第1章单片机概述

1第1章单片机概述一、教学要求：了解：计算机的发展、分类、特点与应用，单片机的概念、发展及应用领域，以及典型单片机系列的基本情况。二、教学内容：1.1计算机的发展、分类、特点与应用1.2单片机的概念1.3单片机的发展1.4单片机的应用三、教学重点：单片机的概念。四、教学难点：单片机的应用。五、建议学时：2学时。六、教学内容：1.1单片机的概念1.1.1单片机的名称单片微机是早期SingleChipMicrocomputer的直译，它忠实地反映了早期单片微机的形态和本质。单片微型计算机简称单片机（SingleChipMicrocomputer），又称微控制器（MicrocomputerUnit）。将计算机的基本部件微型化，使之集成在一块芯片上。片内含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及总线等。随后，按照面向对象、突出控制功能，在片内集成了许多外围电路及外设接口，突破了传统意义的计算机结构，发展成microcontroller的体系结构，目前国外已普遍称之为微控制器MCU（MicroControllerUnit）。鉴于它完全作嵌入式应用，故又称为嵌入式微控制器EmbeddedMicrocontroller）。1.1.2通用单片机和专用单片机根据控制应用可分为：通用型和专用型两大类。1、早期——通用型单片微机。通过不同的外围扩展来满足不同的应用对象要求。2、随着应用领域的不断扩大出现了专门为某一类应用而设计的单片机——专用型单片微机。目的：降低成本、简化系统结构、提高可靠。如：用于计费率电表、用于电子记事簿的单片机等。1.1.3单片机与单片机系统2单片机通常是指芯片本身，集成的是一些基本组成部分。是典型的嵌入式系统的主要构成单元，只能作为嵌入式应用，即嵌入到对象环境、结构、体系中作为其中的一个智能化控制单元。如：洗衣机、电视机、VCD、DVD等家用电器，打印机、复印机、通信设备、智能仪表、现场总线控制单元等。单片机系统是在单片机芯片的基础上扩展其它电路或芯片构成的具有一定应用功能的计算机系统。单片机应用系统中包括了满足对象（如洗衣机）要求的全部硬件电路和应用软件。构成各种嵌入式应用的电路系统，统称为单片机应用系统。单片微机应用系统结构通常分三个层次，即单片机、单片机系统、单片机应用系统。单片机：通常是应用系统的主机，设计单片机应用系统时，为所选择的单片机系列器件。单片机系统：单片微机资源的扩展，外围接口电路进入片内，最终向单片应用系统集成发展。——最终产品的目标系统，除了硬件电路外，还须嵌入系统应用程序。按照所选择的单片机，以及单片机的技术要求和嵌入对象对单片机的资源要求构成单片机系统。单片机应用系统：按照单片机要求在外部配置单片机运行所需要的时钟电路、复位电路等，构成了单片机的最小应用系统。在单片机中CPU外围电路不能满足嵌入对象功能要求时，在单片机外部扩展CPU外围电路，如存储器、定时器/计数器、中断源等，形成能满足具体嵌入应用的一个计算机系统。1.1.4单片机应用系统与单片机开发系统单片机开发系统是单片机的开发调试的工具，有单片单板机和仿真器。实现单片机应用系统的硬、软件开发。MDS（微型机开发系统）、ICE（在线仿真器）31.1.5单片机的程序设计语言和软件机器语言(MachineLanguage)有三类汇编语言(Assemble)高级语言(HighLevelLanguage)机器语言：单片机应用系统只使用机器语言（指令的二进制代码，又称指令代码）。机器语言指令组成的程序称目标程序。MCS-51两个寄存器相加的机器语言指令：00101000汇编语言：与机器语言指令一一对应的英文单词缩写，称为指令助记符。汇编语言编写的程序称为汇编语言程序。MCS-51两个寄存器相加汇编语言指令：ADDA，R0高级语言：高级语言源程序C-51、C、PL/M51等。简单——控制程序不太长。复杂——多种多样的控制对象，少有现成程序借鉴。简单系统——不含管理和开发功能。复杂系统——实时系统，需要监控系统（甚至实时多任务操作系统）。编译型高级语言可生成机器代码；解释型高级语言必须在解释程序支持下直接解释执行。因此，只有编译型高级语言才能作为微机开发语言。不同计算机语言的应用：源程序通过编译得到机器能执行的目标程序。汇编语言程序可以高效率利用计算机资源，目标程序占用内存少，执行速度快，适合于自动测控系统反应快速、结构紧凑的要求。实际应用中，常与C语言配合使用。高级语言程序容易掌握，通用性好，但编译程序系统开销大，目标程序占用内存多，且执行时间比较长，多用于科学计算、工业设计、企业管理。41.2单片机的发展1.2.1单片机发展概述一、电子计算机的发展历史1、第一代（1946—1958）：电子管计算机。用于：科学计算2、第二代（1958—1964）：晶体管计算机。用于：科学计算、数据处理、工业控制3、第三代（1964—1971）：集成电路计算机、网络。用于：科学计算、数据处理、工业控制、事务管理。4、第四代（1971—）：大规模集成电路计算机。用于：计算量极大的高尖技术及国民经济领域出现了微型机。5、第五代：智能型计算机正在研制中。用于：模拟人的智能，识别图像、语言和物体，联想、推理、解答问题，使用自然语言进行会话处理。二、微型计算机的发展历史微型机算计的核心部分：微处理器的发展已经历了五代。第一代（1971—1973）：4位→8位（初级）第二代（1973—1975）：8位（初级）第三代（1975—1978）：初级8位单片机IntelMCS—48系列单片机第四代（1978—80年代中期）：高档8位单片机IntelMCS—51系列单片机→16位、32位第五代（80年代中期至今）：→64位1976-：初级8位单片机IntelMCS-48系列1980-：高档8位单片机IntelMCS-51系列：—51子系列：8031/8051/8751—52子系列：8032/8052/8752低功耗型80C31高性能型80C252廉价型89C2051/10511983-：16位单片机IntelMCS-96系列：8098/8096、80C198/80C19632位单片机809605MCS—48（从1976年起）：低档型：8021、8022基本型：8048、8748、8038改进型：8049、8749、8039和8050、8750、8040MCS—51（从1980年起）：基本型：8051、8751、8031改进型：8052、8752、8032低功耗型：80C51、87C51、80C31强性能型：83C252、87C252、80C252早期产品：8X9X（8096）MCS—96（从1983年起）：改进型：8X9XBH、8X9XJF新产品：8098（准）强功能型：80C196、80C198（准）1.2.2MCS-51单片机系列MCS-51系列基本产品型号：8051、8031、8751称为51子系列。不同型号MCS-51单片机CPU处理能力和指令系统完全兼容，只是存储器和I/O接口的配置有所不同。硬件配置基本配置：1.8位CPU2.片内ROM/EPROM、RAM3.片内并行I/O接口4.片内16位定时器/计数器5.片内中断处理系统6.片内全双工串行I/O口MCS—51系列单片机的3种基本产品：8051：片内含有掩膜ROM型程序存储器，只能由生产厂家代为用户固化，批量大、永久保存、不修改时用。8751：片内含EPROM型程序存储器，用户可固化，可用紫外线光照射擦6除；但价格高。8031：片内无程序存储器，可在片外扩展，方便灵活，价格便宜。1.2.380C51单片机系列INTEL公司先后推出了三个系列的单片机：MCS—48系列MCS—51系列MCS—96系列典型产品：80968098（准）80C19680C198（准）新一代80C51增加了一些外部接口功能单元，如A/D，PCA，WDT等。PHILIPS：80C51ATMEL（FlashROM）：AT89c51CHMOS：低功耗，高速度和高密度（HMOS），待机和掉电保护1.3单片机的应用1.3.1单片机应用的特点单片机的应用很广泛，特点很多，仅从应用的角度来看：计算机的控制应用分为：1、控制系统离线应用：控制系统的计算机辅助设计（控制系统CAD）2、控制系统在线应用：计算机控制系统→使用单片机工业控制领域与通用计算机系统不同的要求：(1)面对控制对象。面对物理量传感变换的信号输入；面对人机交互的操作控制；面对对象的伺服驱动控制。(2)嵌入到工控应用系统中的结构形态。(3)工业现场环境中可靠性品质。(4)突出控制功能。对外部信息及时捕捉；对控制对象能灵活地实时控制；有突出控制功能的指令系统，如I/O口控制、位操作、丰富的转移指令等。1.3.2单片机的应用领域•工业自动化方面：力、热、速度、加速度、位移。•仪器仪表：降低成本、简化系统结构、提高可靠性。•家用电器：7小家电中要求小型价廉、程序容量不大。•信息和通信产品：PDA则要求大容量存储、大屏幕LCD显示、极低功耗等。•军事装备方面：可靠性、极低功耗。单片机的应用领域：1、用单片机构成智能化产品：在智能仪器仪表中的应用；在家用产品中的应用；在医疗仪器中的应用；在计算机外部设备中的应用。2、单片机在工业测控领域中的应用：过程控制：数控铣床、步进控制、生产流水线等；数据采集；信号处理；旧设备的改造。小结1、单片机即单片微型计算机，是将计算机主机（CPU、内存和I/O接口）集成在一小块硅片上的微型机。2、单片机为工业测控而设计，又称微控制器。具有三高优势（集成度高、可靠性高、性价比高）。3、主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通讯设备、家用电器等。特别适合于嵌入式微型机应用系统。4、单片机开发系统有单片单板机和仿真器。实现单片机应用系统的硬、软件开发。