(1)--0单片原理及应用绪论一.ppt

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1、单片机原理及应用 绪论（一）先修课程数字电路提供硬件基础:与数字电路课程相互促进计算机组成原理确立计算机部件功能掌握计算机工作原理程序设计建立必备软件基础掌握指令系统、程序格式先修先修课程课程教学方法教学方法理论部分：第一章，第二章，第三章，掌握基本理论和功能部件的构成。程序设计：第四章，与所用单片机结合设计程序。理论与实践相结合部分:第五章，第六章，第七章，第八章，第九章，第十章。任务驱动学习。学习资源要利用l教师提供的教学资源教师提供的教学资源u网络资料网络资料学习学习资源资源主主 要要 内内 容容 嵌入式系统及单片机嵌入式系统及单片机 单片机的应用单片机的应用 单片机的发展趋势单片机的发

2、展趋势 单片机的类型单片机的类型1.1.计算机的新分类计算机的新分类l长期以来人们按照计算机的体系结构、运算长期以来人们按照计算机的体系结构、运算速度、结构规模、适用领域，将其分为速度、结构规模、适用领域，将其分为 大型计算机、中型机、小型机和微型计算大型计算机、中型机、小型机和微型计算机。机。1.1.计算机的新分类计算机的新分类l随着计算机技术的迅速发展，计算机技术和产品对其随着计算机技术的迅速发展，计算机技术和产品对其它行业的广泛渗透，人们以它行业的广泛渗透，人们以应用为中心应用为中心、按计算机的、按计算机的嵌入式应用和非嵌入式应用进行新的分类嵌入式应用和非嵌入式应用进行新的分类,将其分为

3、将其分为 嵌入式计算机嵌入式计算机 和和 通用计算机。通用计算机。通用计算机通用计算机具有计算机的标准形态，通过装配不同具有计算机的标准形态，通过装配不同的应用软件，以同类面目出现，并应用在社会的各个的应用软件，以同类面目出现，并应用在社会的各个方面，其典型产品为方面，其典型产品为PCPC机；机；嵌入式计算机嵌入式计算机则是以嵌入式系统的形式隐藏在各种则是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中。装置、产品和系统中。嵌入式系统是嵌入式系统是以应用为中心以应用为中心、以计算机技术为基、以计算机技术为基础、软件、硬件可裁剪、针对具体应用系统、对功能、础、软件、硬件可裁剪、针对具体应用系统、对

4、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。统。嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机，一台通用计算机的外部设备中就包含了机，一台通用计算机的外部设备中就包含了5-105-10个嵌个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、网卡、显示器、网卡、ModemModem、声卡、打印机、扫描仪、数、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、字相机、USBUSB集线器等均是由嵌入式处理器控制的。集线器等均是由嵌入式处理器控制的。在制造工业、过

5、程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、家电产品等方面无不船舶、航空、航天、军事装备、家电产品等方面无不是嵌入式计算机的应用领域。是嵌入式计算机的应用领域。2.2.嵌入式系统嵌入式系统3.嵌入式系统的特点1)产品稳定性产品稳定性 嵌入式处理器不象嵌入式处理器不象PC机处理器那样更新换代很快，机处理器那样更新换代很快，51单片机问世单片机问世20多年，至今方兴未艾。多年，至今方兴未艾。2)不可垄断性不可垄断性 PC机垄断全世界，机垄断全世界，Windows垄断全世界垄断全世界,而单片机而单片机 没有一个能垄断全世界，各种单片机各有

6、自己的市场。没有一个能垄断全世界，各种单片机各有自己的市场。3)软件特性：软件特性：固化在芯片中，而非存储于磁盘中。固化在芯片中，而非存储于磁盘中。4)嵌入式系统的开发需要开发工具嵌入式系统的开发需要开发工具 嵌入式系统自身无开发能力，需借助开发工具，如嵌入式系统自身无开发能力，需借助开发工具，如编程器、仿真器及基于通用计算机的软、硬件。编程器、仿真器及基于通用计算机的软、硬件。全称全称单片微型计算机单片微型计算机(Single ChipMicrocomputer)又称又称微控制器微控制器MCU(Micro Controller Unit)，是将计算，是将计算机的基本部分微型化，使之集成在一块

7、芯片上的微机。机的基本部分微型化，使之集成在一块芯片上的微机。片内含有片内含有CPU、ROM、RAM、并行、并行I/0、串行、串行I/O、定、定时器时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等，它计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等，它本身就是一个嵌入式系统本身就是一个嵌入式系统，同时它也可作更大的嵌入，同时它也可作更大的嵌入式系统的核心。式系统的核心。4.4.单片机单片机l计算机系统的硬件结构如下图所示计算机系统的硬件结构如下图所示CPU存储器存储器输入接口输入接口 输入设备输入设备总线总线DBABCBDBABCB输出接口输出接口输出设备输出设备 单片机的特点是小而全，即体积小、功能单片机

8、的特点是小而全，即体积小、功能全、功耗低、性价比高。全、功耗低、性价比高。5.单片机的特点单片机的特点 由于单片机小而全，易于推广应用等显著优点，在由于单片机小而全，易于推广应用等显著优点，在自动化装置，智能化仪器仪表和家用电器等领域得到日自动化装置，智能化仪器仪表和家用电器等领域得到日益广泛的应用。下面仅列举一些典型的应用领域。益广泛的应用。下面仅列举一些典型的应用领域。（1 1）工业控制）工业控制 数控机床，电机控制，工业机器人，自动控制等数控机床，电机控制，工业机器人，自动控制等 （2 2）仪器仪表）仪器仪表 智能仪器，医疗器械，数字示波器等。智能仪器，医疗器械，数字示波器等。（3 3）

9、电信技术）电信技术 调制解调器，声像处理，数字滤波，通信设备等。调制解调器，声像处理，数字滤波，通信设备等。（4 4）办公自动化和计算机外部设备）办公自动化和计算机外部设备 传真机，复印机，打印机，绘图仪，扫描仪等传真机，复印机，打印机，绘图仪，扫描仪等二、单片机的应用二、单片机的应用 （5 5）汽车与节能）汽车与节能 点火控制，变速控制，防滑车控制，排气控制，点火控制，变速控制，防滑车控制，排气控制，计费器，交通控制等。计费器，交通控制等。（6 6）导弹）导弹 导弹控制，鱼雷制导，智能武器装置，航天导弹导弹控制，鱼雷制导，智能武器装置，航天导弹系统等。系统等。（7 7）商用产品）商用产品 电

10、子收款机，电子秤，银行统计机等。电子收款机，电子秤，银行统计机等。（8 8）家用电器）家用电器 微波炉，电视机，录像机，音响设备，游戏机等微波炉，电视机，录像机，音响设备，游戏机等可见单片机无处不有、无时不在，应用极为广泛。可见单片机无处不有、无时不在，应用极为广泛。（3）单片机内的存储容量越来越大。）单片机内的存储容量越来越大。由由1KB、2KB、4KB、8KB、16KB、32KB、发展到发展到 64KB 等。等。三、单片机的发展趋势三、单片机的发展趋势（1）单片机的字长由）单片机的字长由4位、位、8位、位、16 位发展到位发展到32位。位。这几种字长的这几种字长的MCU目前同时存在于市场，

11、由于单目前同时存在于市场，由于单片机主要用于控制，目前片机主要用于控制，目前16位的位的MCU 仍然占主流地位，仍然占主流地位，只有在精度要求特别高的场合如图像处理等，才采用只有在精度要求特别高的场合如图像处理等，才采用32位的位的MCU,用户可以根据产品的需要进行选择。用户可以根据产品的需要进行选择。（2）运行速度不断提高。）运行速度不断提高。单片机的使用最高频率由单片机的使用最高频率由6MHz、12MHz、24MHz、33MHz、发展到、发展到 40MHz。（4 4）ROM存储器的编程也越来越方便存储器的编程也越来越方便 有有 ROM（掩模型）、（掩模型）、PROM（一次性编程）、（一次性

12、编程）、EPROM（紫外线擦除编程）（紫外线擦除编程）、EEPROM/E2PROM（电擦除编程）及电擦除编程）及FLASH（闪速编程）（闪速编程）。编程（烧录）。编程（烧录）方式也越来越方便，目前有脱机编程、在系统编程方式也越来越方便，目前有脱机编程、在系统编程（ISP）、在应用编程（）、在应用编程（IAP）。各类产品并存，可供用）。各类产品并存，可供用户选择。户选择。(5)I/O端口多功能化。端口多功能化。单片机内除集成有并行接口、串行接口外，还集成单片机内除集成有并行接口、串行接口外，还集成有有A/D、D/A、LED/LCD显示驱动、显示驱动、DMA控制、控制、PWM（脉宽调制输出）、（脉

13、宽调制输出）、PLC（锁相环控制）、（锁相环控制）、PCA(逻辑阵列）逻辑阵列）WDT（看门狗）等。（看门狗）等。(7)(7)(7)(7)结合专用集成电路结合专用集成电路结合专用集成电路结合专用集成电路ASICASICASICASIC技术、采用精简指令集计算机技术、采用精简指令集计算机技术、采用精简指令集计算机技术、采用精简指令集计算机RISC(Reduced Instruction Set Computer)RISC(Reduced Instruction Set Computer)RISC(Reduced Instruction Set Computer)RISC(Reduced Inst

14、ruction Set Computer)体系结构。体系结构。体系结构。体系结构。(6)(6)(6)(6)功耗越来越低。功耗越来越低。功耗越来越低。功耗越来越低。采用采用采用采用CHMOSCHMOSCHMOSCHMOS制作工艺使单片机集制作工艺使单片机集制作工艺使单片机集制作工艺使单片机集HMOSHMOSHMOSHMOS的高速、高集成的高速、高集成的高速、高集成的高速、高集成度和度和度和度和CMOSCMOSCMOSCMOS的低功耗为一体，使单片机功耗进一步降低，的低功耗为一体，使单片机功耗进一步降低，的低功耗为一体，使单片机功耗进一步降低，的低功耗为一体，使单片机功耗进一步降低，适应的电压范围

15、更宽（适应的电压范围更宽（适应的电压范围更宽（适应的电压范围更宽（2.62.62.62.66V6V6V6V）。单片机各种发展系列并非一代淘汰一代，正如飞单片机各种发展系列并非一代淘汰一代，正如飞机机淘汰不了自行车一样，各有各的应用场合，淘汰不了自行车一样，各有各的应用场合，根据产根据产品要求、性价比等情况选择。品要求、性价比等情况选择。目前市面上较有影响的单片机厂家有：目前市面上较有影响的单片机厂家有：lINTEL：MCS-51、MCS-96（16位单片机）系列。位单片机）系列。lMOTOROLA：68HCXX系列。系列。lMICROCHIP：16C5X/6X/7X/8X系列。系列。lZILO

16、G：Z86EXXXPSC系列。系列。lTEXAS：MSP430FXX系列。系列。lARM：为多个公司设计：为多个公司设计32位单片机位单片机 各厂家单片机的指令系统各不相同，功能各有各厂家单片机的指令系统各不相同，功能各有所长，其中市场占有最高的是所长，其中市场占有最高的是MCS-51系列，因为系列，因为世界上很多知名的世界上很多知名的IC生产厂家都生产生产厂家都生产51兼容的芯片。兼容的芯片。目前为止，目前为止，MCS-51单片机已有数百个品种，还在单片机已有数百个品种，还在不断推出功能更强的新产品。近年来不断推出功能更强的新产品。近年来PHILIPS公司公司又推出了指令和又推出了指令和MC

17、S-51兼容的兼容的16位单片机，这样位单片机，这样保证了保证了MCS-51单片机的先进性，同时，很多专用单片机的先进性，同时，很多专用芯片以它作为控制核心，可以预言，几十年内不会芯片以它作为控制核心，可以预言，几十年内不会淘汰。因此，淘汰。因此，MCS-51单片机成为教学的首选机型。单片机成为教学的首选机型。四、四、MCS-51系列单片机类型系列单片机类型 MCS-51系列单片机品种很多系列单片机品种很多.按照存储器按照存储器ROM配置状态配置状态,可划分为可划分为：片内无片内无ROM型，如型，如80(C)3X。片内片内ROM型，如型，如80(C)5X;片内片内EPROM,如如87(C)5X

18、；片内片内FLASH EEPROM型，如型，如89C5X;片内片内EEPROM ISP型型(可在系统编程可在系统编程)如如89S5X。注：其中型号中有注：其中型号中有C为低功耗型，采用为低功耗型，采用CHMOS工艺，即工艺，即互补金属氧化物工艺；无互补金属氧化物工艺；无C为为HMOS芯片。芯片。如果按照其功能，则可划分以下一些类型如果按照其功能，则可划分以下一些类型1.基本型基本型 基本型有基本型有80318031、80518051、87518751、89C51/S5189C51/S51等。等。基本型的代表产品是基本型的代表产品是8051，其基本特性如下：，其基本特性如下：(1)一个一个8位位

19、CPU和指令系统。和指令系统。(2)128字节的片内字节的片内RAM。(3)21个特殊功能寄存器。个特殊功能寄存器。(4)32线并行线并行I/O口。口。(5)2个个16位定时位定时/计数器。计数器。(6)一个全双工串行口。一个全双工串行口。(7)5个中断源、个中断源、2个中断优先级的中断结构个中断优先级的中断结构.(8)4KB片内片内ROM。(9)一个片内时钟振荡器和时钟电路。一个片内时钟振荡器和时钟电路。(10)片外可扩展片外可扩展64KBROM和和64KBRAM。由此可见由此可见,它本身就是一个功能相当强的它本身就是一个功能相当强的8位微型机。位微型机。2.增强型增强型 有有8052AH、8032AH、8752BH，此类，此类型单片机的内型单片机的内ROM和和RAM容量比基本型的增大容量比基本型的增大一倍，同时把一倍，同时把16位计数增为位计数增为3个，个，87C54内部内部ROM增加到增加到16KB，87C58增加到增加到32KB.由于单片机结构完整、不涉及操作由于单片机结构完整、不涉及操作系统，易学易懂、价格便宜、方便动手系统，易学易懂、价格便宜、方便动手实践，因此它是实践，因此它是嵌入式系统学习的入门嵌入式系统学习的入门课课，通过它，既学习了硬件、也学习了，通过它，既学习了硬件、也学习了软件，是工科学生的基础课。软件，是工科学生的基础课。谢谢！