单片机原理及应用概述1课件

单片机原理及应用湖南理工学院物理与电子信息系湛腾西单片机原理及应用湖南理工学院物理与电子信息系湛腾西1课程特点知识点既分散又连贯，组成结构、工作原理和指令系统是基础；与电子技术尤其是数字电子技术关系密切；单片机主流开发工具与环境为C51编译器，因此必须加强C语言的复习；课程特点知识点既分散又连贯，组成结构、工作原理和指令系统是基2学习方法预习、复习；多动手（硬件、软件实验）；多看参考书(包括利用网上资料)；其它（上课、作业、答疑）。学习方法预习、复习；3教材与参考资料周航慈.单片机应用程序设计技术（修订版）[M].北京航空航天大学出版社，2002.11周航慈.单片机程序设计基础（修订版）[M].北京航天航空大学出版社，2004胡汉才.单片机原理及其接口技术（第二版）[M].清华大学出版社，2004.2徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计（第2版）.北京航空航天大学出版社，2004.9李刚.新概念单片机教程[M].天津大学出版社，2007何立民.单片机高级教程:应用与设计(第2版).北京航空航天大学出版社，2007.1教材与参考资料周航慈.单片机应用程序设计技术（修订版）[M]4第1章单片机概述“信息高速公路”或因特网供应商每年约售出3亿台/件产品手机制造商每年约销售5亿部手机。单片机（MCU）市场每年销售量就超过50亿片，为众多日常用品提供智能。其中8位单片机的年销售量达到约30亿片。要想了解分布式智能市场，需要考察推动总体需求的动力、明确实现过程中的技术因素并确定一些新的应用。

第1章单片机概述“信息高速公路”或因特网供应商每年约售出5

需求发展推动单片机应用第一个需求趋势：越来越多的产品集成了电子控制来提供更好的功能、

一般的消费者每天中午前接触到的物品中就包含近100个从烤面包机、吹风机、无绳电话、安全系统、微波炉、洗衣到汽车的众多产品都加入了嵌入式智能器件来增强可靠性、改善能效、保证安全、提高产品灵活性或简化用户接口。

需求发展推动单片机应用6需求发展推动单片机应用第二个需求趋势：就是在最终市场本身可能增长并不快的有些应用中，每个系统使用的单片机数量却在不断提高。

汽车就是一个很好的例子。现在，每辆汽车平均包含30~40个单片机，而仅仅几年前这一数字仅为10个左右。冰箱、空调和洗衣机等家用电器也开始在每个系统中使用多个单片机。在所有这些情况下，由于产品中使用多个单片机来提供嵌入式智能，因此这些产品中单片机使用量的增长速度远远高于这些产品本身的增长速度。需求发展推动单片机应用第二个需求趋势：7需求发展推动单片机应用第三个趋势

全球电子类产品消费的增长。其中亚洲为这一增长做出了重要贡献。随着生活水平的不断提高，一些过去认为奢侈的东西现在已成为生活必需品，从而刺激了对嵌入式智能产品的需求。

需求发展推动单片机应用第三个趋势8技术发展影响单片机应用

制造技术。

更小的光刻工艺提高了集成度，从而使芯片更小、成本更低、工作电压更低。但更低的工作电压也有副作用，更低工作电压的好处是可以降低系统的功耗和热耗散，从而使更小的电池供电系统成为可能。(有利蔽)技术发展影响单片机应用制造技术。9技术发展影响单片机应用闪存技术

第二个重要技术趋势是消费者接受可再编程单片机的速度。可再编程单片机是单片机市场中增长最快的部分。基于闪存的单片机与基于ROM的单片机在成本上的差距已迅速缩小。此外，随着软件复杂性的增加，对闪存单片机这样的灵活解决方案的需要也在增长。

技术发展影响单片机应用闪存技术10技术发展影响单片机应用模拟模块集成技术

最后一个重要趋势是越来越多的复杂模拟模块集成到单片机中。单片机系统提供直接模拟接口已经变得相当普遍，而片内模数转换器（ADC）、掉电复位、低压降以及内部振荡器等特性已经成为许多单片机产品系列的标准特性。技术发展影响单片机应用模拟模块集成技术11提示单片机应用给电子产品带来了分布式智能提示单片机应用给电子产品带来了分布式智能12单片机概述20世纪70年代问世。已广泛应用在：工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等方面。1.1什么是单片机？

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。单片机概述20世纪70年代问世。在半导体硅片上集成了微13特点：具有一台计算机的属性。也称为：

微控制器MCU(MicroControllerUnit)

嵌入式控制器EMCU（EmbeddedicroControllerUnit）。我国，习惯使用“单片机”这一名称。特点：具有一台计算机的属性。也称为：微控制器MCU(Mi14单片机分类（按用途）：通用型和专用型通用型专用型可开发的内部资源：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。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。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。“专用”单片机具有十分明显的综合优势。单片机分类（按用途）：通用型和专用型可开发的内部资源：RAM151.2单片机的历史及发展概况四个阶段: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年～1978年）:低性能单片机阶段。以Intel公司制造的MCS-48单片机为代表。第三阶段(1978年～现在)：高性能单片机阶段。Intel公司的MCS-51系列、Mortorola公司的6801系列等。第四阶段(1982年～现在)：8位单片机巩固发展及16位单片机、32位单片机推出阶段。1.2单片机的历史及发展概况四个阶段:第一阶段(1974161.38位单片机的主要生产厂家和机型

（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89C51、89C52、89C55、89S52等。（3）荷兰PHILIPS（菲力浦）公司8xC552系列。（4）美国siliconlabs公司C8051F系列,MicrochipPIC系列单片机等

。MCS-51系列单片机在我国得到了广泛的应用，主流系列,软、硬件设计资料丰富齐全。1.38位单片机的主要生产厂家和机型（1）美国I171.4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，菲利浦公司的I2C总线（Inter－Icbus）。用两根信号线代替现行的8位数据总线。1.4单片机的发展趋势1.CPU的改进（1）采182．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。2．存储器的发展（1）加大存储容量。（2）片内EPROM采193．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。4．外围电路内装化

器件集成度的不断提高，把众多的外围功能部件集成在片内－－系统的单片化。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205．低功耗化CMOS化CHMOS工艺。总之，向“一二三”方向发展一化：集成化（外围电路内装化）二高：高性能、高速度三低：低压、低功耗、低价格、

5．低功耗化CMOS化总之，向“一二三”方向发展211.5单片机的应用

单片机卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。使用温度：民品：

0°C—+70°C工业品：

-40°C—+85°C军品：

-65°C—+125°C。1.5单片机的应用单片机卓越的性能，得到了广泛的应22单片机应用举例（DDC，DirectDigitalControl）单片机直接参与控制过程，完成多参数巡回检测，检测结果和给定值比较后按照给定算法控制执行器单片机应用举例（DDC，DirectDigitalCon231.6MCS-51系列单片机简介20世纪80年代后期:Intel公司以专利的形式把8051内核技术转让给厂家。

如：AMTEL、PHILIPS、ANALOGDEVICES、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。80C51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。1.6MCS-51系列单片机简介20世纪80年代后期:I24MCS-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（2）增强型

典型产品：8032/8052/8752（3）低功耗型

典型产品：80C31/87C51/80C51。采用CMOS工艺适于电池供电或其它要求低功耗的场合。MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：（1）基25（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EZUSR-2100单片机－USB接口。（5）片内闪烁存储器型

美国ATMEL公司的AT89C51单片机，受到应用设计者的欢迎。

目前，通常按照单片机数据总线的宽度，把单片机分为8位、16位以及32位单片机。本课程主要阐述8位单片机原理及应用。只要掌握了MCS-51基本型单片机的原理与应用，其他的就可以迎刃而解了！（4）专用型（5）片内闪烁存储器型目前，通26几种80C51单片机性能比较几种80C51单片机性能比较27思考题及习题1．微处理器、微计算机、微处理机、CPU、单片机它们之间有何区别？2．除了单片机这一名称之外，单片机还可称为（）和（）。3．单片机与普通计算机的不同之处在于其将（）、（）、和（）三部分集成于一块芯片上。4.单片机根据其基本操作处理的位数可分为哪几种类型?5．查找资料说明单片机主要应用在哪些领域？试着举一例说明单片机在其中应用原理和作用。思考题及习题1．微处理器、微计算机、微处理机、CPU、单片机28单片机原理及应用湖南理工学院物理与电子信息系湛腾西单片机原理及应用湖南理工学院物理与电子信息系湛腾西29课程特点知识点既分散又连贯，组成结构、工作原理和指令系统是基础；与电子技术尤其是数字电子技术关系密切；单片机主流开发工具与环境为C51编译器，因此必须加强C语言的复习；课程特点知识点既分散又连贯，组成结构、工作原理和指令系统是基30学习方法预习、复习；多动手（硬件、软件实验）；多看参考书(包括利用网上资料)；其它（上课、作业、答疑）。学习方法预习、复习；31教材与参考资料周航慈.单片机应用程序设计技术（修订版）[M].北京航空航天大学出版社，2002.11周航慈.单片机程序设计基础（修订版）[M].北京航天航空大学出版社，2004胡汉才.单片机原理及其接口技术（第二版）[M].清华大学出版社，2004.2徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计（第2版）.北京航空航天大学出版社，2004.9李刚.新概念单片机教程[M].天津大学出版社，2007何立民.单片机高级教程:应用与设计(第2版).北京航空航天大学出版社，2007.1教材与参考资料周航慈.单片机应用程序设计技术（修订版）[M]32第1章单片机概述“信息高速公路”或因特网供应商每年约售出3亿台/件产品手机制造商每年约销售5亿部手机。单片机（MCU）市场每年销售量就超过50亿片，为众多日常用品提供智能。其中8位单片机的年销售量达到约30亿片。要想了解分布式智能市场，需要考察推动总体需求的动力、明确实现过程中的技术因素并确定一些新的应用。

第1章单片机概述“信息高速公路”或因特网供应商每年约售出33

需求发展推动单片机应用第一个需求趋势：越来越多的产品集成了电子控制来提供更好的功能、

一般的消费者每天中午前接触到的物品中就包含近100个从烤面包机、吹风机、无绳电话、安全系统、微波炉、洗衣到汽车的众多产品都加入了嵌入式智能器件来增强可靠性、改善能效、保证安全、提高产品灵活性或简化用户接口。

需求发展推动单片机应用34需求发展推动单片机应用第二个需求趋势：就是在最终市场本身可能增长并不快的有些应用中，每个系统使用的单片机数量却在不断提高。

汽车就是一个很好的例子。现在，每辆汽车平均包含30~40个单片机，而仅仅几年前这一数字仅为10个左右。冰箱、空调和洗衣机等家用电器也开始在每个系统中使用多个单片机。在所有这些情况下，由于产品中使用多个单片机来提供嵌入式智能，因此这些产品中单片机使用量的增长速度远远高于这些产品本身的增长速度。需求发展推动单片机应用第二个需求趋势：35需求发展推动单片机应用第三个趋势

全球电子类产品消费的增长。其中亚洲为这一增长做出了重要贡献。随着生活水平的不断提高，一些过去认为奢侈的东西现在已成为生活必需品，从而刺激了对嵌入式智能产品的需求。

需求发展推动单片机应用第三个趋势36技术发展影响单片机应用

制造技术。

更小的光刻工艺提高了集成度，从而使芯片更小、成本更低、工作电压更低。但更低的工作电压也有副作用，更低工作电压的好处是可以降低系统的功耗和热耗散，从而使更小的电池供电系统成为可能。(有利蔽)技术发展影响单片机应用制造技术。37技术发展影响单片机应用闪存技术

第二个重要技术趋势是消费者接受可再编程单片机的速度。可再编程单片机是单片机市场中增长最快的部分。基于闪存的单片机与基于ROM的单片机在成本上的差距已迅速缩小。此外，随着软件复杂性的增加，对闪存单片机这样的灵活解决方案的需要也在增长。

技术发展影响单片机应用闪存技术38技术发展影响单片机应用模拟模块集成技术

最后一个重要趋势是越来越多的复杂模拟模块集成到单片机中。单片机系统提供直接模拟接口已经变得相当普遍，而片内模数转换器（ADC）、掉电复位、低压降以及内部振荡器等特性已经成为许多单片机产品系列的标准特性。技术发展影响单片机应用模拟模块集成技术39提示单片机应用给电子产品带来了分布式智能提示单片机应用给电子产品带来了分布式智能40单片机概述20世纪70年代问世。已广泛应用在：工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等方面。1.1什么是单片机？

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。单片机概述20世纪70年代问世。在半导体硅片上集成了微41特点：具有一台计算机的属性。也称为：

微控制器MCU(MicroControllerUnit)

嵌入式控制器EMCU（EmbeddedicroControllerUnit）。我国，习惯使用“单片机”这一名称。特点：具有一台计算机的属性。也称为：微控制器MCU(Mi42单片机分类（按用途）：通用型和专用型通用型专用型可开发的内部资源：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。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。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。“专用”单片机具有十分明显的综合优势。单片机分类（按用途）：通用型和专用型可开发的内部资源：RAM431.2单片机的历史及发展概况四个阶段: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年～1978年）:低性能单片机阶段。以Intel公司制造的MCS-48单片机为代表。第三阶段(1978年～现在)：高性能单片机阶段。Intel公司的MCS-51系列、Mortorola公司的6801系列等。第四阶段(1982年～现在)：8位单片机巩固发展及16位单片机、32位单片机推出阶段。1.2单片机的历史及发展概况四个阶段:第一阶段(1974441.38位单片机的主要生产厂家和机型

（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89C51、89C52、89C55、89S52等。（3）荷兰PHILIPS（菲力浦）公司8xC552系列。（4）美国siliconlabs公司C8051F系列,MicrochipPIC系列单片机等

。MCS-51系列单片机在我国得到了广泛的应用，主流系列,软、硬件设计资料丰富齐全。1.38位单片机的主要生产厂家和机型（1）美国I451.4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，菲利浦公司的I2C总线（Inter－Icbus）。用两根信号线代替现行的8位数据总线。1.4单片机的发展趋势1.CPU的改进（1）采462．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。2．存储器的发展（1）加大存储容量。（2）片内EPROM采473．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。4．外围电路内装化

器件集成度的不断提高，把众多的外围功能部件集成在片内－－系统的单片化。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485．低功耗化CMOS化CHMOS工艺。总之，向“一二三”方向发展一化：集成化（外围电路内装化）二高：高性能、高速度三低：低压、低功耗、低价格、

5．低功耗化CMOS化总之，向“一二三”方向发展491.5单片机的应用

单片机卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。使用温度：民品：

0°C—+70°C工业品：

-40°C—+85°C军品：

-65°C—+125°C。1.5单片机的应用单片机卓越的性能，得到了广泛的应50单片机应用举例（DDC，DirectDigitalControl）单片机直接参与控制过程，完成多参数巡回检测，检测结果和给定值比较后按照给定算法控制执行器单片机应用举例（DDC，DirectDigitalCon511.6MCS-51系列单片机简介20世纪80年代后期:Intel公司以专利的形式把8051内核技术转让给厂家