第0章 单片机原理与应用-绪论-2014

1、单片机原理与应用单片机原理与应用 电子科学系电子科学系 迟正刚迟正刚 E-mailE-mail：(639961) 20140221 课程介绍课程介绍 v 单片机的定义单片机的定义 v 单片机的优点单片机的优点 v 单片机课程的主要内容单片机课程的主要内容 v 单片机课程的单片机课程的目标目标 v 单片机课程的重点与要求单片机课程的重点与要求 v 单片机课程的教学方法单片机课程的教学方法 v 单片机课程的教材及参考书单片机课程的教材及参考书 一、一、单片机的定义单片机的定义 v 单片机全称是单片微型计算机单片机全称是单片微型计算机 （Single Chip Microc

2、omputer, SCMSingle Chip Microcomputer, SCM），）， 又称微控制器又称微控制器 MCU（Micro Controller Unit）。 区别：微处理器区别：微处理器 Microprocessor = = 微型微型CPUCPU v 所谓单片机，是指在一块芯片上集成了中央处理器所谓单片机，是指在一块芯片上集成了中央处理器 CPU、随机存储器、随机存储器RAM、程序存储器、程序存储器ROM或或 EEPROM、定时、定时/计数器、中断控制器以及串行口，并计数器、中断控制器以及串行口，并 行行I/O接口等部件，构成的一个完整的微型计算机系统。接口等部件，构成的一个

3、完整的微型计算机系统。 v 实质是比微型计算机还微型的计算机系统。实质是比微型计算机还微型的计算机系统。 二、单片机的优点二、单片机的优点 v 集成度高集成度高 不太复杂的应用场合，一片单片机就可以搞定。不太复杂的应用场合，一片单片机就可以搞定。 v 模块化结构模块化结构 使用方便，升级扩展容易。使用方便，升级扩展容易。 v 可靠性高可靠性高 总线在片内，不易受到干扰。总线在片内，不易受到干扰。 体积小，易于屏蔽。体积小，易于屏蔽。 v 功能强功能强 具有字处理器和位处理器。具有字处理器和位处理器。 v 容易产品化容易产品化 嵌入式系统，智能仪器。嵌入式系统，智能仪器。 三、三、 单片机课程的

4、主要内容单片机课程的主要内容 v 主要内容分为以下主要内容分为以下4个模块个模块 单片机基本结构与基本原理单片机基本结构与基本原理 MCS-51单片机的硬件结构；单片机的硬件结构； MCS-51单片机的指令系统；单片机的指令系统； MCS-51单片机程序设计基础（以汇编语言为主，兼顾单片机程序设计基础（以汇编语言为主，兼顾C51 ） MCS-51单片机的内部硬件资源及应用单片机的内部硬件资源及应用 并行口；中断系统；定时并行口；中断系统；定时/计数器；串行口计数器；串行口 MCS-51单片机的总线与系统扩展单片机的总线与系统扩展 存储器、存储器、I/O、总线、总线 MCS-51单片机的应用接口

5、技术单片机的应用接口技术 A/D、D/A、人机接口、人机接口 四、单片机课程的四、单片机课程的目标目标 v 目标目标 通过课堂理论学习、课堂研讨、课程实验以及课程设计活动，通过课堂理论学习、课堂研讨、课程实验以及课程设计活动， 使学生系统地掌握单片机的硬件结构、指令系统和各种接口使学生系统地掌握单片机的硬件结构、指令系统和各种接口 设计，提高学生的软硬件设计能力，使学生能够根据应用需设计，提高学生的软硬件设计能力，使学生能够根据应用需 求设计出符合实际要求的单片机应用系统。本课程也为学生求设计出符合实际要求的单片机应用系统。本课程也为学生 将来进一步学习将来进一步学习DSPDSP、嵌入式微处理

6、器打下良好的基础，从而、嵌入式微处理器打下良好的基础，从而 培养和提高学生的创新能力。培养和提高学生的创新能力。 v 核心目标核心目标 设计能力与创新能力的培养与提高设计能力与创新能力的培养与提高 v 不要把单纯的制造（复制）能力当成设计能力，山寨也是一种能不要把单纯的制造（复制）能力当成设计能力，山寨也是一种能 力，但是，精英是山寨不出来的。力，但是，精英是山寨不出来的。 v 课程重点课程重点 单片机硬件系统及基本使用单片机硬件系统及基本使用 嵌入式系统的基本设计方法嵌入式系统的基本设计方法 v 具体步骤具体步骤 熟悉硬件熟悉硬件 硬件资源的合理使用硬件资源的合理使用 结构化模块化的系统设计

7、方法结构化模块化的系统设计方法 成本约束下的系统优化设计成本约束下的系统优化设计 v 课程内容围绕单片机硬件资源逐步展开，从模块设计，到系统合课程内容围绕单片机硬件资源逐步展开，从模块设计，到系统合 成。软件编程技术不是本课程训练的重点，但是要会用。编程语成。软件编程技术不是本课程训练的重点，但是要会用。编程语 言以汇编为主，兼顾言以汇编为主，兼顾C51。 五、五、 单片机课程的重点与要求单片机课程的重点与要求 六、单片机课程的教学方法六、单片机课程的教学方法 v本课程以研讨教学法为主展开课程学习，本课程以研讨教学法为主展开课程学习， 教学项目教学项目 学时学时成绩成绩 课堂讲授课堂讲授 36

8、学时学时 研讨研讨(8次次) 12学时学时 20%（包括研讨报告）（包括研讨报告） 实验实验(8个个) 16学时学时 20%（包括实验报告）（包括实验报告） 期末考试期末考试 60% 课程设计课程设计 单独开设单独开设 研讨教学法的特点研讨教学法的特点 v特点：特点： 合作学习：课堂研讨以小组为单位合作学习：课堂研讨以小组为单位 自主学习：课下，学生做，教师辅导；自主学习：课下，学生做，教师辅导； 课上，学生讲，教师点评。课上，学生讲，教师点评。 v考核：考核： 以小组考核为主，兼顾个人表现。以小组考核为主，兼顾个人表现。 v分组：分组： 34人一组。每班人一组。每班16组。组。 研讨、实验、

9、设计同一组。研讨、实验、设计同一组。 研讨教学法的实施研讨教学法的实施 v研讨方法：研讨方法： 下达任务。提前一周下达课题，以小组为单位进行准备。下达任务。提前一周下达课题，以小组为单位进行准备。 课前辅导。在单片机实验室，进行交流辅导。课前辅导。在单片机实验室，进行交流辅导。 课堂讨论。小组成员介绍课题任务完成情况，解答疑问。课堂讨论。小组成员介绍课题任务完成情况，解答疑问。 提交报告。研讨课后，每组提交提交报告。研讨课后，每组提交1份该课题的研究报告。份该课题的研究报告。 v研讨要求：研讨要求： 独立完成：每次课堂研讨时，各组都要完成至少独立完成：每次课堂研讨时，各组都要完成至少1个研讨课

10、题。所个研讨课题。所 有任务都要求独立完成。有任务都要求独立完成。不允许出现不允许出现copy报告（成绩计报告（成绩计0分）分）。 积极参与：每组至少有积极参与：每组至少有2次机会在课堂上介绍自己的研讨课题。次机会在课堂上介绍自己的研讨课题。 v研讨题目：研讨题目： 研讨题目以教材内容（包括习题、例题）为基础，并做必要拓展。研讨题目以教材内容（包括习题、例题）为基础，并做必要拓展。 单片机课程实验资源介绍单片机课程实验资源介绍 v 目前电子系与单片机有关的实验室有两个。目前电子系与单片机有关的实验室有两个。 PROTUES仿真实验室有仿真实验室有40个节点，并可以通过校园网登陆服务个节点，并可

11、以通过校园网登陆服务 器远程使用。器远程使用。 单片机实验室有单片机实验室有16套实验设备，（实验箱套实验设备，（实验箱+仿真器仿真器+PC机）。机）。 v 要求同学们自己装备的实验软件与设备。要求同学们自己装备的实验软件与设备。 每人一台每人一台PC机，安装星研仿真器的虚拟仿真软件和机，安装星研仿真器的虚拟仿真软件和PROTUES仿仿 真软件（真软件（7.2版本）。版本）。 每组制作一个每组制作一个51单片机学习板。结合课程设计任务，材料及基本单片机学习板。结合课程设计任务，材料及基本 工具由实验室统一提供，制作在实验室完成。工具由实验室统一提供，制作在实验室完成。 单片机实验课基本原则单片

12、机实验课基本原则 v 每个实验都包括基本实验内容和拓展实验内容。每个实验都包括基本实验内容和拓展实验内容。 v 实验采用按小组考核方式。考核内容包括实验完成情实验采用按小组考核方式。考核内容包括实验完成情 况和实验结果分析即实验报告。况和实验结果分析即实验报告。 基本实验内容必须完成。基本实验内容必须完成。可补做实验。可补做实验。 不允许出现不允许出现copy报告报告 （成绩计（成绩计0分）。分）。 v 实验成绩占总成绩的实验成绩占总成绩的20%。 v 实验分班进行，共实验分班进行，共8个实验，每次做个实验，每次做2个，即每班共有个，即每班共有4 次实验课（一般安排下午）。次实验课（一般安排下

13、午）。 七、单片机课程教材及参考书七、单片机课程教材及参考书 v 李群芳，李群芳，单片微型计算机与接口技术（第单片微型计算机与接口技术（第4版）版）， 电子工业出版社，电子工业出版社，2012。 教材教材 v 电气教研室，电气教研室，单片机原理与应用实验指导书单片机原理与应用实验指导书，惠，惠 州学院，州学院，2014。 实验用实验用 v 韩晓东，韩晓东，单片机课程同步实验指导单片机课程同步实验指导，清华大学出，清华大学出 版社，版社，2013。 课程设计用课程设计用 v 参考书参考书 张毅刚，张毅刚，单片机原理及应用单片机原理及应用（第二版），高等教育出版（第二版），高等教育出版 社，社，2

14、010 李强，李强，51系列单片机应用软件编程技术系列单片机应用软件编程技术，北京航空航天，北京航空航天 大学出版社，大学出版社，2009 徐爱钧徐爱钧 ，8051单片机实践教程单片机实践教程asm51汇编语言与汇编语言与C51高高 级语言应用级语言应用 ，电子工业出版社，电子工业出版社 ，2009 第第0 0章章 绪绪 论论 1 计算机的发展与分类计算机的发展与分类 2 嵌入式计算机系统的构成嵌入式计算机系统的构成 3 单片机及其特点单片机及其特点 附录附录: 微机原理基本概念复习微机原理基本概念复习 1 计算机的发展与分类计算机的发展与分类 1.1 计算机技术的发展概述计算机技术的发展概述

15、 v 计算机的诞生计算机的诞生 1945年底，世界上第一台使用电子管制 造的电子数字计算机在美国宾夕法尼亚大学 莫尔学院研制成功（Electronic Numerical Integrator And Calculator ENIAC，即电 子数字积分计算机），并在1946年2月15日举 行了计算机的正式揭幕典礼。这台电子计算 机总共用了18800个电子管，耗电140千瓦， 占地150平方米，重达30吨，每秒钟可进行 5000次加法运算。 电子计算机的诞生是人类最伟大的发明 之一 v 计算机的发展计算机的发展 按照组成计算机的元器件元器件的技术发展水平作为分类的依 据，计算机技术的发展已经走过

16、了4代。 第一代计算机是电子管计算机（第一代计算机是电子管计算机（1947-1958年）年） 以电子管（EVL）为基本逻辑元件。主存储元件为汞延迟线，数字 表示为定点数据，语言软件为机器语言或汇编语言。 第二代计算机是晶体管计算机（第二代计算机是晶体管计算机（19581964年）年） 以晶体管（TTL）为基本逻辑元件。主存储元件为磁芯存储器，数 据表示有浮点数据与变址，语言软件获得了发展，有FORTRAN、 BASIC、COBOL等 第三代计算机是集成电路计算机（第三代计算机是集成电路计算机（19641971年）年） 以中小规模集成电路（SSI、MSI）为基本逻辑元件。主存储器为 半导体存储器

17、，系统采用微程序技术与虚拟存储，并有多种高级 语言和成熟的操作系统。 v计算机的发展计算机的发展 第四代计算机是大规模集成电路计算机（第四代计算机是大规模集成电路计算机（1971年年 ） 。 采用大规模集成电路（LSI、VLSI）为基本逻辑元件。主存储器为大 规模、高密度半导体存储器，系统结构采用并行、多机、分布式及网 络系统，并发展到了多媒体机型。 第五代计算机？应用第五代计算机？应用生物技术、纳米技术和量子技术生物技术、纳米技术和量子技术。 从应用应用的角度来看发展趋势： 向小的方向发展：成本更低，使用更方便，更灵活 向大的方向发展：超级计算机 我国成功研制超百万亿次计算机曙光5000，（

18、中新网2008-08-31） 超级计算机是体现国家科技发展水平和综合国力的重要标志。局部突 发性灾难预报(如洪水、海啸)，纳米技术领域的复合材料结构分析和 功能预测、气象领域的短期天气预报等领域都需要超级计算机的协助。 微处理器的集成度每 隔18个月就会翻一番，芯 片的性能也随之提高一倍 -摩尔定律 Gordon E. Moore Intel公司的创始人之一 1.2 计算机的分类计算机的分类 v 计算机已经广泛地介入到人类的日常生活中。按照计 算机的用途、性能的不同，存在不同的分类方法。 v 对于最常见的PC（Personal Computer）机，按照用途 不同，可以分为3种类型： 家用家用

19、PC 商用商用PC 工业控制用工业控制用PC v 家用和商用PC的性能差别不大，而工业控制用PC（工 控机）则强调高可靠性。 v PC机最大特点就是通用性和兼容性，由此带来低成本 和高性能。 v 现代工业控制系统中的计算机现代工业控制系统中的计算机 以数控机床为例，现代工业控制系统的基本结构 采用通用PC机组成微机数控系统的特点是便于 实现，但通用PC机的可靠性不够 1） 采用工业PC（IPC） 2） 采用可靠性更高的 系统组成方案 v几种常见的工业控制系统组成方案：几种常见的工业控制系统组成方案： PCDOS系统 PCwindows系统 MCU系统（无OS） MCU嵌入式操作系统 PLC系统

20、 MCU（Micro Controller Unit） 微控制器微控制器 PLC（ Programmable Logic Controller ） 可编程序控制器可编程序控制器 v计算机的新分类计算机的新分类 以应用为中心、按计算机的嵌入式应用和非嵌入式应用进行分类， 将其分为： 嵌入式计算机嵌入式计算机 通用计算机通用计算机 嵌入式计算机是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品 和系统中。 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础、软硬件嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础、软硬件 可裁剪、针对具体应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、可裁剪、针对具体应用系统，对功能、可靠性、成

21、本、体积、 功耗有严格要求的专用计算机系统。功耗有严格要求的专用计算机系统。 注意：嵌入式系统虽为专用系统，但是，可以采用通用芯片 组建而成。当然嵌入式系统也可以采用专用芯片。采用专用 芯片构成的系统，其成本较高，目前只在少数领域中应用。 2 嵌入式计算机系统的构成嵌入式计算机系统的构成 2.1 嵌入式计算机硬件系统嵌入式计算机硬件系统 v1）嵌入式处理器 嵌入式系统的核心部件嵌入式系统的核心部件 v2）常规外设及接口 v3）专用外设及接口 v4）操作控制台和报警设备 嵌入式处理器嵌入式处理器有以下三类有以下三类 v 嵌入式微处理器嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor

22、Unit, EMPU)(Embedded MicroprocessorUnit, EMPU) 功能同标准的功能同标准的CPUCPU，但在工作温度、，但在工作温度、 电磁干扰、可靠性等方面做电磁干扰、可靠性等方面做 了各种增强。例如了各种增强。例如ARM,32ARM,32位微处理器，以它为核，构成多种位微处理器，以它为核，构成多种ARMARM嵌嵌 入式系统，用于信息处理、多媒体技术等高科技领域。入式系统，用于信息处理、多媒体技术等高科技领域。 v 嵌入式微控制器嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU (Microcontroller Unit, MCU 又称又称单片机

23、单片机) ) 将将计算机的基本部分（计算机的基本部分（CPU 存储器存储器 IO接口接口）集成在一块芯片上的）集成在一块芯片上的 微机，用于常规的控制和检测。微机，用于常规的控制和检测。（教材名称的含义（教材名称的含义强调接口）强调接口） v 数字信号处理器数字信号处理器DSPDSP (Digital Signal Processor, DSP)(Digital Signal Processor, DSP) DSPDSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行 DSPDSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。算法，编译效率较高

24、，指令执行速度也较高。 2.2 嵌入式计算机软件系统嵌入式计算机软件系统 v 1）嵌入式操作系统）嵌入式操作系统 实时实时多任务多任务操作系统操作系统已经产品化，适应于大型系统 windows是分时多任务的操作系统是分时多任务的操作系统 实时实时监控程序实现对用户的任务进行管理，对系统中的突发 事件进行实时响应，适应于中型系统。 强调实时性，对多任务处理能力有限（即多中断的处理能力）强调实时性，对多任务处理能力有限（即多中断的处理能力） 对照对照PLC的工作方式，其实时性如何满足？的工作方式，其实时性如何满足？ 无操作系统系统的硬件资源的管理和对事件的实时实时响应全部 归到用户程序，适应于小型

25、系统。 v 2）用户程序）用户程序 实现用户的功能要求。必要时实现对系统资源的管理。 2.3 嵌入式计算机系统的发展趋势：嵌入式计算机系统的发展趋势： 在三、五年以前，一般的看法是专用的、功能不很复杂的场合使 用无操作系统的MCU系统（单片机系统），而通用性的，功能复杂、 要求人机界面友好人机界面友好的场合使用PC机windows结构，因其资源丰富， 开发简单。 但是，目前随着单片机系统资源的逐渐丰富，以及嵌入式操作系嵌入式操作系 统统的不断发展，更重要的是出于对可靠性的追求，人们又更多的 倾向 于使用“单片机嵌入式操作系统单片机嵌入式操作系统”来取代“PC机windows” 的工控 系统结构

26、。 注：注：无操作系统的MCU应用于工业控制已经有很久的历史了，但 嵌入式计算机系统的称谓是随着嵌入式操作系统的成熟而流行起来。 本书以市场占有率最高的MCS-51单片机为核心，介绍嵌入式系统 设计基础和设计方法。但是在嵌入式操作系统方面，仅限于实时监控 程序。 3 单片机及其特点单片机及其特点 3.1 3.1 单片机的定义单片机的定义： 单片机全称是单片微型计算机单片机全称是单片微型计算机 （Single Chip Microcomputer, SCMSingle Chip Microcomputer, SCM），）， 又称又称MCU（Micro Controller Unit）。 所谓单片

27、机，是指在一块芯片上集成了中央处理器所谓单片机，是指在一块芯片上集成了中央处理器CPU、随机、随机 存储器存储器RAM、程序存储器、程序存储器ROM或或EEPROM、定时、定时/计数器、中计数器、中 断控制器以及串行口，并行断控制器以及串行口，并行I/O接口等部件，构成的一个完整的接口等部件，构成的一个完整的 微型计算机系统。微型计算机系统。 2 回回 顾：有关微型计算机的基础知识顾：有关微型计算机的基础知识 硬件：微处理器，存储器，总线，硬件：微处理器，存储器，总线，I/OI/O接口接口 软件：系统软件，应用软件软件：系统软件，应用软件 计算机系统通常由多块印刷电路板制成：计算机系统通常由多

28、块印刷电路板制成： 主板 显卡显卡 声卡声卡 存储器接口存储器接口 网卡网卡 输入输出接口输入输出接口 内存条内存条 CPU CPU CPU芯片芯片 内存条内存条 存储器接口存储器接口 存储器芯片存储器芯片 输入输出接口输入输出接口 输入输出接口输入输出接口 芯片芯片 定时计数器定时计数器 芯片芯片 A/D、D/A 芯片芯片 单板机 印印 刷刷 电电 路路 板板 单单 硅硅 晶晶 片片 CPU存储器存储器 控制电路控制电路定时器定时器时钟电路时钟电路 I / O口口 单片机单片机 3.2 单片机的分类单片机的分类 按用途可分为按用途可分为通用型通用型和和专用型专用型两大类：两大类： （1 1）

29、通用型）通用型 可开发的内部资源：可开发的内部资源：RAMRAM、ROMROM、I/OI/O等功能部件，等功能部件， 全部提供给用户。用户根据需要，设计一个以通用全部提供给用户。用户根据需要，设计一个以通用 单片机芯片为核心的测控系统。单片机芯片为核心的测控系统。 （2 2）专用型）专用型 专门针对某些产品的特定用途而制作的单片机专门针对某些产品的特定用途而制作的单片机 ， 针对性强且数量巨大。对系统结构的最简化、可靠针对性强且数量巨大。对系统结构的最简化、可靠 性和成本的最佳化等方面都作了全面的考虑性和成本的最佳化等方面都作了全面的考虑 。 “专用专用”单片机具有十分明显的综合优势。单片机具

30、有十分明显的综合优势。 3.3 单片机的发展简史单片机的发展简史 四个阶段四个阶段: : v第一阶段第一阶段(1974(1974年年19761976年年) )： 单片机初级阶段。双片的形式，且功能比较简单。单片机初级阶段。双片的形式，且功能比较简单。 v第二阶段（第二阶段（19761976年年19781978年）年）: : 低性能单片机阶段。以低性能单片机阶段。以Intel Intel 公司制造的公司制造的MCS-48MCS-48单片机为代表。单片机为代表。 v第三阶段第三阶段(1978(1978年现在年现在) )： 高性能单片机阶段。高性能单片机阶段。IntelIntel公司的公司的MCS-

31、51MCS-51系列、系列、MortorolaMortorola公司的公司的 68016801系列等。系列等。 v第四阶段第四阶段(1982(1982年现在年现在) )： 8 8位单片机巩固发展及位单片机巩固发展及1616位单片机、位单片机、3232位单片机推出阶段。位单片机推出阶段。 3.4 单片机的应用单片机的应用 u单片机基本特点单片机基本特点： 体积小：体积小：SO-8封装，封装，3mm*3mm 重量轻：小于重量轻：小于1克克 价格便宜：常用型号低于￥价格便宜：常用型号低于￥5.00 功耗低：工作电流功耗低：工作电流5uA 功能强：低端够用，高端超过功能强：低端够用，高端超过PC u使

32、用温度：使用温度： 民品民品： 0 0C +70C +70C C 工业品：工业品：-40-40C +85C +85C C 军品：军品： -65 -65C +125C +125C C u单片机卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域单片机卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域 1. 工业自动化工业自动化5. 武器装备武器装备 2. 智能仪器仪表智能仪器仪表6. 终端及外部设备控终端及外部设备控 3. 消费类电子产品消费类电子产品 7. 多机分布式系统多机分布式系统 4. 通讯通讯 3.5 3.5 单片机的发展趋势单片机的发展趋势 1 1） CPUCPU的改进的改进 （1 1）采用双

33、）采用双CPUCPU结构，提高处理能力结构，提高处理能力 （2 2）增加数据总线宽度，内部采用）增加数据总线宽度，内部采用1616位数据总线。位数据总线。 （3 3）串行总线结构，菲利浦公司的）串行总线结构，菲利浦公司的I I2 2C C总线（总线（InterInter IcbusIcbus）。用两根信号线代替现行的）。用两根信号线代替现行的8 8位数据总线。位数据总线。 2 2）存储器的发展）存储器的发展 （1 1）加大存储容量。）加大存储容量。 （2 2）片内）片内EPROMEPROM采用采用E E2 2PROMPROM或闪烁（或闪烁（FlashFlash）存储器）存储器 （3 3）程序保

34、密化。）程序保密化。 3）片内）片内I/O的改进的改进 （1）增加并行口的驱动能力，能直接输出大电流和高电压。）增加并行口的驱动能力，能直接输出大电流和高电压。 （2）增加）增加I/O口的逻辑控制功能。口的逻辑控制功能。 （3）设置了一些特殊的串行接口功能，构成分布式、网络化系统）设置了一些特殊的串行接口功能，构成分布式、网络化系统 。 4）外围电路内装化）外围电路内装化 器件集成度的不断提高，把众多的外围功能部件集成在片内器件集成度的不断提高，把众多的外围功能部件集成在片内 系统的单片化。系统的单片化。 5）低功耗化）低功耗化 CMOS化化 CHMOS工艺。工艺。 总之，向高性能、高速、低压

35、、低功耗、低价格、总之，向高性能、高速、低压、低功耗、低价格、 外围电路内装化方外围电路内装化方 向发展。向发展。 3.6 513.6 51系列单片机系列单片机 v 20世纪世纪80年代后期年代后期:Intel公司以专利的形式把公司以专利的形式把8051内核内核 技术转让给厂家。如：技术转让给厂家。如：ATMEL、PHILIPS、 ANALOG DEVICES、DALLAS公司。公司。 v 这些厂家生产的兼容单片机，与这些厂家生产的兼容单片机，与8051的系统结构（主的系统结构（主 要是指令系统）相同，采用要是指令系统）相同，采用CMOS工艺。工艺。 v 80C51系列：所有具有系列：所有具有

36、8051指令系统的单片机不应直指令系统的单片机不应直 接称为接称为MCS-51系列单片机，系列单片机，MCS只是只是Intel公司专用公司专用 的单片机系列符号。的单片机系列符号。 v 51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类： （1 1）基本型、（）基本型、（2 2）增强型、）增强型、 （3 3）低功耗型、）低功耗型、 （4 4）专用型、）专用型、 （5 5）超）超8 8位型、位型、 （6 6）片内闪烁存储器型）片内闪烁存储器型 51系列单片机分类系列单片机分类 （1 1）基本型）基本型 典型产品：典型产品：8031/8051/87518031/80

37、51/8751 （2 2）增强型）增强型 典型产品：典型产品：8032/8052/87528032/8052/8752 内部内部RAMRAM增到增到256256字节，字节，80528052、87528752的内部程序存储器扩展到的内部程序存储器扩展到8KB8KB， 1616位定时器位定时器/ /计数器增至计数器增至3 3个。个。 （3 3）低功耗型）低功耗型 典型产品：典型产品：80C31/87C51/80C5180C31/87C51/80C51。 采用采用CMOSCMOS工艺，适于电池供电或其它要求低功耗的场合。工艺，适于电池供电或其它要求低功耗的场合。 （4 4）专用型）专用型 8044/

38、87448044/8744，用于总线分布式多机测控系统。美国，用于总线分布式多机测控系统。美国CypressCypress公司的公司的 EZU SR-2100EZU SR-2100单片机单片机USBUSB接口。接口。 51系列单片机分类系列单片机分类 （5）超）超8位型位型 典型产品典型产品：PHILIPS公司公司80C552/87C552/83C552系列系列单片机。单片机。 将将MCS-96系列（系列（16位单片机）位单片机）I/O部件部件如：高速输入如：高速输入/输出输出 （HSI/HSO）、）、A/D转换器、脉冲宽度调制（转换器、脉冲宽度调制（PWM）、看门狗定）、看门狗定 时器（时器

39、（WDT）等移植进来构成新一代）等移植进来构成新一代MCS-51产品。产品。功能介于功能介于 MCS-51和和MCS-96之间之间。目前已得到了较广泛的使用。目前已得到了较广泛的使用。 （6）片内闪烁存储器型）片内闪烁存储器型 美国美国ATMEL公司的公司的AT89C51单片机，受到应用设计者的欢迎。单片机，受到应用设计者的欢迎。 v MCS-51系列以及系列以及80C51系列单片机有多种类型，系列单片机有多种类型， 但掌握好但掌握好MCS-51的的 基本型（基本型（8031、8051、8751或或80C31、80C51、87C51）是十分重要的。）是十分重要的。 v 它们是具有它们是具有MC

40、S-51内核的内核的各种型号单片机的基础，各种型号单片机的基础，也是也是各种增强型、各种增强型、 扩展型等衍生品种的核心。扩展型等衍生品种的核心。 3.7 单片机系统开发条件单片机系统开发条件 v 单片机芯片单片机芯片 以以80C51为主为主 v 开发工具开发工具 PROTEUS仿真软件仿真软件EDA软件，基于原理图的虚拟仿真软件，基于原理图的虚拟仿真 星研仿真器星研仿真器替代目标板的替代目标板的CPU，进行实际系统仿真，进行实际系统仿真 v 资料手册资料手册 单片机实验指导书（惠州学院单片机实验指导书（惠州学院 2014） 详细资料：详细资料： 网络：下载使用手册网络：下载使用手册 图书馆：

41、借阅相关参考书籍图书馆：借阅相关参考书籍 3.8 其他单片机简介其他单片机简介 v 精简指令集简介：精简指令集简介： 1997 1997年年ATMELATMEL公司挪威设计中心的公司挪威设计中心的A A先生与先生与V V先生共同研发出的精简先生共同研发出的精简 指令集指令集(RISC(RISCReduced Instruction Set Computer)Reduced Instruction Set Computer)的高速的高速8 8位位 单片机，简称单片机，简称AVRAVR。 AVR AVR单片机抛弃复杂指令计算机单片机抛弃复杂指令计算机(CISC)(CISC)追求指令完备的做法。采追

42、求指令完备的做法。采 用精简指令集，以字作为指令长度单位，将操作数与操作码安排用精简指令集，以字作为指令长度单位，将操作数与操作码安排 在一字之中，指令长度固定、指令格式与种类相对较少、寻址方在一字之中，指令长度固定、指令格式与种类相对较少、寻址方 式也相对较少，绝大部分指令都为单周期指令。取指周期短，又式也相对较少，绝大部分指令都为单周期指令。取指周期短，又 可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。 v 有多种单片机采用有多种单片机采用RISCRISC方式现介绍几种方式现介绍几种 1 1） PIC PIC系列单片机系列单片机 美国美国Micro

43、chipMicrochip公司的产品。特性如下：公司的产品。特性如下： （1 1）最大的特点是从实际出发，重视性能价格比，已经开发出多种型号）最大的特点是从实际出发，重视性能价格比，已经开发出多种型号 来满足应用需求。来满足应用需求。PICPIC系列从低到高有几十个型号。系列从低到高有几十个型号。 v PIC12C508PIC12C508单片机仅有单片机仅有8 8个引脚，是世界最小的单片机。有个引脚，是世界最小的单片机。有512512字节字节ROMROM、 2525字节字节RAMRAM、一个、一个8 8位定时器、一根输入线、位定时器、一根输入线、5 5根根I/OI/O线，价格非常便宜。线，价格

44、非常便宜。 用在摩托车点火器非常适合。用在摩托车点火器非常适合。 v PIC16C74PIC16C74有有4040个引脚，其内部资源为个引脚，其内部资源为4KB ROM 4KB ROM 、 192B RAM 192B RAM 、8 8路路A/DA/D、 3 3个个8 8位定时器、位定时器、3 3个串行口、个串行口、1 1个并行口、个并行口、1111个中断源、个中断源、3333个个I/OI/O脚。脚。 （2 2）其他特点：其他特点：精简指令集使执行效率提高、其引脚具有防瞬态能力、精简指令集使执行效率提高、其引脚具有防瞬态能力、 保密性好、片内集成了看门狗定时器、设有休眠和省电工作方式。保密性好、

45、片内集成了看门狗定时器、设有休眠和省电工作方式。 43 2）EM78系列单片机系列单片机 v 台湾义隆公司推出的八位台湾义隆公司推出的八位EM78系列单片机已有多年，并广泛应系列单片机已有多年，并广泛应 用在家用电器、工业控制、仪器等方面，其优良的单片机结构和用在家用电器、工业控制、仪器等方面，其优良的单片机结构和 性能为用户所认同。性能为用户所认同。进入内地较晚进入内地较晚 v EM78系列单片机将众多功能集于一身，这其中包括系列单片机将众多功能集于一身，这其中包括ALU、ROM、 RAM、I/O、堆栈、中断控制器、定时、堆栈、中断控制器、定时/计数器、看门狗、电压检计数器、看门狗、电压检

46、测器、复位电路、振荡电路等。测器、复位电路、振荡电路等。与与51系列类似系列类似 v EM78系列单片机指令系统采用与大家熟知的系列单片机指令系统采用与大家熟知的MCS-51指令风格设指令风格设 计，共计计，共计58条指令，大家通过较短的时间便能掌握运用。条指令，大家通过较短的时间便能掌握运用。 v EM78系列单片机有二十种之多，用户可根据应用产品的要求，系列单片机有二十种之多，用户可根据应用产品的要求， 选择合适的选择合适的EM78单片机。以外部封装为例，有以下几种：单片机。以外部封装为例，有以下几种： 型号型号引脚数引脚数型号型号引脚数引脚数 p15314 p156E18 p44728、

47、32p45140、42、44 p45820、24 3.93.9嵌入式微处理器嵌入式微处理器 v 嵌入式微处理器嵌入式微处理器(Embedded MicroProcessor Unit(Embedded MicroProcessor Unit， EMPU) EMPU) 的基础是通用计算机中的的基础是通用计算机中的CPUCPU。 v 在应用设计中，将嵌入式微处理器装配在专门设计的电路板在应用设计中，将嵌入式微处理器装配在专门设计的电路板 上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，可大幅减小系统上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，可大幅减小系统 体积和功耗。为满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理体积

48、和功耗。为满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理 器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作温器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作温 度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。 v 代表性产品为代表性产品为ARMARM系列，系列，ARMARM是是Advanced RISC Machines Advanced RISC Machines 的的 缩写，其中缩写，其中RISCRISC是精简指令集计算机的缩写。同时是精简指令集计算机的缩写。同时ARMARM也是也是 设计设计ARMARM处理器的美国公司的简称。处理器的美国公司的

49、简称。ARMARM家族主要有家族主要有5 5个产品个产品 系列：系列：ARM7ARM7、ARM9ARM9、ARM9EARM9E、ARM10ARM10和和SecurCoreSecurCore。 45 3.10 飞思卡尔单片机概述飞思卡尔单片机概述 1）低端）低端8位单片机位单片机MC9RS08KA 8位微控制器正逐渐向小型化应用发展。飞思卡尔籍着位微控制器正逐渐向小型化应用发展。飞思卡尔籍着 MC9RS08KA 进入超低端市场。进入超低端市场。 MC9RS08KA特性特性 v 高达高达2KB的第三代的第三代Flash，可以按字节极快速地写入程序，可以按字节极快速地写入程序 v 灵活的时钟选项灵活

50、的时钟选项 v 具有具有8位预标量的位预标量的8位模数定时器位模数定时器 v 模拟比较器，输入信号仅需使用模拟比较器，输入信号仅需使用1个引脚个引脚 v 具有具有3位预标量的实时中断触发器位预标量的实时中断触发器 v 4条双向输入条双向输入/输出（输出（I/O）线路）线路 v 系统保护，包括低压检测（系统保护，包括低压检测（LVD）功能）功能 v 后台调试系统后台调试系统 v 提供提供6引脚引脚DFN、8引脚塑料双列直插引脚（引脚塑料双列直插引脚（PDIP）和）和8引脚窄体引脚窄体 小外形集成电路（小外形集成电路（NB-SOIC）封装）封装 2）高端）高端8位单片机位单片机MC9S08AW M

51、C9S08AW 系列单片机可应用在家电、汽车、安全系统、工业系列单片机可应用在家电、汽车、安全系统、工业 控制与照明控制等。控制与照明控制等。 MC9S08AW特性特性 v 增强型掉电检测。增强型掉电检测。 v 总线频率最高可达总线频率最高可达20 MHz v 第三代第三代Flash存储器可选：存储器可选：16K、32K和和60K v 片上调试接口片上调试接口 v 内部时钟发生器内部时钟发生器 v 带有用带有用8个可编程通道的定时器个可编程通道的定时器 v 10位、位、16通道通道ADC v 广泛的串行信口广泛的串行信口 v 56条条I/O线线 v 允许的温度范围为：允许的温度范围为：-40C

52、 +125C v 4种封装选项：种封装选项：64 QFP、64 LQFP、48 QFN和和44 LQFP。 3）16位单片机系列位单片机系列汽车电子专用汽车电子专用 v 飞思卡尔（飞思卡尔（Motorola ）有着）有着30多年汽车电子的领导地多年汽车电子的领导地 位。飞思卡尔提供所有位。飞思卡尔提供所有16位汽车电子解决方案。位汽车电子解决方案。 有针对性的多产品系列。有针对性的多产品系列。 v 例如：面向仪表板应用；面向底盘节点中执行器和传例如：面向仪表板应用；面向底盘节点中执行器和传 感器应用感器应用 ；面向汽车车身电子应用；面向汽车车身电子应用 ；面向通用低端；面向通用低端； 面向通用

53、高端等一系列产品。面向通用高端等一系列产品。 v 以管脚封装为例：低端产品提供以管脚封装为例：低端产品提供48到到80个管脚的封装个管脚的封装 形式，中端产品提供形式，中端产品提供64到到112个管脚的封装。高端产品个管脚的封装。高端产品 提供提供80到到208个管脚的封装个管脚的封装 。 4）微控制器微控制器MC9S12DG128 MC9S12DGl28微控制单元是一个微控制单元是一个16位的单片机，包含有：位的单片机，包含有： v 一个一个16位的中央处理单元位的中央处理单元(HCSl2CPU)， 16位的数据线位的数据线 v 128KB的的FlashE2PROM，8KB的的RAM，2KB

54、的的E2PROM， v 2个异步串行通讯接口个异步串行通讯接口(SCI)， v 2个同步串行外围接口个同步串行外围接口(SPI)， v 1个含个含8个输入捕捉通道或输出个输入捕捉通道或输出19比较通道的增强型捕捉定时器，比较通道的增强型捕捉定时器， v 2个个8路路10位模数转换器位模数转换器(ADC)。 v 1个个8路的脉宽调制模块路的脉宽调制模块(PWM)， v 1个字节数据链路控制器个字节数据链路控制器(BDLC)， v 29个独立的数字个独立的数字IO口口(通道通道A，通道，通道B，通道，通道K，通道，通道E)， v 20个独立的带有中断和唤醒功能的数字个独立的带有中断和唤醒功能的数字

55、IO口，口， v 3个兼容个兼容CAN20AB协议的单元协议的单元(MSCANl2)， v 1个个Byteflight单元和单元和1个个12C总线接口。总线接口。 v LQFP-112和和QFP-80封装选择封装选择 MC9S12DGl28 结构图 MC9S12DGl28 封装图 5）微控制器）微控制器MC9S12XS128 MC9S12XS128单片机较单片机较MC9S12DG128有很多改进。速度更快、有很多改进。速度更快、 性能更高，操作简化，可靠性提高。是当前性能更高，操作简化，可靠性提高。是当前Freescale最先进的单最先进的单 核核16位单片机。位单片机。 v 增加一个全局寄存

56、器，实现对整个寻址空间的连续寻址。增加一个全局寄存器，实现对整个寻址空间的连续寻址。 v CPU指令增减。指令增减。 将原来只有累加器将原来只有累加器A、B或或D可进行的算术和逻辑运算指令扩展可进行的算术和逻辑运算指令扩展 到到X、Y寄存器也能进行。寄存器也能进行。 累加器累加器D则增加了扩展到则增加了扩展到32位的加、减运算指令。还增加了一位的加、减运算指令。还增加了一 套扩展比较指令，将套扩展比较指令，将C标志、标志、Z标志扩展到标志扩展到32位数的比较。位数的比较。 不可中断的读不可中断的读-改改-写指令原来是对字节的写指令原来是对字节的8位操作，在位操作，在S12X系系 列列CPU中扩展为中扩展为16位操作。位操作。 不通过不通过CPU寄存器，从存储器直接到存储器的寄存器，从存储器直接到存储器的Move指令也由指令也由 原来的单一寻址方式，扩展到所有寻址方式。原来的单一寻址方式，扩展到所有寻址方式。 S12XS CPU不再支持模糊逻辑指令不再支持模糊逻辑指令 v A/D变换精度从变换精度从10位提高到位提高到12位位 v 闪存读写、容错与纠错闪存读写、容错与纠错 v 增加了一个片内温度传感器。增加了一个片内温度传感器。 6）32位单片机系列位单片机系列 飞思卡尔飞思卡尔32位处理器系列不断丰富创新功能，并为今后位处理器系列不断丰富创新功能，并