单片机原理与接口技术第1章概述（）

单片机原理与接口技术主讲教师：肖振国9/18/20231课程简介授课对象学习过?计算机根底?、?模拟电子技术?、?数字电子技术?、?微机原理与接口技术?、?C语言程序设计?等相关课程的同学。前修课：计算机根底、数字电路等课程。9/18/20232课程目标以MCS-51系列单片机为例，详细介绍单片机的结构及工作原理、单片机的编程语言及其应用技术。通过学习本课程，能够掌握有关单片机的根底知识，掌握单片机应用系统设计和开发的根本技能。9/18/20233课程特点本课程内容与工程实际紧密相联系，实用性很强，是一门在理论指导下,偏重于实际应用的课程。要求学生在首先学好单片机原理的根底上，重视实验环节，具有一定的实际动手操作能力。本课程中既有硬件的原理和组成，又有针对硬件的软件编程，因此本课程具有实用性强、理论和实践结合、软硬件结合等特点。9/18/20234成绩考核总评成绩=平时成绩〔10%〕+实验成绩〔30%〕+期末成绩〔60%〕9/18/20235课堂纪律要求为了自己，请珍惜课堂珍贵时间！为了他人，请上课认真听讲、自觉维护课堂秩序！9/18/20236单片机原理与接口技术第1章概述9/18/20237本章教学要求了解单片机与微型计算机的区别熟悉单片机的结构组成了解单片机的特点与指标了解单片机的开展历史、常用产品及应用领域了解单片机嵌入式系统的概念9/18/20238本章目录1.1单片机的结构组成、特点和指标1.1.1微型计算机的根本结构1.1.2单片机的根本结构 1.1.3单片机的特点1.1.4单片机的重要指标 1.2单片机的开展历史和产品类型1.2.1单片机的开展历史 1.2.2Intel系列单片机的产品类型 9/18/202391.3单片机的选择与应用1.3.1单片机的选择

1.3.2单片机应用系统与应用领域

1.4单片机嵌入式系统

1.4.1单片机嵌入式系统的概念1.4.2单片机嵌入式系统的特点1.5单片机技术相关网站本章目录9/18/2023101.1单片机的结构组成、特点及指标微型计算机----包括运算器、控制器、存储器、输入/输出接口组成。微处理器----把运算器与控制器封装在一小块芯片上，称该芯片为微处理器(CPU)。微型计算机----微处理器与存储器，输入/输出接口电路在印制电路板(PCB)上用总线连接起来，就构成了微型计算机。9/18/202311硬件系统——构成微机的实体和装置软件系统——微机系统所使用的各种程序的总称软件系统与硬件系统共同构成实用的微机系统，两者是相辅相成、缺一不可的。

软件系统+微型计算机系统运算器控制器CPU存储器输入接口电路输入设备输出设备输出接口电路硬件系统9/18/202312运算器+控制器输入设备输出设备存储器9/18/202313常见的微型计算机外形：台式机笔记本效劳器9/18/2023141.1单片机的结构组成、特点及指标单片机----在一块芯片上，集成一台微型计算机的四个根本组成局部，那么这种芯片称为单片微型计算机，简称单片机(SCM)。单片机系统----以单片机为核心的系统称为单片机系统。

单硅晶片CPU存储器控制电路定时器时钟电路I/O口9/18/202315单片机虽然只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已具备微机系统的含义。更为准确地反映单片机本质的名称是微控制器〔Microcontroller,MCU〕。根据单片机的结构和微电子设计的特点，应用系统中虽然往往以单片机为核心，但是它已完全融入应用系统中，故而也有把单片机称作嵌入式微控制器〔EmbeddedMicrocontroller〕。9/18/2023169/18/2023171.1.1微型计算机根本结构9/18/202318它由控制器、运算器、存储器、输入/输出接口电路、输入设备和输出设备几局部组成，它们之间由总线连接进行信息传输。控制器和运算器综合起来称中央处理器〔CPU〕，也称为微处理器。1.1.1微型计算机根本结构9/18/2023191．控制器控制器是计算机的控制核心，它负责从内部存储器中1.1.1微型计算机根本结构取出指令并对指令进行分析、根据指令发出控制信号，指挥输入、输出、运算器、存储器等功能部件协调工作。9/18/2023202．运算器运算器〔ArithmeticLogicUnit，ALU〕1.1.1微型计算机根本结构运算器又称算术逻辑部件，主要完成算术运算和逻辑运算。9/18/2023213．存储器存储器(Memory)用于存储程序和数据。存储器根据其位置不同可分为两类：内部存储器和外部存储器。1.1.1微型计算机根本结构内部存储器(简称内存)和CPU直接相连，存放当前要运行的程序和数据，故称主存储器(简称主存)。外部存储器(简称外存)，主要用于保存暂时不用但又需长时间保存的数据和程序。存放在外存的程序必须调入内存才能运行。9/18/2023224．输入/输出接口I/O输入/输出接口〔又称I/O接口〕是CPU与外设之间相连的逻辑电路，外设必须通过接口才能和CPU相连。1.1.1微型计算机根本结构9/18/2023235．输入和输出设备输入和输出设备〔如：键盘、鼠标、显示器、打印机等〕用于完成和计算机进行信息交流的输入和输出操作。1.1.1微型计算机根本结构9/18/2023246．总线〔Bus〕总线是控制器、运算器、存储器、I/O接口之间相连的一组线。数据总线〔DataBus，DB〕；地址总线〔AddressBus，AB〕控制总线〔ControlBus，CB〕。1.1.1微型计算机根本结构9/18/2023251.1.2单片机的根本结构9/18/2023261.1.2单片机的根本结构现代的单片机又参加了许多新的功能部件，如模拟/数字转换器〔ADC〕、数字/模拟转换器〔DAC〕、温度传感器、液晶驱动电路、电压监控、“看门狗〞电路、低压检测电路等。9/18/2023271.1.3单片机的特点存储器ROM和RAM严格分工采用面向控制的指令系统输入/输出端口引脚具有复用功能品种规格的系列化硬件功能具有广泛的通用性9/18/2023281.1.4单片机的几个重要指标位数存储器I/O口速度工作电压功耗温度9/18/2023291.2单片机的开展历史及产品类型1.2.1单片机的开展历史1976年，Intel公司首先推出了MCS-48系列的单片微型计算机，单片机的开展历史大致可分为三个阶段。第一阶段〔1976~1978年〕：以Intel公司的MCS-48系列为代表，此单片微型计算机具有8位CPU、并行I/O端口、8位时序同步计数器，寻址范围不大于4KB，但没有串口。9/18/2023304位单片机原始阶段：1974-1976年期间开展起来，典型代表美国INTEL公司开发的4004。特点：体积小，价格廉价，功能简单，片内程序存储器ROM为2-8KB，数据存储器RAM为128*4-512*4位。应用：家用电器、计算机、高档电子玩具等数据量要求较小而时间要求较高的领域。

8位单片机开展阶段：1976年9月，美国INTEL公司首先推出了MCS-48系列8位单片机，从此，单片机开展进入了一个新的阶段。随着集成电路工艺水平的提高，在1978年到1983年期间集成电路的集成度提高到几万只管/片，因而一些高性能的8位单片机相继问世。9/18/2023311.2.1单片机的开展历史第二阶段〔1978~1982年〕：高性能单片微型计算机阶段，如Intel公司的MCS-51系列、Motorola公司的6801和Zilog公司的Z-8等。该类单片微型计算机具有串口、多级中断处理系统和16位时序同步计数器，RAM、ROM容量加大，寻址范围可达64KB，有的芯片还有A/D转换接口。第三阶段〔1982至今〕：8位单片微型计算机改进型及16与32位单片微型计算机阶段，如Intel公司的16位单片机MCS-96系列，32位单片机ARM系列。9/18/20233216位单片机1983年以后，集成电路的集成度可达十几万只管/片，16位单片机逐渐问世。16位单片机把单片机的功能又推向了一个新的台阶，功能强大，常用于高速复杂的控制系统。32位单片机随着集成电路技术的不断开展和实际应用需要的快速增长，各个计算机生产厂家相继进入高性能32位单片机研制、生产阶段。32位单片机，不仅包含有存储器和I/O接口，而且还包含有专门的通信链路接口，能按计算方法的特点直接连成线形的、树形的或矩形的阵列，满足快速响应的要求。可用于信号处理、仪表、通信、数据处理、图像处理、高速控制和语音处理等许多方面。9/18/202333Intel公司开发的MCS-51系列单片机，其代表芯片包括8051、8031、8052、8032、8751和8752，这些统称为51系列单片机。到目前为止，世界各地厂商研制多个品种的单片机产品。其中有Motorola公司的6801、6802，Zilog公司的Z-8系列，Rockwell公司的6501、6502等。尽管目前单片机的品种繁多，但其中最具典型性的仍当属Intel公司的MCS-51系列单片机。1.2.1单片机的开展历史9/18/202334单片机现状单片机经过约30年的开展，已经形成有几千种型号上百种品牌的半导体产业，对电子信息技术、工业控制技术、军事技术的开展起到巨大的推动作用。目前主流的单片机：51内核的系列单片机Microchip公司的PIC系列单片机Motorola公司的68系列TexasInstrument公司的MSP16bit系列单片机ARM内核的32bit系列单片机AVR单片机9/18/2023351.2.2Intel系列单片机产品类型MCS-48系列单片机MCS-51系列单片机MCS-96系列单片机9/18/202336MCS-51的含义包括了8051、8031和8751三个产品。51系列由Intel公司转让技术给Philips公司后也生产了很多个型号，产品性能也有提高。ATMEL公司生产了AT89C51、AT89C52和AT89C1051、AT89C2051等，这些单片机片内采用可加密闪速存储器，性能优良，性价比及高，在我国单片机应用产品中被大量使用。台湾也在生产51内核的单片机。1.2.2Intel系列单片机产品类型9/18/2023371.3单片机的选择与应用体积小，重量轻，使用灵活；面向控制，控制功能强，性价比高；抗干扰能力强；网络功能；外部扩展能力强；可靠性高。单片机的特点:9/18/2023381.3单片机的选择与应用对单片机的选择原那么主要是从指令结构、程序存储方式和功能等几个方面考虑。Intel,Motorola，Microship;此外，还有Zilog、EM78、Senix、NEC、EPSON、NS、三星、富士通、华邦、Philips、ARM等单片机。1.3.1单片机的选择1.3.2单片机应用系统及应用领域智能化仪表智能化测控系统智能化接口9/18/202339应用领域：1．自动控制

单片机已在工业过程控制、机床控制、汽车控制以及飞行器制导系统等方面得到广泛的应用。

9/18/2023402．智能仪器仪表应用最多、最活泼的领域。在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表数字化、智能化、微型化，并可以提高测量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。9/18/2023413．数据采集系统由于单片机可提供多路A／D输入通道，因此很适用于模拟量(温度、压力及流量等)输入采样系统。4．计算机外设控制器

智能化键盘、智能化显示器、智能化打印机、智能化软盘和硬盘驱动器、智能化磁带驱动器及智能化绘图仪等，均可用单片机作为控制器。

5．家用电器

电饭锅、电子游戏机、电视机、录音机、组合音响、录像机、洗衣机、电冰箱以及电子玩具等，都使用单片机进行控制。

9/18/202342机电家电数据处理智能仪表通信自动控制9/18/202343电讯方面消费类电子产品9/18/2023446.军事技术通常在这些电子系统的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驭系统、通讯系统以及运行监视器〔黑匣子〕都会用到单片机技术。9/18/2023457.人工智能以机器人为典型代表，其控制系统由中央控制器、感觉系统、行走系统、擒拿系统等节点构成的单机或多机网络系统。而其中的每一个小系统〔如数据采集、远程监控系统〕都是由单片机进行控制的。9/18/2023461.4单片机嵌入式系统嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为根底，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、本钱、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个局部组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。嵌入式系