单片微型计算机原理与接口技术第一章+绪论课件.pptx

单片微型计算机单片微型计算机原理与接口技术原理与接口技术 编著编著 高锋高锋课程情况课程情况n教学：教学：4848学时学时;实验：实验：1616学时学时n课程性质：学位、考试课课程性质：学位、考试课n成绩评定：实验，期末考试成绩评定：实验，期末考试n实验：实验报告实验：实验报告有关本课程学习的几点建议有关本课程学习的几点建议:u 本课程的前期基础课程是数字电路与微机原理本课程的前期基础课程是数字电路与微机原理 这方面知识掌握得不够好的请自己补上这方面知识掌握得不够好的请自己补上u 本课程是一门实践性、应用性很强的学科本课程是一门实践性、应用性很强的学科 仅仅听懂还不够仅仅听懂还不够,重在培养动手能力重在培养动手能力n 硬件硬件/软件同样重要、不可偏废软件同样重要、不可偏废 硬件是骨架，软件是皮肉器脏及思想硬件是骨架，软件是皮肉器脏及思想n 预习、听课、复习、作业、实验环环都重要预习、听课、复习、作业、实验环环都重要第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 80C5180C51单片微机的基本结构单片微机的基本结构第三章第三章 80C5180C51单片微机的指令系统单片微机的指令系统第四章第四章 80C5180C51单片微机的程序设计单片微机的程序设计第五章第五章 80C5180C51单片微机的中断系统原理及应用单片微机的中断系统原理及应用第六章第六章 80C5180C51单片微机的定时器单片微机的定时器/计数器原理及应用计数器原理及应用第七章第七章 80C5180C51单片微机的串行口原理及应用单片微机的串行口原理及应用第八章第八章 80C5180C51单片微机的系统扩展原理及接口技术单片微机的系统扩展原理及接口技术第九章第九章 单片微机应用系统实例单片微机应用系统实例主要内容主要内容 1.1 1.1 单片微机的发展单片微机的发展 1.2 80C51 1.2 80C51系列单片微机系列单片微机 1.3 1.3 单片微机的应用单片微机的应用 1.4 1.4 本教程的教学安排本教程的教学安排第一章第一章 绪论绪论什么是单片机什么是单片机?微型计算机微型计算机 微处理器微处理器加上同样采用大规模集成电路制成的用加上同样采用大规模集成电路制成的用于存储程序和数据的于存储程序和数据的存储器存储器，以及与输入输出设备相，以及与输入输出设备相衔接的衔接的输入输出接口电路输入输出接口电路就构成了就构成了微型计算机微型计算机(Microcomputer)(Microcomputer)单片机单片机：如果将微处理器、存储如果将微处理器、存储器和输入输出接口电路器和输入输出接口电路集成集成在一在一块集成电路块集成电路芯片芯片上，称为单片微上，称为单片微型计算机，简称型计算机，简称单片机单片机。1.1 单片微机的发展单片微机的发展 微处理器CPUROMRAMI/O接口外设地址总线地址总线AB数据总线数据总线DB控制总线控制总线CB微型机组成框图时钟OSCCPU并行口定时器/计数器程序存储器ROM数据存储器RAM中断MCS-51单片机组成框图总线控制串口它包括它包括CPUCPU、RAMRAM、ROMROM、中断系统、定时器、中断系统、定时器/计数器、串行口和计数器、串行口和I/OI/O等。等。1、PC机机：PC机机系系统统全全力力实实现现海海量量高高速速数据处理，兼顾控制功能。数据处理，兼顾控制功能。2 2、单片机：单片机：单片机系统全力满足测控对象的测单片机系统全力满足测控对象的测控功能，兼顾数据处理能力。控功能，兼顾数据处理能力。形成两大分支：形成两大分支：单片机与单片机与PCPC机的比较：组成、功能、应用特点机的比较：组成、功能、应用特点组成组成：CPU(CPU(进行运算、控制进行运算、控制)RAM()RAM(数据存储器数据存储器)I/O I/O口口(串口、并口等串口、并口等)ROM()ROM(程序存储器程序存储器)功能功能：PCPC机：机：数据运算、采集、处理、存储、传输数据运算、采集、处理、存储、传输 单片机：单片机：控制（或受控于）外设。控制（或受控于）外设。应用特点：应用特点：PCPC机：机：体积大，功耗大，价格高，用途较固定，属通用体积大，功耗大，价格高，用途较固定，属通用 计算机。易于学习掌握和使用，但用于控制时必计算机。易于学习掌握和使用，但用于控制时必 须制作或购买专用的接口卡，并编制专门的软件须制作或购买专用的接口卡，并编制专门的软件单片机：单片机：体积小，功耗小，价格低，用途灵活，无处不体积小，功耗小，价格低，用途灵活，无处不 在，属专用计算机。是一种特殊器件，需经过专门学在，属专用计算机。是一种特殊器件，需经过专门学 习方能掌握应用，应用中要设计专业的硬件和软件。习方能掌握应用，应用中要设计专业的硬件和软件。PCPC机：机：上述部件以芯片形式安装在主板上。上述部件以芯片形式安装在主板上。单片机：单片机：上述部件被集成到单芯片中。上述部件被集成到单芯片中。可分为四个阶段可分为四个阶段:目前，应用广泛的主流机型是目前，应用广泛的主流机型是80C5180C51系列系列8 8位位单片机。单片机。第一阶段：第一阶段：单片机探索阶段单片机探索阶段（1976-1978）。第二阶段：第二阶段：单片机完善阶段（单片机完善阶段（1978-1982）。）。第三阶段：第三阶段：8 8位机和位机和1616位机争艳阶段，也是单片机向微位机争艳阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段（控制器发展的阶段（1982-19901982-1990）。）。第四阶段：第四阶段：微控制器全面发展阶段（微控制器全面发展阶段（1990-）。）。发展概况发展概况 多多功功能能：单单片片微微机机中中尽尽可可能能多多的的把把应应用用系系统统中中所所需需要要的的存存储储器、各种功能的器、各种功能的I/O口都集成在一块芯片内，即口都集成在一块芯片内，即外围器件内装化。外围器件内装化。LED(Light Emitting Diode)、LCD(Liquid Crystal Display)VFD(真真空空荧荧光光显显示示屏屏Vacuum Flourescent Display)显显示示驱驱动动器器集集成在成在8位单片微机中。位单片微机中。A/D、D/A、多多路路模模拟拟开开关关和和采采样样/保保持持器器集集成成在在单单片片微微机机芯芯片片中中，从而成为名副其实的单片微机。从而成为名副其实的单片微机。高性能：高性能：为为了了提提高高速速度度和和执执行行效效率率，在在单单片片微微机机中中开开始始使使用用RISC(Reduced Instruction Set Computing)体体系系结结构构、并并行行流流水水线线操操作作和和DSP等等的的设设计计技技术术，使使单单片片微微机机的的指指令令运运行行速速度度得得到到大大大提高，其电磁兼容等性能明显地优于同类型的微处理器。大提高，其电磁兼容等性能明显地优于同类型的微处理器。发展趋势发展趋势多多功功能能化化、高高性性能能化化、CMOSCMOS化化 、串串行行扩扩展展技技术术、低低电电压压化化、低低噪噪声声与与高高可可靠靠性性、大大容容量量化化、小小容容量量低价格化低价格化CMOS化化：单单片片微微机机采采用用二二种种半半导导体体工工艺艺生生产产，HMOS工工艺艺即即高高密密度度短短沟沟道道MOS工工艺艺，具具有有高高速速度度和和高高密密度度；CHMOS工工艺艺即即互互补补金金属属氧氧化化物物的的HMOS工工艺艺，除除具具有有HMOS的的优优点点外外，还还具具有有CMOS工工艺艺的的低低功功耗耗特特点点。如如8051的功耗为的功耗为630mw，而而80C51的功耗仅的功耗仅120mw。从第三代单片微机起开始淘汰非从第三代单片微机起开始淘汰非CMOS工艺。工艺。推行串行扩展总线推行串行扩展总线推推行行串串行行扩扩展展总总线线可可以以显显著著减减少少引引脚脚数数量量，简简化化系系统统结结构构。随随着着外外围围器器件件串串行行接接口口的的发发展展，单单片片微微机机的的串串行行接接口口的的普普遍遍化化、高高速速化化，使使得得并并行行扩扩展展接接口口技技术术日日渐渐衰衰退退。低功耗化低功耗化 单片机的功耗已从单片机的功耗已从mAmA级，甚至级，甚至1uA1uA以下；以下；使用电压在使用电压在36V36V之间，完全适应电池工作。低功耗化之间，完全适应电池工作。低功耗化的效应不仅是功耗低，而且带来了产品的高可靠性、的效应不仅是功耗低，而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化高抗干扰能力以及产品的便携化。大容量化大容量化 以往单片机内的以往单片机内的ROMROM为为1KB4KB1KB4KB，RAMRAM为为64128B64128B。但在需要复杂控制的场合，该存储容量是不。但在需要复杂控制的场合，该存储容量是不够的，必须进行外接扩充。为了适应这种领域的要求，够的，必须进行外接扩充。为了适应这种领域的要求，须运用新的工艺，使片内存储器大容量化。目前，单须运用新的工艺，使片内存储器大容量化。目前，单片机内片机内ROMROM最大可达最大可达64KB64KB，RAMRAM最大为最大为2KB2KB。80518051是美是美INTELINTEL公司公司在在19801980年推出的年推出的MCS-MCS-5151系列的第一个成员，系列的第一个成员，MCSMCS是是INTELINTEL公司的注册公司的注册商标商标。其它公司生产的以。其它公司生产的以80518051为核心单元的其为核心单元的其它派生单片微机只能称为它派生单片微机只能称为80518051系列。系列。80518051系列泛指所有公司（也包括系列泛指所有公司（也包括INTELINTEL公公司）生产的以司）生产的以80518051为核心单元的所有单片微机为核心单元的所有单片微机.1.2 80C51系列单片微机系列单片微机 MCS-51系列：系列：Intel公司公司 8051系列：泛指所有公司（也包括系列：泛指所有公司（也包括INTEL公司）生产的以公司）生产的以8051为核心单元的所有单片微机。为核心单元的所有单片微机。80C51系列：系列：Intel公司的公司的MCS-51（表表1-1）PHILIPS的的83C552及及51LPC系列等系列等（表表1-2）ATMEL公司的单片机公司的单片机89C51等等（表表1-3）Winbond的的W78C51及及W77C51等等（表表1-4）SIEMENS的的SAB80512等等 AMD的的8053等、等、OKI的的MSM80C154等等 DALLAS公司的公司的DS5000/DS5001等等 宏晶科技的宏晶科技的STC系列等系列等 新华龙的新华龙的C8051Fxx等等80C51优点：优点：性能价格比高；性能价格比高；开发装置多；开发装置多；国内技术人员熟悉；国内技术人员熟悉；芯片功能够适用；芯片功能够适用；有众多芯片制造厂商加盟，可广泛选择。有众多芯片制造厂商加盟，可广泛选择。1.3 单片微机的应用单片微机的应用 智能化家用电器。智能化家用电器。办公自动化设备。办公自动化设备。商业营销设备。商业营销设备。工业自动化控制。工业自动化控制。智能化通信产品。智能化通信产品。智能化仪表。智能化仪表。汽车电子产品。汽车电子产品。航空航天系统和国防军事、尖端武器等。航空航天系统和国防军事、尖端武器等。家用电器领域家用电器领域 国国内内各各种种家家用用电电器器已已普普遍遍采采用用单单片片微微机机控控制制取取代代传传统统的的控控制制电电路路，做做成成单单片片微微机机控控制制系系统统，如如洗洗衣衣机机、电电冰冰箱箱、空空调调机机、微微波波炉炉、电电饭饭堡堡、电电视视机机、录录像像机机及及其其它它视视频频音音像像设设备备的的控控制制器。器。办公自动化领域办公自动化领域 比比如如一一台台PC机机可可能能嵌嵌入入了了10个个单单片片微微机机，如如控控制制键键盘盘、鼠鼠标标、显显示示器器、CD-ROM、声声卡卡、打打印印机机、软软/硬硬盘盘驱驱动动器器、调制解调器等。调制解调器等。现现代代办办公公室室中中所所使使用用的的大大量量通通信信、信信息息产产品品，如如绘绘图图仪仪、复印机、电话、传真机等，多数都采用了单片微机。复印机、电话、传真机等，多数都采用了单片微机。工业自动化领域的在线应用工业自动化领域的在线应用 如如工工业业过过程程控控制制、过过程程监监测测、工工业业控控制制器器及及机机电电一一体体化化控控制制系系统统等等，许许多多都都是是以以单单片片微微机机为为核核心心的的单单机机或或多多机机网网络络系系统统。如如工工业业机机器器人人的的控控制制系系统统是是由由中中央央控控制制器器、感感觉觉系系统统、行行走走系系统统、擒擒拿拿系系统统等等节节点点构构成成的的多多机机网网络络系系统统。而而其其中每一个小系统都是由单片微机进行控制的。中每一个小系统都是由单片微机进行控制的。智能仪器仪表与集成智能传感器领域智能仪器仪表与集成智能传感器领域 目目前前各各种种变变送送器器、电电气气测测量量仪仪表表普普遍遍采采用用单单片片微微机机应应用用系系统统替替代代传传统统的的测测量量系系统统，使使测测量量系系统统具具有有各各种种智智能能化化功功能，如存储、数据处理、查找、判断能，如存储、数据处理、查找、判断、联网和语音功能等联网和语音功能等。汽车电子与航空航天电子系统汽车电子与航空航天电子系统通通常常在在这这些些电电子子系系统统中中的的集集中中显显示示系系统统、动动力力监监测测控控制制系系统统、自自动动驾驾驭驭系系统统、通通信信系系统统以以及及运运行行监监视视器器（黑黑匣匣子子）等等，都都要要构构成成冗冗余余的的网网络络系系统统。比比如如一一台台RMW-7系系列列宝宝马马轿轿车车就就用用了了63个单片微机。个单片微机。单片微机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计单片微机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在已能使用单片微机通过软件方法实现了。这分控制功能，现在已能使用单片微机通过软件方法实现了。这种以软件取代硬件，并能提高系统性能的控制技术，称之为微种以软件取代硬件，并能提高系统性能的控制技术，称之为微控制技术。这标志着一种全新概念的建立。控制技术。这标志着一种全新概念的建立。军军 品：品：-50-50+125+125工业品：工业品：-45-45+85+85民民 品：品：00+70+70表表11 Intel公司公司MCS-51系列的部分单片微机系列的部分单片微机表表12 Philips公司公司80C51系列的部分单片微机系列的部分单片微机表表13 ATMEL公司公司89C51系列的部分单片微机系列的部分单片微机 表表14 华邦公司华邦公司W78C51和和W77C51系列的部分单片微机系列的部分单片微机