单片机教学01

生物医学电子所蒋芳芳讲师单片机原理及应用联系方式：邮箱：[e-mail]办公地点：科学馆408(024-83688859)第二部分第一部分第三部分课程简介工程应用性课程：以模拟电子电路、数字电子电路、微型计算机原理及应用、汇编、C语言等为基础课程构成：总学时56：理论课40学时，实验课16学时成绩评定：平时成绩(10%)+实验(20%)+期末考试(70%)第二部分第一部分第三部分课程简介参考教材：.《单片机基础》(第3版)李广弟等主编.北京航空航天大学出版社.2007•《单片机原理及接口技术》李朝青主编，北京航空航天大学出版社，2001•《MCS-51/96系列单片机原理及应用》(修订版)孙涵芳、徐爱卿主编，北京航空航天大学出版社，2002.第二部分第一部分第三部分课程设置理论基础(14学时)：1.单片机概述2.MCS-51单片机硬件结构3.MCS-51单片机指令系统及汇编语言程序设计实例应用(26学时)：4.存储器扩展、中断与定时器、I/O接口扩展5.串行数据通信、A/D及D/A转换接口第二部分第一部分第三部分第1章单片机概述基本概念第二部分第一部分第三部分微型计算机(PC)组成:定时器/计数器(T/C)中央处理器CPU:CentralProcessingUnit只读存储器ROM:ReadOnlyMemory随机存储器RAM:RandomAccessMemory输入输出接口I/O:Input/OutputInterface定时器/计数器T/C:Timer/Counter总线:Bus基本概念•单片机(Single-ChipMicrocomputer):将计算机的基本组成部分集成在一个芯片或一个完整的封装器件内。•单片机系统:在单片机芯片的基础上扩展其它电路构成的具有一定应用功能的计算机应用系统。•单片机应用系统:针对具体的应用需求，将单片机系统与特定开发环境相结合，使其功能化。基本特点•结构简单、体积小巧；•性能价格比高；•可靠性高、功耗小；•应用范围广泛。应用领域(1)构成智能化产品，实现仪器设备的智能化、自动化：•智能化仪器仪表；•家用电器；•计算机外设中的应用。应用领域(2)在工业测控领域中的应用：•数据采集与处理；•工业过程控制。实际应用举例(1)恒温电冰箱实际应用举例(2)电磁炉输入设备输出设备实际应用举例(3)MP3实际应用举例(4)生物医学工程应用举例数字体温计•腋下的体表皮肤温度•由温度传感器采集，温度传感器把体温这个物理量进行某种变换后形成电信号•这个电信号是连续的模拟信号，需要转换成数字信号才能显示。于是模数转换和显示处理电路由单片机实现，并输出到液晶屏显示。工业流水线应用举例装小球生产线•小球被传送带运送并掉入下方的纸箱中，纸箱在另一条传送带上被运送，每个纸箱装满10个小球后就换下一个纸箱装球。•现在需要设计一个单片机控制系统，实现以上的小球装箱要求，并实时显示当前装球的纸箱序号和已装的小球数。工业流水线应用举例装小球生产线系统框图基本种类•INTEL公司：8位单片机：MCS-48、MCS-5116位单片机：MCS-96、MCS-196•MOTOROLA公司：68系列、68HC系列•ZILOG公司：Z8系列•ATMEL公司：89系列•TI公司：MSP系列MCS-51单片机的部分子系列(共10个)型号ROM/EPROMRAMT/CI/O串行口速度(MHZ)8051子系列8031无128232UART1280514KROM128232UART1287514KEPROM128232UART128751BH4KOTP128232UART128052子系列8032无256332UART1280528KROM256332UART1287528KEPROM/OTP256332UART1280C51子系列80C31无128232UART12.1680C514KROM128232UART12.1687C514KEPROM/OTP128232UART12.16.20通用异步接收发送器程序设计与开发软件：•程序设计语言：汇编语言、C语言•开发软件：Proteus,μVision等本章小结--单片机概述1.单片机的基本概念2.单片机的特点和应用领域3.单片机的基本种类(MCS-51)4.单片机的程序设计语言及仿真软件•单片机是什么？•单片机能做什么？•为什么要学习单片机?第三部分第二部分第一部分第2章单片机芯片的硬件结构MCS-51单片机的基本逻辑结构CPU振荡器和时序OSC总线扩展控制器数据存储器128BRAM2×16位定时器/计数器I/O接口程序存储器4KBROM串行口外中断内中断控制并行口串行通信外部时钟源外部事件计数80C51单片机的引脚功能电源引脚•Vcc(40脚)：电源端，为+5V。•Vss(20脚)：接地端。80C51单片机的引脚功能时钟电路引脚•XTAL2(18脚)：•接外部晶体和微调电容的一端•XTAL1(19脚)：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路反向放大器的输入端，在采用外部时钟时，该引脚接地。80C51单片机的引脚功能控制信号引脚•RST/VPD（9脚）：•RST：复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持两个机器周期的高电平时，就可以完成复位操作。•VPD：RST引脚的第二功能，备用电源输入端。当主电源Vcc发生故障，降低到低电平规定值时，将+5V电源自动接入该引脚，为RAM提供备用电源，以保证RAM中的信息不丢失，使得复位后能继续正常运行。80C51单片机的引脚功能控制信号引脚•ALE/PROG（30脚）：•ALE：地址锁存允许信号端。正常工作时，该引脚以振荡频率的1/6固定输出正脉冲。CPU访问片外存储器时，该引脚输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。它的负载能力为8个LS型TTL负载。•PROG：是对片内带有4KBROM的编程写入时的编程脉冲输入端。80C51单片机的引脚功能控制信号引脚•PSEN（29脚）：•程序存储器允许信号输出端。•在访问片外ROM时，定时输出负脉冲作为读片外ROM的选通信号，接片外ROM的OE端。•它的负载能力为8个LS型TTL负载。80C51单片机的引脚功能控制信号引脚•EA/Vpp（31脚）：•EA：外部程序存储器地址允许输入端。当该引脚接高电平时，CPU访问片内ROM并执行片内程序存储器中的指令，但当PC值超过0FFFH（片内ROM为4KB）时，将自动转向执行片外ROM中的程序。当该引脚接低电平时，CPU只访问片外ROM并执行外部程序存储器中的程序。控制信号引脚•EA/Vpp（31脚）：•Vpp：对片内ROM固化编程时的编程电压输入端（12-21V）80C51单片机的引脚功能I/O端口引脚•P0（32-39脚）：•漏极开路的8位准双向I/O口，每位能驱动8个LS型TTL负载。•P0口可作为一个数据输入/输出口；•在CPU访问片外存储器时，P0口为分时复用的低8位地址总线和8位数据总线。当I/O口作为输入时，应先向此口锁存器写入全1，此时该口引脚浮空，可作高阻抗输入。80C51单片机的引脚功能I/O端口引脚•P1（1-8脚）：•带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口，每位能驱动4个LS型TTL负载。80C51单片机的引脚功能I/O端口引脚•P2（21-28脚）：•带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口，每位能驱动4个LS型TTL负载。在CPU访问片外存储器时，它输出高8位地址。80C51单片机的引脚功能I/O端口引脚•P3（10-17脚）：•带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口，每位能驱动4个LS型TTL负载。P3口除作为一般I/O口外，每个引脚都有第二功能。I/O端口引脚•第二功能列表：口线替代的第二功能P3.0RXD（串行口输入）P3.1TXD（串行口输出）P3.2INT0（外部中断0输入）P3.3INT1（外部中断1输入）P3.4T0（定时器0的外部输入）P3.5T1（定时器1的外部输入）P3.6WR（写选通控制输出）P3.7RD（读选通控制输出）MCS-51单片机的基本逻辑结构CPU振荡器和时序OSC总线扩展控制器数据存储器128BRAM2×16位定时器/计数器I/O接口程序存储器4KBROM串行口外中断内中断控制并行口串行通信外部时钟源外部事件计数P0驱动器P2驱动器P0锁存器P2锁存器RAM地址寄存器RAM4KBROMB寄存器暂存器1暂存器2ACCSP程序地址寄存器缓冲器PC+1PCDPTR中断、串行口和定时器PSWP1锁存器P1驱动器P3锁存器P3驱动器定时控制指令寄存器指令译码器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1XTAL2PSENALEEARESETMCS-51单片机内部结构图P0驱动器P2驱动器P0锁存器P2锁存器RAM地址寄存器RAM4KBROMB寄存器暂存器1暂存器2ACCSP程序地址寄存器缓冲器PC+1PCDPTR中断、串行口和定时器PSWP1锁存器P1驱动器P3锁存器P3驱动器定时控制指令寄存器指令译码器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1XTAL2PSENALEEARESETMCS-51单片机内部结构图运算器P0驱动器P2驱动器P0锁存器P2锁存器RAM地址寄存器RAM4KBROMB寄存器暂存器1暂存器2ACCSP程序地址寄存器缓冲器PC+1PCDPTR中断、串行口和定时器PSWP1锁存器P1驱动器P3锁存器P3驱动器定时控制指令寄存器指令译码器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1XTAL2PSENALEEARESETMCS-51单片机内部结构图控制器P0驱动器P2驱动器P0锁存器P2锁存器RAM地址寄存器RAM4KBROMB寄存器暂存器1暂存器2ACCSP程序地址寄存器缓冲器PC+1PCDPTR中断、串行口和定时器PSWP1锁存器P1驱动器P3锁存器P3驱动器定时控制指令寄存器指令译码器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1XTAL2PSENALEEARESET存储器MCS-51单片机内部结构图P0驱动器P2驱动器P0锁存器P2锁存器RAM地址寄存器RAM4KBROMB寄存器暂存器1暂存器2ACCSP程序地址寄存器缓冲器PC+1PCDPTR中断、串行口和定时器PSWP1锁存器P1驱动器P3锁存器P3驱动器定时控制指令寄存器指令译码器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1XTAL2PSENALEEARESETMCS-51单片机内部结构图I/O接口P0驱动器P2驱动器P0锁存器P2锁存器RAM地址寄存器RAM4KBROMB寄存器暂存器1暂存器2ACCSP程序地址寄存器缓冲器PC+1PCDPTR中断、串行口和定时器PSWP1锁存器P1驱动器P3锁存器P3驱动器定时控制指令寄存器指令译码器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1XTAL2PSENALEEARESETMCS-51单片机内部结构图MCS-51单片机的内部存储器•256个数据存储器单元：•低128字节单元(单元地址：00H-7FH)•高128字节单元(单元地址：80H-FFH)MCS-51单片机的内部数据存储器专用寄存器区用户RAM区位寻址区四组通用寄存器三组通用寄存器二组通用寄存器一组通用寄存器低128单元高128单元7FH30H20H18H10H08H00HFFH80H低128字节单元(内部RAM)用户RAM区位寻址区四组通用寄存器三组通用寄存器二组通用寄存器一组通用寄存器低128单元第一区第二区第三区低128字节单元(内部RAM)1.寄存器区：•内部RAM的前32个单元作为寄存器使用•共分为4组，每组含8个寄存器，在组中按R0-R7编号•地址：00H-1FH低128字节单元(内部RAM)1