单片机基础教学一

1、l随着计算机技术的迅速发展，根据社会各行各随着计算机技术的迅速发展，根据社会各行各业应用的需求，计算机逐渐分化为两大类别：通业应用的需求，计算机逐渐分化为两大类别：通用计算机和嵌入式计算机。用计算机和嵌入式计算机。l嵌入式系统嵌入式系统(Embedded System)(Embedded System)是以应用为中心是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件和硬件可增减，针，以计算机技术为基础，软件和硬件可增减，针对具体应用系统，对功能、可靠性、成本、体积对具体应用系统，对功能、可靠性、成本、体积和功耗进行严格要求的专用计算机系统。和功耗进行严格要求的专用计算机系统。l嵌入式系统的核心部件有以下

2、三类：嵌入式微嵌入式系统的核心部件有以下三类：嵌入式微处 理 器 、 嵌 入 式处 理 器 、 嵌 入 式 D S PD S P 处 理 器 和 微 控 制 器 （处 理 器 和 微 控 制 器 （Microcontroller UnitMicrocontroller Unit，MCUMCU）。）。l单片机属于微控制器，是嵌入式系统的一种。单片机属于微控制器，是嵌入式系统的一种。l 单片机的发展历史单片机的发展历史l 单片机的发展趋势单片机的发展趋势l 常用单片机分类常用单片机分类l MCS-51MCS-51系列单片机的简介系列单片机的简介l 第一阶段（第一阶段（197619761978197

3、8）：单片机起）：单片机起步阶段。步阶段。l 第二阶段（第二阶段（1978197819821982）：单片机完）：单片机完善阶段。善阶段。l 第三阶段（第三阶段（1982198219901990）：）：8 8位单片机巩固位单片机巩固发展和发展和1616位单片机的推出阶段。位单片机的推出阶段。l 第四阶段（第四阶段（19901990）：单片机高速发展阶）：单片机高速发展阶段。段。l 字长由字长由4 4位、位、8 8位、位、1616位发展到位发展到3232位。位。l 运行速度不断提高。运行速度不断提高。 l 片内存储容量越来越大片内存储容量越来越大 。l 外围电路内装化。外围电路内装化。 l 低功

4、耗和低电压。低功耗和低电压。 l 低噪声与高可靠性。低噪声与高可靠性。l 集成度越来越高，功能越来越强。集成度越来越高，功能越来越强。l 小体积、低价格和专用化。小体积、低价格和专用化。l 按照指令体系分类按照指令体系分类 复杂指令集与精简指令集l 按照存储器结构分类按照存储器结构分类 冯诺依曼结构和哈佛结构l 按照生产厂家分类按照生产厂家分类 Intel公司：MCS-51和MCS-96系列； Atmel公司：AVR系列、AT系列； Winbond公司：W77系列、W78系列； SST公司：SST系列； 恩智浦公司：P89系列、LPC系列； Motorola公司：68HCXX系列； Micro

5、chip公司：16C5X/6X/7X/8X系列； Texas公司：MSP430FXX系列；l MCS MCS5151系列单片机系列单片机产品达数百个品种，并且产品达数百个品种，并且还在不断推出功能更强的新产品。还在不断推出功能更强的新产品。 l MCS-51MCS-51系列单片机已有十多种产品，可系列单片机已有十多种产品，可分为两大系列：分为两大系列：5151子系列和子系列和5252子系列。子系列。 l 5252子系列与子系列与5151子系列的不同之处在于：子系列的不同之处在于：片内数据存储器增至片内数据存储器增至256256字节；片内程序存字节；片内程序存储器增至储器增至8 KB (8032

6、8 KB (8032无无) )；有；有3 3个个1616位定时位定时/ /计数器，计数器，6 6个中断源。其它性能均与个中断源。其它性能均与5151子系子系列相同。列相同。l 1.3.1 1.3.1 单片机的主要特点单片机的主要特点l 1.3.2 1.3.2 单片机的应用领域单片机的应用领域l 有优异的性能价格比。有优异的性能价格比。l 集成度高、体积小、有很高的可靠性。集成度高、体积小、有很高的可靠性。 l 控制功能强。控制功能强。 l 低功耗、低电压、便于生产便携式产品低功耗、低电压、便于生产便携式产品。l 体积小、结构简单。体积小、结构简单。l 单片机的系统配置较便于构成各种规模的单片机

7、的系统配置较便于构成各种规模的应用系统。应用系统。l 智能仪表智能仪表l 机电一体化机电一体化l 实时控制系统实时控制系统l 分布式系统分布式系统l 日常生活日常生活l 单片机应用系统的硬件构成单片机应用系统的硬件构成l 单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程 由于设计思想和使用要求不同，应由于设计思想和使用要求不同，应用系统的构成也可分成如下三类：用系统的构成也可分成如下三类：l 专用系统专用系统l 模块化系统模块化系统l 单机与多机应用系统单机与多机应用系统 单片机应用系统是由硬件和软件组单片机应用系统是由硬件和软件组成，硬件是由单片机、扩展存储器和输成，硬件是由单片机、扩展存储

8、器和输入入/ /输出接口电路等组成，软件是各种工输出接口电路等组成，软件是各种工作程序的总称。系统开发过程主要由总作程序的总称。系统开发过程主要由总体设计、硬件设计、软件设计、在线调体设计、硬件设计、软件设计、在线调试等部分组成。在开发过程中，它们并试等部分组成。在开发过程中，它们并不是绝对分开的，而是交叉进行的。不是绝对分开的，而是交叉进行的。l 集成开发环境集成开发环境+ +仿真器仿真器+ +编程器的开发编程器的开发模式模式 l 集成开发环境集成开发环境+ISP+ISP或或IAPIAP的开发模式的开发模式 1. 1.集成开发环境集成开发环境 集成开发环境（简称IDE Integrated

9、Develop Environment）是用于提供程序开发环境的应用程序，一般包括代码编辑器、编译器、调试器和图形用户界面工具。是集成了代码编写功能、分析功能、编译功能、调试功能等一体化的开发软件。典型的如微软的Visual Studio系列，Borland的C+ Builder、Delphi系列等。 常用的单片机集成开发环境有飞思卡尔公司的CodeWarrior、Keil公司的Vision、MicroChip公司的MPLAB等。其中Keil公司的Vision是开发MCS-51单片机最常用的集成开发环境。2.2.编程器编程器 编程器又称烧写器、下载器，通过它将调编程器又称烧写器、下载器，通过它

10、将调试好的程序烧写到程序存储器中，不同档次的试好的程序烧写到程序存储器中，不同档次的编程器价位相差较大，从几百到几千不等。编程器价位相差较大，从几百到几千不等。 通常专用编程器具备以下功能：对多种型通常专用编程器具备以下功能：对多种型号单片机、号单片机、EPROMEPROM、EEPROMEEPROM、FLASHFLASH、存储、存储器、器、ROMROM、PLDPLD、FPGAFPGA等进行读取、擦除、等进行读取、擦除、烧写、加密等操作。烧写、加密等操作。3. 3. 仿真器仿真器 仿真器又称在线仿真器，其英文名称为仿真器又称在线仿真器，其英文名称为In In Circuit Emulator,C

11、ircuit Emulator,简称简称ICEICE。ICEICE是由一系列硬件是由一系列硬件构成的设备，它应能仿真目标系统中的单片机，构成的设备，它应能仿真目标系统中的单片机，并能模拟目标系统的资源，完全并能模拟目标系统的资源，完全“逼真逼真”的实现的实现脱机环境。使用时拔下单片机，换插脱机环境。使用时拔下单片机，换插ICEICE插头，插头，这样系统就成了这样系统就成了ICEICE一部分，原来由单片机执行一部分，原来由单片机执行程序改由仿真器来执行，利用仿真器的完整的硬程序改由仿真器来执行，利用仿真器的完整的硬件资源和监控程序，实现对用户目标码程序的跟件资源和监控程序，实现对用户目标码程序的

12、跟踪调试，观察程序执行过程中的单片机寄存器和踪调试，观察程序执行过程中的单片机寄存器和存储器的内容，根据执行情况随时修改程序。存储器的内容，根据执行情况随时修改程序。4. 4. 在线编程在线编程l在系统编程（在系统编程（ISPISP） 所谓在系统可编程所谓在系统可编程ISPISP（In-System In-System ProgrammingProgramming），指电路板上的空白器件可以编程），指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码，而不需要从电路板上取下器件写入最终用户代码，而不需要从电路板上取下器件，已经编程的器件也可以用，已经编程的器件也可以用ISPISP方式擦除或再编程。方式

13、擦除或再编程。 l在应用编程（在应用编程（IAPIAP） 所谓在应用编程所谓在应用编程IAPIAP（In-Application In-Application ProgrammingProgramming），指），指MCUMCU可以在系统中获取新代码可以在系统中获取新代码并对自己重新编程，即可用程序来改变程序。并对自己重新编程，即可用程序来改变程序。ISPISP和和IAPIAP技术是未来仪器仪表的发展方向。技术是未来仪器仪表的发展方向。 开发者需要先使用集成开发环境编写程序、开发者需要先使用集成开发环境编写程序、编译程序，然后用仿真器对编写的程序在测试目编译程序，然后用仿真器对编写的程序在测试

14、目标系统上进行仿真调试。当程序编写成功后，需标系统上进行仿真调试。当程序编写成功后，需要使用编程器将程序编译结果的二进制代码烧录要使用编程器将程序编译结果的二进制代码烧录进单片机的程序存储器中或利用在线编程功能将进单片机的程序存储器中或利用在线编程功能将二进制代码烧录进单片机中。如果单片机的存储二进制代码烧录进单片机中。如果单片机的存储器是电可擦除的（器是电可擦除的（E2PROME2PROM或或FLASHFLASH），则可使），则可使用编程器完成擦除和烧录的所有过程；如果单片用编程器完成擦除和烧录的所有过程；如果单片机的存储器是不可电擦除的（机的存储器是不可电擦除的（EPROMEPROM），还

15、需要），还需要用到紫外光擦除器对存储器进行程序擦除，再使用到紫外光擦除器对存储器进行程序擦除，再使用编程器进行烧录。用编程器进行烧录。 这样的开发模式的优点是调试程序过程中利这样的开发模式的优点是调试程序过程中利用仿真器对程序的运行情况进行充分的模拟仿真用仿真器对程序的运行情况进行充分的模拟仿真，可以对程序执行中的某一状态进行监控、设置，可以对程序执行中的某一状态进行监控、设置断点、变量观察，有效的发现程序的问题，对程断点、变量观察，有效的发现程序的问题，对程序进行较全面的评估，缩短软件的开发周期。但序进行较全面的评估，缩短软件的开发周期。但是这样的开发模式除了需要购买集成开发环境软是这样的开

16、发模式除了需要购买集成开发环境软件外，还要花费昂贵的资金购买仿真器、编程器件外，还要花费昂贵的资金购买仿真器、编程器等硬件设备，从而增加系统开发的成本。等硬件设备，从而增加系统开发的成本。 l随着芯片集成技术的迅速发展，目前越来越多随着芯片集成技术的迅速发展，目前越来越多的单片机具备了的单片机具备了ISPISP或或IAPIAP功能，这为单片机的开功能，这为单片机的开发提供了方便，使得在一些成本控制严格的应用发提供了方便，使得在一些成本控制严格的应用开发中，可以省去昂贵的仿真器、编程器。开发中，可以省去昂贵的仿真器、编程器。l与前一种模式一样，开发者同样需要先使用集与前一种模式一样，开发者同样需要先使用集成开发环境进行程序的编辑、编译工作。但不同成开发环境进行程序的编辑、编译工作。但不同的是开发者需要先利用集成开发环境提供的软件的是开发者需要先利用集成开发环境提供的软件仿真功能先对程序进行初步验证，而后利用在线仿真功能先对程序进行初步验证，而后利用在线编程功能将程序的二进制代码烧录进单片机中，编程功能将程序的二进制代码烧录进单片机中，使用程序运行于目标系统上，直接在目标系统上使用程序运行于目标系统上，直接在目标系统上对编写的程序进行测试。对编写的程序进行测试。这样的开发模式虽然不能利用仿真器对所调这样的开发模式虽然不能利用仿真器对所调试程序进行监控，但是由于目前单片机集成开发试程序