单片机原理及应用第1章-绪论

1、单片机原理及应用单片机原理及应用 课程特点课程特点p专业基础课专业基础课p理论性、实践性都很强理论性、实践性都很强p知识点多、抽象、入门难知识点多、抽象、入门难课程内容课程内容p掌握掌握n单片机的基本工作原理单片机的基本工作原理n单片机的汇编语言程序设计单片机的汇编语言程序设计n单片机的接口技术单片机的接口技术 p目标目标n形成单片机软形成单片机软/ /硬件开发的初步能力硬件开发的初步能力参考书参考书p公茂法公茂法, ,黄鹤松黄鹤松, ,杨学蔚杨学蔚.MCS-51/52.MCS-51/52单片机原理与单片机原理与实践实践. .北京北京: :北京航空航大学出版社北京航空航大学出版社,2009,2

2、009p魏立峰魏立峰, ,王宝兴王宝兴. .单片机原理与应用技术单片机原理与应用技术. .第第1 1版版, ,北北京京: :北京大学出版社北京大学出版社,2006,2006p胡汉才胡汉才. .单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术. .第第1 1版版, ,北京北京: :清清华大学出版社华大学出版社,1996,1996网络资源网络资源 周立功单片机周立功单片机 单片机学习网站单片机学习网站有关本课程学习的几点建议有关本课程学习的几点建议p本课程的前期基础课程是本课程的前期基础课程是数字电路数字电路与与微机原理微机原理p本课程本课程实践性、应用性实践性、应用性很强很强p预习、听课、复习、作业

3、、实验预习、听课、复习、作业、实验都重要都重要章节安排章节安排p第第 1 1 章章 绪论绪论p第第 2 2 章章 MCS-51MCS-51单片机的结构和原理单片机的结构和原理p第第 3 3 章章 MCS-51MCS-51单片机的指令系统单片机的指令系统p第第 4 4 章章 MCS-51MCS-51内部标准功能单元内部标准功能单元p第第 5 5 章章 MCS-51MCS-51外部并行接口扩展技术外部并行接口扩展技术p第第 6 6 章章 串行总线接口技术串行总线接口技术p第第 7 7 章章 MCS-51MCS-51应用系统开发与设计应用系统开发与设计p第第 8 8 章章 AT89AT89系列单片机

4、简介系列单片机简介 1890年，美国人口普查全部采用了霍勒斯制表机。在1900年美国人口普查中，由于采用了制表机，全部统计处理工作只用了1年零7个月时间。 从从CTR到到IBM霍勒斯于1896年创立了制表机公司，1911年该公司并入CTR（计算制表记录）公司，这就是著名的IBM公司的前身。1924年，托马斯沃森一世把CTR更名为IBM。计算与计算机计算与计算机 二极管二极管1904年，英国人弗莱明发明真空电子二极管。电子管的诞生，是人类电子文明的起点。 三极管三极管1906年，美国人德弗雷斯特发明电子三极管，并在研究中发现，三极管可以通过级联使放大倍数大增，这使得三极管的实用价值大大提高，从而

5、促成了无线电通信技术的迅速发展。 三极管的发明最初居然被指控为商业诈骗，并被法官判定为一个“毫无价值的玻璃管”。 朱斯的朱斯的Z系列计算机系列计算机1938年，德国科学家朱斯制造出Z-1计算机，这是第一台采用二进制的计算机。在接下来的四年中，朱斯先后研制出采用继电器的Z-2、Z-3和Z-4。 Z-3使用了2600个继电器，它在1944年美军对柏林进行的空袭中被炸毁。 第一台“巨人”有1500个电子管，5个处理器并行工作，每个处理器每秒处理5000个字母。二战期间共有10台“巨人”在英军服役，平均每小时破译11份德军情报。 “巨人巨人”计算机计算机1943年，英国科学家研制成功第一台“巨人”计算

6、机，专门用于破译德军密码。“巨人”算不上真正的数字电子计算机，但在继电器计算机与现代电子计算机之间起到了桥梁作用。计算与计算机计算与计算机 艾肯研制MARK-1的灵感来自一个世纪以前巴贝奇留下的思想精华。MARK-1外壳用钢和玻璃制成，长15米，高2.4米，自重31.5吨，使用了15万个元件和800公里电线，每分钟进行200次运算。计算与计算机计算与计算机 逻辑代数逻辑代数早在1847和1854年，英国数学家布尔发表了两部重要著作逻辑的数学分析和思维规律的研究，创立了逻辑代数。逻辑代数系统采用二进制，是现代电子计算机的数学和逻辑基础。 计算机三原则计算机三原则1939年，阿塔纳索夫提出计算机三

7、原则；采用二进制进行运算；采用电子技术来实现控制和运算；采用把计算功能和存储功能相分离的结构。1939年，阿塔纳索夫还设计并试制数字电子计算机的样机“ABC机”，但未能完工。阿塔纳索夫关于电子计算机的设计方案启发了ENIAC开发小组的莫克利，并直接影响到ENIAC的诞生。1972年美国法院判决ENIAC的专利权无效，阿塔纳索夫拥有作为第一个电子计算机方案提出者的优先权。计算与计算机计算与计算机 图林机：图林机：现代通用数字计算机的数学模型1936年，24岁的英国数学家图林发表著名论文论可计算数及其在密码问题的应用，提出了“理想计算机”，后人称之为“图林机”。图林通过数学证明得出理论上存在“通用

8、图林机”，这为可计算性的概念提供了严格的数学定义，图林机成为现代通用数字计算机的数学模型，它证明通用数字计算机是可以制造出来的。 图林发表于1940年的另一篇著名论文计算机能思考吗？，对计算机的人工智能进行了探索，并设计了著名的“图林测验”。1954年图林英年早逝，年仅42岁。计算与计算机计算与计算机 维纳的现代计算机设计五原则维纳的现代计算机设计五原则1940年，美国科学家维纳阐述了自己对现代计算机的五点设计原则：数字式而不是模拟式；以电子元件构成并尽量减少机械装置；采用二进制而不是十进制；内部存放计算表；内部存储数据。维纳在1948年完成了著作控制论，这不仅使维纳成为控制论的创始人，而且对

9、计算机后来的发展和人工智能的研究产生了深刻的影响。计算与计算机计算与计算机 现代电子计算机之父现代电子计算机之父19441945年间，美籍匈牙利科学家冯诺伊曼在第一台现代计算机ENIAC尚未问世时注意到其弱点，并提出一个新机型EDVAC的设计方案，其中提到了两个设想：采用二进制和“存储程序”。这两个设想对于现代计算机至关重要，也使冯诺伊曼成为“现代电子计算机之父”，冯诺伊曼机体系延续至今。计算与计算机计算与计算机 计算机开关电路计算机开关电路1938年，信息论的创始人、美国科学家仙农发表论文继电器和开关电路的符号分析，首次阐述了如何将布尔代数运用于逻辑电路，奠定了现代电子计算机开关电路的理论基

10、础。计算与计算机计算与计算机 ENIAC1946年2月15日，世界上第一台通用数字电子计算机ENIAC研制成功，承担开发任务的“莫尔小组”由四位科学家和工程师埃克特、莫克利、戈尔斯坦、博克斯组成，总工程师埃克特当时年仅24岁。ENIAC：长30.48米，宽1米，占地面积170平方米，30个操作台，约相当于10件普通房间的大小，重达30吨，耗电量150千瓦，造价48万美元。它使用18000个电子管，70000个电阻，10000个电容，1500个继电器，6000多个开关，每秒执行5000次加法或400次乘法，是继电器计算机的1000倍、手工计算的20万倍。 计算与计算机计算与计算机 FORTRAN

11、1956年，IBM公司的巴克斯研制成功第一个高级程序语言FORTRAN，它被广泛用于科学计算。计算与计算机计算与计算机PC演义演义 霍夫和霍夫和Intel 40041971年1月，Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。因发明微处理器，霍夫被英国经济学家杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。 1971年11月，Intel推出MCS-4微型计算机系统（包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器），其中4004（上图）包含2300个晶体管，尺寸规格为3

12、mm4mm，计算性能远远超过当年的ENIAC，最初售价为200美元。 “只有偏执狂才能生存只有偏执狂才能生存”Intel公司成立于1968年，格鲁夫（左）、诺依斯（中）和摩尔（右）是微电子业界的梦幻组合。 Intel 80081972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel 8008。由于8008采用的是P沟道MOS微处理器，因此仍属第一代微处理器。PC演义演义 Zilog公司于1976年开发的Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。当时，Zilog、Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立。 第一台微型计算机：第一台微型计算机：Altair 88001975

13、年4月，MITS发布第一个通用型Altair 8800，售价375美元，带有1KB存储器。这是世界上第一台微型计算机。PC演义演义 Paul Allen和Bill Gates在三周内为Altair开发出BASIC语言，MITS成为两个未来富翁的第一个客户。 “让每个家庭每张桌子上都放一台电脑。”PC演义演义 Apple 1976年3月，Steve Wozniak和Steve Jobs开发出微型计算机Apple I，4月1日愚人节这天，两个Steve成立了Apple计算机公司。 Steve Jobs(右)和Steve Wozniak（左）展示Apple I的主板，这台机器一直被Apple的支持者

14、看作是一件艺术品。PC演义演义 Apple II问世问世Apple II是第一个带有彩色图形的个人计算机，售价为1300美元。Apple II及其系列改进机型风靡一时，这使Apple成为微型机时代最成功的计算机公司。 1978年Apple股票上市，3周内市值达到17.9亿美元，超过福特汽车。1981年Apple进入财富500强，叛逆青年Jobs成为时代周刊的封面人物。 Intel 80881年之后，Intel推出4.77MHz的准16位微处理器8088。它在内部以16位运行，但支持8位数据总线，采用现有的8位设备控制芯片，包含29000个3微米技术的晶体管，可访问1MB内存地址，速度为0.33

15、MIPS。同年9月，Motorola推出M68000 16位微处理器，它因采用了68000个晶体管而得名。PC演义演义 Microsoft的秘密交易的秘密交易1980年10月，Microsoft把握了一次绝佳的发展机遇。IBM在秘密进行代号为“跳棋计划”的开发项目（第一台IBM PC）过程中，向Microsoft提出采购一套操作系统。Paul Allen抓住机会与Seattle Computer Products的Tim Patterson签约，向其支付了不到10万美元，获得了其DOS操作系统的版权并进行了一些修改，从而做成了与这个神秘客户（IBM）的大买卖。IBM PC创造历史创造历史早在1

16、980年7月，一个负责“跳棋计划”的13人小组秘密来到佛罗里达州波克罗顿镇的IBM研究发展中心，开始开发后来被称为IBM PC的产品。一年后的8月12日，IBM公司在纽约宣布第一台IBM PC诞生，这个开创计算机历史新篇章的时刻，迄今正好20年。PC演义演义 PC之父之父IBM微电脑技术总设计师埃斯特利奇（Don Estridge）负责整个跳棋计划的执行，他的天才和辛勤工作直接导致了IBM PC的成功，并被后人尊称为“PC之父”。不幸的是，4年后“PC之父”因乘坐的班机遭台风袭击而英年早逝，没能够亲眼目睹他所开创的巨大辉煌。 Intel 803861985年10月，Intel推出16MHz 8

17、0386DX微处理器，当时，IBM已经收到大量286机器的订单，不愿立即转向386，同时IBM担心长期受制于Intel芯片，开始暗中开发自己的处理器，所以对是否采用386芯片不置可否。PC演义演义PC演义演义影响计算机发展的重要人物影响计算机发展的重要人物(1)世界上第一台机械式计算机世界上第一台机械式计算机(1642)(1642)帕斯卡帕斯卡PASCAL (PASCAL (法国数学家、物理学家、法国数学家、物理学家、近代概率论的奠基者近代概率论的奠基者) )计算过程自动化计算过程自动化巴贝奇巴贝奇BabbageBabbage（英国（英国剑桥大学科学家）剑桥大学科学家）“计算机之父计算机之父”

18、提出提出“解析机解析机”设想，即设想，即逻辑代数逻辑代数( (又称布尔代数又称布尔代数) )布尔布尔(G.Boole)(G.Boole)英国数学家英国数学家影响计算机发展的重要人物影响计算机发展的重要人物(2)布尔代数和继电器开关电路之间架起桥梁布尔代数和继电器开关电路之间架起桥梁申农申农(C. Shannon) (C. Shannon) 美国数学家美国数学家“信息论之父信息论之父”图灵机图灵机 图灵图灵 (Alan Turing )(Alan Turing )“人工智能之父人工智能之父”19361936年，图灵在一篇名为年，图灵在一篇名为可计算数学可计算数学的论文中首的论文中首次提出了有关计

19、算机的理论，其中最重要的三点为后次提出了有关计算机的理论，其中最重要的三点为后世带来了极其深远的影响：世带来了极其深远的影响：计算机的抽象定义计算机的抽象定义 “通用计算机通用计算机(Universal Machine)(Universal Machine)”的设想的设想 “存在任何计算机都无法解决的问题存在任何计算机都无法解决的问题”的想法。的想法。 Artificial IntelligenceArtificial Intelligenceu研究人类智能活动的规律研究人类智能活动的规律u构造具有一定智能的人工系统构造具有一定智能的人工系统u研究如何让计算机去完成以往研究如何让计算机去完成以

20、往需要人的智力才能胜任的工作需要人的智力才能胜任的工作l也就是研究如何应用计算机的软也就是研究如何应用计算机的软硬件来硬件来模拟人类某些智能模拟人类某些智能行为行为的基本理论、方法和技术的基本理论、方法和技术 人的行为人的行为p运算（算数、逻辑）运算（算数、逻辑）p记忆记忆p控制控制p行为行为冯冯.诺依曼诺依曼有例子吗？有例子吗？计算机组成：计算机组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分计算机工作原理计算机工作原理p计算机存储程序的工作原理（计算机存储程序的工作原理（1946年）年）n把把程序程序本身本身当作当作数据数据来对待来

21、对待p同样的方式储存同样的方式储存n执行程序前执行程序前p程序和数据程序和数据内存储器内存储器n在执行程序时在执行程序时pCPU根据当前根据当前程序指针程序指针的内容的内容取出指令取出指令n执行指令后执行指令后p再取出下一条指令并执行再取出下一条指令并执行n如此如此循环循环下去直到程序下去直到程序结束结束指令时才停止执行指令时才停止执行冯冯.诺依曼诺依曼计算机的工作过程计算机的工作过程不断地不断地取取指令、指令、执行执行指令指令最后最后将计算的将计算的结果结果存存入指令指定的存储器地址中入指令指定的存储器地址中电子计算机的发展电子计算机的发展 p经历了五个时代经历了五个时代n电子管计算机电子管

22、计算机n晶体管计算机晶体管计算机n集成电路计算机集成电路计算机n大规模、超大规模集成电路计算机大规模、超大规模集成电路计算机n智能计算机智能计算机ENIACElectronic Numerical Integrator1947年贝尔实验室年贝尔实验室发明了晶体管发明了晶体管第一个半导体集成电路第一个半导体集成电路1958年年计算机计算机巨型机巨型机微型机微型机通用微机通用微机单片机单片机通用单片机通用单片机专用单片机专用单片机小型机小型机什么是计算机？什么是计算机？(1)p多板微型计算机多板微型计算机个人电脑个人电脑微机主板微机主板什么是计算机？什么是计算机？ (2)p单板微型计算机单板微型计

23、算机什么是计算机？什么是计算机？ (3)p单片微型计算机单片微型计算机嵌入式嵌入式(Embedded)(Embedded)计算机计算机单片机与单片机与PCPC机的比较机的比较（1 1）鼠标中的鼠标中的单片机单片机优盘中的优盘中的单片机单片机嵌入式嵌入式(Embedded)(Embedded)计算机计算机单片机与单片机与PCPC机的比较机的比较（2 2） P3P3表表1 11 1单片机芯片单片机芯片开关输入开关输入LED显示显示数码管数码管显示显示串行模块串行模块键盘输入键盘输入鼠标输入鼠标输入CRTCRT或或LEDLED显显示器输出示器输出主机主机内有内有CPU、存储器、存储器等部件等部件微型

24、计算机的类型微型计算机的类型p多板微型计算机多板微型计算机 (Multiboard Microcomputer)p单板微型计算机单板微型计算机 (Single Board Microcomputer)p单片微型计算机单片微型计算机 (Single Chip Microcomputer)微机原理及应用微机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用集成在同一块芯片上集成在同一块芯片上单片机单片机微型计算机结构框图微型计算机结构框图由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成存储器存储器(ROM(ROM、RAM)RAM)I/OI/O

25、接口接口I/OI/O设备设备( (输入输入/ /输出输出) )地址总线地址总线(AB)(AB)数据总线数据总线(DB)(DB)控制总线控制总线(CB)(CB)MPUMPU运算器运算器控制器控制器嵌入式嵌入式控制器系统级芯片微控制器控制器系统级芯片微控制器(MCU (MCU Microcontroller Unit) Microcontroller Unit)冯冯.诺依曼诺依曼现代计算机技术的两大分支现代计算机技术的两大分支p通用计算机通用计算机系统的技术系统的技术n要求：高速、海量的数值计算要求：高速、海量的数值计算n发展方向：总线速度的无限提升，存储容量的发展方向：总线速度的无限提升，存储容

26、量的无限扩大无限扩大 p嵌入式计算机嵌入式计算机系统的技术系统的技术n要求：对象的智能化控制能力要求：对象的智能化控制能力n发展方向：与对象系统密切相关的嵌入性能、发展方向：与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性控制能力与控制的可靠性 第第1 1章章 绪论绪论 p1. 1. 单片机的基本结构单片机的基本结构p2. 2. 单片机的发展及发展趋势单片机的发展及发展趋势p3. 3. 单片机的特点及其应用单片机的特点及其应用p4. 4. 单片机的分类单片机的分类p5. 5. 单片机应用系统的结构及开发过程单片机应用系统的结构及开发过程p6. 6. 相关基础知识相关基础知识1. 1. 单片

27、机的基本结构单片机的基本结构p(1) CPU(1) CPUn字长：字长：4 4位、位、8 8位、位、1616位、位、3232位位p(2) (2) 存储器存储器nROM(ROM(程序存储器，容量大程序存储器，容量大) )和和RAM(RAM(数据存储器，数据存储器，容量小容量小) )分开编址分开编址哈佛结构哈佛结构p(3) I/O(3) I/O接口接口n串行和并行串行和并行p(4) (4) 特殊功能部件特殊功能部件n定时器定时器/ /计数器、计数器、A/DA/D、D/AD/A常用于控制常用于控制冯冯. .诺伊曼诺伊曼结构？结构？2. 2. 单片机的发展及发展趋势单片机的发展及发展趋势p(1)(1)

28、单片机的发展单片机的发展 CPU CPUn第一阶段：第一阶段：4 4位位n第二阶段：低中档第二阶段：低中档8 8位位pIntelIntel公司的公司的MCS-48MCS-48系列单片机系列单片机n第三阶段：高档第三阶段：高档8 8位位pIntelIntel公司的公司的MCS-51MCS-51系列单片机系列单片机n第四阶段：第四阶段：8 8位巩固发展，位巩固发展，1616位、位、3232位推出位推出pIntelIntel公司的公司的1616位位MCS-96MCS-96系列单片机系列单片机51单片机单片机p*Intel(英特尔英特尔)的：的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C5

29、2、87C52等；等；p*ATMEL(艾德梅尔艾德梅尔)的：的：89C51、89C52、89C2051，89S51（RC），），89S52（RC）等；等；p*Philips(飞利浦飞利浦)、华邦、华邦、Dallas(拉达斯拉达斯)、Siemens(西门子西门子)等公司的许多产品；等公司的许多产品；pSTC(国产宏晶国产宏晶)单片机：单片机：89c51、89c52、89c516、90c516等众多品牌。等众多品牌。PIC单片机单片机p同步电动机运行稳定性和可靠性对工业生产有重同步电动机运行稳定性和可靠性对工业生产有重要的影响。单片机用于要的影响。单片机用于同步电动机励磁控制同步电动机励磁控制，由

30、，由于软件丰富，能使励磁装置结构简化、功能增多于软件丰富，能使励磁装置结构简化、功能增多且易于实现复杂的控制规律，同时还具有参数整且易于实现复杂的控制规律，同时还具有参数整定灵活，使用维护方便和故障自诊断功能。目前，定灵活，使用维护方便和故障自诊断功能。目前，国内许多国内许多基于单片机的同步电动机励磁控制系统基于单片机的同步电动机励磁控制系统与传统的模拟励磁控制系统相比性能有很大的提与传统的模拟励磁控制系统相比性能有很大的提高，但因为采用的单片机内部资源较少使得单片高，但因为采用的单片机内部资源较少使得单片机外围电路复杂，其内部控制程序采用查表的方机外围电路复杂，其内部控制程序采用查表的方法，

31、这样影响了整个励磁控制系统的精度、快速法，这样影响了整个励磁控制系统的精度、快速性和稳定性。性和稳定性。pPIC16F877单片机内部资源丰富，广泛应用于单片机内部资源丰富，广泛应用于工业控制领域。工业控制领域。研制了基于研制了基于PIC16F877单片机单片机的同步电动机新型智能励磁控制系统的同步电动机新型智能励磁控制系统，控制程序，控制程序可以实时计算，利用内部的捕捉单元可以很容易可以实时计算，利用内部的捕捉单元可以很容易实现自动投励、全压投切电路。同时通过控制晶实现自动投励、全压投切电路。同时通过控制晶闸管移相整流模块的控制端电压来控制整流模块闸管移相整流模块的控制端电压来控制整流模块的

32、输出，使得整个系统硬件电路简单、调试维护的输出，使得整个系统硬件电路简单、调试维护方便、系统性能较高。方便、系统性能较高。PIC16F84A单片机的指单片机的指令由令由14位构成位构成.AVR单片机单片机pAVR单片机是单片机是1997年由年由ATMEL公司公司研发出的研发出的增强型内置增强型内置Flash的的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速精简指令集高速8位位单片机单片机。可以广泛应用于计算机外部设备、工业。可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。个领域。p

33、1997年，由年，由ATMEL公司挪威设计中心的公司挪威设计中心的A先生先生与与V先生利用先生利用ATMEL公司的公司的Flash新技术，共同新技术，共同研发出研发出RISC精简指令集的高速精简指令集的高速8位单片机，简称位单片机，简称AVR。pRISC（精简指令系统计算机）是相对于（精简指令系统计算机）是相对于CISC（复杂指令系统计算机）而言的。（复杂指令系统计算机）而言的。RISC 并非只并非只是简单地去减少指令，而是通过使计算机的结构是简单地去减少指令，而是通过使计算机的结构更加简单合理而提高运算速度的。更加简单合理而提高运算速度的。RISC 优先选优先选取使用取使用频率最高频率最高的

34、的简单指令简单指令，避免复杂指令：并，避免复杂指令：并固定指令宽度，减少指令格式和寻址方式的种类，固定指令宽度，减少指令格式和寻址方式的种类，从而缩短指令周期，提高运行速度。由于从而缩短指令周期，提高运行速度。由于 AVR 采用了采用了 RISC 的这种结构，使的这种结构，使AVR系列单片机系列单片机都具备了都具备了1MIPS/MHz（百万条指令每秒（百万条指令每秒/兆赫兆赫兹）的高速处理能力。兹）的高速处理能力。pAVR单片机独有的单片机独有的“以定时器以定时器/计数器（单）双计数器（单）双向计数形成三角波，再与输出比较匹配寄存器配向计数形成三角波，再与输出比较匹配寄存器配合，生成占空比可变

35、、频率可变、相位可变方波合，生成占空比可变、频率可变、相位可变方波的设计方法的设计方法(即脉宽调制输出即脉宽调制输出PWM)更是令人耳更是令人耳目一新。目一新。ARM单片机单片机parm单片机采用了新型的单片机采用了新型的32位位arm核处理器，核处理器，使其在指令系统，总线结构，调试技术，功耗以使其在指令系统，总线结构，调试技术，功耗以及性价比等方面都超过了传统的及性价比等方面都超过了传统的51系列单片机，系列单片机，同时同时arm单片机在芯片内部集成了大量的片内外单片机在芯片内部集成了大量的片内外设，所以功能和可靠性都大大提高。设，所以功能和可靠性都大大提高。p1、配置模块丰富化、配置模块

36、丰富化 随着半导体工艺的迅速发随着半导体工艺的迅速发展，在展，在arm单片机上可实现更为复杂的功能，单片机上可实现更为复杂的功能，lcd控制器，音频编码解码器，大容量的控制器，音频编码解码器，大容量的flash和和ram，高精度的，高精度的a/d转换器，以太网控制器等越转换器，以太网控制器等越来越多的控制模块可集成到芯片内部来越多的控制模块可集成到芯片内部 2、指令、指令系统效率提高系统效率提高 实现实现risc和和cisc指令集的融合，指令集的融合，进一步提高进一步提高thumb指令集的性能，流水线的级指令集的性能，流水线的级数向更高发展数向更高发展 p3、处理器频率进一步提高，虽然高档的、

37、处理器频率进一步提高，虽然高档的arm处处理器理器xscale系列系列时钟频率时钟频率已接近已接近1g，但与通用，但与通用处理器的高频率还有一定的差距，因此处理器的高频率还有一定的差距，因此arm单片单片机向更高频率和机向更高频率和多核多核发展已成趋势发展已成趋势 4、与、与dsp技术融合技术融合 ，随着科学技术的发展，随着科学技术的发展，arm单片机单片机与与dsp之间的界限越来越模糊，两者配合使用的之间的界限越来越模糊，两者配合使用的情况屡见不鲜，尤其在高端电子产品中，两者分情况屡见不鲜，尤其在高端电子产品中，两者分工合作，共同满足用户的需求工合作，共同满足用户的需求 5、单片机种类、单片

38、机种类多样化多样化 目前在目前在arm单片机市场上的主流产品单片机市场上的主流产品是飞利浦和三星，但近年来国内许多企业和科研是飞利浦和三星，但近年来国内许多企业和科研机构已加入到研发团队中来，相信不远的将来市机构已加入到研发团队中来，相信不远的将来市场上会出现大量我国自主研发的场上会出现大量我国自主研发的arm单片机产品。单片机产品。CISC与与RISC的区别的区别p我们经常谈论有关我们经常谈论有关PC与与Macintosh的话题，的话题，但是又有多少人知道以但是又有多少人知道以Intel公司公司X86为核心的为核心的PC系列正是基于系列正是基于CISC体系结构，而体系结构，而 Apple公公

39、司的司的Macintosh则是基于则是基于RISC体系结构，体系结构，CISC与与RISC到底有何区别？到底有何区别？p从硬件角度来看从硬件角度来看CISC处理的是处理的是不等长指令集不等长指令集，它必须对不等长指令进行分割，因此在执行单一它必须对不等长指令进行分割，因此在执行单一指令的时候需要进行较多的处理工作。而指令的时候需要进行较多的处理工作。而RISC执行的是执行的是等长精简指令集等长精简指令集，CPU在执行指令的时在执行指令的时候速度较快且性能稳定。因此在并行处理方面候速度较快且性能稳定。因此在并行处理方面RISC明显优于明显优于CISC，RISC可同时执行多条指可同时执行多条指令，

40、令，它可将一条指令分割成若干个进程或线程它可将一条指令分割成若干个进程或线程，交由多个处理器同时执行。由于交由多个处理器同时执行。由于RISC执行的是执行的是精简指令集，所以它的精简指令集，所以它的制造工艺简单且成本低廉制造工艺简单且成本低廉。p从软件角度来看，从软件角度来看，CISC运行的则是我们所熟运行的则是我们所熟识的识的DOS、Windows操作系统。而且它拥有大操作系统。而且它拥有大量的应用程序。因为全世界有量的应用程序。因为全世界有65%以上的软件以上的软件厂商都理为基于厂商都理为基于CISC体系结构的体系结构的PC及其兼容机及其兼容机服务的，象赫赫有名的服务的，象赫赫有名的Mic

41、rosoft就是其中的一就是其中的一家。而家。而RISC在此方面却显得有些势单力薄。虽在此方面却显得有些势单力薄。虽然在然在RISC上也可运行上也可运行DOS、Windows，但是，但是需要一个翻译过程，所以运行速度要慢许多。需要一个翻译过程，所以运行速度要慢许多。p目前目前CISC与与RISC正在逐步走向融合正在逐步走向融合，Pentium Pro、Nx586、K5就是一个最明显就是一个最明显的例子，它们的内核都是基于的例子，它们的内核都是基于RISC体系结构的。体系结构的。他们接受他们接受CISC指令后将其分解分类成指令后将其分解分类成RISC指令指令以便在遇一时间内能够执行多条指令。由此

42、可见，以便在遇一时间内能够执行多条指令。由此可见，下一代的下一代的CPU将融合将融合CISC与与RISC两种技术，两种技术，从软件与硬件方面看二者会取长补短。从软件与硬件方面看二者会取长补短。高档高档8 8位概述位概述 MCS-51MCS-51系列为代表系列为代表p奠定了奠定了通用通用总线型总线型单片机单片机体系结构体系结构n完善的外部总线完善的外部总线nCPUCPU外围功能单元的外围功能单元的集中管理集中管理模式模式n体现体现工控特性工控特性的位置空间及的位置空间及位操作位操作方式方式n指令系统丰富、完善，增加突出指令系统丰富、完善，增加突出控制功能指令控制功能指令p配置配置n一个一个8 8

43、位位CPUCPUn并行并行I/OI/O口，口，3232根根I/OI/O口线口线n一个串行口一个串行口n两个定时两个定时/ /计数器计数器n4K Byte 4K Byte 的的 ROMROMn128 Byte 128 Byte 的的 RAMRAMn有的片内带有有的片内带有 A/D A/D 转换接口转换接口p(2)(2)单片机的发展趋势单片机的发展趋势n低功耗低功耗CMOSCMOS化化n片内存储器片内存储器大容量大容量化化nCPUCPU高性能高性能化：加快指令运算速度，并加强了化：加快指令运算速度，并加强了位处理功能、中断、定时功能位处理功能、中断、定时功能n外围电路内装化（外围电路内装化（微型单

44、片化微型单片化）n增强增强I/OI/O口口功能：增大驱动能力，设置高速功能：增大驱动能力，设置高速I/OI/On低噪声与高可靠性低噪声与高可靠性n主流与多品种共存主流与多品种共存 3. 3. 单片机的特点及其应用单片机的特点及其应用p(1)(1)单片机的特点单片机的特点n性价格比高性价格比高n集成度高、体积小、可靠性高集成度高、体积小、可靠性高n控制功能强控制功能强n系统扩展、配置较典型、规范系统扩展、配置较典型、规范n“嵌入嵌入式控制器式控制器”n低功耗器件低功耗器件n经久耐用经久耐用(2)(2)单片机的应用单片机的应用p智能仪器仪表智能仪器仪表p工业控制工业控制交直流电压电流表交直流电压电

45、流表数控线切割机床数控线切割机床数字式测角仪数字式测角仪数控车床数控车床单片机嵌入式系统的应用单片机嵌入式系统的应用单片机系统应用单片机系统应用信息家电信息家电智能玩具智能玩具军事电子军事电子通信设备通信设备移动存贮移动存贮工控设备工控设备智能仪表智能仪表汽车电子汽车电子网络设备网络设备消费电子消费电子军事国防军事国防电子商务电子商务网络网络工业控制工业控制其其他他 PDA 可视电话可视电话 机器人机器人 SONY机器狗机器狗 单片机嵌入式系统的应用领域信息家电的应用信息家电的应用信息家电信息家电数字机顶盒数字机顶盒信息家电信息家电消费电子消费电子SANSAN公司的信息家电产品公司的信息家电产

46、品阿富汗参加反恐作战的阿富汗参加反恐作战的“赫耳墨赫耳墨斯斯”价值价值4 4万美元，可携带万美元，可携带2 2架摄架摄像机，发挥了很好作用。像机，发挥了很好作用。单片机嵌入式技术在军事方面的应用单片机嵌入式单片机嵌入式InternetInternet应用应用嵌入式系统与机器人技术嵌入式系统与机器人技术图：卡耐基梅隆大学和瑞士图：卡耐基梅隆大学和瑞士EPFLEPFL研制的机器人控制器研制的机器人控制器 （采用卡西欧（采用卡西欧PDAPDA和和Windows CEWindows CE） 智能机器人p家用电器家用电器n电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电p在计算机

47、网络和通信在计算机网络和通信n手机、电话机、楼宇自动通信呼叫系统、列车手机、电话机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信无线通信p医疗设备医疗设备医用呼吸机医用呼吸机4. 4. 单片机的分类单片机的分类p(1)(1)常用单片机系列介绍常用单片机系列介绍公司公司产品型号产品型号与与MCS-51MCS-51的兼容性的兼容性INTELINTELMCS-51MCS-51及其增强系列单片机及其增强系列单片机兼容兼容ATMELATMEL( (艾特梅尔艾特梅尔) )AT89X51AT89X51系列系列FlashFlash单片机单片机PhilipsPhilips8XC5528XC552及及89C66X89C66

48、X系列高性能单片机系列高性能单片机Winbond(Winbond(华邦华邦) )W78C51W77C51W78C51W77C51系列高速低价单片机系列高速低价单片机LGLGGMS90/97GMS90/97系列高速低压单片机系列高速低压单片机CygnalCygnalC8051FC8051F系列高速系列高速SOCSOC单片机单片机MotorolaMotorola68016801和和68056805系列高性能单片机系列高性能单片机不兼容不兼容Zilog(Zilog(齐洛格齐洛格) )Z8Z8系列特殊应用设计单片机系列特殊应用设计单片机MicrochipMicrochipPICPIC系列系列RISCR

49、ISC结构单片机结构单片机ATMELATMELAVRAVR系列系列RISCRISC结构单片机结构单片机p(2)MCS-51(2)MCS-51单片机的分类单片机的分类n两个子系列和两个子系列和4 4种类型种类型资源配置资源配置子系列子系列片内片内ROMROM形式形式片内片内ROMROM容量容量片内片内RAMRAM容量容量定时定时/ /计数器计数器中中断断源源无无ROMROMEPROMEPROMFPEROMFPEROM5151子系列子系列8031803180518051875187514KB4KB128B128B2 216165 580C3180C3180C5180C5187C5187C5189C

50、5189C514KB4KB128B128B2 216165 55252子系列子系列8032803280528052875287528KB8KB256B256B3 316166 680C3280C3280C5280C5287C5287C5289C5289C528KB8KB256B256B3 316166 6n5151子系列是基本型，而子系列是基本型，而5252子系列属于增强型子系列属于增强型p(3)(3)与与MCS-51MCS-51系列兼容的单片机系列兼容的单片机n以以80518051为内核的单片机为内核的单片机p(4)Atmel(4)Atmel公司公司AT89AT89系列单片机的识别方法系列单

51、片机的识别方法n8989系列单片机的型号编码说明：系列单片机的型号编码说明：p组成：前缀、型号、后缀组成：前缀、型号、后缀p格式：格式：AT89CXXXXXXXXAT89CXXXXXXXX其中：其中：ATAT是是前缀前缀89C X X X X89C X X X X是是型号型号X X X XX X X X是是后缀后缀：该器件是：该器件是ATMETALATMETAL公司产品公司产品：器件型号数：器件型号数例例 AT89C2051-24PIAT89C2051-24PI表示是表示是Atmel Atmel 公司的产品公司的产品表示内部含表示内部含FLASHFLASH存储器存储器表示是表示是CMOSCMO

52、S产品产品表示器件型号数表示器件型号数表示速度为表示速度为24MHZ24MHZ表示塑料双列直插表示塑料双列直插DIPDIP封装封装表示工业产品，温度范围为表示工业产品，温度范围为-40-40+85+855. 5. 单片机应用系统的结构及开发过程单片机应用系统的结构及开发过程p(1)(1)单片机应用系统的结构单片机应用系统的结构单片机应用系统三个层次的关系单片机应用系统三个层次的关系单片机单片机单片机单片机系统系统单片机应单片机应用系统用系统人机交互人机交互数据采集数据采集控制输出控制输出串行通信串行通信应用程序应用程序(2)(2)单片机系统的开发过程单片机系统的开发过程设计硬件电路设计硬件电路

53、制作制作PCB板板器件的安装焊接器件的安装焊接编写应用程序编写应用程序调试软硬件调试软硬件烧写程序烧写程序实际应用实际应用6. 6. 相关基础知识相关基础知识p(1)(1)数制及其转换数制及其转换十进制数十进制数二进制数二进制数十六进制数十六进制数除除2取余取余/乘乘2取整取整四位和一法四位和一法一位四分法一位四分法按权相加法按权相加法除除16取余取余/乘乘16取整取整按权相加法按权相加法三种数制之间的转换方法示意图三种数制之间的转换方法示意图p1 1十进制（后缀或下标十进制（后缀或下标D D表示）表示）p十进制计数原则：逢十进一十进制计数原则：逢十进一p十进制的基数为：十进制的基数为：101

54、0p十进制的数码为：十进制的数码为：0 01 12 23 34 45 56 67 78 89 9p十进制数第十进制数第K K位的权为：位的权为：10k10kp（第（第K K位的权为基数的位的权为基数的K K次方，第次方，第K K位的数码与第位的数码与第K K位权的乘积表示第位权的乘积表示第K K位数的值）。位数的值）。p例如：例如：8846.788846.78p该数中共出现三次数码该数中共出现三次数码8 8，但各自的权不一样，故，但各自的权不一样，故其代表的值也不一样。其代表的值也不一样。p2 2二进制（后缀或下标二进制（后缀或下标B B表示）表示）p二进制计数原则：逢二进一二进制计数原则：逢

55、二进一p二进制的基数为：二进制的基数为：2 2p二进制的数码为：二进制的数码为：0 10 1p二进制数第二进制数第K K位的权为：位的权为：2K2Kp例如：例如：11010101.01B11010101.01Bp N N位二进制数可以表示位二进制数可以表示2N2N个数。例如个数。例如3 3位二进制位二进制数可以表示数可以表示8 8个数个数p3 3八进制（后缀或下标八进制（后缀或下标O O表示）表示）p八进制计计数原则：逢八进一八进制计计数原则：逢八进一p八进制的基数为：八进制的基数为：8 8p八进制的数码为：八进制的数码为：0 01 12 23 34 45 56 67 7p八进制数第八进制数第

56、K K位的权为：位的权为：8K8Kp例如：例如：127O127Op4 4十六进制（后缀或下标十六进制（后缀或下标H H表示）表示）p十六进制计数原则：逢十六进一十六进制计数原则：逢十六进一p十六进制的基数为：十六进制的基数为：1616p十六进制的数码为：十六进制的数码为：0 01 12 23 34 45 56 67 78 89 9A B C D E FA B C D E Fp十六进制第十六进制第K K位的权为：位的权为： 16k16kp例如：例如：64.4H64.4H十进制D二进制B八进制O十六进制H十进制D二进制B八进制O十六进制H000091001119111110101012A21022

57、11101113B3113312110014C41004413110115D51015514111016E61106615111117F711177161000020108100010817100012111各种进位制的对应关系各种进位制的对应关系1二进制数转换为十制数。二进制数转换为十制数。 p 转换原则：按权展开求和。转换原则：按权展开求和。p例如：例如： 10001101.11B10001101.11Bp八进制十六进制转换为十进制数也同样遵循该原八进制十六进制转换为十进制数也同样遵循该原则，不再单独介绍了。则，不再单独介绍了。2十进制数转换为二进制数十进制数转换为二进制数p十进制数转换为

58、二进制数的原则：十进制数转换为二进制数的原则：p整数部分：除基取余，逆序排列整数部分：除基取余，逆序排列p小数部分：乘基取整，顺序排列小数部分：乘基取整，顺序排列p例例 将十进数将十进数186186和和0.81250.8125转换成二进制数。转换成二进制数。因此 ： 186D = 10111010B 0.8125D = 0.11011Bp注意：当十进制小数不能用有限位二进制小数精注意：当十进制小数不能用有限位二进制小数精确表示时，根据精度要求，采用确表示时，根据精度要求，采用“0 0舍舍1 1入入”法，法，取有限位二进制小数近似表示。取有限位二进制小数近似表示。p十进制数转换为八进制，十六进制

59、数同样遵循该十进制数转换为八进制，十六进制数同样遵循该原则。原则。3二进制转换为十六进制二进制转换为十六进制 p由于十六进制的基数是由于十六进制的基数是2 2的幂，所以二进制与十六的幂，所以二进制与十六进制之间的转换是十分方便的，二进制转换为十进制之间的转换是十分方便的，二进制转换为十六进制的原则：整数部分从低位到高位四位一组六进制的原则：整数部分从低位到高位四位一组不足补零，直接用十六进制数来表示；小数部分不足补零，直接用十六进制数来表示；小数部分从高位到低位四位一组不足补零，直接用十六进从高位到低位四位一组不足补零，直接用十六进制数表示。制数表示。p例例 将二进制数将二进制数10011110.0011110011110.00111转换成十六进制数。转换成十六进制数。p10011001 11101110 . . 00110011 10001000p 9 9 E E 3 8 3 8p所以所以10011110.00111B10011110.00111B9E.38H9E.38H。4十六进制数转换为二进制数十六进制数转换为二进制数 p十六进制数转换为二进制数的原则：十六进制数十六进制数转换为二进制数的原则：十六进制数中的每一位用中的每一位用4 4位二进制数来表示。位二进制数来表示。p例如：将十六进制数例如：将十六进制数A87.B8A87.B8转换为二进制数。转换为二进制数。pA A8