单片机原理及应用学习基础篇精.ppt

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1、单片机原理及应用学习基础篇第1页，本讲稿共26页学习目的 单片机主要应用于工业控制和仪器仪表等智能化设备中，其应用范围非常广泛。通过本课程的学习，大家要掌握单片机的特点及其基本组成，要掌握MCS-51系列单片机的功能、特点、结构及其应用开发的基本理论知识与实践技能，进而更加深刻地理解计算机的组成原理和工作原理。第2页，本讲稿共26页先修课程先修课程 计算机组成原理/计算机组成与系统结构接口技术汇编语言程序设计第3页，本讲稿共26页主要内容：主要内容：1.1 单片机的概念单片机的概念1.2 单片机的发展单片机的发展1.3 单片机的应用单片机的应用第一章第一章 单片机概述单片机概述第4页，本讲稿共

2、26页1.1 单片机的概念单片机的概念计算机：由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成的机器。微型计算机：以把运算器和控制器集成在一块芯片上的微处理器（Microprocessor）为核心构成的计算机。单片机：就是单片计算机（Single Chip Computer/Micro-Computer），是把运算器、控制器、存储器和输入输出接口和/或设备集成在一块芯片上的计算机。第5页，本讲稿共26页1.1 单片机的概念单片机的概念单片机与我们平常所用计算机的不同：1、它不用来构造我们平常所用的计算机，而是作为一个部件用在控制设备、智能仪器仪表或其它产品上。2、一般来说，我们不在单片机特别是

3、使用最多的8位单片机上安装系统软件和应用软件，而只直接烧写用户程序。第6页，本讲稿共26页1.1 单片机的概念单片机的概念微控制器（Micro-Controller Unit）：由于单片机在控制应用方面已相当普及，其控制功能亦不断增强，从控制的角度又被称作微控制器。嵌入式微控制器（Embedded Micro-Controller Unit）：由于单片机是作为一个部件嵌入在被控设备或机器中使用，所以又称之为嵌入式微控制器。第7页，本讲稿共26页1.1 单片机的概念单片机的概念单片机的特点：1、体积小2、成本低3、功耗小4、易扩展5、稳定可靠6、应用广泛7、控制功能强大、灵活方便、精度高，已经成

4、了控制领域不可缺少的重要部件。第8页，本讲稿共26页1.2 单片机的发展单片机的发展第一阶段（1971-1973年）：单片机萌芽阶段。1971年11月美国Intel公司设计出了含有2000只晶体管的4位单片机Intel-4004。该单片机配有RAM、ROM和移位寄存器等。随后又研制成功了8位单片机Intel-8008，同期Fairchild公司也研制成功了8位单片机FS。虽然它们还不是具体意义上的单片机，但从此拉开了研制单片机的序幕。第二阶段（1974-1977年）：初级单片机阶段。1976年Intel公司开发出了第一代8位单片机MCS-48。它以体积小、功能强、价格低等优点而获得了广泛应用。

5、MCS-48集成了8位CPU、并行I/O口和定时器/计数器等，可寻址范围4KB。第9页，本讲稿共26页1.2 单片机的发展单片机的发展第三阶段（1978-1982年）：高性能单片机阶段。这一阶段的单片机不仅存储容量和寻址范围增大，而且中断源、并行I/O口和定时器/计数器个数也有增加，还集成了全双工串行通信接口，在指令系统方面，普遍增设了乘除指令。第二代8位单片机中最具代表性的当属Intel公司的MCS-51系列单片机，品种全、兼容性强、软硬件资料丰富，是当时乃至现在很畅销的单片机品种，在现在和未来一段时间仍处于单片机产品的主流地位。第10页，本讲稿共26页1.2 单片机的发展单片机的发展第四阶

6、段（1983年-）：8位单片机巩固及16位/32位单片机推出阶段。随着大规模超大规模集成电路的发展，16位、32位单片机相继问世，如Intel公司的MCS-96系列、NEC公司的783XX系列、美国国家半导体公司的HPC16040、Motorola公司的683XX系列等。它们代表了单片机发展的高新技术水平，将单片机的应用进一步推广到航空航天、高级机器人、军事装备等方面。与此同时，8位机也在发展，功能不断增强，性能不断提高。如8XC522系列增加了A/D转换其、事件捕捉逻辑、I2C接口、定时监视器WDT等。第11页，本讲稿共26页1.2 单片机的发展单片机的发展单片机的发展方向：一方面是性能不断

7、提高，功能不断增强，如16位、32位单片机，集成更多的输入输出部件等的8位单片机。另一方面是朝着小型化、低功耗、低成本、专用化方向发展，如AT89C2051减少了程序存储空间和并行接口。第12页，本讲稿共26页1.2 单片机的发展单片机的发展单片机的生产厂家及代表产品1、Intel是最早的单片机生产商：8为机MCS-48,MCS-51系列（8031、8051、8751、8032、8052、8752等），16位机MCS-96系列。2、Motorola是最大的单片机生产商：8位机68HC05和68HC08系列产量已超过20亿片、8位增强型单片机68HC11系列年产量1亿片以上、16位机68HC16

8、系列、32位机683XX系列。第13页，本讲稿共26页1.2 单片机的发展单片机的发展单片机的生产厂家及代表产品3、Atmel是我们经常使用的单片机的生产厂商：8位机AT89系列和AVR系列。4、Microship是市场份额增长最快的单片机生产厂商：8位机PIC16C/F、17C/F和18F系列。5、其它厂商：美国国家半导体、TI、Zilog、台湾义隆、Micon、EPSON、NEC、东芝、富士通、现代、三星、华邦、Scenix等。第14页，本讲稿共26页1.2 单片机的发展单片机的发展单片机的分类单片机的分类1.1.从字长上可分为：从字长上可分为：4 4位、位、8 8位、位、1616位和位和

9、 3232位位4 4种种2.2.从体系结构上可分为：冯从体系结构上可分为：冯-诺依曼结构和哈佛结构诺依曼结构和哈佛结构2 2种种3.3.从指令系统上可分为：复杂指令集计算机（从指令系统上可分为：复杂指令集计算机（CISCCISC）和精）和精简指令集计算机（简指令集计算机（RISCRISC）2 2种种第15页，本讲稿共26页1.2 单片机的发展单片机的发展MCS-51系列单片机：MCS-51系列有两个子系列，一个是8051子系列，一个是8052子系列。每个子系列有3个型号。8051子系列的芯片型号和基本性能1、8031：片内128字节数据存储器RAM，2个16位定时器，5个中断源，1个全双工串行

10、接口，最大可访问程序和数据空间各64K。2、8051：比8031多4K片内ROM。3、8751：比8031多4K片内EPROM。第16页，本讲稿共26页1.2 单片机的发展单片机的发展8052子系列的芯片型号和基本性能1、8032：片内256字节数据存储器RAM，3个16位定时器，6个中断源，1个全双工串行接口，最大可访问程序和数据空间各64K。2、8052：比8032多8K片内ROM。3、8752：比8032多8K片内EPROM。总之，8052子系列比8051子系列多128字节RAM，1个16位定时器、1个中断源（和4K片内ROM/EPROM）。第17页，本讲稿共26页1.2 单片机的发展单

11、片机的发展80C51系列：是对MCS-51系列的改进，具体表现在所使用的半导体集成电路工艺上。MCS-51系列采用的是HMOS（Higher performance Metal-Oxide-Semiconductor）工艺，即高密度短沟道MOS半导体集成工艺，而80C51系列采用的是CHMOS（Complementary HMOS）工艺，即互补金属氧化物的HMOS半导体集成工艺。集成工艺的改进，使得80C51系列芯片具有抗干扰能力强和低功耗等明显优势。80C51系列也有两个子系列6个型号（80C31、80C51、87C51、80C32、80C52、87C52）。每个型号与MCS-51系列的对应

12、型号完全兼容，具有完全相同的结构、指令系统和引脚。我们现在使用的多是80C51系列芯片。第18页，本讲稿共26页1.2 单片机的发展单片机的发展80C51/MCS-51系列单片机的结构特点：1、程序存储器和数据存储器是分开的，使用两个独立的存储空间，片内程序程序存储器空间比数据存储器空间大得多。之所以这样设计是因为一般控制系统需要的程序存储空间大，需要的数据存储空间比较小；另一方面是因为ROM比RAM便易很多。2、因为片内RAM容量小，速度快，使用32个RAM单元来做通用寄存器，以降低生产成本。第19页，本讲稿共26页1.2 单片机的发展单片机的发展80C51/MCS-51系列单片机的结构特点

13、：3、使用特殊功能寄存器（Special Function Register）控制I/O接口，实现多种功能，使用更灵活。4、管脚多功能（复用），减少了管脚数量。5、全双工串行口，多种工作方式，用户可根据需要设定，以扩展I/O口或外接同步输入输出设备；或用作异步通信口，以实现双机或多机通信，组成分布式控制系统。第20页，本讲稿共26页1.3 单片机的应用单片机的应用单片机的应用十分广泛，小到玩具，大到航空航天，到处都有单片机的身影。早在20世纪末21世纪初，单片机每年的使用量就有7亿五千万片。下面是几个有代表性的应用领域。1、工业过程控制：过程控制是单片机应用最多，也是最有效的方面之一。单片机既

14、可用作过程控制中的主机，也可用作前端机，实现模拟量的采集和开关量的输入、处理、控制计算和控制信号的输出。机械制造、石油化工、化肥、塑料、纺织、制糖等生产过程都大量使用单片机。航空航天、军事装置中也越来越多地使用单片机。第21页，本讲稿共26页1.3 单片机的应用单片机的应用2、智能化仪器仪表：无论常规还是特种仪器仪表都大量使用单片机，用程序取代以前的电子线路，既能大大降低成本、显著增强功能、使使用更加方便，又能简化生产、调试。3、家用电器：单片机已广泛应用于电视机、电冰箱、洗衣机、微波炉、电饭锅、恒温箱、高级电子玩具、立体声音响、录像机、家用防盗报警器等各种家电设备中。4、电子通信：单片机在程

15、控交换机、有线电话网、调制解调器上的使用已大大加速了邮电通信设施的更新。它也是手机不可缺少的重要部件。第22页，本讲稿共26页1.3 单片机的应用单片机的应用5、汽车业：一辆汽车要使用近50个单片机，以提供报警系统、ABS和安全气囊等的安全控制。总之，单片机的使用已经导致传统控制技术发生了巨大的变化，单片机的应用还将进一步推动传统产业的变革发展。因此，了解单片机，掌握单片机的应用技术，具有划时代意义。第23页，本讲稿共26页智能仪器仪表智能仪器仪表交直流电压电流表交直流电压电流表数字式测角仪数字式测角仪1.3 单片机的应用单片机的应用第24页，本讲稿共26页机电一体化产品机电一体化产品数控线切割机床数控线切割机床数控车床数控车床1.3 单片机的应用单片机的应用第25页，本讲稿共26页本堂课程完毕，请注意课后回顾复习！第26页，本讲稿共26页