第一章 单片机技术简介

1、单片机原理与应用单片机原理与应用机械与电子工程学院机械与电子工程学院 曾繁政曾繁政课程导入课程导入微型计算机微型计算机技术的两大发展分支： 分支一：通用微型计算机系统分支一：通用微型计算机系统 分支二：嵌入式计算机系统分支二：嵌入式计算机系统PC主要功能部件： CPU+存储器+端口+显卡+声卡+网卡+显示器+鼠标+键盘基本功能部件接口外设 分支一：通用微型计算机系统分支一：通用微型计算机系统 分支二：嵌入式计算机系统分支二：嵌入式计算机系统 嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化控制的专用计算机系统专用计算机系统 。 技术要求：必须满足对象体系的物理环境、电气环境和气氛环境以及产品成本等要求。

2、发展方向: 与对象系统密切相关的嵌入性能嵌入性能、控控制能力制能力与控制可靠性控制可靠性。PC 电气加固、机械加固，并配置各种外围接口板卡 IPC（工控机） 嵌入到大型工控系统中（实现了智能化）工业计算机（Industrial Personal Computer） 船舶驾驶室集中控制台 自动配料控制系统 电站锅炉控制系统 板卡：CPU卡、存储器卡、数据采集卡、通讯卡、计数器卡众多小型对象系统（如家电、仪器、工控单元）无法使用IPC 需要发展一类特殊的嵌入式计算机系统特殊的嵌入式计算机系统。第1章 单片机基础知识概述单片机基础知识概述第1章 单片机基础知识概述单片机基础知识概述单片机应用范例单片

3、机应用范例第1章 单片机基础知识概述单片机基础知识概述汽车电控系统中的单片机应用第1章 单片机基础知识概述单片机基础知识概述单片机是实现机械装备、电子产品单片机是实现机械装备、电子产品智能化智能化的重的重要途径，掌握这门技术便能在高技术领域占有要途径，掌握这门技术便能在高技术领域占有一席之地；一席之地；单片机系统是当前最有发展前途的高技术领域单片机系统是当前最有发展前途的高技术领域之一，国内外嵌入式系统的产品设计与研发需之一，国内外嵌入式系统的产品设计与研发需要大量的人才，具有很好的就业前景要大量的人才，具有很好的就业前景 ；单片机与其它专业知识相结合可产生更大的创单片机与其它专业知识相结合可

4、产生更大的创造力和发展潜力。造力和发展潜力。 为什么要学单片机？为什么要学单片机？第1章 单片机基础知识概述单片机基础知识概述 怎么样学单片机？怎么样学单片机？各组成部分既相对独立，又相互交叉80C51型单片机教学目标掌握单片机原理与应用、系统设计需要具备单片机硬件硬件、软件软件、接口接口三方面知识硬件系统软件系统接口系统第1章 单片机基础知识概述单片机基础知识概述单片机的学习方法单片机的学习方法理论教学理论教学掌握基本原理掌握基本原理课堂讲解课堂讲解+课后复习课后复习实验教学实验教学掌握基本技能掌握基本技能教学实验教学实验+实验报告实验报告电路实验箱虚拟实验平台第1章 单片机基础知识概述单片

5、机基础知识概述第1章 单片机基础知识概述单片机基础知识概述第1章 单片机基础知识概述单片机基础知识概述课程结构课程结构第第1章章 单片机技术简介单片机技术简介 第第2章章 单片机内部结构单片机内部结构第第3章章 单片机指令系统单片机指令系统 第第4章章 单片机程序设计单片机程序设计第第5章章 单片机并行接口单片机并行接口第第6章章 单片机的人机接口单片机的人机接口 第第7章章 单片机的中断系统单片机的中断系统第第8章章 单片机定时器单片机定时器/计数器计数器第第9章章 单片机的串行接口单片机的串行接口第第10章章 单片机的模拟量接口单片机的模拟量接口第第11章章 单片机的应用系统设计单片机的应

6、用系统设计第一章第一章 单片机技术简介单片机技术简介 主要内容：主要内容：单片机的历史、特点、应用与选型单片机的历史、特点、应用与选型计算机基础的组成计算机基础的组成微型计算机系统的硬件由五部分组成微型计算机系统的硬件由五部分组成:输入设备输入设备运算器运算器输出设备输出设备控制器控制器存储器存储器CPU主机第一节第一节 单片机简介单片机简介冯冯诺伊曼计算机体系结构：存储程序原理诺伊曼计算机体系结构：存储程序原理三大硬件系统组成三大硬件系统组成中央处理器中央处理器(CPU)，其中包含一个控制器、一个运算器、，其中包含一个控制器、一个运算器、若干寄存器和一个程序计数器若干寄存器和一个程序计数器主

7、存储器系统，用来保存控制计算机操作的各种程序主存储器系统，用来保存控制计算机操作的各种程序输入输入/输出输出(I/O)系统系统具有执行顺序指令的处理能力具有执行顺序指令的处理能力在主存储器系统和在主存储器系统和CPU的控制单元之间，包含一的控制单元之间，包含一 条物理上的或逻辑上的单一通道，可以强制改变条物理上的或逻辑上的单一通道，可以强制改变 指令的内容和执行的顺序指令的内容和执行的顺序增加了系统总线的冯增加了系统总线的冯诺伊曼结构诺伊曼结构总线：计算机各芯片之间或者芯片内部总线：计算机各芯片之间或者芯片内部各部件之间传输信息的一组公共通信线。各部件之间传输信息的一组公共通信线。三大总线三大

8、总线地址总线地址总线数据总线数据总线控制总线控制总线作用？作用？计算机软件：是指使用和管理计算机的计算机软件：是指使用和管理计算机的各种程序。各种程序。指令指令程序程序机器语言、汇编语言、高级语言机器语言、汇编语言、高级语言软软件件在一块大规模或超大规模集成电路芯片上制成在一块大规模或超大规模集成电路芯片上制成的微型计算机的微型计算机体积小、功耗低、性价比高、应用灵活体积小、功耗低、性价比高、应用灵活可以作为一个部件嵌入到各种产品中，而不是可以作为一个部件嵌入到各种产品中，而不是以常见的计算机系统形式出现以常见的计算机系统形式出现微控制器微控制器(Microcontroller或或Micro

9、Contro Unit，MCU)嵌入式微控制器嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller)什么是单片机？什么是单片机？ 单片机就是单片微型计算机单片机就是单片微型计算机(Single-Chip Microcomputer)。 采用一定的采用一定的工艺手段工艺手段将将CPU、存储、存储器、器、I/O口集成口集成在一个芯片上。在一个芯片上。多板机多板机 主板显卡显卡声卡声卡存储器接口存储器接口网卡网卡输入输出接口输入输出接口内存条内存条CPU计算机计算机系统通系统通常由多常由多块印刷块印刷电路板电路板制成：制成：CPUCPU芯片芯片内存条内存条存储器接口存储器接口存储器芯片存

10、储器芯片输入输出接口输入输出接口输入输出接口输入输出接口芯片芯片定时计数器定时计数器芯片芯片A/D、D/A芯片芯片单板机 印印 刷刷 电电 路路 板板 单单 硅硅 晶晶 片片 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口口单片机微型计算机是计算机小型化的产物微型计算机是计算机小型化的产物单片机是单芯片形式的微型计算机单片机是单芯片形式的微型计算机在一块芯片上，集成了在一块芯片上，集成了CPU、存储器和各种接、存储器和各种接口电路口电路单片机的单片机的CPU通常比同期的普通微型计算机的通常比同期的普通微型计算机的CPU简单一简单一些些大量的大量的CPU辅助电路和接口

11、电路以及片内存辅助电路和接口电路以及片内存储器的存在，使得用单片机构建的微型计算储器的存在，使得用单片机构建的微型计算机系统变得非常简单机系统变得非常简单单片机与通用微机的比较单片机与通用微机的比较单片机内的单片机内的CPU功能已经做了简化功能已经做了简化单片机不是用来设计通用微机的单片机不是用来设计通用微机的;没有必要拥有较强的运算能力没有必要拥有较强的运算能力;常见的有常见的有4位、位、8位、位、16位、位、32位的位的CPU;最常用的一直是最常用的一直是8位单片机位单片机.针对其应用领域做了优化针对其应用领域做了优化一般在控制、逻辑、实时性上比通用微机的一般在控制、逻辑、实时性上比通用微

12、机的CPU表现还要更好一些表现还要更好一些单片机的发展历史单片机探索阶段（1976年）Intel、Motorola单片机完善阶段（1980年）MCS-51微控制器形成阶段（1983年）微控制器发展阶段（20世纪90年代）片上系统（System on Chip）单片机技术发展特点8位、位、16位、位、32位单片机共同发展位单片机共同发展速度越来越快速度越来越快低电压、低功耗低电压、低功耗高可靠性技术高可靠性技术ISP与与IAP技术技术全盘全盘CMOS化化单片机的结构特点单片机的结构特点从从CPU（CISC和和RISC）存储器存储器总线结构总线结构三个方面讨论单片机系统的结构特点三个方面讨论单片机

13、系统的结构特点单片机与微处理器的区别单片机与微处理器的区别单片机与嵌入式系统的关系单片机与嵌入式系统的关系单片机的单片机的CPU CISC(Complex Instruction Set Computer ) 复杂指令集计算机技术复杂指令集计算机技术如如Intel的的MCS-51系列系列 RISC(Reduced Instruction Set Computer ) 精简指令集计算机技术精简指令集计算机技术如如Microchip的的PIC系列系列Atmel的的AVR系列系列存储器设计存储器设计冯冯诺伊曼结构诺伊曼结构也称作普林斯顿也称作普林斯顿(Princeton)结构结构用来存储程序和数据的

14、物理存储器是在同一用来存储程序和数据的物理存储器是在同一个物理存储器空间中个物理存储器空间中哈佛哈佛(Harvard)结构结构将程序指令存储空间与数据存储空间分开的将程序指令存储空间与数据存储空间分开的存储器结构存储器结构普林斯顿结构和哈佛结构普林斯顿结构和哈佛结构总线结构总线结构单总线、双总线和多重总线结构单总线、双总线和多重总线结构单总线结构比较常见单总线结构比较常见在单总线结构中，对存储器和在单总线结构中，对存储器和I/O接口的接口的寻址方法，又分为独立编址的寻址方法，又分为独立编址的I/O方式和存方式和存储器映像的储器映像的I/O方式两种方式两种单片机与微处理器单片机与微处理器硬件结构

15、硬件结构指令集指令集软件软件应用领域应用领域单片机与嵌入式系统单片机与嵌入式系统嵌入式系统嵌入式系统以应用为中心，以计算机技术为基础，并且以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统机系统嵌入式的另一种实现是使用嵌入式微处理器嵌入式的另一种实现是使用嵌入式微处理器单片机与嵌入式微处理器在应用领域的交叉不单片机与嵌入式微处理器在应用领域的交叉不多，二者在嵌入式系统应用中都有不可估量的发多，二者在嵌入式系统应用中都有不可估量的发展空间展空间单片机的

16、应用与选型单片机的应用与选型单片机的应用单片机的应用智能化家用电器、智能化接口的办公自动化智能化家用电器、智能化接口的办公自动化设备、商业营销设备、工业自动化控制、智设备、商业营销设备、工业自动化控制、智能化仪表、智能化通信产品、汽车电子产品、能化仪表、智能化通信产品、汽车电子产品、航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域 单片机的选型单片机的选型需要考虑多个方面需要考虑多个方面MCS单片机单片机 AVR单片机单片机 PIC单片机单片机 MSP单片机单片机 ARM处理器处理器 DSP处理器处理器常用单片机：常用单片机：单片机单片机开发环境的软硬件构成开发环境的软硬件构成 ：一、单片机基础知识一、单片机基础知识PROTEL；PROTEUS；WAVE；KEIL C51