单片机

大连理工大学电信学院陈育斌1理论课上课时间表（1～6周）星期周次一二三四五六日1至6时间地点7～8节综253（15：20）5～6节综253（13：30）大连理工大学电信学院陈育斌2单片机原理及综合设计——嵌入式微控制器的开发入门微机及单片机原理实验室综合楼419室大连理工大学电信学院陈育斌3参考资料1，《单片机原理及其接口技术》（第2版）----胡汉才清华大学出版社（32/36元）2，《AT89系列单片机原理与接口技术》----王幸之等北京航空航天大学出版社（48元）3，《MCS-51/96系列单片机原理及应用》----孙涵芳徐爱卿北京航空航天大学出版社（35元）4，《电子世界》----中国电子学会主办（期刊6.00元/期）大连理工大学电信学院陈育斌4大连理工大学电信学院陈育斌5大连理工大学电信学院陈育斌6单片机综合设计总体安排总学时：理论课+实验课=72学时其中：理论课：24学时；实验课：48学时。大连理工大学电信学院陈育斌7理论课主要内容及课时安排（24学时）第一章：MCS-51系列单片机的基本硬件结构（4学时）介绍51单片机内部硬件的基本结构。重点掌握数据寄存器RAM、程序存储器ROM的结构特点及使用方法；第二章：MCS-51单片机指令系统及时序（4学时）111条指令的分类、寻址方式、伪指令及使用中的注意事项。了解指令的相关时序，为扩展系统的硬件设计打好基础；大连理工大学电信学院陈育斌8第三章：MCS-51单片机内部模块的功能介绍（8学时）掌握单片机内部并行I/O端口、定时/计数器、串行接口及中断系统的结构、工作原理和编程方法，掌握“查询”和“中断”两种方法的使用及编程。第四章：MCS-51单片机系统的扩展及应用（8学时）；系统扩展的几种方法。外部程序、数据存储器的扩展，A/D、D/A转换器与单片机的接口电路及编程方法。单片机的键盘扫描/动态显示接口电路，单片机的监控电路等。大连理工大学电信学院陈育斌9本门课程的要求深刻掌握单片机的硬件结构及特点（RAM、ROM、特殊功能寄存器SFR、定时器、并行和串行口、中断系统，）。熟练掌握指令系统。掌握“寻址方式”是学习汇编程序设计的关键。掌握中断原理，学会使用中断的方法编程；掌握单片机与外围电路的接口。掌握MOVX指令的时序是接口电路设计的关键。要有一本好的参考书。大连理工大学电信学院陈育斌10序论1.什么是“单片机”？2.为什么要学习这门课程？3.这门课程对我们今后的发展将起什么作用？大连理工大学电信学院陈育斌11微机原理与单片机技术单片机的诞生标志着计算机的发展已经形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。作为嵌入式控制器，单片机的设计理念是：微型化、低成本、低功耗及具有很好的性价比。是通用计算机所无法取代的。广泛的应用于家用电器、汽车电子、机器人、工业控制及仪表设计、办公自动化等重要的场合。对于一个当代工程师，对于单片机的掌握程度已经成为直接影响其事业发展的重要因数。大连理工大学电信学院陈育斌12大连理工大学电信学院陈育斌13大连理工大学电信学院陈育斌14单片机的特点在结构上：不仅将计算机主板上的主要器件尽可能的包含到自身的芯片中，还集成了放大器、比较器、A/D转换器和PWM电路等等。用它来设计一个智能化的产品可以进一步简化外围电路，系统硬件尽可能的实现“单片化”。以美国intel公司开发的单片机为例：1.以MCS-48为代表的第一代产品；2.以MCS-51为第二代产品的过程；3.现在又出现了以ATMEL公司生产的AT89系列、PHILIPS公司生产的8XC552系列等（与51指令系统全兼容）为代表第3代高档单片机。大连理工大学电信学院陈育斌15嵌入式计算机系统在工业控制、家电产品、智能仪表、汽车电子等领域进行智能化设计时，将嵌入到被控制对象（如：家电、汽车、机床等）中的、已经失去了原有通用计算机形态及功能的专用计算机称之为“嵌入式计算机系统”。在这些被控制对象中，往往要求嵌入式计算机系统要有极小的体积和极低的成本，要有极小的功耗和较高的可靠性。因此以单片机为代表的嵌入式计算机系统（也称嵌入式微控制器）极大的满足了这种市场的需求。反过来，市场的需要也迫使单片机去不断完善、发展，使其分类越来越细，品种越来越多。大连理工大学电信学院陈育斌16通用计算机与单片机在硬件结构上的比较微型计算机系统单片机系统微型计算机的组成框图（由多个IC芯片组装在一个主电路板上）所有基本单元都组装在一个IC芯片上数据RAMCPU并行I/O程序ROM定时/计数器串型端口中断控制器扩展I/O端口系统总线（DB、AB、CB）MCS-51单片机大连理工大学电信学院陈育斌17单片机外形图（AT89C51）大连理工大学电信学院陈育斌18PIC16F877单片机构成的电梯控制系统大连理工大学电信学院陈育斌19单片机PIC16F877大连理工大学电信学院陈育斌20三种主要的8位单片机性能比较1.MCS-51系列美国Intel公司研制（现已停产、转让）。应用最为广泛、最成熟的产品。配套的各种开发系统非常丰富。其核心技术已经被其他厂家购买，并开发出多种“升级”的系列产品。目前应用较多的有AT89系列；2.PIC系列美国微芯片公司（microchip）。当前市场份额增长最快的产品，采用哈弗总线结构、二级流水作业、精简指令指令系统以及多种内嵌模块（WDT、ADC、CCP模块等）。3.AVR系列美国Atmel公司。一种新推出的高性能、高速度和低功耗产品，性能类似于PIC系列。常见的有TA90系列。大连理工大学电信学院陈育斌21单片机发展的状况当前流行8位、16位和32位三大类产品1.8位单片机：使用数量最大的一类单片机。特点：成本低，性能又能满足大多要求。如MCS-51、PIC和AVR系列；2.16位单片机：适合数据运算的场合。但由于价格的居高，其数据运算功能又不如32位机，所以发展处于停滞状态。具有代表性有MCS-96系列、台湾的“凌阳”16位单片机；3.32位单片机：当前高档次单片机发展的一个方向，具有超强的数据处理能力、合理的价格。其核心技术基本被美国ARM公司所垄断。具有代表性的产品是ARM系列（ARM-7、ARM-9）。大连理工大学电信学院陈育斌22AT89系列单片机介绍AT89系列单片机是美国ATMEL公司生产的8位Flash系列单片机，与INTEL公司生产的MCS-51单片机兼容，使市场的主流产品。其特点如下：1.片内含有Flash程序存储器，开发编程方便；2.全面兼容8051，引脚完全相同可直接取代8751；3.具有静态时钟方式、降低系统功耗，适合便携式系统；4.Flash程序存储器可以多次快速擦写，适合学习、开发；大连理工大学电信学院陈育斌23AT89系列单片机的分类：1.标准型：除了程序存储器由EPROM升级到Flash工艺，其它基本同intel公司的8051。型号ROM/RAM中断源/定时器其它AT89C514K+1285/2AT89LV514K+1285/2低电压版本AT89C528K+2568/3AT89LV528K+2568/3低电压版本AT89C5520K8/3AT89LV5520K8/3低电压版本低电压版本（2.7～6V）大连理工大学电信学院陈育斌242.低档型：除了I/O端口减少外，其它部件同AT89C51。全部采用DIP20封装。型号ROM/RAM中断源/定时器其它AT89C10511K+643/2无串口AT89C20512K+1285/2大连理工大学电信学院陈育斌253.高档型：在标准型的基础上增加了功能模块。其中显著特点是他们的flash程序存储器都可以通过SPI串行接口实现“在线编程”，都具备Watchdog，双数据指针。型号ROM/RAM中断源其它AT89S5312K+1289AT89S82528K+12892K的E2PROMAT89S4D124K+1289RAM为flash5个I/O端口大连理工大学电信学院陈育斌26AT89系列单片机的产品分类：1.商业用产品。用“C”标注。使用温度范围0～70℃；2.工业用产品。用“I”标注。使用温度范围-40～85℃；3.汽车用产品。用“A”标注。使用温度范围-40～125℃；4.军用产品。用“M”标注。使用温度范围-55～150℃；例如：AT89C51-24PI大连理工大学电信学院陈育斌27课程目录第一章：MCS-51系列单片机的基本硬件结构、特点；第二章：MCS-51单片机指令系统及时序；第三章：单片机内部主要功能模块工作原理及应用第四章：MCS-51单片机系统的扩展及应用；大连理工大学电信学院陈育斌28第一章：MCS-51系列单片机的基本硬件结构本章内容了解MCS-51单片机的硬件结构、特点。重点掌握内部RAM、ROM的结构，使用方法及注意事项。大连理工大学电信学院陈育斌29本章目录1.1MCS-51单片机的主要性能和特点1.2MCS-51单片机内部方框图1.3MCS-51单片机的引脚定义1.4MCS-51单片机的存储器的配置大连理工大学电信学院陈育斌301.1MCS-51单片机的主要性能和特点(以AT89C51为例)内部程序存储器ROM：4K的flash程序存储器；内部数据存储器RAM：256B（128B的RAM+21B的SFR）；寄存器区：4个寄存器区，每个区有R0-R7八个工作寄存器；8位并行输入输出端口：P0、P1、P2和P3；定时/计数器：2个16位的定时/计数器T0、T1；串型口：全双工串行端口（RXD：接收端、TXD发送端）；返回大连理工大学电信学院陈育斌31中断系统：设有5个中断源（T0、T1、Int0、Int1、ES）；系统扩展能力：可外接64K的ROM和64K的RAM；堆栈：设在RAM单元、位置可以浮动（通过指针SP来确定堆栈在RAM中的位置）系统复位时SP=07H；布尔处理机：配合布尔运算的指令进行各种逻辑运算；指令系统：111条指令。按功能可分为数据传送、算术运算、逻辑运算、控制转移和布尔操作5大类。大连理工大学电信学院陈育斌321.2:MCS-51单片机内部方框图时钟电路4KROM程序存储器256BRAM数据存储器2X16位定时/计数器CPU处理器64KB总线扩展控制器可编程I/O端口P0-3可编程串行口大连理工大学电信学院陈育斌33美国intel公司生产的MCS-51系列芯片及制造工艺型号片内ROM片内RAMI/O口线备注8031无128B+SFR8×4DIP40脚8051掩膜4KB128B+SFR8×4DIP40脚8751EPROM4KB128B+SFR8×4DIP40脚返回大连理工大学电信学院陈育斌341.3：MCS-51单片机的引脚定义通过对引脚的了解，认识MCS-51单片机的内部结构和工作特点；准确把握引脚定义是系统硬件设计的依据。大连理工大学电信学院陈育斌35MCS-51单片机外型图（DIP-40封装）MCS-51单片机的逻辑符号图VCCRSTXTAL1P0口XTAL2/EA/PSENALEP1口P3口RXDTXD/INT0/INT1P2口T0T1/WR/RDGND87C51EPROM型AT89C51ATMELFLASH型返回上一次1.3：MCS-51单片机的外形和逻辑符号大连理工大学电信学院陈育斌36MCS-51单片机的引脚定义（40脚的DIP封装）：1，主电源引脚：Vcc（+5V---40脚）和Vss（GND20脚）；引脚图40MCS-5120VCC+5V7805123输出VCC+5V输入+9V由三端集成稳压器7805构成的单片机电源电路大连理工大学电信学院陈育斌37大连理工大学电信学院陈育斌382，外接晶体引脚：XTAL1（19脚）、XTAL2（18脚）两脚之间接入一个晶体震荡器，单片机就以此晶体的频率开始工作（其频率范围为：0～24MHz）。频率越高，单片机的工作速度就越快，但单片机的功耗就要增加，其产生的高次谐波也会对系统内部的模拟电路（如ADC）产生严重的干扰。MCS-511819大连理工大学电信学院陈育斌393，控制与电源复用引脚：①RST/Vpd（