片机Introdu课件

1、片机Introdu课件1The 8051 The 8051 MicrocontrollerMicrocontroller Xiaobin Hong （洪晓斌）（洪晓斌）Office: 10-418片机Introdu课件2单片机原理与应用单片机原理与应用课程介绍课程介绍课程学时学时：40学时 ；适用专业：机械工程及自动化专业及各方向：机电一体化、数控技术、模具设计与制造 先修课程：计算机应用基础、高级语言程序设计、电工与电子技术课程性质和任务：课程性质和任务： 单片机原理及应用是机械工程及自动化专业各方向重要的的专业基础课程。也是学习微机控制技术的入门课程。从应用出发，通过对本课程的学习，使学生

2、对微机系统的结构原理，及其在工业测控方面的应用有一个全面的了解。为应用微机技术解决实际工程问题打下理论基础。 课程的内容与基本要求：课程的内容与基本要求： 单片微机是专门为工业测控、智能化领域而设计的，从硬件结构到指令系统都突出了其控制功能，甚至将一些典型的控制功能器件都集成在单片机芯片中，故单片机亦称为微控制器。它在工业测控、智能仪器仪表、机电产品等方面均得到广泛的应用。所以本课程选用单片机作为教学内容。片机Introdu课件3单片机原理与应用单片机原理与应用课程介绍课程介绍课程基本要求：n了解微型计算机的基础知识、基本结构及工作原理 ；n熟悉单片机的硬件结构及主要功能部件的应用特性 ；n熟

3、悉单片机的指令系统，掌握汇编语言程序设计的基本方法；n了解单片机的存储器的结构持点及其地址空间的分配，掌握存储器的并行扩展方法；n了解单片机并行I/O口的结构原理和几种常用的通用I/O接口芯片，掌握I/O接口的扩展方法；n熟悉单片机内部资源：中断系统，定时/记数和串行口的结构原理，掌握应用程序的设计方法；n了解单片机几种常用外设接口结构原理，掌握其应用程序的设计方法。片机Introdu课件4单片机原理与应用单片机原理与应用课程介绍课程介绍课程内容及学时安排：总学时40课程考核方式： 考试成绩 + 平时成绩 其中：考试占70%+平时（出勤、作业）占30%使用教材：单片机原理及应用,李全利等, 清

4、华大学出版社 The 8051 Microcontroller 课程实验：4个（3个阶段实验，1个综合实验）片机Introdu课件5单片机原理与应用课程介绍有关本课程学习的几点建议有关本课程学习的几点建议 本课程是一门实践性、应用性很强的学科本课程是一门实践性、应用性很强的学科仅仅听懂还不够仅仅听懂还不够, ,重在培养动手能力重在培养动手能力硬件硬件/ /软件同样重要、不可偏废软件同样重要、不可偏废 硬件是骨架，软件是皮肉器脏及思想硬件是骨架，软件是皮肉器脏及思想本课程的前期基础课程是数字电路与电子技术本课程的前期基础课程是数字电路与电子技术这方面知识掌握得不够好的请自己补上这方面知识掌握得不

5、够好的请自己补上预习、听课、复习、作业、实验环环都重要预习、听课、复习、作业、实验环环都重要用科学的方法学习用科学的方法学习请各班去实验室买本课程的请各班去实验室买本课程的实验指导书实验指导书片机Introdu课件6知识基础与后继课程知识基础与后继课程电工电子技术数字电路计算机基础和程序设计微机原理汇编语言接口技术单片机原理嵌入式系统高 性能微型计算机系统计算机控制系统片机Introdu课件7n第第1 1章章 绪论绪论( (计算机基础知识计算机基础知识) ) 44n第第2 2章章 80C5180C51的结构和原理的结构和原理 44n第第3 3章章 80C5180C51的指令系统的指令系统 10

6、10n第第4 4章章 80C5180C51的中断系统的中断系统 33n第第5 5章章 80C5180C51的定时的定时/ /计数器计数器 5 5 n第第6 6章章 80C5180C51的串行口的串行口 66n第第7 7章章 80C5180C51的系统扩展的系统扩展 44n第第8 8章章 80C5180C51的测控接口的测控接口 44n第第9 9章章 80C5180C51的的C C语言程序设计语言程序设计 自学自学n第第1010章章 80C5180C51应用系统设计方法应用系统设计方法 自学自学课堂授课时间分配课堂授课时间分配: (40: (40学时学时) )片机Introdu课件8参考资料参考

7、资料l1、 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 -胡汉才胡汉才 清华大学出版社清华大学出版社l2、单片微机原理及应用单片微机原理及应用第第2版版 -丁元杰丁元杰 等等 机械工业出版社机械工业出版社l3、单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术 - 李朝青李朝青 北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社l4、电子世界电子世界 -中国电子学会主办（期刊中国电子学会主办（期刊 6.00元元/期）期）片机Introdu课件9学习资源学习资源n网站：http:/http:/n期刊：单片机与嵌入式系统应用，北京航空航天大学单片机应用技术选编等片机Introdu课件10LAB6000U（USB

8、接口）单片机接口）单片机/微控制器仿真实微控制器仿真实验系统验系统片机Introdu课件11单元一单元一 单片机概述单片机概述返回主目录1.1 1.1 微型计算机概述微型计算机概述1.3 1.3 单片机发展概述单片机发展概述1.4 1.4 单片机的应用领域单片机的应用领域1.5 1.5 单片机的发展趋势单片机的发展趋势1.6 1.6 嵌入式系统嵌入式系统1.7 1.7 学习单片机技术的方法学习单片机技术的方法1.2 1.2 单片机简介单片机简介片机Introdu课件121.1 1.1 微型计算机概述微型计算机概述l计算机的发展及分类l微型计算机的发展概况片机Introdu课件13（一）计算机的

9、发展及分类计算机的发展：计算机的发展：n电子管计算机（电子管计算机（1946-1956）n晶体管计算机（晶体管计算机（1957-1964）n中小规模集成电路计算机（中小规模集成电路计算机（1965-1970）计算机按其性能分类：计算机按其性能分类：n超大规模集成电路计算机（超大规模集成电路计算机（1971-今）今）n大型计算机大型计算机/巨型计算机（巨型计算机（Mainframe Computer）n中型计算机中型计算机n小型计算机（小型计算机（Minicomputer）n微型计算机（微型计算机（Microcomputer）n单片单片计算机（计算机（Single-Chip Microcompu

10、ter）片机Introdu课件14（二）微型计算机的发展概况（二）微型计算机的发展概况l重要的名词定义重要的名词定义l微型计算机的发展阶段微型计算机的发展阶段l微型计算机的分类微型计算机的分类片机Introdu课件15（二）微型计算机的发展概况（二）微型计算机的发展概况v五个重要的名词术语五个重要的名词术语l微处理器l微型计算机l微型计算机系统l单片机l嵌入式系统片机Introdu课件16微型计算机组成结构微型计算机系统硬件微型计算机（主机）计算机处计算机处理单元理单元 (CPU)软件外围设备运算器控制器存储器存储器 (内存)RAMROM外部设备辅助设备 输入设备(键盘、扫描仪、语音识别仪)

11、输出设备(显示器、打印机、绘图仪、) 辅助存储器(磁带、磁盘、光盘)输入输入/ /输出接口输出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC) (I/O接口接口) 总线 (AB、DB、CB)系统软件(操作系统，编辑、编译程序，故障诊断,监控程序)应用软件(科学计算，工业控制，数据处理)程序设计语言(机器语言、汇编语言、高级语言)电源电路时钟电路片机Introdu课件17微处理器、微型计算机和微处理器、微型计算机和微型计算机系统的关系微型计算机系统的关系算术逻辑部件累加器、寄存器控制部件内部总线微处理器微型计算机系 统 总 线存储器（R O M , RAM）输入/ 输出 接口外 围 设 备系 统

12、软 件微型计算机系统片机Introdu课件18n单片微型计算机简称单片微型计算机简称单片机。由于它的结构及功能均按工单片机。由于它的结构及功能均按工业控制要求设计，所以又称业控制要求设计，所以又称单片微控制器（单片微控制器（single chip single chip MicrocontrollerMicrocontroller）。）。n它是将组成微型计算机机所必须的部件（它是将组成微型计算机机所必须的部件（中央处理器中央处理器CPUCPU、程序存贮器（、程序存贮器（ROM)ROM)、数据存贮器（、数据存贮器（RAM)RAM)、输入、输入/ /输出（输出（I/O)I/O)接口、定时接口、定时

13、/ /计数器、串行口、系统总线等计数器、串行口、系统总线等）集成在一）集成在一个超大规模集成电路芯片上。个超大规模集成电路芯片上。n只要外加少许电子零件便可以构成一套简易的计算机控制只要外加少许电子零件便可以构成一套简易的计算机控制系统，故又称系统，故又称单片微型计算机（单片微型计算机（single chip single chip MicrocomputerMicrocomputer）片机Introdu课件191.2 MCS-51单片机简介单片机简介 1 1、MCS-51MCS-51单片机内部组成单片机内部组成片机Introdu课件20MCS-51系列单片机内部组成系列单片机内部组成 中央处

14、理器（片机Introdu课件21微型计算机与单片机在硬件结构上的比较微型计算机与单片机在硬件结构上的比较 微型计算机微型计算机 单片机单片机数据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）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）MCS-51单片机所有单元都组装在一个IC芯片上片机Introdu课件22MCS-51单片机的主要产品单片机的主要产品型型 号号制造技术制造技术片内程序存储器片内程序存储器片内数据存储器片内数据存储器8051AHH MOSROM (4k)128字节字节8031AHAH MOS无无128字节字节

15、8751HH MOSEPROM（4K）128字节字节AT89C51/ AT89S51CHMOSFLASHROM （4K）128字节字节80C31CHMOS无无128字节字节8051H MOSROM （8K）256字节字节8031H MOS无无256字节字节片机Introdu课件23几种单片机封装形式片机Introdu课件241946: 第一台电子计算机诞生第一台电子计算机诞生 单片机仍处在初级的发展阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单，一般均把CPU、RAM有的还包括了一些简单的I/O口集成到芯片上，象Farichild公司就属于这一类型，它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算系统

16、。类似的单片机还有Zilog公司的Z80微处理器。 1973: TI公司注册了世界上第一个单片机专利公司注册了世界上第一个单片机专利片机Introdu课件25TI 公司推出公司推出 TMS1000单片机单片机TI 公司高速反雷达导航器公司高速反雷达导航器片机Introdu课件26 DALLAS (June 11, 1978) 一种新一种新的单片集成电路电子语音合成器由的单片集成电路电子语音合成器由Texas Instruments 开发开发. 片机Introdu课件271982年以后，16位单片机问世，代表产品是INTEL公司的MCS-96系列，16位单片机比起8位机，数据宽度增加了一倍，实时

17、处理能力更强，主频更高，集成度达到了12万只晶体管，RAM增加到了232字节，ROM则达到了8kB，并且有8个中断源，同时配置了多路的A/D转换通道，高速的I/O处理单元，适用于更复杂的控制系统。 片机Introdu课件28（4）九十年代以后，单片机获得了飞速的发展）九十年代以后，单片机获得了飞速的发展 世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的单片机。美国Microchip公司发布了一种完全不兼容MCS-51的新一代PICPIC系列单片机系列单片机，引起了业界的广泛关注，特别它的产品只有33条精简指令集吸引了不少用户，使人们从INTEL的111条复杂指令集中走出来。PIC单片机获得了快速的发

18、展，在业界中占有一席之地。片机Introdu课件29 在工业、农业、军事、保安、金融、仪器在工业、农业、军事、保安、金融、仪器仪表、航空航天、医疗、通讯、办公设备、仪表、航空航天、医疗、通讯、办公设备、娱乐休闲、健身、体育竞赛、服务领域娱乐休闲、健身、体育竞赛、服务领域, ,大量大量单片机单片机- -嵌入式嵌入式技术已经无处不在。正技术已经无处不在。正迅速改变着人们传统的生产和生活方式。迅速改变着人们传统的生产和生活方式。 请稍微留心一下我们的周围，看看身边到请稍微留心一下我们的周围，看看身边到底发生了什么变化？底发生了什么变化？1.4 1.4 单片机广泛应用单片机广泛应用片机Introdu课

19、件30单片机技术的应用遍布国民经济与人民生活的各个领域片机Introdu课件31数字式测角仪数字式测角仪交直流电压电流表交直流电压电流表位移传感器位移传感器单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。 片机Introdu课件32数控车床数控车床数控线切割机床数控线切割机床用单片机可以构成

20、形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 片机Introdu课件331. 智能冰箱 2智能饭煲 3智能食品配料机 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。 片机Introdu课件34 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制。手机电话机程控交换机楼宇自动通信呼叫系统列车无线通信日常工作中

21、随处可见的移动电话集群移动通信，无线电对讲机等。片机Introdu课件35医用呼吸机各种分析仪监护仪超声诊断设备病床呼叫系统等等电池分析仪 医用呼吸机医用呼吸机麻醉信息管理系统麻醉信息管理系统片机Introdu课件36RSC-300/364应用于玩具狗（特定人/非特定人）RSC-4128应用于语音对话娃娃SC-691应用于语音智能电子书片机Introdu课件37工业控制中智能家用电器、智工业控制中智能家用电器、智能仪器设备、数控机床、自动能仪器设备、数控机床、自动生产线、智能玩具、相关的数生产线、智能玩具、相关的数据采集处理显示等等。据采集处理显示等等。日常生活中常见的霓虹灯日常生活中常见的霓

22、虹灯显示、比赛抢答器、报警显示、比赛抢答器、报警器、电子时钟、点阵和液器、电子时钟、点阵和液晶显示屏等等。晶显示屏等等。片机Introdu课件38单片机的发展趋势单片机的发展趋势1、低功耗、低功耗CMOS化化nMCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。n象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低

23、功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。 片机Introdu课件39单片机的发展趋势单片机的发展趋势2、微型单片化、微型单片化n现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。n甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做

24、，制造出具有自己特色的单片机芯片。n现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。n现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。片机Introdu课件40单片机的发展趋势单片机的发展趋势3、主流与多品种共存、主流与多品种共存n现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简

25、指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。 片机Introdu课件41目前在我国比较流行的机型nMC68HC05/11 系列系列 Motorola n51系列系列 Inteln Philipsn Atmeln WinbondnPIC16Cxx系列系列 MicrochipnZ8系列系列 Zilogn COM87系列系列 NECnH4

26、/H8系列系列 Hitachin片机Introdu课件42表表11 Philips公司公司80C51系列的部分单片微机系列的部分单片微机片机Introdu课件43表表12 ATMEL公司公司89C51系列的部分单片微机系列的部分单片微机 片机Introdu课件44 表表13 华邦公司华邦公司W78C51和和W77C51系列的部分单片微机系列的部分单片微机 片机Introdu课件451.6 嵌入式系统n 把面向测控对象，嵌入到实际应用系统中，把面向测控对象，嵌入到实际应用系统中，实现嵌入式应用的计算机称之为嵌入式计算机实现嵌入式应用的计算机称之为嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统（系统，简称嵌入式

27、系统（Embedded SystemEmbedded System）。）。n从总体上说，通用计算机系统主要用于式计算从总体上说，通用计算机系统主要用于式计算机系统主要用于控制领域，兼顾数值计算、信机系统主要用于控制领域，兼顾数值计算、信息处理兼顾控制功能而嵌入数据处理。息处理兼顾控制功能而嵌入数据处理。n在一个综合系统中会出现通用计算机系统与嵌在一个综合系统中会出现通用计算机系统与嵌入式计算机系统的结合，各自扮演不同的角色，入式计算机系统的结合，各自扮演不同的角色，共同完成系统任务。共同完成系统任务。片机Introdu课件461.6 单片机与嵌入式系统的关系n嵌入式系统是面向侧控对象、嵌入到实

28、际应用系统中嵌入式系统是面向侧控对象、嵌入到实际应用系统中的计算机系统的统称。的计算机系统的统称。n嵌入式系统通常有嵌入式系统通常有工控机工控机、通用通用CPUCPU模块模块、嵌入式微处嵌入式微处理器（理器（Embedded ProcessorEmbedded Processor）和和嵌入式微控制器嵌入式微控制器（Embedded Microcontroller UnitEmbedded Microcontroller Unit。n前两者是基于通用计算机系统。即将通用计算机系统前两者是基于通用计算机系统。即将通用计算机系统用于测控对象。用于测控对象。n后两者是基于芯片形态的计算机系统，其中嵌入

29、式微后两者是基于芯片形态的计算机系统，其中嵌入式微处理器是在通用处理器是在通用CPUCPU基础上发展，增加满足测控对象要基础上发展，增加满足测控对象要求的外围接口电路，用于测控领域。求的外围接口电路，用于测控领域。n而而嵌入式微控制器嵌入式微控制器则是在嵌入式系统的概念广泛使用则是在嵌入式系统的概念广泛使用后，给传统单片机定位的称呼。因此说后，给传统单片机定位的称呼。因此说单片机是典型单片机是典型的嵌入式系统。的嵌入式系统。片机Introdu课件471.7 学习单片机技术的方法学习单片机技术的方法 硬件准备 计算机：普通计算机一台。安装WIN98和WIN2000双操作系统。编程器：用于对单片机

30、进行编程。（使用S51芯片可以使用下载线）实验板：用来进行单片机开发设计实践，能完成的项目较多为好仿真器：进行较复杂设计时用来调试单片机。方便实用，但价高。 软件准备源程序编辑软件：记事本、UltraEdit等其它编辑软件。汇编软件：INTEL的51汇编器masm51/DOS等。集成开发软件：伟福软件WAV6000，Keil C51等。仿真软件：Debug8051/WIN98， WAV6000。其它工具软件：参数计算设置软件、串口调试、PCB设计等软件。1 1、学习条件和学习环境、学习条件和学习环境片机Introdu课件48 知识准备 C语言（或其它基础语言）：打好编程基础。电子技术：特别是数字电子技术，是必备的电路基础。微机原理：对计算机基础知识有较好的准备。 初学者推荐的软件硬件准备计算机一台：无特殊要求，可选用经济型电脑。能上网最佳。开发实验板一块：学校统一提供，可完成多个实用课题。ISP下