最新单片机--第1章概述PPT课件.ppt

晶体管计算机时代（从晶体管计算机时代（从19571964 ） 在20世纪50年代之前，计算机都采用电子管作元件。电子管作元件。电子管元件有许多明显的缺点。例如，在运行时产生的电子管元件有许多明显的缺点。例如，在运行时产生的热量太多，可靠性较差，运算速度不快，价格昂贵，体热量太多，可靠性较差，运算速度不快，价格昂贵，体积庞大积庞大，这些都使计算机发展受到限制。于是，晶体管开始被用来作计算机的元件。晶体管不仅能实现电子管晶体管不仅能实现电子管的功能，又具有尺寸小，重量轻，寿命长，效率高，发的功能，又具有尺寸小，重量轻，寿命长，效率高，发热少，功耗低等优点热少，功耗低等优点。使用了晶体管以后，电子线路的结构大大改观，制造高速电子计算机的设想也就更容易实现了。 用晶体管制造的计算机标志着计算机发展进入用晶体管制造的计算机标志着计算机发展进入了第二代了第二代。1.2单片微机的应用单片微机的应用 按照所使用单片微机的类型不同，单片微机应用系统结按照所使用单片微机的类型不同，单片微机应用系统结构可分成总线方式和非总线方式。构可分成总线方式和非总线方式。 在总线方式的应用系统中，单片微机都具有完善的外部在总线方式的应用系统中，单片微机都具有完善的外部扩展总线，如并行总线（扩展总线，如并行总线（AB、DB、CB）、串行通信总线（如）、串行通信总线（如 UART），通过这些总线可方便地扩展外围单元、外设接口等。），通过这些总线可方便地扩展外围单元、外设接口等。采用总线方式的应用系统多属较复杂的工控系统、智能仪表、采用总线方式的应用系统多属较复杂的工控系统、智能仪表、监测系统，或满足这些应用而构成的多机与网络系统监测系统，或满足这些应用而构成的多机与网络系统。总线方。总线方式的单片微机在不使用外部并行总线时，外部并行总线引脚可式的单片微机在不使用外部并行总线时，外部并行总线引脚可作为作为I/O口用。在掩膜用户程序时，还可要求将这些口用。在掩膜用户程序时，还可要求将这些 I/O口改造口改造成具有各种驱动能力的成具有各种驱动能力的 I/O口。口。 非总线方式的应用系统（如非总线方式的应用系统（如 80C51系列中的系列中的 83C751、87C751，83C752、WC752，Motorola 的的MC68HC05系列中的系列中的许多产品）省去了外部并行总线，可构成各种小封装芯片，有许多产品）省去了外部并行总线，可构成各种小封装芯片，有限的引脚限的引脚 可提供更多的用户可提供更多的用户I/O口，以使应用系统的芯片数量口，以使应用系统的芯片数量最少。最少。采用非总线方式的应用系统多属小型控制器、测控单元、采用非总线方式的应用系统多属小型控制器、测控单元、单元仪表等。单元仪表等。以下大致介绍一些典型的应用领域和应用特点。以下大致介绍一些典型的应用领域和应用特点。 l 家用电器领域家用电器领域 国内各种家用电器已普遍采用单片微机控制取代传统的控国内各种家用电器已普遍采用单片微机控制取代传统的控制电路，做成单片微机控制系统，如洗衣机、电冰箱、空调机、制电路，做成单片微机控制系统，如洗衣机、电冰箱、空调机、微波炉、电饭堡、电视机、录像机及其它视频音像设备的控制微波炉、电饭堡、电视机、录像机及其它视频音像设备的控制器。器。 2办公自动化领域办公自动化领域 比如一台比如一台PC机可能嵌入了机可能嵌入了10个单片微机，如控制键盘、个单片微机，如控制键盘、鼠标、显示器、鼠标、显示器、CD-ROM、声卡、打印机、软、声卡、打印机、软/硬盘驱动器、调硬盘驱动器、调制解调器等。制解调器等。 现代办公室中所使用的大量通信、信息产品，如绘图现代办公室中所使用的大量通信、信息产品，如绘图仪、复印机、电话、传真机等，多数都采用了单片微机。仪、复印机、电话、传真机等，多数都采用了单片微机。 3工业自动化领域的在线应用工业自动化领域的在线应用 如工业过程控制、过程监测、工业控制器及机电一体化如工业过程控制、过程监测、工业控制器及机电一体化控制系统等，许多都是以单片微机为核心的单机或多机网络系控制系统等，许多都是以单片微机为核心的单机或多机网络系统。如工业机器人的控制系统是由中央控制器、感觉系统、行统。如工业机器人的控制系统是由中央控制器、感觉系统、行走系统、擒拿系统等节点构成的多机网络系统。而其中每一个走系统、擒拿系统等节点构成的多机网络系统。而其中每一个小系统都是由单片微机进行控制的。小系统都是由单片微机进行控制的。4. 智能仪器仪表与集成智能传感器领域智能仪器仪表与集成智能传感器领域 应用单片微机来对传统的仪器仪表行业的产品进行应用单片微机来对传统的仪器仪表行业的产品进行“ 更新换代更新换代” ，提供了非常理想的的条件。目前各种变送器、，提供了非常理想的的条件。目前各种变送器、电气测量仪表普遍采用单片微机应用系统替代传统的测量系统，电气测量仪表普遍采用单片微机应用系统替代传统的测量系统，使测量系统具有各种智能化功能，如存储、数据处理、查找、使测量系统具有各种智能化功能，如存储、数据处理、查找、判断判断、联网和语音功能等联网和语音功能等。5汽车电子与航空航天电子系统汽车电子与航空航天电子系统通常在这些电子系统中的集中显示系统、动力监测控通常在这些电子系统中的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驭系统、通信系统以及运行监视器（黑匣子）制系统、自动驾驭系统、通信系统以及运行监视器（黑匣子）等，都要构成冗余的网络系统。比如一台等，都要构成冗余的网络系统。比如一台RMW-7系列宝马轿系列宝马轿车就用了车就用了63个单片微机，大部分还是个单片微机，大部分还是16位单片微机。位单片微机。单片微机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设单片微机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在已能使用单片微机通过软件方法实现大部分控制功能，现在已能使用单片微机通过软件方法实现了。这种以软件取代硬件，并能提高系统性能的控制技术，了。这种以软件取代硬件，并能提高系统性能的控制技术，称之为微控制技术。这标志着一种全新概念的建立。称之为微控制技术。这标志着一种全新概念的建立。1.3 单片机概述单片机概述1.3.1 单片机的发展历史单片机的发展历史 第一阶段：单片机的探索阶段第一阶段：单片机的探索阶段 初级初级8位机阶段，典型的如位机阶段，典型的如MCS-48系列单片机系列单片机 第二阶段：单片机的完善阶段第二阶段：单片机的完善阶段 高级高级8位机阶段，典型的如位机阶段，典型的如MCS-51系列单片机系列单片机 第三阶段：向微控制器发展的阶段第三阶段：向微控制器发展的阶段 这一阶段主要是为满足测控系统要求的各种外围电路及这一阶段主要是为满足测控系统要求的各种外围电路及接口电路，突出其智能能力，出现了接口电路，突出其智能能力，出现了16位单片机，如位单片机，如MCS-96系列单片机，采用了系列单片机，采用了CHMOS技术的技术的80C51系列单片机系列单片机第四阶段：单片机的全面发展阶段第四阶段：单片机的全面发展阶段 出现了高速低功耗、大寻址范围出现了高速低功耗、大寻址范围、强运算能力的、强运算能力的8位、位、16位、位、32位通用型单片机位通用型单片机1.3.2 单片机的组成及特点单片机的组成及特点 单片机是微型机的一个主要分支，单片机是一个大规模集成电路芯片，其上集成有CPU、存储器、I/O口(串行口、并行口)、其它辅助电路(如中断系统，定时/计数器，振荡电路及时钟电路等等)。 也可以说单片机在结构上的最大特点是把中央处理器CPU、存储器存储器、定时器定时器/计数器计数器、中断系统中断系统、串行口串行口和输入和输入/输出接口电路输出接口电路集成在一块超大规模的集成电路芯片上。就其组成和基本工作原理而言，一块单片机芯一块单片机芯片就是一台计算机片就是一台计算机。 CPU 存储器存储器 I/O口口 DBABCB微机的结构框图微机的结构框图运算器运算器 最终结果最终结果 数数 中间结果中间结果/ 据据 最后结果最后结果 原始数据原始数据 与程序与程序 最后最后 结果结果 程程 序序计算机系统的硬件组成框图计算机系统的硬件组成框图存储器存储器控制器控制器输出设备输出设备输入设备输入设备 MCS - 51系列单片机的基本结构图系列单片机的基本结构图 CPURAMROM中断系统中断系统串行口串行口并行口并行口定时计数器定时计数器振荡电路振荡电路 X1 X2 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1T0 T11. 单片机的组成单片机的组成 MCS - 51系列单片机的基本结构图系列单片机的基本结构图 CPURAMROM中断系统中断系统串行口串行口并行口并行口定时计数器定时计数器振荡电路振荡电路 X1 X2 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1T0 T12. 单片机的特点单片机的特点l控制功能强l抗干扰能力强，可靠性高l性能价格比高l扩张了多种串行口l系统扩展容易1.3.3 单片机的发展趋势单片机的发展趋势今后的发展趋势不外乎在以下几个方面：今后的发展趋势不外乎在以下几个方面：（1） 低功耗管理低功耗管理全盘CMOS化趋势单片微机采用二种半导体工艺生产，HMOS工艺即高密度短沟道MOS工艺，具有高速度和高密度；CHMOS工艺即互补金属氧化物的HMOS工艺，除具有HMOS的优点外，还具有CMOS工艺的低功耗特点。如8051的功耗为630mw，而80C51的功耗仅120mw。从第三代单片微机起开始淘汰非CMOS工艺。目前，数字逻辑电路和外围器件等都已普遍CMOS化。（2） 更宽的工作电压范围更宽的工作电压范围一般范围是3.35.5 V，有的到2.26 V，有的甚至降到1.8 V。（3） 高性能高性能为了提高速度和执行效率，在单片微机中开始使用RISC（精简指令）体系结构、并行流水线操作和DSP（数字信号处理）等的设计技术，使单片微机的指令运行速度得到大大提高，其电磁兼容等性能明显地优于同类型的微处理器，现指令速度已达到100MIPS（百万条指令/秒）。还有加强了位处理功能、中断和定时控制功能。（4）混合信号集成化）混合信号集成化 在单片微机中尽可能多的把应用系统中所需要的存储器、各种功能的I/O口都集成在一块芯片内，即外围器件内装化，如把LED、LCD或VFD显示驱动器集成在8位单片微机中，如把A/D、D/A、乃至多路模拟开关和采样/保持器也集成在单片微机芯片中，从而成为名副其实的单片微机。以实现混合信号集成化 、功能多样化（5） 推行串行扩展总线推行串行扩展总线推行串行扩展总线可以显著减少引脚数量，简化系统结构。随着I2C、SPI等串行总线接口的接入，单片微机的串行接口将普遍化、高速化，使得并行扩展接口技术日渐衰退，使得单片机的引脚可以设计得更节约，使单片机系统结构更简化和规范化。（6） 小体积、低价格小体积、低价格（7） ISP及基于及基于ISP的开发环境的开发环境1.3.4 单片机与嵌入式系统单片机与嵌入式系统1.嵌入式系统的定义与分类嵌入式系统的定义与分类 把把嵌入到对象系统中以实现对象系统智能化控制的计算机，称为嵌入式计算机系统。因此，嵌入式计算机系统。因此，嵌入式系统是将一个计算机嵌入到对象系统中去，这个计算机就成为系统的一部分。 “嵌入性嵌入性”、“专用性专用性”、与“计算机系统计算机系统”是嵌入式计算机系统的3个基本要素。只要具备其三要素的计算机系统，都可称为.嵌入式系统。 单片机最能满足嵌入式应用的要求，因为它有专门为嵌入式应用设计的体系结构和指令系统。2.单片机与嵌入式系统应用单片机与嵌入式系统应用 嵌入式系统目前在应用数量上远远超过了一般的通用计算机。单片机已经成为人类社会进入全面智能化时代不可或单片机已经成为人类社会进入全面智能化时代不可或缺的工具。缺的工具。1.4 80C51系列单片机系列单片机1.4.1 80C51系列单片机的发展系列单片机的发展 80C51系列单片机系列单片机包括了包括了 Intel公司发展公司发展MCS51系系列的新一代产品，如列的新一代产品，如 8XC152、80C51FA/FB、80C5lGA/GB石石XC451、8XC452，还包括了，还包括了 Phlips、Siemens、ADM、OKI、ATMEL等公司以等公司以80C51为核心推出的大量各具特色、为核心推出的大量各具特色、与与MCS51兼容（指令兼容、总线兼容和引脚兼容）的单片兼容（指令兼容、总线兼容和引脚兼容）的单片微机。微机。80C51系列单片微机是在系列单片微机是在MCS51的的HMOS基础上发基础上发展起来的，它们具有展起来的，它们具有CHMOS结构。结构。 80C51系列单片微机保留了系列单片微机保留了MCS51单片微机的所有特单片微机的所有特性，内部组成基本相同。性，内部组成基本相同。80C51系列单片微机增设了两种可以系列单片微机增设了两种可以用软件进行选择的低功耗工作方式：空闲方式和掉电方式。用软件进行选择的低功耗工作方式：空闲方式和掉电方式。 80C51系列单片机经历的三次技术飞系列单片机经历的三次技术飞跃跃：（1）从）从MCS-51到到MCU的第一次飞跃的第一次飞跃 发展发展80C51的控制功能及外围电路的功能，突出单片机的控制功能及外围电路的功能，突出单片机的微控制特征。的微控制特征。（2）引入快擦写存储器的第二次飞跃）引入快擦写存储器的第二次飞跃 使系统在开发过程中修改程序十分容易，大大缩减了单片机系统的开发周期。（3）向）向SOC（片上系统）转化的第三次飞跃（片上系统）转化的第三次飞跃 其指令运行速度比一般的80C51系列单片机提高了大约10倍，在片上增加了模/数和数/模转换模块；I/O接口的配置由固定方式改变为软件设置方式；始终系统更完善，有多种复位方式。1.4.2 89系列单片机的特点及分类系列单片机的特点及分类 AT89系列单片机仍然属于系列单片机仍然属于80C51系列，只不过它价格系列，只不过它价格较低，容易理解和使用，并且应用广泛，所以本教材以较低，容易理解和使用，并且应用广泛，所以本教材以T89系列单片机为样机进行讲解。系列单片机为样机进行讲解。 本书在具体介绍单片机结构时，选用了本书在具体介绍单片机结构时，选用了T89S51/S52单片机。单片机。 89系列单片机的特点：系列单片机的特点：l内部含内部含Flash存储器存储器l内部结构与内部结构与80C51相近相近l工作原理和指令系统完全相同工作原理和指令系统完全相同l有些型号和有些型号和80C51的引脚完全兼容的引脚完全兼容 1.5 本教程的教学安排本教程的教学安排 80C51系列单片微机，硬件结构简洁明了、特殊功能系列单片微机，硬件结构简洁明了、特殊功能寄存器功能规范、软件指令系统易于掌握，是一种既便于讲寄存器功能规范、软件指令系统易于掌握，是一种既便于讲授又便于学习、理解和掌握的单片微机。本书以授又便于学习、理解和掌握的单片微机。本书以80C51系列系列为典型，来介绍单片微机硬件结构和软件知识。硬件知识则为典型，来介绍单片微机硬件结构和软件知识。硬件知识则是指是指 80C51的硬件资源，如的硬件资源，如 I/O口、定时器口、定时器/计数器、中断系计数器、中断系统等。软件知识是指统等。软件知识是指80C51的寻址方式、指令系统以及程序的寻址方式、指令系统以及程序设计等。设计等。 在本教材中有较多的例子，叙述比较详细，也适合于在本教材中有较多的例子，叙述比较详细，也适合于初学者自学。考虑到同学们已经学过电子学、数字电路、模初学者自学。考虑到同学们已经学过电子学、数字电路、模拟电路等基础课程，拟电路等基础课程，本课程总学时数为本课程总学时数为60学时，其中上课时学时，其中上课时间为间为52学时，实验上机时间为学时，实验上机时间为8学时学时。 考试形式考试形式:平时考勤占平时考勤占10%，平时上机实，平时上机实验成绩占验成绩占20%,作业占20%,期末考试占期末考试占50%。学时。学时。 本课程为考试课本课程为考试课 。