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单片微型计算机原理与接口技术编著高锋课程情况教学：48学时;实验：16学时课程性质：学位、考试课成绩评定：实验，期末考试实验：实验报告有关本课程学习的几点建议: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本课程是一门实践性、应用性很强的学科仅仅听懂还不够,重在培养动手能力硬件/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预习、听课、复习、作业、实验环环都重要第一章绪论第二章80C51单片微机的基本结构第三章80C51单片微机的指令系统第四章80C51单片微机的程序设计第五章80C51单片微机的中断系统原理及应用第六章80C51单片微机的定时器/计数器原理及应用第七章80C51单片微机的串行口原理及应用第八章80C51单片微机的系统扩展原理及接口技术第九章单片微机应用系统实例主要内容1.1单片微机的发展1.280C51系列单片微机1.3单片微机的应用1.4本教程的教学安排第一章绪论▲什么是单片机?●微型计算机微处理器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存储器，以及与输入输出设备相衔接的输入输出接口电路就构成了微型计算机(Microcomputer)单片机：如果将微处理器、存储器和输入输出接口电路集成在一块集成电路芯片上，称为单片微型计算机，简称单片机。1.1单片微机的发展微处理器CPUROMRAMI/O接口外设地址总线AB数据总线DB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CPU、RAM、ROM、中断系统、定时器/计数器、串行口和I/O等。1、PC机：PC机系统全力实现海量高速数据处理，兼顾控制功能。2、单片机：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。▲形成两大分支：◆单片机与PC机的比较：组成、功能、应用特点组成：CPU(进行运算、控制)RAM(数据存储器)I/O口(串口、并口等)ROM(程序存储器)功能：PC机：数据运算、采集、处理、存储、传输单片机：控制（或受控于）外设。应用特点：PC机：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，但用于控制时必须制作或购买专用的接口卡，并编制专门的软件单片机：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，需经过专门学习方能掌握应用，应用中要设计专业的硬件和软件。PC机：上述部件以芯片形式安装在主板上。单片机：上述部件被集成到单芯片中。可分为四个阶段:目前，应用广泛的主流机型是80C51系列8位单片机。第一阶段：单片机探索阶段（1976-1978）。第二阶段：单片机完善阶段（1978-1982）。第三阶段：8位机和16位机争艳阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段（1982-1990）。第四阶段：微控制器全面发展阶段（1990-）。▲发展概况●多功能：单片微机中尽可能多的把应用系统中所需要的存储器、各种功能的I/O口都集成在一块芯片内，即外围器件内装化。LED(LightEmittingDiode)、LCD(LiquidCrystalDisplay)VFD(真空荧光显示屏VacuumFlourescentDisplay)显示驱动器集成在8位单片微机中。A/D、D/A、多路模拟开关和采样/保持器集成在单片微机芯片中，从而成为名副其实的单片微机。●高性能：为了提高速度和执行效率，在单片微机中开始使用RISC(ReducedInstructionSetComputing)体系结构、并行流水线操作和DSP等的设计技术，使单片微机的指令运行速度得到大大提高，其电磁兼容等性能明显地优于同类型的微处理器。▲发展趋势多功能化、高性能化、CMOS化、串行扩展技术、低电压化、低噪声与高可靠性、大容量化、小容量低价格化●CMOS化：单片微机采用二种半导体工艺生产，HMOS工艺即高密度短沟道MOS工艺，具有高速度和高密度；CHMOS工艺即互补金属氧化物的HMOS工艺，除具有HMOS的优点外，还具有CMOS工艺的低功耗特点。如8051的功耗为630mw，而80C51的功耗仅120mw。从第三代单片微机起开始淘汰非CMOS工艺。●推行串行扩展总线推行串行扩展总线可以显著减少引脚数量，简化系统结构。随着外围器件串行接口的发展，单片微机的串行接口的普遍化、高速化，使得并行扩展接口技术日渐衰退。●低功耗化单片机的功耗已从mA级，甚至1uA以下；使用电压在3~6V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、高抗干扰能力以及产品的便携化。●大容量化以往单片机内的ROM为1KB~4KB，RAM为64~128B。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，须运用新的工艺，使片内存储器大容量化。目前，单片机内ROM最大可达64KB，RAM最大为2KB。8051是美INTEL公司在1980年推出的MCS-51系列的第一个成员，MCS是INTEL公司的注册商标。其它公司生产的以8051为核心单元的其它派生单片微机只能称为8051系列。8051系列泛指所有公司（也包括INTEL公司）生产的以8051为核心单元的所有单片微机.1.280C51系列单片微机MCS-51系列：Intel公司8051系列：泛指所有公司（也包括INTEL公司）生产的以8051为核心单元的所有单片微机。80C51系列：Intel公司的MCS-51（表1-1）PHILIPS的83C552及51LPC系列等（表1-2）ATMEL公司的单片机89C51等（表1-3）Winbond的W78C51及W77C51等（表1-4）SIEMENS的SAB80512等AMD的8053等、OKI的MSM80C154等DALLAS公司的DS5000/DS5001等宏晶科技的STC系列等新华龙的C8051Fxx等80C51优点：①性能价格比高；②开发装置多；③国内技术人员熟悉；④芯片功能够适用；⑤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⑴智能化家用电器。⑵办公自动化设备。⑶商业营销设备。⑷工业自动化控制。⑹智能化通信产品。⑸智能化仪表。⑺汽车电子产品。⑻航空航天系统和国防军事、尖端武器等。◆家用电器领域国内各种家用电器已普遍采用单片微机控制取代传统的控制电路，做成单片微机控制系统，如洗衣机、电冰箱、空调机、微波炉、电饭堡、电视机、录像机及其它视频音像设备的控制器。◆办公自动化领域比如一台PC机可能嵌入了10个单片微机，如控制键盘、鼠标、显示器、CD-ROM、声卡、打印机、软/硬盘驱动器、调制解调器等。现代办公室中所使用的大量通信、信息产品，如绘图仪、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如工业过程控制、过程监测、工业控制器及机电一体化控制系统等，许多都是以单片微机为核心的单机或多机网络系统。如工业机器人的控制系统是由中央控制器、感觉系统、行走系统、擒拿系统等节点构成的多机网络系统。而其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目前各种变送器、电气测量仪表普遍采用单片微机应用系统替代传统的测量系统，使测量系统具有各种智能化功能，如存储、数据处理、查找、判断、联网和语音功能等。◆汽车电子与航空航天电子系统通常在这些电子系统中的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驭系统、通信系统以及运行监视器（黑匣子）等，都要构成冗余的网络系统。比如一台RMW-7系列宝马轿车就用了63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。军品：-50℃～+125℃工业品：-45℃～+85℃民品：0℃～+70℃表1–1Intel公司MCS-51系列的部分单片微机表1–2Philips公司80C51系列的部分单片微机表1–3ATMEL公司89C51系列的部分单片微机表1–4华邦公司W78C51和W77C51系列的部分单片微机