单片微型计算机C第1讲(机械)

1、引言 目前，日常生活所用设备中，几乎都有单片机的影子。 机械设备运行状态的监控、设备的驱动等过程都离不开单片机的作用。ABS：通过车轮处的ABS传感器监测车轮的转动情况，当车速达到一定的高度，而车轮不转动的时候传感器的信号给控制器，控制器会发出指令给制动油路，制动油路油压减小一部分来使车轮继续滚动，断续的车轮滚动使制动效果保持最佳状态的。控制单元可由单片机实现，也可以由PLC来实现p 机电一体化机电一体化是机械工业发展的重要方面，机电一体化产品是集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品。例如:汽车已经成为机电一体化技术应用最成功的产品之一，在汽车发动机控制

2、、ABS控制、门窗控制、安全气囊控制、空调、音响等，无一不是集成了单片机控制的智能化机电一体化产品。单片机的应用一台BMW-7系列轿车就用了63个单片机。据统计，在一辆高档轿车内，已经集成了30-100个不同的微处理器。p 智能仪器仪表仪表应用单片机，可以提高仪表的精度和准确度，简化结构，减小体积而便于携带。加速仪表向数字化、智能化、多功能化方向发展。误差校正、线性化处理等可用软件实现。单片机的应用p 工业现场控制在各种实时控制系统中，单片机得到了广泛的应用，如流量、液位、转速、位移、压力、温度等测量和控制工业上过程控制中的各种物理参数，经过单片机的实时处理和控制，可以控制得到一个精确度很高的

3、水平。使系统处于最佳工作状态，提高系统的生产效率和产品质量。单片机的应用类型工作温度范围民品0+70工业品-40+85军品-65+125p 军事技术由于单片机使用温度范围广，利用可靠性高、适应各种恶劣环境的特点，在导航制导、鱼雷制导控制、智能武器装备、航天飞机巡航系统等领域，单片机也得到了广泛的应用。单片机的应用单片机的应用利用单片机构成的分布式测控系统，系统中有若干台由单片机组成的功能各异的仪器设备，之间通过通信相互联系和交换数据，各自完成特定的任务的同时协调完成整体任务，能同时采集或处理的信息更多。p 分布式控制系统在较复杂的系统中，都采用分布式多机系统，分布式系统具有功能强、可靠性高的特

4、点。什么是单片机单片机（Microcontrollers）是一种集成电路芯片，构成了一个小而完善的微型计算机系统。组成部分：微处理器(CPU)：数据处理和命令控制存储器(RAM、ROM、EPROM)：程序和数据存储I/O接口：接收外部数据和状态，输出数据和命令。指令系统：用于操作单片机完成数据的交换与处理。课程体系结构单片机的硬件单片机的硬件单片机内部结构和工作原理单片机内部结构和工作原理寻址方式和指令系统寻址方式和指令系统编写程序的基础编写程序的基础程序设计程序设计介绍程序设计的方法介绍程序设计的方法计数器计数器实时控制实时控制中断处理中断处理定时与脉冲检测定时与脉冲检测串口串口数据通信数据

5、通信AD/DAAD/DA接口接口数据获取与控制数据获取与控制计算机的工作原理数据的表示和运算 第1章: 单片机概述(2学时) 第2章: 计算机中数的表示(2学时) 第3章: MCS-51单片机的硬件结构(4学时) 第4章: MCS-51单片机指令系统(4学时) 第5章: MCS-51单片机程序设计(4学时) 第6章: MCS-51的中断系统(2学时) 第7章: MCS-51的定时器/计数器(2学时) 第8章: MCS-51的串行口(2学时) 第9章: MCS-51的模拟接口(2学时)课程内容与计划安排第一章 单片机概述1.1微型计算机概述 1946年电子计算机ENIAC(Electronic

6、Numerical Integrator and Calculator)在美国宾夕法尼亚大学诞生。ENIAC参数 参数值电子管数18800电阻数7万个电容器数1万个开关数6000个重量30吨占地面积 150平功率150KW每秒运算能力5000次加法冯诺依曼计算机提出：（1）计算机由五部分组成；（2）指令和数据由二进制表示；（3）程序存储；（4）顺序执行；（5）以运算器为中心。计算机之父：约翰冯诺依曼（John Von Nouma，19031957），美藉匈牙利人，世界著名数学家，最大贡献是对计算机科学、计算机技术和数值分析的开拓性工作。数据指令输 入 设 备输 出 设 备存储器运算器控制器电子

7、计算机结构 微型计算机分类与特点体积小，重量轻，功耗低价格低廉，性能优良可靠性高、结构灵活使用环境要求不高，应用面广微型机具有的特点计算机按照体积、性能和价格进行分类：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机。微型计算机的发展概况微机的发展经历了5代q第一代微处理器：1971年（4位和8位微处理器）q第二代微处理器：1973年（8位微处理器）q第三代微处理器：1978年（16位微处理器）q第四代微处理器：1983年（32位微处理器）q第五代微处理器：1993年（32位64位微处理器）微处理器的发展第一代4位或低档8位微处理器p典型产品： Intel 4004（71年，4位微处理器） Intel

8、8008（72年，8位微处理器）p特点：集成度： 2300只晶体管片时钟频率：小于1MHz平均指令执行时间：10-15s采用机器语言编程。第一代相关图片工作电压:15V主频：0.74MHZIntel 4004工作电压：5V主频：0.50.8MHZIntel 8008微处理器之父1971年设计4004特德霍夫微处理器的发展第二代中高档8位微处理器p典型产品：Intel 8080（1973年）Motorola MC6800（1974年）Zilog Z80（1975年）Intel 8085（1976年）p特点：集成度： 4500只晶体管片时钟频率：l-4MHz平均指令执行时间：1-2s第二代相关图片

9、工作电压:5V 主频：2MHZIntel 8080工作电压：3.3V主频：12MHZMotorola MC6800第二代相关图片工作电压:5V 主频：36MHZIntel 8085工作电压:5V 主频：4MHZZilog Z80第三代16位微处理器p典型产品： Intel 8086（1978年） Zilog Z8000（1979年） Motorola 68000（1979年） Intel 80286（1983年） Motorola 68010（1983年）p特点：集成度： 2万-7万只晶体管片 时钟频率：4-25MHz平均指令执行时间：0.5s微处理器的发展第三代相关图片工作电压:5V 主频：

10、510MHZIntel 8086工作电压:5V 主频：425MHZIntel 80286微处理器的发展第四代32位高档微处理器p典型产品： Zilog Z80000（1983年） Motorola 68020（1984年） Intel 80386（1985年） Intel 80486（1989年） Motorola 68040（1989年）p特点：集成度： 15万-50万只晶体管片时钟频率：16-100MHz平均指令执行时间：0.1s第四代相关图片主频：1640MHZIntel与AMD竞争开始激烈Intel 80386AMD 486微处理器的发展第五代32位64位微处理器的发展p典型产品： I

11、ntel Pentium系列产品（1993年起） IBM公司 Power PC系列产品（1996年起） AMD公司系列产品p特点：集成度：300万以上时钟频率：100M几GHZ发展方向：32位64位转换、支持多媒体处理、向多核方向发展、不一味追求主频的提高。第五代相关图片电压：1.75V主频：1.33.8GHZPentium 4工作电压：0.851.35V主频：2GHZ左右多核时代的到来Core 微型计算机系统 一个微处理器并不能构成完整的计算机系统CPU存储器I/O接口I/O设备ABDBCBI/O接口I/O设备1.2微型计算机的工作原理计算机需要识别用户的输入，进行数据存储，数据运算等操作，

12、并且以适当的形式输出处理结果。整个过程由计算机自动控制完成。硬件：计算机中有形物体称为硬件。【硬件功能说明】 用算盘计算z=ax+b-c,各数均存放在带横格纸上axb运算步骤的确立计算z=ax+b-c的步骤： 数值a送运算器 乘以x得a*x，存入运算器 加上b，存入运算器 减去c，得最终运算结果 保存结果 结果输出 停机结束行号说明1取数 （9）2乘法 （12）3加法 （10）4减法 （11）5存数 Z136输出7停止89a=310b=911c=812x=213硬件功能举例z=ax+b-c行号说明1取数 （9）算盘2乘法 （12）算盘3加法 （10）算盘4减法 （11）算盘5存数 Z136输出

13、7停止89a=310b=911c=812x=213运算步骤z=7特点：解题步骤事先已知； 程序存储 按既定顺序执行。 顺序执行结论q计算机中需要“纸”来记录我们解题的步骤和所需要的数据存储器。q计算机中需要“算盘”来计算运算器。q计算机中需要“笔”来书写解题步骤和已知数据和记录数据输入设备和输出设备。q计算机中需要“人脑”来协调整个运算的过程控制器。将存储器、运算器、输入输出接口全部集成在一块小芯片上，就构成了单片机。计算机的微型化单片机： Microcontroller，指将CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。因此，一块芯片就构成了一台微型

14、计算机。它已成为工业控制领域、智能仪器仪表、武器系统、日常生活中最广泛使用的计算机形式。通常简称为MCU或EMCU，即MicroController Unit 与Embedded MicroController Unit 。1.3 单片机的定义及分类通用微型计算机：各部件功能很强，组成一个完整的计算机系统需要多个部件。缺点：成本较高、体积较大、在恶劣环境下可靠性较差。 在很多应用系统中，对各部件的功能要求不是很高，因此有可能将多个功能部件集成到一个芯片上。 优点：体积、重量、价格、装配成本、功耗低。可靠性较高单片机出现的原因 单片机单片机内含：CPU存储器I/O接口简单的单片机系统u 按字长分

15、类可分为4位、8位、16位、32位等类型。就目前的应用情况来看8位机仍是主流。u 按应用分类 通用型：如8051单片机。 专用型：电话机、电视机、遥控器、传真机、空调、微波炉、洗衣机、电冰箱、玩具、手机、打印机、键盘等。单片机的分类p 第一阶段（19761978年）：低性能单片机阶段。 主要用于工业领域。p 第二阶段（19781982年）：高性能单片机阶段。 应用范围较广，并在不断的改进和发展。p 第三阶段（19821990年）：16位单片机阶段。 实时处理能力更强，体现了微控制器的特征。p 第四阶段（1990年年）：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，向高速、强运算能力、

16、寻址范围大以及小型廉价方面发展。单片机的发展概况 功能集成化（通用型）A/D，D/A，WDT等众多外围电路集成至片内。 CPU的改进采用双CPU结构，提高处理能力；增加数据总线宽度。 高速化速度越来越高，可实现复杂的控制算法 字长增加更适合于复杂控制算法和数字信号处理单片机发展趋势 存储容量增加 更适合于数据处理和程序较长的应用 存储器类型：FLASH取代EPROM。 低功耗 CMOS工艺、低电压（3.3,2.7,2.5,1.8,1.2） 空闲方式、掉电方式、时钟切换 新技术 RISC、ISP、IAP（固件更新，非易失性存储）、JAVA VM、嵌入式Internet单片机发展趋势价格低廉单片机

17、特点体积较小单片机特点 简单易用指令系统简单，支持高级语言。如8051单片机。只有111条汇编指令；支持C等高级语言。功能灵活型号种类繁多，发展迅速；Intel、Atmel、Philip、Motorola、Microchip等厂家均推出了多个系列不同配置，独具特色的单片机，其中包括8位机、16位机和32位机。单片机特点可靠性相对PC而言较高控制功能较PC强MCS-51的结构使其特别适用于实时控制、智能仪表、分布式控制系统。基本型：4KB ROM ，128B RAM，4个8位并行口，一个全双工串行口，两个16位定时器/计数器，集成度高、可靠性高、功能强（有加、减、乘、除及各种逻辑运算和转移指令，

18、有强大的位操作功能）。分类：ROM型： 8051 4KB ROM，ROM由厂家定制（专） EPROM型： 8751 4KB EPROM 无ROM型： 8031 无ROM，必须外接程序存储器1.4 MCS-51单片机简介兼容型： ATMEL AT89C51/2 LG GMS97C51 PHILIPS 80C51系列 80C552（A/D） 80C592（CAN总线） 89C51RX2（FLASH，XRAM） Silicon Labs C8051Fxxx DALLAS TI 1.4 MCS-51单片机简介型 号制造技术片内程序存储器片内数据存储器8051AHH MOSROM (4k)128字节80

19、31AHAH MOS无128字节8751HH MOSEPROM（4K）128字节80C51CHMOSROM （4K）128字节80C31CHMOS无128字节8052H MOSROM （8K）256字节8032H MOS无256字节MCS-51系列型号1.5 单片机的选型单片机选型受多种因素的影响不同厂家：INTEL, PHILIPS, ATMEL, DALLAS, SILABS,MOTOROLA, MICROCHIP, SGS-THOMSON, SIEMENS, NEC, HITACHI, TOSHIBA 同一厂家，不同产品： 如Silicon Labs C8051F单片机百余种，资源不同，封装形式不同 l按应用：硬件资源情况l按开发手段：现有开发设备，购置新设备成本，熟练程度等l按批量大小：EPROM（FLASH）、OTP、ROMl固件更新方式：是否需要ISP、IAP功能1.5 单片机的选型 单片机自身无开发能力