单片微型计算机概述(新)

1、单片机原理与接口技术单片机原理与接口技术苏州大学应用技术学院机电工程系苏州大学应用技术学院机电工程系 宋天麟宋天麟一、课程简介一、课程简介所学课程：所学课程： “单片微型计算机原理与接口技术单片微型计算机原理与接口技术”1、原理部分、原理部分 2、接口部分、接口部分选用教材选用教材1 1、单片机微型计算机单片机微型计算机原理与接口原理与接口技术技术教程教程 祁伟祁伟 主编主编参考教材参考教材1、单片微型计算机原理及其应用、单片微型计算机原理及其应用 赵秀珍赵秀珍 单永磊主编单永磊主编 中国水利水电出版社中国水利水电出版社2、高等学校专科教材、高等学校专科教材单片微型计算机技术单片微型计算机技术

2、 刘国荣主编刘国荣主编 机械工业出版社机械工业出版社二、学习目的二、学习目的 通过学习单片微型计算机，掌握其基本原通过学习单片微型计算机，掌握其基本原理，及接口设计（软件设计，硬件实现）方理，及接口设计（软件设计，硬件实现）方法，从而为今后从事工业控制、仪器仪表、法，从而为今后从事工业控制、仪器仪表、电信技术、办公自动化和计算机外部设备、电信技术、办公自动化和计算机外部设备、商用产品及导航奠定基础。商用产品及导航奠定基础。教学安排教学安排 本课共本课共75学时，其中实验学时，其中实验18学时。学时。本课考核方式：本课考核方式：闭卷考试闭卷考试本课考试方式采取：上课考勤、课堂回答问本课考试方式采

3、取：上课考勤、课堂回答问题，实验等题，实验等2030%、期末考试、期末考试7080%作为作为课程的评分依据课程的评分依据。本课拟安排授课本课拟安排授课理论讲授：理论讲授： 54学时学时实验：实验： 18学时学时三、学习三、学习什么什么？ 单片微型计算机区别于计算机的就在于单片微型计算机区别于计算机的就在于是单片微型，但其功能完全可以和计算机媲是单片微型，但其功能完全可以和计算机媲美，其用途远远超过计算机。美，其用途远远超过计算机。 1 1、学习其结构原理、学习其结构原理2 2、学习软件编程，针对硬件的汇编语言编程、学习软件编程，针对硬件的汇编语言编程3 3、学习硬件设计原则、学习硬件设计原则（

4、1 1）最小应用系统）最小应用系统（2 2）I/OI/O接口接口（3 3）定时）定时/ /计数器计数器（4 4）中断应用）中断应用（5 5）扩展应用）扩展应用达到目的达到目的:会设计典型单片机会设计典型单片机应用硬件及软件。应用硬件及软件。如何学习？如何学习？单片机的结构组成单片机的结构组成汇编语言指令学习汇编语言指令学习汇编语言程序设计汇编语言程序设计理论学习理论学习授课授课自学自学课堂讨论课堂讨论单片机模仿实验单片机模仿实验针对不同硬件的程序设计针对不同硬件的程序设计实验验证实验验证模仿基础上的创新实验模仿基础上的创新实验上机实践上机实践1 1、模仿练习、模仿练习2 2、创造性编程、创造性

5、编程3 3、结合硬件编程、结合硬件编程自行完成自行完成老师辅导老师辅导编程高手不是教出来的，编程高手不是教出来的，是自己反复实践锻炼出来是自己反复实践锻炼出来的的第一章第一章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述一、单片机的概念一、单片机的概念 在当今的工作和生活环境中，有越来越多的单片在当今的工作和生活环境中，有越来越多的单片机在为我们服务，我们却意识不到它的存在。如：机在为我们服务，我们却意识不到它的存在。如：当当用摇控操纵电视或用摇控操纵电视或VCD 机享受其多彩的画面时，我机享受其多彩的画面时，我们并没有意识到这是单片机在接受我们的遥控指令；们并没有意识到这是单片机在接受我们的遥控指令

6、；当我们在享受全自动洗衣机的先进功能时，并不知当我们在享受全自动洗衣机的先进功能时，并不知道道这是单片机在代替我们控制洗衣机运作；单片机在这是单片机在代替我们控制洗衣机运作；单片机在Call 机和手机等现代通信设备中亦发挥着重要的作机和手机等现代通信设备中亦发挥着重要的作用；就连曾一度令许多青少年着迷的电子宠物，也用；就连曾一度令许多青少年着迷的电子宠物，也是是单片机在大显神威。单片机在大显神威。 在美国，平均约在美国，平均约40%40%的家庭拥的家庭拥有一台电脑，但每个家庭平均有有一台电脑，但每个家庭平均有30403040个微处理器个微处理器 总之，处处都有单片机的身影。为什么我们意识不到他

7、总之，处处都有单片机的身影。为什么我们意识不到他的存在呢？因为单片机只是一小块集成电路，而且是计算的存在呢？因为单片机只是一小块集成电路，而且是计算机。要了解他，不仅需要硬件知识，而且还要软件知识，机。要了解他，不仅需要硬件知识，而且还要软件知识，这一般人是难以做到的。这一般人是难以做到的。那么，单片机究竟是什么呢？那么，单片机究竟是什么呢？ 单片机就是将计算机的中央处理器单片机就是将计算机的中央处理器(CPU)、随机存取、随机存取存储器存储器(RAM)、只读存储器、只读存储器(ROM)、定时器、定时器/计数器和多种计数器和多种输入输入/输出接口输出接口(I/O)以及相互连接的总线以及相互连接

8、的总线(BUS)等集成在一等集成在一块芯片上，形成了芯片级的计算机。又叫单片微型计算机块芯片上，形成了芯片级的计算机。又叫单片微型计算机（single chip microcomputer）或微控制器或微控制器(microcontroller)，缩写缩写MCU(microcontroller Unit)。实际上，单片机是微机的一个分支。实际上，单片机是微机的一个分支。鉴于此，一般微机也叫多片微鉴于此，一般微机也叫多片微型计算机型计算机 。 计算机的开拓者计算机的开拓者数学家约翰数学家约翰冯冯诺依曼最先提诺依曼最先提出的，所以就称之为冯出的，所以就称之为冯诺依曼计算机体系结构。诺依曼计算机体系结

9、构。 二、单片机的发展历史二、单片机的发展历史 (1)第一阶段(1971一1974) 1971年美国Intel公司设计出集成度为2000只晶体管/片的四位微处理器Intel4004，其配有RAM、ROM和移位寄存器等芯片，构成第一台MCS-48微型计算机。(2)第二阶段(1974一1978) 以Intel公司首先推出的MCS-48系列的八位单片微型计算机为代表。它以体积小、功能全、价格低等特点，赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展过程中的一个重要阶段。(3)第三阶段第三阶段(19781983) Intel公司在MCS-48基础上推出了完善的、典型的MCS-51单片机系列。

10、它在以下几个方面完善了单片机体系。 MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。 CPU外围功能单元的集中管理模式。 体现工控特性的位地址空间及位操作方式。 指令系统趋于丰富和完善，增加了许多突出控制功能的指令。 Intel公司在MCS-48基础上推出了完善的、典型的MCS-51单片机系列。 (4)第四阶段第四阶段(19831990) 在8位单片机的基础上，推出了16位单片机 ，也是单片机向微控制器发展的阶段。 随着MCS5l系列的广泛应用，许多电气厂商竞相使用80C51的内核技术，将许多测控系统中使用的电路技术、接

11、口技术、多通道AD转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路功能，强化了智能控制器的特征。 (5)第五阶段第五阶段(1990之后之后) 在此阶段，随着单片机在各个领域全面、深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位16位32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。 单片机的种类很多，到目前为止，世界各国厂商已研制出大约50个系列、30多个品种的单片机的产品。 最具典型代表的应属Intel公司的MCS-51系列单片机。 虽然它仍然是8位的单片机，但其功能强，具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点。因此，MCS-51应用非常广泛，直到现在MCS-51仍不失为单片机

12、中的主流机型。这主要由于在工业控制、智能仪表、家用电器、IC卡等诸多应用领域，8位单片机系列在性能、价格两方面都做到了较好的兼顾。 估计在未来十年内，8位单片机仍将是单片机中的主流机型。故而本书仍以MCS-51系列单片机为主线来进行讲授。三、单片机的发展趋势三、单片机的发展趋势 发展趋势主要有以下几个方面 1多功能多功能 在单片机中尽可能多地把应用所需的存储器、各种功能的I/O口都集成在一块芯片内，使单片机的功能更加强大。如把LED、LCD或VFD显示驱动器也开始集成在8位单片机中。 2高性能高性能 进一步改进CPU的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性，采用精简指令系统计算机RIS

13、C（Reduced Instruction Set Computer）结构和流水线技术，大幅度提高运行速度。现指令速度最高者已达100MIPS(Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒)，并加强了位处理功能、中断和定时控制功能，使单片机的性能明显地优于同类型的微处理器。单片机集成度进步提高，有的单片机的寻址能力已突破64 KB的限制，8位、16位的单片机有的寻址能力已达到1 MB和16 MB。片内ROM的容量可达64 KB，RAM的容量可达2 KB。3低电压、低功耗低电压、低功耗 允许使用的电压范围越来越宽，一般在36V范围内工作，有的已能在1.2V或0.9

14、V电压下工作。几乎所有的单片机都具有省电运行方式。单片机的功耗已从mA级降到A级，甚至1A以下，在一粒钮扣电池下就可长期工作。低功耗化的效应不仅是功耗低，而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。4低价格 现在，市面上8031，89c51单片机12元15元左右。四、单片机的特点1、优异的性能价格比2、集成度高、体积小、可靠性高3、控制功能强4、低电压、低功耗 五、五、单片机的应用单片机的应用 单片机的特点决定其应用领域非常宽广。无论是工业单片机的特点决定其应用领域非常宽广。无论是工业部门、国防部门、民用部门乃至事业部门，到处都有他的部门、国防部门、民用部门乃至事业部门，到处都有他

15、的身影。现将单片机的应用大致归纳为以下几个方面：身影。现将单片机的应用大致归纳为以下几个方面：（一）单片机在在智能仪器仪表中的应用一）单片机在在智能仪器仪表中的应用 这是单片机应用最多这是单片机应用最多, ,最活跃的领域之一。在各类仪最活跃的领域之一。在各类仪器仪表中引入单片机，使其智能化，提高测试的自动化程器仪表中引入单片机，使其智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性价比。同度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性价比。同时便于使用、维修和改进。时便于使用、维修和改进。 如用如用MCS-51 MCS-51 系列单片机控制的系列单片机控制的“汽车发动机综合测试仪

16、汽车发动机综合测试仪”、“烟叶水分测试仪烟叶水分测试仪”、“智能超声波测试仪智能超声波测试仪”等。等。 （二）单片机在机电一体化中的应用（二）单片机在机电一体化中的应用 机电一体化是指集机械技术、微电子技术、机电一体化是指集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品。这是机械工业发展的方向。特征的机电产品。这是机械工业发展的方向。 单片机的出现促进了机电一体化，它作为单片机的出现促进了机电一体化，它作为机电产品中的控制器，能充分发挥其体积小、机电产品中的控制器，能充分发挥其体积小、可靠性高、功能强、安装方便等到特点，大大

17、可靠性高、功能强、安装方便等到特点，大大强化了机器的功能，提高了机器的自动化、智强化了机器的功能，提高了机器的自动化、智能化程度。能化程度。（三）在实时过程控制中的应用（三）在实时过程控制中的应用 单片机也广范地应用于各种实时控制系单片机也广范地应用于各种实时控制系统中，例如对工业上各种窑炉、锅炉的温度、统中，例如对工业上各种窑炉、锅炉的温度、酸度、化学成分的测量和控制。将测量技术、酸度、化学成分的测量和控制。将测量技术、自动控制技术和单片机技术相结合，充分发自动控制技术和单片机技术相结合，充分发挥其数据处理和实时控制功能，使系统工作挥其数据处理和实时控制功能，使系统工作于最佳状态，提高系统的

18、生产效率和产品的于最佳状态，提高系统的生产效率和产品的质量。在航空航天、通讯、遥控、遥测等各质量。在航空航天、通讯、遥控、遥测等各种实时控制系统中都可以用单片机作为控制种实时控制系统中都可以用单片机作为控制器。器。（四）在分布式多机系统中的应用（四）在分布式多机系统中的应用 分布式多机系统具有功能强可靠性高的特分布式多机系统具有功能强可靠性高的特点，在比较复杂的系统中，都采用分布式多机点，在比较复杂的系统中，都采用分布式多机系统。系统中有若干台功能各异的计算机，各系统。系统中有若干台功能各异的计算机，各自完成特定的任务，它们又通过通讯线路相互自完成特定的任务，它们又通过通讯线路相互联系、协调工

19、作。单片机在这种多机系统中，联系、协调工作。单片机在这种多机系统中，往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。高档上，对现场信息进行实时的测量和控制。高档的单片机多机通讯的单片机多机通讯(并行或串行并行或串行)功能很强，它功能很强，它们在分布式多机系统中能发挥很大作用。们在分布式多机系统中能发挥很大作用。（五）在家用电器中的应用（五）在家用电器中的应用 家用电器涉及到千家万户，生产规模大。家用电器涉及到千家万户，生产规模大。目前国内外各种家用电器都已普遍采用单片机目前国内外各种家用电器都已普遍采用单片机代替传统的控制电路。如洗衣机、电冰箱、空代替传统的控制电路。如洗衣机、电冰箱、空调、电饭煲、收音机、功放、电风扇、电视机、调、电饭煲、收音机、功放、电风扇、电视机、VCD、DVD 及许许多多的电子玩具等等都配上及许许多多的电子玩具等等都配上了单片机。从而提高了自动化程度，增强了功了单片机。从而提高了自动化程度，增强了功能，深受用户的欢迎。能，深受用户的欢迎。（六）