单片机控制原理第 章

1、单片机控制原理第 章第1页，共30页，2022年，5月20日，2点51分，星期二第一章 单片机的基础知识第二章 MCS-51单片机结构及工作原理第三章 指令系统和汇编语言(程序设计)第四章 定时计数器第五章 串行通讯第六章 中断处理第七章 单片机的存储器扩展第八章 单片机IO扩展单片机控制原理第2页，共30页，2022年，5月20日，2点51分，星期二课时安排授课内容有侧重点。教学（20学时）实验教学（ 8 学时）考查方式闭卷考试卷面成绩70，平时成绩30（作业 +提问）备注： 平时点名的原则： 第一次点名没到扣总成绩的30% ， 第二次点名没到扣总成绩的20% 。第3页，共30页，2022年

2、，5月20日，2点51分，星期二第一章 单片机的基础知识在本章中，主要讲以下几个部分：单片机的概念、MCS系列单片机的特点及分类；（重点难点）；单片机的发展、应用领域及发展趋势；介绍单片机相关的预备知识。第4页，共30页，2022年，5月20日，2点51分，星期二 手机、MP3、洗衣机、冰箱以及各种仪表等都是专用的特殊功能的芯片（单片机），而单片机问世以来，随着单片机技术的发展，它在芯片内集成了许多面对测控对象的接口电路，如 ADC、DAC、高速I/O口、PWM、WDT等，已经发展到嵌入式ARM、AVR、FPGA等。单片机卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。FPGA : (Fiel

3、d-Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列;ARM : Advanced RISC Machine AVR : AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的 RISC (Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机 第5页，共30页，2022年，5月20日，2点51分，星期二什么是单片机? 在半导体硅片上集成了微处理器(CPU)，存储器(RAM、ROM、EPROM)和各种输入、输出接口。它具有一台计算机的属性。也称为： 微控制器 MCU (MicroController Unit) 嵌入式控制器 EM

4、CU（Embedded MicroController Unit）。 我国，习惯使用“单片机”这一名称。（以后讲的定义及相关的软硬件知识均只针对 Intel 公司的MCS-51/96 芯片。）第6页，共30页，2022年，5月20日，2点51分，星期二 我们重点介绍的是Intel公司1980年推出的MCS-51/96系列 8 位CPU，并行I/O口，增有串行I/O口，16位定时/计数器，可进行中断处理，具有并行三总线结构，RAM，ROM容量较大，最大寻址范围为64KB。 MCS-51单片机是目前开发的完备的通用芯片，在国内使用的最广泛，可以利用的软硬件资源很丰富。第7页，共30页，2022年，

5、5月20日，2点51分，星期二第8页，共30页，2022年，5月20日，2点51分，星期二第9页，共30页，2022年，5月20日，2点51分，星期二第10页，共30页，2022年，5月20日，2点51分，星期二 plastic quad flat pack (PQFP) 塑料四方扁平封装第11页，共30页，2022年，5月20日，2点51分，星期二Plastic Leaded Chip Carrier) 带引线的塑料芯片 第12页，共30页，2022年，5月20日，2点51分，星期二一、单片机的概念、MCS系列单片机特点及分类1. 定 义： 单片机是在一块芯片上集成了中央处理器 CPU（Ce

6、ntral Processing Unit， CPU）、随机存储器RAM（Random Access memory , RAM）、只读存储器ROM（Read-only memory）（EPROM，E2PROM）、定时/计数器CTC(counter/timer circuit)和多个输入/输出接口I/O等。单片机MCS（single-chip Microcomputer）全称为单片微型计算机或微处理单元（Micro Processor Unit，MPU）。2. MCS单片机的特点： 单片机的体积小，可靠性高，价格便宜，功耗低，它是目前应用最广泛的工业控制。第13页，共30页，2022年，5月20

7、日，2点51分，星期二3. 按用途可分为通用型和专用型两大类:（1）通用型： Intel 8051 可开发的内部资源：RAM、ROM、I/O等功能部件，全部提供给用户。用户根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核心的测控系统。（2）专用型：8096 C8051F340 专门针对某些产品的特定用途而制作的单片机，针对性强且数量巨大。专用芯片要求对系统结构的最简化、可靠性和成本的最佳化等方面都作了全面的考虑。如8096单片机上还集成了ADC 和DAC转换芯片；手机芯片上开发的有USB接口C8051F340；DSP 系列中的TMS320F2812集成了PWM功能。第14页，共30页，2022年，5月2

8、0日，2点51分，星期二二、单片机发展、应用领域及发展趋势发 展第一阶段：1974年1976年，单片机初级阶段。 双片的形式，且功能比较简单。第二阶段：1976 1978年，低性能单片机探索阶段。 以Intel 公司的MCS-48单片机为代表。 MCS-48：8位CPU ，并行I/O口，8位定时计数器，无串行I/O 口，RAM、ROM容量较小，寻址范围小于4KB。第15页，共30页，2022年，5月20日，2点51分，星期二第三阶段：1978年-至今，高性能单片机阶段。 Intel公司的 MCS-51系列、Motorola公司的6801系列等。MCS-51：8位CPU，并行I/O口，增有串行I

9、/O口，16位定时/计数器，可进行中断处理，具有并行三总线结构, RAM ROM容量较大，最大寻址范围为64KB。第四阶段：1982-至今 该阶段是8位机的进一步完善发展及16位单片机、32位单片机推出阶段。 典型产品为MCS-96：有串、并行的通信功能，定时/计数、中断处理的功能更强， RAM、ROM容量更大，并增加了多通道A/D及 D/A转换器，寻址范围为64KB。第16页，共30页，2022年，5月20日，2点51分，星期二2. 应用领域： 凡是与控制或简单计算有关的电子设备都可以用单片机来实现，再根据具体实际情况选择不同性能的单片机，如：Atmel，stc，pic，avr，凌阳，phi

10、lip，arm等。主要应用于以下几方面：智能仪器仪表：数字示波器、数字信号源、数字万用表、感应电流表等。工业自动化：如数据采集、测控技术。用于提高加工的自动化程度和精度。实时控制系统：对一些实时过程的控制与监测，实现过程中数据的实时处理与控制，从而保证系统的最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。第17页，共30页，2022年，5月20日，2点51分，星期二消费类电子产品：如洗衣机、电冰箱、空调机、电视机、微波炉、手机、IC卡、汽车电子设备等。通讯方面：调制解调器、手机, blue-tooth等。武器装备：飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、鱼雷制导、智能武器等。3. MCS-51系列单片机

11、 20世纪80年代后期：Intel公司以专利或技术交换的形式把8051内核技术转让给其他厂家。如：ATMEL、PHILIPS、ANALOG DEVICES、DALLAS公司。这些厂家生产的兼容单片机，与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺。 第18页，共30页，2022年，5月20日，2点51分，星期二 目前，单片机的主要生产厂家：（1）美国Intel公司 MCS-51系列及其增强型、扩展型系列。（2）美国ATMEL公司AT89C51、89C52、89C55、89S52等。（3）荷兰PHILIPS（菲力浦）公司 8xC552系列 。 此外：AVR、PIC (PIC16C7

12、65 MCU with USB)、MICROCHIP(PIC16F87X)等单片机也有广泛的应用。 89C51系列：所有具有8051指令系统的单片机，不应直接称为MCS-51系列单片机，MCS只是Intel公司专用的单片机系列符号。第19页，共30页，2022年，5月20日，2点51分，星期二MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类: （1）基本型 典型产品：8031/8051/8751 RAM-128字节 ROM-4KB。（2）增强型 典型产品：8032/8052/8752 8032/52： RAM-256字节，ROM-8KB， 16位定时器/计数器增至3个。（3）低功耗型 典型产

13、品：80C31/87C51/80C51。（4）专用型 8044/8744，用于总线分布式多机测控系统。美国Cypress公司的EZU SR-2100单片机-USB接口。第20页，共30页，2022年，5月20日，2点51分，星期二 (5）超8位型 典型产品：PHILIPS公司80C552/87C552/83C552系列单片机。 将MCS-96系列（16位单片机）I/O部件如：高速输入/输出（HSI/HSO）、A/D转换器、脉冲宽度调制（PWM）、看门狗定时器（WDT）等移植进来构成新一代MCS-51产品。（6）片内闪烁存储器型 典型产品： AT89C51单片机。第21页，共30页，2022年，

14、5月20日，2点51分，星期二 MCS-51系列单片机及其兼容机有 基本型、增强型、低功耗型 、专用型、超8位型和片内闪烁存储器型 . MCS-51系列以及80C51系列单片机有多种类型， 但掌握好MCS-51的基本型（8031、8051、8751或80C31、80C51、87C51）是十分重要的。它们是具有MCS-51内核的各种型号单片机的基础，也是各种增强型、扩展型等衍生品种的核心。第22页，共30页，2022年，5月20日，2点51分，星期二4. 单片机的发展趋势1）CPU的改进 （1）采用双CPU结构，提高处理能力。 （2）增加数据总线宽度，内部采用16位数据总线。 （3）串行总线结构

15、，菲利浦公司的总线（InterICbus）。用两根信号线代替现行的8位数据总线。2）存储器的发展（1）加大存储容量。（2）片内EPROM采用 E2PROM或闪烁（Flash）存储器。（3）程序保密化。 3）片内I/O的改进（1）增加并行口的驱动能力，能直接输出大电流和高电压。（2）增加I/O口的逻辑控制功能。（3）设置了一些特殊的串行接口功能，构成分布式、网络化系统。第23页，共30页，2022年，5月20日，2点51分，星期二4) 提高集成度外围电路内装化 不断提高器件的集成度，把众多的外围功能部件集成在片内系统的单片化。代表：8051F单片机5)低功耗化 CMOS化 CHMOS工艺。 总之

16、，单片机向高性能、高速、低功耗、低价格、高集成度方向发展。5. 单片机的使用温度：民品： 0C +70C 工业品：-40 C +85C军品： -55 C +125C 汽 车：-40C +105C 第24页，共30页，2022年，5月20日，2点51分，星期二三、.预备知识：（课后作业）1. 存储器简介： memory是单片机的主要组成部分之一，主要用于存储信息，它的分内存和外存：内存： RAM：随机存储器，其中信息可读可写，断电丢失全部内容。 ROM：只读存储器，用户不可更改其内容，与EPROM同样，断电仍可保存信息。 EPROM：可擦除可编程的只读ROM。Vpp=12V（写入）用紫外线可擦除

17、其内容（除型号为27开头的芯片，如 27C020）。 E2PROM： 电可擦除ROM，+25V电源可改写。 FLASH： + 5V电源就可擦写。外存： 硬盘、软盘、优盘、光盘第25页，共30页，2022年，5月20日，2点51分，星期二三、.预备知识：（课后作业）2.数制及其间的转换 （1） 数 制 常用的计数方法：二（B）、八(Q)、十（D）、十六（H）、十二及六十进制等。二进制：binary（B）八进制 ：octal (O)十进制：decimal（D）十六进制：hex （H）十二进制：duodecimal 六十进制：sexagesimal 第26页，共30页，2022年，5月20日，2点5

18、1分，星期二三、.预备知识：（课后作业）（2）数制的转换 二，十六进制转换为十进制时，原则为按权展开相加。 十进制转换为二，八，十六进制时，原则为整数部分除基取余，先出低位；小数部分乘基取整，先出高位。例1 4.32D=100.0101B （取四位小数，并非精确）例2 254.73D=376.56Q=FE.BA H 第27页，共30页，2022年，5月20日，2点51分，星期二3. 数的表示法真值：一个数的实际大小称为这个数的真值。 数在单片机中的表示法：机器数有原码、反码和补码三种形式。 原码：正数的符号 0 ；负数的符号 1。正数的原码与真值相等。反码：正数的反码与其原码相同；负数的反码则为其对应的原码按位取反（符号位除外）。补码：正数的补码与其原码相同；