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1、单片机原理与应用单片机原理与应用广泛应用：广泛应用：在工业控制、智能仪器、办公自动化、家用电器及航在工业控制、智能仪器、办公自动化、家用电器及航空航天军事等诸多领域，到处可见单片机的踪影，单片空航天军事等诸多领域，到处可见单片机的踪影，单片机技术开发和应用水平已成为一个国家工业化发展水平的机技术开发和应用水平已成为一个国家工业化发展水平的标志之一。标志之一。所属领域：所属领域：属于嵌入式智能控制技术。属于嵌入式智能控制技术。与其他专业课程的关系：与其他专业课程的关系：先修课程：计算机硬件原理、先修课程：计算机硬件原理、C语言语言后续课程：后续课程：DSP技术、电子线路技术、电子线路CAD等等专
2、业地位：专业地位：是是测控技术与仪器测控技术与仪器专业的一门重要专业课程。专业的一门重要专业课程。学习方法：学习方法：属于应用设计类课程。属于应用设计类课程。多观察、勤动手；多动脑，勤编程；多琢磨，勤调试。多观察、勤动手；多动脑，勤编程；多琢磨，勤调试。第第1 1章章 绪论绪论一、什么是单片机一、什么是单片机从外形上看：从外形上看：双列直插式封装（双列直插式封装（DIP）从内部上看：从内部上看：结构图结构图u又称微控制器又称微控制器（MicrocontrollerUnit,MCU)u或称嵌入式控制器（或称嵌入式控制器（EmbeddedController)在一块半导体硅片上集成了微处理器（在一
3、块半导体硅片上集成了微处理器（CPU)、存储、存储器、各种器、各种I/O接口，具有计算机的属性，称为单片微型计接口，具有计算机的属性，称为单片微型计算机（简称单片机）。算机（简称单片机）。从类型上看：从类型上看：u通用型单片机通用型单片机u专用型单片机专用型单片机v第第一一阶阶段段（19761978年年）：低低性性能能单单片片机机的的探探索索阶阶段段。以以Intel公公司司的的MCS-48为为代代表表，采采用用了了单单片片结结构构，即即在在一一块块芯芯片片内内含含有有8位位CPU、定定时时/计计数数器器、并并行行I/O口、口、RAM和和ROM等。主要用于工业领域。等。主要用于工业领域。v第第二
4、二阶阶段段（19781982年年）：高高性性能能单单片片机机阶阶段段。这这一一类类单单片片机机带带有有串串行行I/O口口，8位位数数据据线线、16位位地地址址线线可可以以寻寻址址的的范范围围达达到到64K字字节节、控控制制总总线线、较较丰丰富富的的指指令令系系统统等等。这这类类单单片片机机的的应应用用范范围围较较广广，并并在在不不断断的的改改进进和和发发展展。以以Intel公公司司的的MCS-51为代表。为代表。v第第三三阶阶段段（19821990年年）：16位位单单片片机机阶阶段段。16位位单单片片机机除除CPU为为16位位外外，片片内内RAM和和ROM容容量量进进一一步步增增大大，实实时时
5、处处理理能能力力更更强强，体体现现了了微微控控制制器器的的特特征征。例例如如Intel公公司司的的MCS-96主主振振频频率率为为12M，片片内内RAM为为232字字节节，ROM为为8K字字节，中断处理能力为节，中断处理能力为8级，片内带有级，片内带有10位位A/D转换器和高速输入转换器和高速输入/输出部件等。输出部件等。v第第四四阶阶段段（1990年年）：微微控控制制器器的的全全面面发发展展阶阶段段。各各公公司司的的产产品品在在尽尽量量兼兼容容的的同同时时，向向高高速速、强强运运算算能能力力、寻寻址址范范围围大大以以及及小小型型廉廉价价方方面面发发展展。 CPU有有8位位、16位位、32位位
6、，时时钟钟频频率率高高达达20MHZ，片片内内集集成成看看门门狗狗、DMA传传输输、调调制制解解调调器器等等。代代表表产产品品：NEC公公司司MPD7800ReckWell公公司司的的R65C29intel公公司司的的8044。二、单片机的发展历史及趋势二、单片机的发展历史及趋势快速、大容量、高集成化、低功耗等方向发展快速、大容量、高集成化、低功耗等方向发展三、单片机的主要生产厂家和机型三、单片机的主要生产厂家和机型生产厂家生产厂家单片机型号单片机型号美国美国Intel公司公司MCS-51系列及其增强型系列及其增强型美国美国ATMEL公司公司89C51、89C52等等美国美国Zilog公司公司
7、Z8系列系列美国美国TI公司公司TMS7000系列系列荷兰飞利浦公司荷兰飞利浦公司8XC552系列系列日本松下公司日本松下公司MN6800系列系列日本日立公司日本日立公司HD6301,HD6305系列系列MCS-51单片机系列单片机系列资资源源配配置置子子系系列列片内片内ROM的形式的形式片内片内ROM容量容量片内片内RAM容量容量定时定时器器与与计数计数器器中中断断源源无无ROMEPROME2PROM85180318051875189514KB128B21658C5180C3180C5187C5189C514KB128B216585280328052875289528KB256B31668C
8、5280C3280C5287C5289C528KB256B31678051芯片的功耗为芯片的功耗为630mW,而而80C51的功耗只有的功耗只有120mW。（1）体积小，重量轻；）体积小，重量轻；（2）可靠性高，运行速度快，抗干扰能力强；）可靠性高，运行速度快，抗干扰能力强；（3）控制功能强，使用灵活，性价比高；）控制功能强，使用灵活，性价比高；（4）易扩展，易于开发；）易扩展，易于开发；（5）受集成度限制，片内存储器容量较小，一般）受集成度限制，片内存储器容量较小，一般内内ROM在在8KB以下，内以下，内RAM在在256B以内以内。四、单片机特点：四、单片机特点：单片机应用系统的组成单片机应
9、用系统的组成 五、五、单片机系统的开发过程单片机系统的开发过程五、五、单片机系统的开发过程单片机系统的开发过程(1)明确系统设计任务，完成单片机及其外围电路的选型工作。明确系统设计任务，完成单片机及其外围电路的选型工作。(2)设计系统原理图和设计系统原理图和PCB板，经仔细检查板，经仔细检查PCB板后送工厂制作。板后送工厂制作。(3)完成器件的安装焊接。完成器件的安装焊接。(4)根据硬件设计和系统要求编写应用程序。根据硬件设计和系统要求编写应用程序。(6) 使用编程器烧写单片机应用程序或使用使用编程器烧写单片机应用程序或使用ISPISP技术下载。技术下载。 (5)在线调试软硬件。在线调试软硬件
10、。(7) 独立运行单片机程序独立运行单片机程序(1)明确系统设计任务，完成单片机及其外围电路的选型工作。明确系统设计任务，完成单片机及其外围电路的选型工作。通信芯片通信芯片MAX232CPE时钟芯片时钟芯片DS1302EEPROM24C02温度传感温度传感器器18B20AD变换器0832稳压片78L05晶晶振振电阻和排电阻电阻和排电阻瓷片小电容瓷片小电容零压力插座零压力插座万用焊接板万用焊接板仪器盒仪器盒液晶显示屏液晶显示屏拨动开关拨动开关红外遥控用红外遥控用发射接受一体管发射接受一体管继电器继电器各类接插件各类接插件遥控组件遥控组件超声波发射接受头超声波发射接受头双路遥控组件双路遥控组件88
11、二极管点阵二极管点阵八段数码管八段数码管(2)设计系统原理图和设计系统原理图和PCB板，经仔细检查板，经仔细检查PCB板后送工厂制作。板后送工厂制作。(3)完成器件的安装焊接。完成器件的安装焊接。(4)根据硬件设计和系统要求编写应用程序。根据硬件设计和系统要求编写应用程序。仿真仿真器器编程器软件界面返回(5)在线调试软硬件。在线调试软硬件。(6)使用编程器烧写单片机应用程序或使用使用编程器烧写单片机应用程序或使用ISP技术下载。技术下载。编程器和芯片座编程器和芯片座ISP技术以及优势技术以及优势传统的编程方式：传统的编程方式：必须要把单片机先从电路板上取下必须要把单片机先从电路板上取下来，然后
12、放入专用的编程器进行编程，最后再次放入来，然后放入专用的编程器进行编程，最后再次放入电路板进行调试。电路板进行调试。 传统的编程方式开发步骤有以下缺点：传统的编程方式开发步骤有以下缺点：1）频繁的拔插芯片，容易损坏芯片的引脚；）频繁的拔插芯片，容易损坏芯片的引脚；2）如果频繁的调试程序，换程序，必须重复拔）如果频繁的调试程序，换程序，必须重复拔插，大大降低了开发效率。插，大大降低了开发效率。ISP技术：技术：彻底地改变了传统的开发模式，它只要在电彻底地改变了传统的开发模式，它只要在电路板上留下个接口（如路板上留下个接口（如ispdown的十芯插座），配合的十芯插座），配合ispdown的下载电
13、缆，就可以不用拔出芯片，在电路板的下载电缆，就可以不用拔出芯片，在电路板上就可以对芯片进行编程。称为在线编程技术。上就可以对芯片进行编程。称为在线编程技术。ISP技术有以下优势：技术有以下优势：1）工程师在开发电子系统时彻底告别频繁拔插芯片的噩梦，）工程师在开发电子系统时彻底告别频繁拔插芯片的噩梦，避免损坏芯片的引脚；避免损坏芯片的引脚；2）ISP可以加速产品的上市并降低研发成本。可以加速产品的上市并降低研发成本。3）ISP技术帮助工程师缩短从设计、制造到现场调试、简化生技术帮助工程师缩短从设计、制造到现场调试、简化生产流程大大提高了工作效率。产流程大大提高了工作效率。4）在试验新品或学生试验
14、等经常需要用不同的程序调试芯片）在试验新品或学生试验等经常需要用不同的程序调试芯片的场合中，在线编程技术尤为重要。的场合中，在线编程技术尤为重要。5）采用）采用ISP设计是对市场定型产品进行现场升级和维护的最经设计是对市场定型产品进行现场升级和维护的最经济、最有效的方式。济、最有效的方式。超声波发射和接收一体化机超声波发射和接收一体化机(7) 独立运行单片机程序独立运行单片机程序能汉字显示的显示屏和实时时钟板能汉字显示的显示屏和实时时钟板电子万年历电子万年历六、本课程的主要内容六、本课程的主要内容1、单片机的硬件结构、单片机的硬件结构lCPUl存储器结构存储器结构l并行并行I/O接口接口l中断
15、系统中断系统l定时器定时器/计数器计数器l串行口串行口2、单片机的指令系统及编程、单片机的指令系统及编程3、单片机的系统扩展技术、单片机的系统扩展技术l存储器的扩展存储器的扩展lI/O接口的扩展接口的扩展l键盘显示器的扩展键盘显示器的扩展lA/D和和D/A转换器的扩展转换器的扩展七、参考资料七、参考资料2、仿真软件、仿真软件：KeilCProteus1、MCS-51系列单片机及其应用系列单片机及其应用，蔡美琴等，高教；，蔡美琴等，高教；AT89C51AT89S51AT89S52AT89C2051N80C196返回返回单单CPU存储器存储器控制电路控制电路定时器定时器时钟电路时钟电路I/O口口晶晶硅硅片片返回返回测控系统基本组成测控系统基本组成调理调理电路电路传传感感器器开关量开关量压力压力流量流量温度温度计算机计算机单片机单片机PLCA/D转换转换D/A转换转换模模拟拟量量显示显示键盘键盘通信通信开关量开关量返回返回返回
