第一章绪论08

1、单片机原理与应用单片机原理与应用测控技术与仪器测控技术与仪器 刘刘 霞霞什么是什么是“单片机单片机”？为什么要学习这门课程？为什么要学习这门课程？这门课程对我们今后的发展将起什么作用？这门课程对我们今后的发展将起什么作用？如何应用单片机开发系统？如何应用单片机开发系统？ 单片机原理与应用单片机原理与应用单片机原理与应用单片机原理与应用广泛应用：广泛应用： 在工业控制、智能仪器、办公自动化、汽车电子、在工业控制、智能仪器、办公自动化、汽车电子、家用电器及航空航天军事等诸多领域，到处可见单片家用电器及航空航天军事等诸多领域，到处可见单片机的踪影，单片机技术开发和应用水平已成为一个国机的踪影，单片机

2、技术开发和应用水平已成为一个国家工业化发展水平的标志之一。家工业化发展水平的标志之一。所属领域：所属领域：属于嵌入式智能控制技术。属于嵌入式智能控制技术。与其他专业课程的关系：与其他专业课程的关系： 先修课程：计算机硬件原理、先修课程：计算机硬件原理、C语言语言后续课程：后续课程：DSP技术、电子线路技术、电子线路CAD等等专业地位：专业地位：是是测控技术与仪器测控技术与仪器专业的一门重要专业课程。专业的一门重要专业课程。学习方法：学习方法：属于应用设计类课程。属于应用设计类课程。多观察、勤动手；多动脑，勤编程；多琢磨，勤调试。多观察、勤动手；多动脑，勤编程；多琢磨，勤调试。第第1 1章章 绪

3、论绪论一、什么是单片机一、什么是单片机从外形上看：从外形上看：双列直插式封装、贴片式封装双列直插式封装、贴片式封装从内部上看：从内部上看：结构图结构图u又称微控制器又称微控制器 （Microcontroller Unit ,MCU)u或称或称嵌入式控制器嵌入式控制器（Embedded Controller) 在一块半导体硅片上集成了微处理器（在一块半导体硅片上集成了微处理器（CPU)、存储、存储器、各种器、各种I/O接口，具有计算机的属性，称为单片微型计接口，具有计算机的属性，称为单片微型计算机（简称单片机）。算机（简称单片机）。从类型上看：从类型上看：u通用型单片机通用型单片机u专用型单片机

4、专用型单片机v第一阶段（第一阶段（19761978年）：年）：低性能单片机的探索阶段。低性能单片机的探索阶段。以以Intel公司的公司的MCS-48为代表，为代表，采用了单片结构，即在一块芯片内含有采用了单片结构，即在一块芯片内含有8位位CPU、定时、定时/计数器、并行计数器、并行I/O口、口、RAM和和ROM等。主要用于工业领域。等。主要用于工业领域。v第二阶段（第二阶段（19781982年）：年）：高性能单片机阶段。高性能单片机阶段。这一类单片机带有串行这一类单片机带有串行I/O口，口，8位位数据线、数据线、16位地址线可以寻址的范围达到位地址线可以寻址的范围达到64K字节、控制总线、较丰

5、富的指令系统等。字节、控制总线、较丰富的指令系统等。这类单片机的应用范围较广，并在不断的改进和发展。以这类单片机的应用范围较广，并在不断的改进和发展。以Intel公司的公司的MCS-51为代表。为代表。v第三阶段（第三阶段（19821990年）：年）：16位单片机阶段。位单片机阶段。16位单片机除位单片机除CPU为为16位外，片内位外，片内RAM和和ROM容量进一步增大，实时处理能力更强，体现了微控制器的特征。例如容量进一步增大，实时处理能力更强，体现了微控制器的特征。例如Intel公司的公司的MCS-96主振频率为主振频率为12M，片内，片内RAM为为232字节，字节，ROM为为8K字节，中

6、断处理能字节，中断处理能力为力为8级，片内带有级，片内带有10位位A/D转换器和高速输入转换器和高速输入/输出部件等。输出部件等。v第四阶段（第四阶段（1990年年）：）：微控制器的全面发展阶段。微控制器的全面发展阶段。各公司的产品在尽量兼容的同时，各公司的产品在尽量兼容的同时，向高速、强运算能力、寻址范围大以及小型廉价方面发展。向高速、强运算能力、寻址范围大以及小型廉价方面发展。 CPU有有8位、位、16位、位、32位位 ，时钟频率高达时钟频率高达20MHZ，片内集成看门狗、，片内集成看门狗、DMA传输、调制解调器等。代表产品：传输、调制解调器等。代表产品：NEC公司公司MPD7800 Re

7、ckWell公司的公司的R65C29 intel公司的公司的8044。二、单片机的发展历史及趋势二、单片机的发展历史及趋势快速、大容量、高集成化、低功耗等方向发展快速、大容量、高集成化、低功耗等方向发展三、单片机的主要生产厂家和机型三、单片机的主要生产厂家和机型生产厂家生产厂家单片机型号单片机型号美国美国Intel公司公司MCS-51系列及其增强型系列及其增强型美国美国ATMEL公司公司AT89C51/52、AT89S51/52等等美国美国Zilog公司公司Z8系列系列美国美国TI公司公司TMS7000系列系列荷兰飞利浦公司荷兰飞利浦公司8XC552系列系列日本松下公司日本松下公司MN6800

8、系列系列日本日立公司日本日立公司HD6301,HD6305系列系列1、MCS-51单片机系列（单片机系列（Intel公司）公司） 资资 源源 配配 置置 子子 系系 列列片内片内ROM的形式的形式片内片内ROM容量容量片内片内RAM容量容量定时定时器器与与计数计数器器中中断断源源无无ROMEPROME2PROM85180318051875189514KB128B21658C5180C3180C5187C5189C514KB128B216585280328052875289528KB256B31668C5280C3280C5287C5289C528KB256B31678051芯片的功耗为芯片的功

9、耗为630mW,而而80C51的功耗只有的功耗只有120mW。2、与、与8051兼容的单片机兼容的单片机3、AT89C5X/AT89S5X系列单片机（系列单片机（ATMEL公司）公司）例如：例如：AT89C51-24PIuD：陶瓷封装。：陶瓷封装。 uJ：PLCC封装。封装。 uA：TQFP封装。封装。uP：双列直插：双列直插 DIP封装。封装。uS：SOIC封装封装v商业：商业：C, 温度范围温度范围 070；v工业：工业： I , 温度范围温度范围 -4085；v汽车汽车: A, 温度范围温度范围 -40125；v军用军用: M, 温度范围温度范围 -55150； 4、非、非51单片机单片

10、机（1）低档）低档Tiny系列系列: Tiny11/12/13/15/26/28等；等； （2）中档）中档AT90S系列系列: AT90S1200/2313/8515/8535等；等； （3）高档）高档ATmega系列系列: ATmega8/16/32/64/128以及以及ATmega8515/8535等。等。PIC系列单片机系列单片机（1）低档：）低档：PIC12C5XXX16C5X系列系列（2）中档：）中档： PIC12C6XX/PIC16CXXX（3）高档：）高档： PIC17CXX系列系列 当前流行当前流行8 8位、位、1616位和位和3232位三大类产品位三大类产品v8 8位单片机：

11、位单片机：使用数量最大的一类单片机。特点：使用数量最大的一类单片机。特点：成本低，性能又能满足大多要求。如成本低，性能又能满足大多要求。如MCS-51MCS-51、PICPIC和和AVRAVR系列；系列；v1616位单片机：位单片机：适合数据运算的场合。但由于价格的适合数据运算的场合。但由于价格的居高，其数据运算功能又不如居高，其数据运算功能又不如3232位机，所以发展处位机，所以发展处于停滞状态。具有代表性有于停滞状态。具有代表性有MCS-96MCS-96系列、台湾的系列、台湾的“凌阳凌阳”1616位单片机；位单片机；v3232位机：位机：当前高档次单片机发展的一个方向，具有当前高档次单片机

12、发展的一个方向，具有超强的数据处理能力、合理的价格。其核心技术基超强的数据处理能力、合理的价格。其核心技术基本被美国本被美国ARMARM公司所垄断。具有代表性的产品是公司所垄断。具有代表性的产品是ARMARM系列（系列（ARM-7ARM-7、ARM-9ARM-9）。）。（1）体积小，重量轻；）体积小，重量轻；（2）可靠性高，运行速度快，抗干扰能力强；）可靠性高，运行速度快，抗干扰能力强；（3）控制功能强，使用灵活，性价比高；）控制功能强，使用灵活，性价比高；（4）易扩展，易于开发；）易扩展，易于开发；（5）受集成度限制，片内存储器容量较小，一般）受集成度限制，片内存储器容量较小，一般 内内RO

13、M在在8KB以下，内以下，内RAM在在256B以内以内。四、单片机特点：四、单片机特点：单片机应用系统的组成单片机应用系统的组成 单片机接口电路及外设等硬 件单片机应用系统软件五、五、 单片机系统的开发过程单片机系统的开发过程五、五、 单片机系统的开发过程单片机系统的开发过程(1) 明确系统设计任务，完成单片机及其外围电路的选型工作。明确系统设计任务，完成单片机及其外围电路的选型工作。(2) 设计系统原理图和设计系统原理图和PCB板，经仔细检查板，经仔细检查PCB板后送工厂制作。板后送工厂制作。(3) 完成器件的安装焊接。完成器件的安装焊接。(4) 根据硬件设计和系统要求编写应用程序。根据硬件

14、设计和系统要求编写应用程序。(6) 使用编程器烧写单片机应用程序或使用使用编程器烧写单片机应用程序或使用ISPISP技术下载。技术下载。 (5) 在线调试软硬件。在线调试软硬件。(7) 独立运行单片机程序独立运行单片机程序(1) 明确系统设计任务，完成单片机及其外围电路的选型工作。明确系统设计任务，完成单片机及其外围电路的选型工作。通信芯片通信芯片MAX232CPE 时钟芯片时钟芯片 DS1302EEPROM24C02温度传感温度传感器器18B20AD变换器0832稳压片78L05晶晶 振振电阻和排电阻电阻和排电阻瓷片小电容瓷片小电容零压力插座零压力插座万用焊接板万用焊接板仪器盒仪器盒液晶显示

15、屏液晶显示屏拨动开关拨动开关红外遥控用红外遥控用 发射接受一体管发射接受一体管继电器继电器各类接插件各类接插件遥控组件遥控组件超声波发射接受头超声波发射接受头双路遥控组件双路遥控组件88二极管点阵二极管点阵 八段数码管八段数码管(2) 设计系统原理图和设计系统原理图和PCB板，经仔细检查板，经仔细检查PCB板后送工厂制作。板后送工厂制作。(3) 完成器件的安装焊接。完成器件的安装焊接。(4) 根据硬件设计和系统要求编写应用程序。根据硬件设计和系统要求编写应用程序。(5) 在线调试软硬件。在线调试软硬件。(6) 使用编程器烧写单片机应用程序或使用使用编程器烧写单片机应用程序或使用ISP技术下载。

16、技术下载。编程器编程器l编程器烧写编程器烧写lISP技术下载技术下载两种编程方式的比较两种编程方式的比较传统的编程方式：传统的编程方式：必须要把单片机先从电路板上取下必须要把单片机先从电路板上取下来，然后放入专用的编程器进行编程，最后再次放入来，然后放入专用的编程器进行编程，最后再次放入电路板进行调试。电路板进行调试。 传统的编程方式开发步骤有以下缺点：传统的编程方式开发步骤有以下缺点： 1）频繁的拔插芯片，容易损坏芯片的引脚；）频繁的拔插芯片，容易损坏芯片的引脚； 2）如果频繁的调试程序，换程序，必须重复拔）如果频繁的调试程序，换程序，必须重复拔 插，大大降低了开发效率。插，大大降低了开发效

17、率。ISP技术：技术：彻底地改变了传统的开发模式，它只要在电彻底地改变了传统的开发模式，它只要在电路板上留下个接口（如路板上留下个接口（如ispdown的十芯插座），配合的十芯插座），配合ispdown的下载电缆，就可以不用拔出芯片，在电路板的下载电缆，就可以不用拔出芯片，在电路板上就可以对芯片进行编程。称为在线编程技术。上就可以对芯片进行编程。称为在线编程技术。ISP技术有以下优势：技术有以下优势：1）工程师在开发电子系统时彻底告别频繁拔插芯片的噩梦，）工程师在开发电子系统时彻底告别频繁拔插芯片的噩梦，避免损坏芯片的引脚；避免损坏芯片的引脚；2） ISP 可以加速产品的上市并降低研发成本。可

18、以加速产品的上市并降低研发成本。3）ISP技术帮助工程师缩短从设计、制造到现场调试、简化生技术帮助工程师缩短从设计、制造到现场调试、简化生产流程大大提高了工作效率。产流程大大提高了工作效率。4）在试验新品或学生试验等经常需要用不同的程序调试芯片）在试验新品或学生试验等经常需要用不同的程序调试芯片的场合中，在线编程技术尤为重要。的场合中，在线编程技术尤为重要。5）采用）采用ISP设计是对市场定型产品进行现场升级和维护的最经设计是对市场定型产品进行现场升级和维护的最经济、最有效的方式。济、最有效的方式。 超声波发射和接收一体化机超声波发射和接收一体化机(7) 独立运行单片机程序独立运行单片机程序能

19、汉字显示的显示屏和实时时钟板能汉字显示的显示屏和实时时钟板电子万年历电子万年历六、本课程的主要内容及基本要求六、本课程的主要内容及基本要求1、单片机的硬件结构、单片机的硬件结构lCPUl存储器结构存储器结构l并行并行I/O接口接口l中断系统中断系统l定时器定时器/计数器计数器l串行口串行口2、单片机的指令系统及编程、单片机的指令系统及编程3、单片机的系统扩展技术、单片机的系统扩展技术l存储器的扩展存储器的扩展lI/O接口的扩展接口的扩展l键盘显示器的扩展键盘显示器的扩展lA/D和和D/A转换器的扩展转换器的扩展本门课程的要求v深刻掌握单片机的硬件结构及特点深刻掌握单片机的硬件结构及特点（RAM

20、、ROM、特殊功能、特殊功能寄存器寄存器SFR、定时器、并行和串行口、中断系统，）。、定时器、并行和串行口、中断系统，）。 v熟练掌握指令系统熟练掌握指令系统。掌握。掌握“寻址方式寻址方式” ” 是学习汇编程序设计是学习汇编程序设计的关键。的关键。v掌握中断原理掌握中断原理，学会使用中断的方法编程；，学会使用中断的方法编程； v掌握单片机与外围电路的接口掌握单片机与外围电路的接口。七、参考资料七、参考资料3、仿真软件、仿真软件：Keil C Proteus1、MCS-51系列单片机及其应用系列单片机及其应用，蔡美琴等，高教；，蔡美琴等，高教；2、电子世界电子世界 -中国电子学会主办中国电子学会主办3AT89C51AT89S51AT89S52AT89C2051N80C196返回返回 单单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口口晶晶硅硅片片返回返回通用计算机通用计算机与与单片机单片机在硬件结构上的比较在硬件结构上的比较计算机系统计算机系统 单片机系统单片机系统由由多个多个ICIC芯片芯片组装组装在一个在一个主电路板主电路板上上所有所有基本单元基本单元都组装都组装在在一个一个ICIC芯片芯片上上数据数据RAMCPU并行并行I/O程序程序ROM定时定时/计数器计数器串型端口串型端口中断控制器中断控制器扩展扩展I/O端口端口系统总线（系统总线