单片机原理及应用

解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室1单片机原理及应用解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室2目录单片机概述单片机芯片的硬件结构MCS－51单片机指令系统MCS－51汇编语言程序设计单片机存储器扩展单片机的中断与定时系统单片机I/O扩展与应用单片机串行数据通信MCS－51单片机应用与开发技术解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室3第一章单片机概述•单片机的概念•单片机的发展•单片机的应用解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室4•什么是单片机？单片机－－将计算机的五大部件集中在同一块集成电路硅片上的计算机。第一节单片机的概念•单片机的名称：单片微型计算机（SCMC）微控制器（MCU）嵌入式控制器（EMCU）•单片机与一般微机最根本的不同之处：单片机的五大部件集成在一块集成电路硅片上。解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室5•什么是通用单片机和专用单片机？通用单片机是一种基本芯片。专用单片机是针对一种产品或一种控制应用专门设计的•单片机与单片机系统：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。解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室6•单片机应用系统与单片机开发系统：单片机开发系统即是单片机系统开发调试的工具。仿真器、编程器等•机器语言：基本的的语言形式，多出现在应用系统中•汇编语言：单片机开发中最常用的程序设计语言•高级语言：很具发展潜力。•单片机的程序设计语言和软件常用单片机语言：汇编语言、高级语言c51。解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室7•单片机的分类：4位单片机特点：一次处理4位二进制数代表产品：COP4XX系列（NS公司）TMP47XXX系列（Toshiba公司）用途：计算器、家用电器等8位单片机特点：一次处理8位二进制数代表产品：MCS－51系列（Intel公司）M6805系列（Motorola公司）用途：工业控制、智能仪表、家用电器和办公自动化系统解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室816位单片机特点：一次处理16位二进制数代表产品：MCS－96系列（Intel公司）M68HC16系列（Motorola公司）用途：过程控制、智能仪表、家用电器和计算机外设等32位单片机特点：一次处理32位二进制数代表产品：M68300系列（Motorola公司）SH系列（日立公司）用途：多媒体、蜂窝电话、光驱等计算机外设解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室9第二节单片机的发展•单片机的发展历史第一阶段：4位单片机阶段。主要特点是：价格便宜，具有一定的控制功能。主要代表系列有：日本NEC公司的uMOS40系列、松下公司的MN1400系列，夏普公司的SM系列，富士通的MB88系列等等。第二阶段：（1976－1978年）低、中档8位单片机阶段。以Intel公司的MCS－48为代表。这个系列的单片机片内集成有8位CPU。并行I/O口，8位定时器/计数器，寻址范围不大于4K，无串行口。解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室10第三阶段：（1978至1982）高档8位单片机阶段。这阶段推出的普遍带有串行I/O口，有多种中断处理系统，多个16位定时器/计数器。片内RAM、ROM容量较大，寻址范围可达64K，有的片内还带有A/D转换接口。主要代表系列有Intel公司的MCS－51，Motorola公司的6801，Zilog公司的Z8等。第四阶段：（1982至今）8位单片机完善发展和16位、32位单片机推出阶段。这阶段的主要特征是一方面发展16位单片机及专用单片机，另一方面同时不断完善高栏8位单片机，改善其结构，以满足不同的用户需要。解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室11•8位单片机的市场前景8位单片机用途广泛（美国）每家226个办公室42个每汽车35个注意：基于Internet、无线数字传输的嵌入式应用将会是32位机最广泛的市场。解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室12•8位单片机的新发展为了减小体积，增强功能，提高灵活性和可靠性，8位单片机的新发展体现在下面4个方面：CPU功能增强内部资源增多引脚的多功能化低电压和低功耗解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室13•8位单片机的新发展为了减小体积，增强功能，提高灵活性和可靠性，8位单片机的新发展体现在下面4个方面：CPU功能增强采用亚微米的CMOS工艺提高运算速度，计划把80C51设计成1/3时钟周期执行一条指令，并可在33MHZ时钟下运行。内部资源增多引脚的多功能化低电压和低功耗解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室14•8位单片机的新发展为了减小体积，增强功能，提高灵活性和可靠性，8位单片机的新发展体现在下面4个方面：CPU功能增强内部资源增多增加了A/D和D/A转换器、DMA通道、总线接口、晶振和LCD驱动电路。引脚的多功能化低电压和低功耗解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室15•8位单片机的新发展为了减小体积，增强功能，提高灵活性和可靠性，8位单片机的新发展体现在下面4个方面：CPU功能增强内部资源增多引脚的多功能化采用一脚多用设计方案，减少引脚数量，提高应用灵活性。低电压和低功耗解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室16•8位单片机的新发展为了减小体积，增强功能，提高灵活性和可靠性，8位单片机的新发展体现在下面4个方面：CPU功能增强内部资源增多引脚的多功能化低电压和低功耗制造成＋3V电源的单片机；采用CMOS工艺，设立掉电和空闲两种工作方式。解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室17•几种8位单片机的性能概况（1）Intel公司的MCS－51系列（2）Philips公司的80C51系列（3）Microchip公司的PIC系列（4）Atmel公司的AT89、AT90、AT91和智能IC卡四个系列（5）Motorola公司的M68HC05、M68HC11系列解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室18•MCS-51系列单片机特性解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室19•除了Intel公司外，Siemens、Philips和Fujitsu等公司都在80C51基础上推出与Intel公司的80C51兼容的新型单片机，统称为80C51系列。•Philips公司的80C51系列单片机性能卓著，产品最齐全，最具有代表性。•它以80C51为内核，新增功能电路有：A/D转换器捕捉输入/定时输出PWM（PulseWidthModulator）脉冲宽度调制器I2C总线接口视频显示控制器监视定时器E2PROM解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室20•80C51系列单片机主要性能特点解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室21•PIC系列单片机分低档、中档和高档三个层次。1、产品特点：价格低：率先采用RISC（精简指令系统计算机）技术速度高：两级指令流水线结构采用哈佛双总线结构可靠性好：采用OTP（一次性程序）技术，比熔丝式EPROM更为可靠2、主要应用：嵌入式单片机的主流产品之一。解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室22•PIC系列中档单片机性能表解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室23•Atmel公司是世界上著名的高性能、低功耗、非易失性存储器和数字集成电路的一流半导体制造公司。单片机产品分为AT89、AT90、AT91和智能IC卡等四个系列。1、产品特点：E2PROM存储器技术FLASH闪速存储器技术2、主要应用：计算机外部设备、通信设备、自动化工业控制航空航天仪表、雷达系统、导弹机器人、各类武器系统解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室24•AT90系列单片机选型表解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室25•Motorola公司是世界最具影响力的单片机厂商，其8位机约占8位机市场的30%份额。该公司共分为M6805、M68HC05、M68HC08、M68HC11等几个系列。解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室26•M6805系列单片机主要性能表解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室27•M68HC05系列单片机主要性能表解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室28•M68HC11系列单片机主要性能表解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室29第三节单片机的应用•单片机应用的特点1、控制系统的在线应用2、软硬件结合（1）计算机在控制系统中的离线应用。由微型机或小型机实现（2）计算机在控制系统中的在线应用。由单片机实现要求：设计人员既要掌握汇编语句编程技术，又要具备较扎实的硬件理论和实践知识。解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室30(1)广泛性：微电子时代的必然发展趋势(2)意义：有利于产品的小型化、多功能化和智能化；改变了的传统的控制系统设计思想传统：控制设计思想硬件电路实现控制现代：控制设计思想软件程序输入单片机实现控制4、应用的广泛性及其重要意义3、应用现场环境恶劣注意：使用时，应根据环境的温度情况选择合适的芯片。解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室31•单片机的应用领域1、工业自动化方面2、仪器仪表方面3、家用电器方面4、信息和通信产品方面5、军事装备方面解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室32参考书•《单片机原理及实用技术》张振荣北京人民邮电出版社•《MCS－51系列单片机系统原理与设计》苏凯冶金工业出版社•《单片机原理及其接口技术》胡汉才清华大学出版社解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室33第二章单片机芯片的硬件结构•MCS－51单片机的逻辑结构及信号引脚•MCS－51单片机的内部存储器•MCS－51单片机并行输入/输出口电路•MCS－51单片机时钟电路与时序•MCS－51单片机工作方式解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室34第一节逻辑结构及信号引脚•MCS－51单片机结构框图解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室35•MCS－51单片机芯片内部逻辑结构•中央处理器•内部数据存储器•内部程序存储器•定时器/计数器•并行I/O口•串行口•中断控制系统•时钟电路•位处理器•总线解放军信息工程大学电子技术学院202教研室解放军信息工程大学电子技术学院202教研室361.中央处