共分为两类：一类是图形字符，共96个；一类是控制字符，共32个。96个图形字符包括十进制数码字符10个、大小写英文字母52个和其它字符34个。这类字符有特定的形状，可以显示在显示器上和打印在打印纸上，其编码可以存储、传送和处理。32个控制符包括回车符、换行符、退格符、控制符和信息分隔符等。这类字符没有特定的形状，其编码虽然可以存储、传送和起某种控制作用，但字符本身不能在显示器上显示和打印机上打印。人们可通过键盘上的字母、字符和数值向计算机发送数据和指令，每一个键可用一个8位二进制编码来表示，此编码就是ASCII码。,3、ASCII码,1.8 单片机
15、与嵌入式系统(Embedded Systems),嵌入式系统的应用始于微型机时代，嵌入式系统按形态可分为设备级（工控机）、板级（单板、模块）、芯片级（MCU、SoC）。单片机本身就是嵌入式芯片，或嵌入式微控器，单片机系统的实际应用就是单片嵌入式系统的典型实例。,1、嵌入式系统的定义,目前公认的嵌入式系统定义为：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。简单地说就是：“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”。“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素。,2、嵌入式微处理器（Micro Processo
16、r Unit，MPU）,嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。它的特征是具有32位以上的处理器，具有较高的性能，当然其价格也相应较高。但与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。目前主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/ StrongARM系列等。,3、嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU),嵌入式微控制器的典型代表就是单片机，从70年代末单片机出现到今天，虽然已经经过了30多年的历史，但这种8位的电子器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A
