单片机原理及应用课件教学作者韩峻峰1讲义

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1、第一章 绪论,本章要点, 单片机的基础知识 单片机的应用领域 单片机的分类及特点,1.1 单片机的基本概念及发展概况,1.1.1 单片机的基本概念 单片机是把微型计算机的各个功能部件：中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口、定时/计数器以及串行通信接口等集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机，因而又称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）。 由于单片机的结构及功能是按工业要求设计的，所以，其确切的名称应是单片微控制器（Single Chip Microcontroller）。,单片机属于微型计算机的一种，它集成了微型计算机中的大部分

2、功能部件，工作的基本原理一样，但具体结构和处理方法不同。 我们知道，微型计算机由微处理器CPU、存储器、I/O接口三大部分通过总线有机连接而成，各种外部设备通过I/O接口与微型计算机连接。各个功能部件分开，功能强大。 单片机是应测控领域的需要而诞生的，用以实现各种测试和控制。它的组成结构既包含通用微型计算机中的基本组成部分，又增加了具有实时测控功能的一些部件。,单片机按照用途可分为通用型和专用型两大类。,（1） 通用型单片机的内部资源丰富，性能全面，适应能力强。用户可以根据需要设计各种不同的应用系统。 （2） 专用型单片机是针对各种特殊场合专门设计的芯片。这种单片机的针对性强，设计时根据需要来

3、设计部件。因此，它能实现系统的最简化和资源的最优化，可靠性高、成本低，在应用中有很明显的优势。,1.1.2 单片机的发展历史,自1971年Intel公司制造出世界上第一块微处理器芯片4004不久，就出现了单片微型计算机，经过之后的二三十年，单片机得到了飞速的发展，在发展过程中，单片机先后经过了几个有代表性的发展阶段。 4位机 8位机 16位机 32位机,1.1.3 单片机的发展趋势,（1） CISC结构的单片机 CISC的含义是复杂指令集（Complex Instruction Set Computer）。CISC结构的单片机数据线和指令线分时复用。 （2） RISC结构的单片机 采用精简指令

4、集RISC（Reduced Instruction Set Computer）的单片机数据线和指令线分离。 （3） 基于ARM核心的32位单片机 主要是指以ARM公司设计为核心的32位RISC嵌入式CPU芯片的单片机。 （4） 数字信号处理器 数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）是一种具有高速运算能力的单片机,后三类具有以下特点：,（1） 高档单片机性能不断提高 CPU性能加强 采用双CPU结构以提高处理能力 内部资源增加 寻址范围增加 （2） 超小型、低功耗、廉价 （3） 微巨型单片化,各类单片机仍然由于自身系统结构而面临一些问题,由MCU为主构成的电子

5、应用系统通常出现的问题可以分为两类：一类是纯技术问题，如软件设计、接口器件的选择及抗干扰措施的应用问题，这些问题通常属于可解决之列；另一类问题则直接与MCU本身有关，即与MCU与生俱来的一些不可克服的弱点相关。它们包括以下几个方面： 低速 复位工作方式 PC的跑飞 MCU的使用误区,1.2 单片机的特点和应用领域,1.2.1 单片机的特点 单片机从应用角度来看，其主要特点如下： （1） 控制性能好、可靠性高 （2） 体积小、价格低、易于产品化 从单片机的具体结构和处理过程上看，其主要特点如下： （1）在存储器结构上，单片机的存储器采用哈佛（Harvard）结构 （2）在芯片引脚上，大部分采用分

6、时复用技术,（3）在内部资源访问上，采用特殊功能寄存器（SFR）的形式 （4）在指令系统上，采用面向控制的指令系统 （5）内部一般都集成一个全双工的串行接口 （6）单片机有很强的外部扩展能力,1.2.2 单片机的应用领域,（1） 单机应用 1） 工业自动化控制 2） 智能仪器仪表 3） 计算机外部设备和智能接口 4） 家用电器 （2） 多机应用,1.3 单片机产品,1.3.1 常用单片机产品系列及性能简介 （1） 8051 单片机 （2） WINBOND 单片机 （3） LG 公司生产的GMS90 系列单片机 （4） MSP430 单片机 （5） Motorola 单片机 （6） MicroC

7、hip 单片机 （7） Atmel 公司的AVR 单片机 （8） EM78 系列OTP 型单片机 （9） Zilog 单片机 （10） EPSON 单片机 （11） 东芝单片机 （12） NS 单片机 （13） MDT20XX 系列单片机 （14） Scenix 单片机,1.3.2 MCS-51 系列单片机分类,1按片内不同程序存储器的配置来分 （1） 片内带Mask ROM（掩膜ROM）型：8051、80C51、8052、80C52。 （2） 片内带EPROM 型：8751、87C51、8752。 （3） 片内无ROM（ROM Less）型：8031、80C31、8032。,2按片内不同容量

8、的存储器配置来分,（1） 51 子系列型：芯片型号的最后位数字以1 作为标志，51 子系列是基本型产品。片内带有4KB ROM/EPROM（8031、80C31 除外）、128字节 RAM、2 个16 位定时器/计数器、5个中断源等。 （2） 52 子系列型：芯片型号的最后位数字以2 作为标志，52 子系列是增强型产品。片内带有8KB ROM/EPROM（8032、80C32 除外）、256字节RAM、3 个16 位定时器/计数器、6个中断源等。,3按芯片的半导体制造工艺上的不同来分,（1） HMOS 工艺型：8051、8751、8052、8032。HMOS 工艺，即高密度短沟道MOS工艺。

9、（2） CHMOS 工艺型：80C51、83C51、87C51、80C31、80C32、80C52。此类芯片型号中都以字母“C”来标识。 此外，关于单片机的温度特性，与其他芯片一样按所能适应的环境温度范围，可划分为以下3 个等级。 （1） 民用级：070。 （2） 工业级：40+85。 （3） 军用级：65+125。,1.3.3 AT89 系列单片机分类,在MCS-51 系列单片机8051 的基础上，Atmel 公司开发的AT89 系列单片机自问世以来，以其较低廉的价格和独特的程序存储器快闪存储器（Flash Memory）为用户所青睐。 采用了快闪存储器（Flash Memory）的AT89

10、 系列单片机，不但具有一般MCS-51 系列单片机的基本特性（如指令系统兼容，芯片引脚分布相同等），而且还具有以下一些独特的优点。,（1） 片内程序存储器为电擦写型ROM（可重复编程的快闪存储器）。整体擦除时间仅为10ms，可写入/擦除1000 次以上，数据保存10 年以上。 （2） 两种可选编程模式，即可以用12V 电压编程，也可以用VCC 电压编程。 （3） 宽工作电压范围，VCC 为2.76V。 （4） 全静态工作，工作频率范围为024MHz，频率范围宽，便于系统功耗控制。 （5） 3层可编程的程序存储器上锁加密，使程序和系统更加难以仿制。 总之，AT89 系列单片机与MCS-51 系列

11、单片机相比，前者和后者有兼容性，但前者的性能价格比等指标更为优越。,1.3.4 其他公司的51 系列单片机,（1） Philips 公司推出的含存储器的80C51 系列和80C52 系列单片机。此产品都为CMOS型工艺的单片机。 Philips 公司推出的51 系列单片机与MCS-51 系列单片机相兼容，但增加了程序存储器Flash ROM、数据存储器EEPROM、可编程计数器阵列PCA、I/O 接口的高速输入/输出、串行扩展总线I2C BUS、ADC、PWM、I/O 接口驱动器、程序监视定时器WDT（Watch Dog Timer）等功能的扩展。,（2） 华邦公司推出的W78C和W78E系列

12、单片机。 此产品与MCS-51 系列单片机相兼容，但增加了程序存储器Flash ROM、数据存储器EEPROM、可编程计数器阵列PCA、I/O 接口的高速输入/输出、串行扩展总线I2C BUS、ADC、PWM、I/O 接口驱动器、程序监视定时器WDT（Watch Dog Timer）等功能的扩展。 华邦公司生产的单片机还具有价格低廉、工作频率高（40MHz）等特点,（3） Dallas 公司推出的Dallas HSM 系列单片机。产品主要有DS80C、DS83C和DS87C等。 此产品除了与MCS-51 系列单片机相兼容外，还具有高速结构（1个机器周期只有4 个Clock，工作频率范围为033

13、MHz）、更大容量的内部存储器（内部ROM 有16KB）、2 个UART、13 个中断源、程序监视定时器（WDT）等功能。 （4） LG 公司推出的GMS90C、GMS97C和GMS90L、GMS97L系列单片机。此产品与MCS-51 系列单片机相兼容。,1.4 习题,1. 什么是单片机？它与一般的微型计算机在结构上有何区别？ 2. 单片机主要应用于那些领域？ 3. 单片机主要技术发展方向是什么？ 4. MCS-51单片机如何进行分类？各类有哪些主要特征？,人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。,