单片机原理及应用(高职培训)

全国高职骨干教师暑期培训——单片机原理及应用电子实验中心习友宝2007.7.12主要内容：1、单片机的概述2、8051的基本原理3、基本汇编及编程4、c语言编程基本方法5、C8051F020简介6、单片机应用举例单片微型计算机、微控制器•单片微型计算机——SCM（SingleChipMicrocomputer）•微控制器——MCU（MicroControlUnit）注：称呼不同、功能一样单片微型计算机、微控制器•CPU——MCUCPUROMRAMI/O接口外部设备CBDBABMCU单片微型计算机微控制器（MCU）•单片机的特点片内存储器的类型特点存储器系统的可扩展性片内ROM——程序指令机器码存放区片内RAM——运行中随机数据存放区I/O接口引脚功能的多样性位寻址和位处理功能单片微型计算机微控制器（MCU）•通用型单片机硬件电路设计简单，软件开发容易用芯片就可完成系统设计，调试及应用设计参考资料丰富如IntelMCS-51系列单片微型计算机微控制器（MCU）•专用型单片机根据特殊要求而设计的单片机在单片中加入更强的数据处理能力（如DSP）常用芯片•TI公司用于信号处理单片机TMS320系列•AD公司用于信号处理单片机ADSP2106系列单片微型计算机微控制器（MCU）•单片机的应用机电一体化设备的控制核心数据采集系统的前端采集单元分布式控制系统的前端控制单元智能化仪器仪表的控制机芯家电及消费类电子产品的控制机芯终端及外部设备的控制机芯常用的单片机•目前，国内单片机应用呈现百花齐放之势，很多不同类型的单片机逐渐进入中国，这给我们增加了选择余地。•因此，可首先选择主流单片机进行学习，在熟悉以后，爱好者可以根据实际情况，选择进一步学习另一种或多种单片机。8051类单片机•最早由Intel公司推出的8051/31类单片机,也是世界上用量最大的几种单片机之一。由于Intel公司在嵌入式应用方面将重点放在X86、奔腾等与PC类兼容的高档芯片的开发上，8051类单片机主要由Philips、三星、华邦等公司接产。•这些公司都在保持与8051单片机兼容的基础上改善了8051许多特性(如时序特性)。提高了速度、降低了时钟频率，放宽了电源电压的动态范围，降低了产品价格。•发展动态：•1、以8051内核发展出各种系列——ATMELAT89CXX；——WINBOND51系列；——PHILIPS80C51系列单片机•2.发展成为SOC(如：LCD控制,A/D,D/A,USB，网络接口等）•3.低功耗：如TIMSP430系列等•4.高速和DSP结合。。嵌入式处理器ARM系列•基于51内核的单片机依然是国内使用最多的，目前国内较常见的有以下几种：•PHILIPS：（1）基于80C51内核的微控制器，每个机器周期只需6个时钟周期，比标准51快一倍。（2）该系列芯片适用于大批量、低成本、低功耗的应用，如电子门禁系统、倒车雷达、里程表等。（3）主要型号：如P89C51,P89C52,P89C54,P89C58等ATMEL公司•ATMEL单片机：（1）ATMEL公司目前的产品主要FLASH,EEPROM,还有可编逻辑器件PLD,门阵列,场可编门阵列FPGA,8051兼容的闪速单片机(FLASHMicrocontroller),以及智能卡(SmartCard)。（2）为了介入单片机市场,ATMEL公司以EEPROM技术和Inte1公司的8031单片机核心技术进行交换,从而取得8031核的使用权。ATMEL公司把自身的优势即先进的Flash技术和8031核相结合,从而生产出了Flash单片机89C51等系列。（3）主要型号：AT89C51,AT89C52,AT89C1051,AT89C2051Motorola单片机•Motorola是世界上最大的单片机厂商。品种全、选择余地大、新产品多是其特点，在8位机方面有68HC05和升级产品68HC08，8位增强型单片机68HC11。升级产品有68HC12，16位机68HC16。•Motorola单片机特点之一是在同样速度下所用的时钟频率较Intel类单片机低很多，因而使得高频噪声低，抗干扰能力强,更适合用于工控领域及恶劣的环境。InfineonXC800系列XC866•基于与工业标准8051兼容的内核，每个机器周期只需2个时钟周期，标准51需12个时钟周期。•高度集成片内器件，例如片内振荡器、嵌入式电压调节器(可由3.3V或5.0V的单电源供电)，有许多增强功能。•存储器保护策略为用户知识产权(IP）提供读保护，同时Flash编程和擦除保护用来防止数据破坏。•多闪存组(FlashBank）结构支持在应用编程（IAP），运行某bank中的用户程序可编程擦除另一BANK中的内容。•可进行在系统编程ISP，通过PC对嵌入式FLASH方便的编程或擦除。•具有用来产生脉宽调制信号、带有电机控制专用模式的捕获/比较单元•功能扩展的10位模数转换器ADC，具有如自动扫描和结果累加(用于抗混迭滤波或结果平均)等特性;•功能扩展的通用异步收发器UART，支持本地互连网络（LIN)应用，为许多器件提供LIN的底层驱动软件;LIN是一种机动车内部网络互连的整体通信概念。•提供不同的省电模式选择，以满足低功耗应用•扩展了控制片内外设功能的特殊功能寄存器(SFR)的地址范围。内部结构Cygnal公司C8051F系列•该系列单片机大部份指令只需一个时钟周期即可完成(89C51的一条指令最少为12个时钟周期)，因而该系列单片机的运行速度大大加快。•其余改进包括加多了中断源、复位源，带有JTAG接口，可在系统编程调试，可实现捕捉、高速输出、PWM功能等，是51系列单片机中的高端产品。•该系列单片机由新华龙电子代理，•Microchip单片机是市场份额增长最快的单片机，抗干扰能力强，系列品种齐全，其OTP(一次性可编程)产品大批量用于家电控制等场合，某些内置FLASHROM的型号用于工业控制也很合适。•主要产品是16C系列8位单片机，CPU采用RISC结构，仅33条指令，Microchip强调节约成本的最优化设计，适于用量大、档次低、价格敏感的产品。•初档8位单片机：PIC12C5XXX／16C5X系列•中档8位单片机：PIC12C6XX/PIC16CXXX系列•高档8位单片机：PIC17CXX系列•中文网站系列•通用型单片机，1996年推向市场.•MSP430系列单片机均为工业级器件，运行温度－40～＋85摄氏度。•该单片机最大的特点是用电极省。该系列单片机主要用于各种智能仪表、测试测量系统,便携的设备如U盘，MP3播放器，手持式仪表，玩具等。MSP430系列特点•16位的RISC(精简指令集)结构，1时钟周期/机器周期（传统MCS51为12时钟周期/机器周期），所以在8M的主频的情况下，其性能远远优于12M主频的传统MCS51单片机。某些型号具有类似于DSP内的硬件乘法器，硬件乘－加功能，DMA等，便于快速的实现数字信号处理的一些算法。•开发环境：–PC＋集成开发环境的软件（IARWorkbenchV2.10）＋JTAG下载线＋使用者硬件Epson单片机•Epson公司以擅长制造液晶显示器著称，故Epson单片机主要为该公司生产的LCD配套。其单片机的特点是LCD驱动部分做得特别好。在低电压、低功耗方面也很有特点。国家半导体公司NS单片机••COP8单片机是美国国家半导体公司的产品，该公司以生产先进的模拟电路著称。能生产高水平的数字模拟混合电路。•COP8单片机片内集成了16位A/D，这是单片机中不多见的。COP8单片机，在看门狗电路以及STOP方式下单片机的唤醒方式上都有独到之处。此外，COP8的程序加密控制也做得比较好。•SST公司的SST89C54,SST89C58等•具有在应用中编程(IAP)功能、在系统可编程(ISP)功能，不占用户资源，串口下载，无需编程器、仿真机，芯片可具有仿真机的功能。AD公司的AduC812,AduC824•AD公司是著名的模拟器件生产公司，这两款单片机是AD公司结合其模拟技术特长而推出的基于51内核的单片机。•Aduc812内部集成有8KFLASHROM，640字节EEPROM，256字节RAM，8通道12位A/D,2通道12位D/A，另有监控电路、温度传感器、SPI和I2C总线接口等丰富资源。•Aduc824内部更是集成了两路24位/16位A/D，这是另一类51高端芯片，该芯片适合用于各类智能仪表、智能传感器、变送器和便携式仪器等领域。资料及网上讨论网上交流•1、21icbbs()中国电子工程师网站：•是目前国内最热门的电子技术社区，注册工程师超过7万人，同时该站也是电子类网站中关注单片机最多的一个论坛，该论坛设有综合技术交流、嵌入式系统等数十个栏目。2、C51bbs（）••是国内最为成功的单片机类个人网站之一，人气旺盛，提出的各类问题会得到及时的回答，尤其是KeilC方面的问题，是目前国内关于KeilC方面的权威网站。3、水木清华•是国内著名的BBS站点之一，该站设有许多栏目，其中电路设计与调试、嵌入式系统等与单片机应用与开发有关有一些有实用价值的贴子。•其它一些BBS如•电子爱好者网站•电子报网络版•周立功网站网上找资料•1、力源网站•该网站目前录入有全球92家IC厂商的器件可供查询;•录入有39543个PDF文件可供下载;•全球671家IC厂商可查询其网址及分支机构等情况;•316个IC媒体及网址可供查询。•该站的特点是提供了大量中文资料，分类查询也设计得非常周到。•2、中国电子网（21ic）•该网站提供了各大公司数万份器件资料，通常用到的集成电路资料都可以在这里找到•3、•……………..2、MCS-51系列单片机的结构•MCS-51单片机的基本组成组成单元CPU及控制线内部ROM和内部RAM4个8位I/O口——P0、P1、P2、P3AT89C51结构图MCS-51系列单片机的结构RAM结构图ROM结构图00HFFH0000HFFFFH内部RAM外部RAM0FFFH0000H1000HFFFFH0000HFFFFH/EA=1内外ROM/EA=0仅外ROM•8051的系统RAM、ROM结构图MCS-51系列单片机的结构•8051的系统RAM、ROM结构总结访问片内外RAM用不同指令识别访问片内外ROM用控制线/EA识别访问片内RAM用——MOV访问片外RAM用——MOVX访问片内外ROM使——/EA=1仅访问片外ROM使——/EA=0MCS-51系列单片机的结构•8051片内RAM的分配00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH3组工作寄存器R0~R72组工作寄存器R0~R71组工作寄存器R0~R70组工作寄存器R0~R700H1FH工作寄存器组可位寻址区仅字节寻址区寄存器借用区00HFFHMCS-51系列单片机的结构•PSW——程序状态字（寄存器）b7b6b5b4b3b2b1b0CYACF0RS1RS0OVF1PCY——无符号数加减法运算的进位、借位标志AC——半字节进位、借位标志OV——有符号数加减法运算的溢出标志P——奇偶校验标志F0、F1——用户自定义标志位RS0、RS1——工作寄存器组选择控制注：对应于8086CPU的CF、AF、OF、PF，但无SF、ZF。没有控制标志位。MCS-51系列单片机的结构•SP——堆栈栈顶指针寄存器8位堆栈栈顶指针寄存器SPSP的使用特点最多能定义堆栈深度为256个字节堆栈区地址为片内RAM的00H~7FH（8051）或00H~FFH（8052）之间堆栈栈顶指针SP的初值为