项目一认识单片机分析复习进程

1、项目一认识单片机分析课程地位课程地位 单片机原理及应用单片机原理及应用或或单片机应用技术单片机应用技术在高职高专院校电子类、机械类、计算机类专业中在高职高专院校电子类、机械类、计算机类专业中普遍开设，同学在学过基本的软硬件知识后，毕业普遍开设，同学在学过基本的软硬件知识后，毕业前写论文或做设计，而且大部分同学会以学过的前写论文或做设计，而且大部分同学会以学过的Intel8051Intel8051系列单片机作为设计的中心，加上自己系列单片机作为设计的中心，加上自己的创意和点子，结合软硬件来完成自己的课程设计的创意和点子，结合软硬件来完成自己的课程设计或毕业设计。毕业班的学生进行课程设计的目的及或

2、毕业设计。毕业班的学生进行课程设计的目的及用途，至少有用途，至少有3 3点：点： 1 1 考查自己几年来所学的软硬件实际操作能力。考查自己几年来所学的软硬件实际操作能力。 2 2 应聘工作时可以作为代表作进行展示。应聘工作时可以作为代表作进行展示。 3 3 当作升学、考核、鉴别及申请的实际制作的当作升学、考核、鉴别及申请的实际制作的作品展示。作品展示。课程目标课程目标1 1、掌握单片机应用系统的硬件原理及分析、设计方法、掌握单片机应用系统的硬件原理及分析、设计方法。 2 2、掌握软件设计与调试的基本技能。、掌握软件设计与调试的基本技能。 具体的说：具体的说： 以以MCS-51MCS-51系列单

3、为例，详细介绍了系列单为例，详细介绍了MCS-51MCS-51单片机的单片机的结构及工作原理和单片机的应用技术，通过学习本课程，结构及工作原理和单片机的应用技术，通过学习本课程，能够掌握有关单片机的基础知识，基本掌握单片机应用能够掌握有关单片机的基础知识，基本掌握单片机应用系统设计和开发的基本技能。系统设计和开发的基本技能。课程考核方法课程考核方法 平时成绩平时成绩 ：期末总评为：期末总评为4：6 考考 勤勤平时提问平时提问平时测验平时测验,作业作业实验成绩实验成绩平时成绩平时成绩平时成绩平时成绩期末成绩期末成绩综合综合60% 40%笔试笔试应用能力测试应用能力测试要求每人准备一要求每人准备一

4、U盘盘电子计算机的问世及其经典结构 1946年2月15日，第一台电子数字计算机问世，这标志着计算机时代的到来。（CALCULATOR）ENIAC计算机的发展计算机的发展 ENIAC是电子管计算机，时钟频率仅有100 KHz，但能在1秒钟的时间内完成5000次加法运算。 与现代的计算机相比，有许多不足，但它的问世开创了计算机科学技术的新纪元，对人类的生产和生活方式产生了巨大的影响 。 匈牙利籍数学家冯诺依曼在方案的设计上做出了重要的贡献。1946年6月，他又提出了“程序存储”和“二进制运算”的思想，进一步构建了计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成这一计算机的经典结构。（EDVA

5、C-ELECTRONIC DISCRETE VARIABLE AUTOMATIC COMPUTER）输入设备运算器输出设备存贮器控制器运算器运算器+控制器控制器输入设备输入设备输出设备输出设备存储器存储器微机系统微机系统电子计算机技术的发展，相继经历了五个时代：电子管计算机；晶体管计算机；集成电路计算机；大规模集成电路计算机；超大规模集成电路计算机。计算机的结构仍然没有突破冯诺依曼提出的计算机的经典结构框架。微机系统微机系统软软件件系系统统+运 算 器控 制 器CPU存 储 器输输入入接接口口电电路路输输入入设设备备输输出出设设备备输输出出接接口口电电路路硬件系统单片机单片机 C P U 存

6、储 器定 时 器 / 计 数 器 中 断 系 统P0-P3TxDRxD TINT并行I/O口串行I/O口把把CPU、RAM、ROM、定时计数器，以及输入输出（、定时计数器，以及输入输出（I/O）接口电路等计算机的主要部件集成在一块芯片上接口电路等计算机的主要部件集成在一块芯片上 单片机的定义单片机的定义v 把把CPUCPU、RAMRAM、ROMROM、定时计数器，以及输入、定时计数器，以及输入输出（输出（I/OI/O）接口电路等计算机的主要部件集成）接口电路等计算机的主要部件集成在一块芯片上。这样组成芯片级的微型计算机直在一块芯片上。这样组成芯片级的微型计算机直译为译为单片微型计算机（Sing

7、le chip Single chip microcomputermicrocomputer）或）或单片机，在我国，我们习惯，在我国，我们习惯上称其为单片机。上称其为单片机。单片机虽然只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已具备微机系统的含义。v 更为准确地反映单片机本质的叫法应是微控制器（Microcontroller, MCU）。根据单片机。根据单片机的结构和微电子设计的特点，应用系统中虽然往的结构和微电子设计的特点，应用系统中虽然往往以单片机为核心，但是它已完全融入应用系统往以单片机为核心，但是它已完全融入应用系统中，故而中，故而也有把单片机称作嵌入式微控制器 。（Embedded Mic

8、rocontroller）。单片机应用系统单片机应用系统单单片片机机接口接口电路电路及外及外设等设等单片机应用系统单片机应用系统: :由由硬件系统硬件系统和和软件系统软件系统组成组成硬件是硬件是应用系统的基础应用系统的基础软件是在硬件的基础上软件是在硬件的基础上对其资源对其资源进行合理调配和使用进行合理调配和使用，从而完成，从而完成应用系统所要求的任务，二者相应用系统所要求的任务，二者相互依赖，缺一不可互依赖，缺一不可单片机的发展过程单片机的发展过程原始阶段 1971年1月，INTEL公司的特德霍夫在与日本商业通讯公司合作研制台式计算器时，将原始方案的十几个芯片压缩成三个集成电路芯片。其中的两

9、个芯片分别用于存储程序和数据，另一芯片集成了运算器和控制器及一些寄存器，称为微处理器（即Intel 4004）。单片机的发展过程单片机的发展过程u 发展阶段 Intel 公司于1980年推出的增强型通用8位单片机系列产品，有8031/8032、8051/8052、8751/8752等型号。之后不久， Intel公司开放了MCS-51系列单片机的核心技术，加之51系列机已经成为8位通用单片机的公认标准，因此，许多著名的半导体生产厂家，如：Atmel、Philips、Cygnal、Dallas、Winboard等纷纷推出以80C51为内核的各具特色、性能优异、功能强大的单片机，形成了庞大的80C5

10、1系列单片机家族。 系统机（桌面应用）属于通用计算机，主要应用于数据处理、办公自动化及辅助设计。 单片机（嵌入式应用）属于专用计算机，主要应用于智能仪表、智能传感器、智能家电、智能办公设备、汽车及军事电子设备等应用系统。 单片机体积小、价格低、可靠性高，其非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。单片机的发展过程单片机的发展过程v单片机现状单片机现状: : 单片机经过约单片机经过约3030年的发展，已经形成有几千种型号年的发展，已经形成有几千种型号上百种品牌的半导体产业，对电子信息术、工业控制技上百种品牌的半导体产业，对电子信息术、工业控制技术、军事技术的发展起到巨大的推动作用

11、。术、军事技术的发展起到巨大的推动作用。v目前主流的单片机：目前主流的单片机：u 51内核的系列单片机u Microchip公司的PIC系列单片机u Motorola公司的68系列u Texas Instrument公司的MSP16bit系列单片机u ARM内核的32bit系列单片机单片机的应用单片机的应用u军事技术军事技术 通常在这些电子系统的集中显示系统、动力监测控制系统、通常在这些电子系统的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驭系统、通讯系统以及运行监视器（黑匣子）都会用到自动驾驭系统、通讯系统以及运行监视器（黑匣子）都会用到单片机技术。单片机技术。单片机的应用单片机的应用u人工智能人

12、工智能 工业机器人的控制系统由中央控制器、感觉系统、行走工业机器人的控制系统由中央控制器、感觉系统、行走系统、擒拿系统等节点构成的单机或多机网络系统。而其中系统、擒拿系统等节点构成的单机或多机网络系统。而其中的每一个小系统（如数据采集、远程监控系统）都是由单片的每一个小系统（如数据采集、远程监控系统）都是由单片机进行控制的。机进行控制的。单片机的应用单片机的应用u工业控制 单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流、电单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系

13、统中，利用单片机作为系用单片机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应用如量。典型应用如电机转速控制、温度控制、自动生产线电机转速控制、温度控制、自动生产线等等 。单片机应用领域单片机应用领域u 消费类电子产品家用电器是单片机的又一重要应用领域，消费类电子产品家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广阔。如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高前景十分广阔。如空调器、电冰箱、洗衣机、电

14、饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等。档洗浴设备、高档玩具等。u 另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、航天器等均有另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、单片机的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子等黑匣子等 。小结小结u 单片机是嵌入式控制器的主要芯片。单片机是嵌入式控制器的主要芯片。MCS-51系列单片系列单片 机及兼容产品是我国单片机应用的主流产品。机及兼容产品是我国单片机应用的主流产品。 单片机技术的方兴未艾，出现了各具特色的单片机，单片机技术的方兴未艾，出现了各具特色的单片机，如：如：Motorola公司的单片机

15、、公司的单片机、Microchip公司的公司的PIC系系列、列、Ti公司的公司的MSP430单片机等。单片机等。 q请上网搜索请上网搜索5个你认为办的最好的单片机专业网站。个你认为办的最好的单片机专业网站。 1 1、MCS-51MCS-51系列单片机的外型系列单片机的外型2、MCS - 51系列单片机的分类系列单片机的分类 常用的MCS51系列单片机有2种类型的产品：8051/8751/89C51和8031。它们的结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上的不同：8051内设有4KB的掩膜ROM；8751内设有4KB的EPROM；89C51内设有4KB的E2PROM ；8031内没有ROM。

16、 MCS - 51 MCS - 51 系列单片机配置一览表系列单片机配置一览表 3、51系列单片机引脚识别图系列单片机引脚识别图4、51单片机命名规则单片机命名规则AT89C51命名规则命名规则 (l)前缀前缀 由字母由字母“AT”组成，表示该器件是组成，表示该器件是ATMEL公司的产品。公司的产品。 (2)型号型号 由由“89CXXXX”或或“89LVXXXX”或或“89SXXXX”等表示。等表示。 “89CXXXX”中，中，9是表示内部含是表示内部含 Flash存储器，存储器， C表示为表示为 CMOS产品，产品， LV表示低压产品，表示低压产品， S表示含有串行下载表示含有串行下载 Fl

17、ash存储器。存储器。 在这个部分的在这个部分的“XXXX”表示器件型号数，如表示器件型号数，如51、1051、8252等。等。VCCVSSXTAL2XTAL1RSTP0. 0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7P1. 0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0ALEP3. 0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7EAPSENRXD/TXD/INT0/ INT1/ T0/ T1/WR/ RD/12345678910111213141

18、51617181920403938373635343332313029282726252424222180318051 875189C51MCS-51单片机P3口的第二功能RD(RD(片外数据存储器读选通控制输出片外数据存储器读选通控制输出) ) v P3.7P3.7!WR(!WR(片外数据存储器写选通控制输出片外数据存储器写选通控制输出) ) v P3.6P3.6T1(T1(定时器定时器1 1的外部输入的外部输入) ) v P3.5P3.5T0(T0(定时器定时器0 0的外部输入的外部输入) ) v P3.4P3.4INT1(INT1(外部中断外部中断1 1输入输入) ) v P3.3P3.

19、3INT0(INT0(外部中断外部中断0 0输入输入) ) v P3.2P3.2TXD(TXD(串行口输出串行口输出) ) v P3.1P3.1RXD(RXD(串行口输入串行口输入) ) v P3.0P3.0第二功能第二功能引脚引脚控制信号引脚RST、ALE、PSEN和EAn RSTVp(9脚) ：RST是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持两个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平时，就可以完成复位操作。RST引脚的第二功能是Vp，即备用电源。n ALEPROG(30脚)：地址锁存允许信号端。当8051上电正常工作后，ALE引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率fosc 的l6

20、 。此引脚的第二功能PROG是对片内带有可编程的ROM的单片机编程写入(固化程序)时，作为编程脉冲的输入端。 n PSEN(29脚)：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。 CPU在从外部ROM取指期间，PSEN信号在每个机器周期(12个时钟周期)中两次有效。 n EAVPP（3l脚)：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当EA引脚接高电平时，CPU先访问片内程序存储器并执行内部程序存储器中的指令，然后再访问外部ROM的内容。输入信号EA引脚接低电平(接地)时，CPU只访问外部外部ROM并执行外部程序存储器中的指令，而不管是

21、否有片内程序存储器。 1、MCS-51单片机内部结构示意图 时钟电路CPUROMRAMT0 T1中断系统串行接口并行接口P0 P1 P2 P3TXD RXDINT0 INT1定时计数器结构框图结构框图中央处理器中央处理器CPU：8位，位，运算和控制运算和控制功能功能内部内部RAM：共共256个个RAM单单元，用户使用元，用户使用前前128个单元，个单元，用于存放可读用于存放可读写数据，后写数据，后128个单元被个单元被专用寄存器占专用寄存器占用。用。内部内部ROM：4KB掩膜掩膜ROM，用于存放程序、用于存放程序、原始数据和表原始数据和表格。格。定时定时/计数器：计数器：两个两个16位的定位的

22、定时时/计数器，实计数器，实现定时或计数现定时或计数功能。功能。并行并行I/O口：口：4个个8位的位的I/O口口P0、P1、P2、P3。串行口：串行口：一个全一个全双工串行口。双工串行口。中断控制系统：中断控制系统：5个中断源（外个中断源（外部中断部中断2个，定个，定时时/计数中断计数中断2 个，串行中断个，串行中断1个）个）时钟电路：时钟电路：可可产生时钟脉冲产生时钟脉冲序列，允许晶序列，允许晶振频率振频率6MHZ和和12MHZ P0口除了作普通口除了作普通的的I/O口，直接口，直接和外部设备打交和外部设备打交道外道外;还用作片还用作片外总线的地址总外总线的地址总线线AB0-AB7的低的低八

23、位、数据总线。八位、数据总线。 P2口除了作普通口除了作普通的的I/O口，直接口，直接和外部设备打交和外部设备打交道外道外;还用作片还用作片外总线的地址总外总线的地址总线的高八位地址线的高八位地址线线AB8-AB15 注意：注意：P0口在作输出入口使用时，由于它无内部上拉电阻，为口在作输出入口使用时，由于它无内部上拉电阻，为了在口线上输出高电平并具有一定的驱动能力，必须外接上拉了在口线上输出高电平并具有一定的驱动能力，必须外接上拉电阻。作输入口使用时，为了防止口锁存器对输入口线的输入电阻。作输入口使用时，为了防止口锁存器对输入口线的输入信号造成影响，必须先往口锁存器写信号造成影响，必须先往口锁

24、存器写1。同理，。同理，P2口作输入时，口作输入时，也必须先往口锁存器写也必须先往口锁存器写1。 P1口只用作普通口只用作普通输入输出口输入输出口注意：注意：和和P0、P2口一样，为防止口锁存器对输入口线造成影响，口一样，为防止口锁存器对输入口线造成影响，P1口作输入时，也必须先往口锁存器写口作输入时，也必须先往口锁存器写1。 P3口除了作普通口除了作普通的的I/O口（功能和口（功能和P1口一样）直接口一样）直接和外部设备打交和外部设备打交道外道外;还具有第二还具有第二功能。功能。 P3.0 串行输入口串行输入口(RXD) P3.1串行输出口串行输出口(TXD) P3.2 外中断外中断0(IN

25、T0) P3.3 外中断外中断1(INT1) P3.5 定时定时/计数器计数器1的外部输入口的外部输入口(T1) P3.6 外部数据存储器写选通外部数据存储器写选通(WR) P3.4 定时定时/计数器计数器0的外部输入口的外部输入口(T0) P3.7 外部数据存储器读选通外部数据存储器读选通(RD) 在单片机内部有程序存储器和数据存储器，如果内部程在单片机内部有程序存储器和数据存储器，如果内部程序存储器和数据存储器的容量不够的话，还可以在单片机外序存储器和数据存储器的容量不够的话，还可以在单片机外部为它扩展，最大我们可以将程序存储器空间总容量扩大到部为它扩展，最大我们可以将程序存储器空间总容量

26、扩大到64K，将数据存储器在片外再单独扩展，将数据存储器在片外再单独扩展64K，这样，以，这样，以89S51为例，数据存储器的总容量可达为例，数据存储器的总容量可达64K（片外）（片外）128字节（片字节（片内）。内）。 MCS-51单片机的存储器组织结构，采用典型的哈佛结构，单片机的存储器组织结构，采用典型的哈佛结构，即程序存储器和数据存储器完全独立，拥有各自的寻址系统，即程序存储器和数据存储器完全独立，拥有各自的寻址系统，包括片内数据存储器与片外数据存储器都拥有自己独立的寻包括片内数据存储器与片外数据存储器都拥有自己独立的寻址系统。址系统。 0 0F FF FF FF FH H0 0F F

27、F FF FH H1EAROM 外外部部0EAROM 内内部部H0000 程序存储器程序存储器1 10 00 00 0H HH00000 00 08 80 0H HRAM内内部部0 00 0F FF FH H能寄存器特殊功0 0F FF FF FF FH H）（外部外部K64RAM 数据存储器数据存储器H00000 00 07 7F FH H用途：用途： 存放程序及程序运行时所需的常数。存放程序及程序运行时所需的常数。寻址范围：寻址范围：00000000H FFFFH H FFFFH 容量容量6464KBKB，即地址长度：即地址长度：1616位位 1EA ，寻址内部寻址内部ROM；说明说明：当

28、当PC值超过片内值超过片内ROM容量时会自动转向容量时会自动转向 外部存储器外部存储器空间。空间。0EA ，寻址外部寻址外部ROM。 EA说明说明：8031单片机单片机必须接低电平。必须接低电平。用途：用途：存放程序执行的中间结果和过程数据的存放程序执行的中间结果和过程数据的 。物理上分为两大区域：物理上分为两大区域： 00H 7FH即即128B用户用户RAM区。区。 80H FFH即特殊功能寄存器区。即特殊功能寄存器区。组组通通用用寄寄存存器器区区第第0组组通通用用寄寄存存器器区区第第1组组通通用用寄寄存存器器区区第第2组组通通用用寄寄存存器器区区第第3）（位位地地址址位位寻寻址址区区FH7

29、H00区区用用户户RAMH00H08/H07H10/FH0H18/H17H20/FH1H30/FH2FH7R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7即可位寻址，又可字节寻址即可位寻址，又可字节寻址数据缓冲区、堆栈区、工作数据缓冲区、堆栈区、工作单元单元 知道了单片机通过知道了单片机通过I/O口与外设打交道，也知道了单片机的口与外设打交道，也知道了单片机的程序与数据如何保存，到底单片机是如何运行程序的？原来单程序与数据如何保存，到底单片机是如何运行程序的？原来单片机和其他微机一样，也拥有一个中央处理器（片机和其他微机一样，也拥有一个中央处理器（CPU）。）。 它通过单片机的内部总线，将单片机

30、内部的各个部分：它通过单片机的内部总线，将单片机内部的各个部分：程序存储器程序存储器(ROM)、数据存储器、数据存储器(RAM)、定时、定时/计数器、并行计数器、并行接口、串行接口和中断系统等联系在一起接口、串行接口和中断系统等联系在一起 。内部总线有三种内部总线有三种 数据总线：专门用来传送数据信息数据总线：专门用来传送数据信息 。地址总线：专门用来传送地址信息，选中各操作单元。地址总线：专门用来传送地址信息，选中各操作单元。 控制总线：专门用来传送控制总线：专门用来传送CPU各种控制命令，以便各种控制命令，以便CPU统一指挥协调工作。完成程序所要执行的各种功能。统一指挥协调工作。完成程序所要执行的各种功能。 CPU执行程序一般包括两个主要过程：执行程序一般包括两个主要过程： 第一，就是从程序存储器中取出指令，指令的地址由第一，就是从程序存储器中取出指令，指令的地址由PC指针提供。指针提供。 第二，就是执指过程，取出的指令代码首先被送到第二，就是执指过程，取出的指令代码首先被送到CPU中控制器中的指令寄存器，再通过指令译码器译码变成各中控制器中的指令寄存器，再通过指令译码器译码变成各种电信号，从而实现指令的