单片机 第一章

1、1、什么是计算机？计算机是如何工作的？计算机系统2、什么是单片机？单片机是如何工作的？单片机照片3、为何要学习本课程？4、希望能学到什么？课程简介 单片机原理与应用课程简介单片机照片33mm2世界上最小的单片机5mm2 (2.17mm2.32mm)智能小车微控制器的市场（中国）微控制器的市场（中国）计算机技术的“15年周期定律”IBM前主席兼首席执行官郭士纳 （Louis V. Gerstner, Jr.,）1950年前后出现第一代计算机1965年前后大型计算机1980年前后微型机1995年前后互联网2010年前后物联网物联网的三层体系DCMDevices感知层末端设备传感器、控制器、执行器、

2、子系统电梯、HVAC（Heating, Ventilation, and Air-Conditioning）、仪器仪表、流水线、Connect网络层有线或无线通信连接系统有些末端设备本身具有通信功能RFID、智能卡、RTU（Remote Terminal Unit）、DTU（Data Terminal unit）、PLC、DCSManage应用层M2M、总控管理和应用系统 智能家居返回教材： 单片机原理及接口技术（C语言版） 陈连坤，北京交通大学出版社，2010年2月参考：单片机原理与实践 陈连坤，北京交通大学出版社，2009年11月其他：MCS-51单片机说明书C8051FXXX单片机说明书

3、C51和A51说明书Vision IDE说明书单片机原理与应用课程简介学时数：32（26+4+2）主讲教师：陈连坤办公地点：YF102电话：51685528E_mail：lkchen教学网站：5./ts相关课程C语言程序设计数字电路计算机组成原理单片机原理与应用课程简介大计讲课内容分为四大部分单片机的组成、系统设计及开发的相关知识（第1章第3章）（3+3+1=7学时）微机系统、嵌入式系统与单片机（微控制器）嵌入式系统的特点及开发方法Vision的应用单片机原理与应用课程简介51单片机的基本模块的应用四大模块（3+2+5+3=13学时）I/O（第4章）（3学时）中断系统（第5章）（2学时）定时器

4、（第6章）（5学时）UART（第9章）（3学时）单片机原理与应用课程简介51单片机的其他模块的应用（1+1+2=4学时）时钟系统（第7章）（1学时）WDT（第8章）（1学时）I2C和SPI（第10、11、12章）FLASH（第13章）模拟模块（第14章）USB（第17章）单片机原理与应用课程简介（2学时）人机交互（1+1=2学时）输出LED、LCM（第15章）（1学时）输入专用键盘、PC键盘、触摸屏（第16章）（1学时）单片机原理与应用课程简介实验开发环境Vision软件仿真习题/实验硬件调试（4学时）C8051F320微控制器的软件开发单片机原理与应用课程简介多练习、多提问基本要求系统设计开

5、发的基本概念单片机的基本原理及应用用C语言进行编程软、硬件调试的基本方法单片机原理与应用课程简介课程的考核方法课后作业与听课考勤（30%）实验、实验报告（30%）期末考试（开卷笔试，40%）独立完成作业和实验单片机原理与应用课程简介1.1 计算机系统的组成硬件系统 + 软件系统硬件系统（五大部件）运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备1.单片机原理及单片机系统的开发方法返回CPU微处理器(MPU)、单片机(MCU)、数字信号处理器(DSP)控制器运算器寄存器通用寄存器专用寄存器PSWPCSP累加器1.1 计算机系统的组成软件系统软件、应用软件（用户软件）指令系统二进制编码操作码 + 操作数

6、指令类型数据传送运算：数值运算+逻辑运算程序控制处理器控制1.1 计算机系统的组成寻址方式立即数寻址，ROM寄存器寻址，CPU直接寻址，RAM寄存器间接寻址，RAM1.1 计算机系统的组成1.2 嵌入式系统与单片机系统单板：单板机(SBC)1.2 嵌入式系统与单片机系统 单片：片上系统（SOC） 单片：微控制器 (MCU)*微控制器：国内多称单片机微处理器MPUCPUROM用户软件（系统软件）I/ORAM 单片机的发展历程第一阶段（1976年1978年）单片机的探索阶段，MCS-48第二阶段（1978年1982年）单片机的完善阶段，MCS-51第三阶段（1982年1990年）8位单片机巩固发展

7、、16位单片机推出、向微控制器发展的阶段，80C51、MCS-96第四阶段（1990年）微控制器的全面发展、32位机的推出阶段1.2 嵌入式系统与单片机系统单片机的特点集成度高、体积小和具有很高的可靠性电磁干扰小接口芯片少电路板简单低功耗、低电压易于开发硬件设计的的难度降低、调试也相对容易开发的主要精力可以集中在软件上1.2 嵌入式系统与单片机系统可供选择的种类较多通用型和专用型字长、性能性能价格比高开发成本生产管理成本产品维护成本1.2 嵌入式系统与单片机系统1.2 嵌入式系统与单片机系统片外总线振荡器内部外部频率切换CPU51内核特殊功能寄存器（SFR，Special Function R

8、egister）单片机内部所集成部件的控制命令字、状态字和数据缓存完成软件与硬件的交互作用1.2 嵌入式系统与单片机系统存储器程序存储器：ROM、OTP ROM、EPROM和FLASH数据存储器：SRAM，有些单片机集成EEPROM、铁电存储器总线地址总线、数据总线和控制总线包括片内总线和片外总线有些单片机不再提供片外总线扩展外部器件可采用串行总线接口，如，I2C、SPI、USB等1.2 嵌入式系统与单片机系统1.2 嵌入式系统与单片机系统ROM操作和RAM操作不能同时进行ROM操作和RAM操作可同时进行冯诺依曼（普林斯顿）哈佛定时器计数器标准部件计数器外部信号作为输入定时器系统时钟作为输入有

9、些单片机还集成了可编程计数器阵列（ PCA，Programmable Counter Array）1.2 嵌入式系统与单片机系统各种输入输出接口通用输入输出端口（GI/O）标准部件准双向接口，数据通过引脚直接输入输出一般采用漏极开路，输出的高电平由上拉电阻实现双向驱动能力的推拉（Push-Pull，也称推挽）输出方式，即，图腾柱（Totem Pole）输出方式绝大多数单片机的通用输入输出端口引脚与其他内部器件的引脚复用1.2 嵌入式系统与单片机系统各种串行通信接口和总线接口通用异步收发器UART标准部件同步传输时，UART是主设备，半双工异步传输时，全双工异步传输经电平转换可用于实现RS-23

10、2的通信异步传输经电平转换和收发控制，可用于实现RS-485的通信1.2 嵌入式系统与单片机系统I2C二线同步半双工串行接口，一根串行数据和一根串行时钟。每个从器件都有一个唯一的地址，支持一主多从工作方式。SPI三线同步全双工串行接口，一根串行时钟线和两根单向数据线支持是一对一的主从工作方式增强型SPI可I实现处理器间的相互通信1.2 嵌入式系统与单片机系统USB二线异步半双工串行接口，支持即插即用（Plug and Play，PnP）功能USB接口（USB2.0及以下标准）共有四根线，两根电源线，两根构成双绞线用于传输一个信号,采用的是平衡传输方式分为USB主设备和USB外设CAN属现场总线

11、（Field bus）1.2 嵌入式系统与单片机系统其他类型的接口模数转换器（ADC）数模转换器（DAC）红外线接口LCD控制模块强电控制模块1.2 嵌入式系统与单片机系统单片机的工作过程固化程序程序以机器码形式存储在程序存储器中常见的类型掩膜ROM型大批量生产OTP型小批量生产EPROM型开发FLASH型开发、小批量生产1.2 嵌入式系统与单片机系统程序下载方法无JTAG接口单片机编程器（烧写器、烧录器）实物照片有JTAG接口单片机FLASH型，直接通过JTAG接口下载程序1.2 嵌入式系统与单片机系统1.2 嵌入式系统与单片机系统返回复位向量（复位地址）程序的第一条代码在程序存储器的地址必

12、须与复位向量相同51系列单片机的复位向量是“0000”工作过程：根据程序计数器（PC）读取和执行程序取指：按一定的顺序将程序读入控制器的指令寄存器（Instruction Register，IR）译码：由指令译码器（Instruction Decoder，ID）将指令转换为对应的控制信号执行：在控制信号的控制下完成指令所规定的操作1.2 嵌入式系统与单片机系统1.2 嵌入式系统与单片机系统与机器指令一一对应CPU机器指令1100011011001101所有机器指令构成指令系统汇编语言.ASM/.A51伪指令操作指令汇编器如何汇编C语言.C非操作语句操作语句与机器指令无特定的对应关系编译器如何编

13、译.obj连接器在有些开发工具中是目标系统的一部分1.2 嵌入式系统与单片机系统调试器前端IDE1.2 嵌入式系统与单片机系统1. 模拟器ROM调试在PC机上运行模拟器/仿真软件进行软件调试将软件下载至系统进行实际运行判断程序的问题进行修改1.2 嵌入式系统与单片机系统网络接口，支持远端调试RS232接口，支持仿真终端支持调试的DEB下载至目标板，2. 调试器调试1.2 嵌入式系统与单片机系统DEB（Debugger，调试器）下载至目标板中要求与DEB有关部分的硬件电路（通信、CPU、程序存储器）能正常工作硬件排错较弱软件下载至CPU或ROM中（FLASH/RAM）进行调试 目标板(待开发的系

14、统)上位机(PC)通信/协议适配器/ICDCPUROMDEB1.2 嵌入式系统与单片机系统DEB是与应用无关的特殊软件如：MON51、ISD51等（表1-1）占用系统额外的资源RAMROM定时器UART1.2 嵌入式系统与单片机系统接PC，运行IDEICE仿真头CPU插座目标板3. 在线仿真器1.2 嵌入式系统与单片机系统ICE（In-Circuit Emulator）的仿真头取代目标板上的CPU使用ICE中的ROM（通常为RAM），可使用ICE中或目标板上的RAM硬件排错能力强受物理/时序/工作频率限制软件开发完成将程序烧录至CPU或ROM中（OPT、EPROM、EEPROM、FLASH）通用性差 目标板(待开发的系统)上位机(PC)ICE在线仿真器ROMCPU1.2 嵌入式系统与单片机系统接PC，运行IDEICD接C