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单片机控制原理第 章第1页，此课件共30页哦第一章第一章 单片机的基础知识单片机的基础知识第二章第二章 MCS-51单片机结构及工作原理单片机结构及工作原理第三章第三章 指令系统和汇编语言指令系统和汇编语言(程序设计程序设计)第四章第四章 定时计数器定时计数器第五章第五章 串行通讯串行通讯第六章第六章 中断处理中断处理第七章第七章 单片机的存储器扩展单片机的存储器扩展第八章第八章 单片机单片机IO扩展扩展单片机控制原理单片机控制原理第2页，此课件共30页哦课时安排课时安排授课内容有侧重点。教学（授课内容有侧重点。教学（20学时）学时）实验教学（实验教学（8 学时）学时）考查方式考查方式闭卷考试闭卷考试卷面成绩卷面成绩70，平时成绩，平时成绩30（作业（作业+提问提问）备注：备注：平时点名的原则：平时点名的原则：第一次点名没到扣总成绩的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第二次点名没到扣总成绩的20%。第3页，此课件共30页哦第一章第一章 单片机的基础知识单片机的基础知识在本章中，主要讲以下几个部分：在本章中，主要讲以下几个部分：单片机的单片机的概念概念、MCS系列单片机的系列单片机的特点及分类特点及分类；（重点难点）；（重点难点）；单片机的发展、应用领域及发展趋势；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。介绍单片机相关的预备知识。第4页，此课件共30页哦 手机、手机、MP3、洗衣机、冰箱以及各种仪表等都是专用、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，它在单片机技术的发展，它在芯片内芯片内集成了许多面对测控对象集成了许多面对测控对象的接口电路的接口电路，如，如，如，如 ADC ADC、DACDAC、高速、高速、高速、高速I/OI/O口、口、口、口、PWMPWM、WDTWDT等，等，等，等，已经发展到嵌入式已经发展到嵌入式已经发展到嵌入式已经发展到嵌入式ARMARM、AVRAVR、FPGAFPGA等。单片机卓越的性能，等。单片机卓越的性能，等。单片机卓越的性能，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。得到了广泛的应用，已深入到各个领域。得到了广泛的应用，已深入到各个领域。得到了广泛的应用，已深入到各个领域。FPGA:(Field-Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，即现场可编程门阵列;ARM :Advanced RISC Machine AVR :AVR单片机是单片机是1997年由年由ATMEL公司研发出的增强型内置公司研发出的增强型内置Flash的的 RISC(Reduced Instruction Set CPU)精简指令集高速精简指令集高速8位单片机位单片机 第5页，此课件共30页哦什么是单片机什么是单片机什么是单片机什么是单片机?在在半导体硅片半导体硅片半导体硅片半导体硅片上集成了微处理器上集成了微处理器上集成了微处理器上集成了微处理器(CPU)(CPU)，存储器，存储器，存储器，存储器(RAM(RAM、ROMROM、EPROM)EPROM)和各种输入、输出接口。它和各种输入、输出接口。它和各种输入、输出接口。它和各种输入、输出接口。它具有具有具有具有一台计算机的属性一台计算机的属性。也称为：。也称为：微控制器微控制器 MCU(MicroController Unit)嵌入式控制器嵌入式控制器 EMCUEMCU（Embedded MicroController Unit）。）。我国，习惯使用我国，习惯使用“单片机单片机单片机单片机”这一名称。（这一名称。（这一名称。（这一名称。（以后讲的定义以后讲的定义及相关的软硬件知识均只针对及相关的软硬件知识均只针对 Intel 公司的公司的MCS-51/96 芯芯片片。）。）第6页，此课件共30页哦 我们重点介绍的是我们重点介绍的是IntelIntel公司公司公司公司1980年推出的年推出的MCS-51MCS-51/96系系列列 8 位位CPU，并行，并行I/O口，增有串行口，增有串行I/O口，口，16位定时位定时/计数计数器，可进行中断处理，具有并行三总线结构，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。用的最广泛，可以利用的软硬件资源很丰富。第7页，此课件共30页哦第8页，此课件共30页哦第9页，此课件共30页哦第10页，此课件共30页哦 plastic quad flat pack(PQFP)塑料四方扁平封装塑料四方扁平封装第11页，此课件共30页哦Plastic Leaded Chip Carrier)带引线的塑料芯片带引线的塑料芯片 第12页，此课件共30页哦一、单片机的概念、一、单片机的概念、MCS系列单片机特点及分类系列单片机特点及分类1.1.定定定定 义：义：义：义：单片机是在一块芯片上集成了中央处理器单片机是在一块芯片上集成了中央处理器 CPU（Central Processing Unit，CPU）、随机存储器）、随机存储器RAMRAM（Random Access memory,RAMRandom Access memory,RAM）、只读存储器）、只读存储器）、只读存储器）、只读存储器ROMROM（Read-only memoryRead-only memory）（）（）（）（EPROMEPROM，E E2 2PROM）、定时）、定时/计数器计数器CTCCTC(counter/timer circuitcounter/timer circuit)和多个输入和多个输入/输出输出接口接口I/O等。单片机等。单片机等。单片机等。单片机MCS（single-chip Microcomputer）全称为单片微型计算机）全称为单片微型计算机或微处理单元（或微处理单元（Micro Processor Unit，MPUMPU）。）。）。）。2.MCS单片机的特点：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。目前应用最广泛的工业控制。第13页，此课件共30页哦3.3.按按按按用途用途用途用途可分为可分为可分为可分为通用型通用型通用型通用型和和和和专用型专用型专用型专用型两大类两大类两大类两大类:（1 1）通用型：）通用型：）通用型：）通用型：Intel 8051 Intel 8051 可开发的内部资源：可开发的内部资源：可开发的内部资源：可开发的内部资源：RAMRAM、ROMROM、I/OI/O等功能部件，全部提供给用户。等功能部件，全部提供给用户。等功能部件，全部提供给用户。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。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。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。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 2）专用型：）专用型：）专用型：）专用型：8096 C8051F3408096 C8051F340 专门针对某些产品的专门针对某些产品的专门针对某些产品的专门针对某些产品的特定用途而特定用途而特定用途而特定用途而制作的单片机，针对性强且数量巨大。制作的单片机，针对性强且数量巨大。制作的单片机，针对性强且数量巨大。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。面的考虑。面的考虑。面的考虑。如如如如80968096单片机上还集成了单片机上还集成了单片机上还集成了单片机上还集成了ADC ADC 和和和和DACDAC转换芯片；转换芯片；转换芯片；转换芯片；手机芯片上开发的有手机芯片上开发的有手机芯片上开发的有手机芯片上开发的有USBUSB接口接口接口接口C8051F340C8051F340；DSP DSP 系列中的系列中的系列中的系列中的TMS320F2812TMS320F2812集成了集成了集成了集成了PWMPWM功能。功能。功能。功能。第14页，此课件共30页哦二、单片机发展、应用领域及发展趋势二、单片机发展、应用领域及发展趋势1.1.发发 展展第一阶段：第一阶段：第一阶段：第一阶段：19741974年年年年19761976年，单片机初级阶段。年，单片机初级阶段。年，单片机初级阶段。年，单片机初级阶段。双片的形式，且功能比较简单。双片的形式，且功能比较简单。双片的形式，且功能比较简单。双片的形式，且功能比较简单。第二阶段：第二阶段：第二阶段：第二阶段：1976 1976 1978 1978年，低性能单片机探索阶段。年，低性能单片机探索阶段。年，低性能单片机探索阶段。年，低性能单片机探索阶段。以以以以Intel Intel 公司的公司的公司的公司的MCS-48MCS-48单片机为代表。单片机为代表。单片机为代表。单片机为代表。MCS-48 MCS-48：8 8位位位位CPU CPU，并行，并行，并行，并行I/OI/O口，口，口，口，8 8位定时计数器，无串行位定时计数器，无串行位定时计数器，无串行位定时计数器，无串行I/OI/O 口，口，口，口，RAMRAM、ROMROM容量较小，寻址范围小于容量较小，寻址范围小于容量较小，寻址范围小于容量较小，寻址范围小于4KB4KB。第15页，此课件共30页哦第三阶段：第三阶段：1978年年-至今，高性能单片机阶段。至今，高性能单片机阶段。Intel公司的公司的 MCS-51系列、系列、Motorola公司的公司的6801系列等。系列等。MCS-51：8位位CPU，并行，并行I/O口，口，增有串行增有串行I/O口口，16位定时位定时/计数器计数器，可进，可进行行中断处理中断处理，具有并行三总线结构，具有并行三总线结构,RAM ROM容量较大，最大寻址范围容量较大，最大寻址范围为为64KB。第四阶段：第四阶段：1982-至今至今 该阶段是该阶段是8位机的进一步完善发展及位机的进一步完善发展及16位单片机、位单片机、32位单片机推位单片机推出阶段。出阶段。典型产品为典型产品为MCS-96：有串、并行的通信功能，定时：有串、并行的通信功能，定时/计数、中断计数、中断处理的功能更强，处理的功能更强，RAM、ROM容量更大，并增加了多通道容量更大，并增加了多通道A/D及及 D/A转换器，寻址范围为转换器，寻址范围为64KB。第16页，此课件共30页哦2.应用领域应用领域：凡是与控制或简单计算有关的电子设备都可以用单片机凡是与控制或简单计算有关的电子设备都可以用单片机凡是与控制或简单计算有关的电子设备都可以用单片机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：来实现，再根据具体实际情况选择不同性能的单片机，如：来实现，再根据具体实际情况选择不同性能的单片机，如：来实现，再根据具体实际情况选择不同性能的单片机，如：AtmelAtmel，stcstc，picpic，avravr，凌阳，凌阳，凌阳，凌阳，philipphilip，armarm等。主要应用于以等。主要应用于以等。主要应用于以等。主要应用于以下几方面：下几方面：下几方面：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、感应电智能仪器仪表：数字示波器、数字信号源、数字万用表、感应电智能仪器仪表：数字示波器、数字信号源、数字万用表、感应电智能仪器仪表：数字示波器、数字信号源、数字万用表、感应电流表等。流表等。流表等。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。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。高系统的工作效率和产品质量。第17页，此课件共30页哦消费类电子产品：如洗衣机、电冰箱、空调机、电视机、微波炉、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、手机、IC卡、汽车电子设备等。卡、汽车电子设备等。通讯方面：调制解调器、手机通讯方面：调制解调器、手机,blue-tooth等。等。武器装备：飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、鱼雷制导、武器装备：飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、鱼雷制导、智能武器等智能武器等。3.MCS-51系列单片机系列单片机 20世纪世纪80年代后期：年代后期：Intel公司以专利或技术交换的形式把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：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公司。这些厂家生产的兼容单片机，与机，与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工工艺。艺。第18页，此课件共30页哦 目前，单片机的主要生产厂家：目前，单片机的主要生产厂家：目前，单片机的主要生产厂家：目前，单片机的主要生产厂家：（1 1）美国）美国）美国）美国IntelIntel公司公司公司公司 MCS-51 MCS-51系列及其增强型、扩展型系列。系列及其增强型、扩展型系列。系列及其增强型、扩展型系列。系列及其增强型、扩展型系列。（2 2）美国）美国）美国）美国ATMELATMEL公司公司公司公司AT89C51AT89C51、89C5289C52、89C5589C55、89S5289S52等。等。等。等。（3 3）荷兰）荷兰）荷兰）荷兰PHILIPSPHILIPS（菲力浦）公司（菲力浦）公司（菲力浦）公司（菲力浦）公司 8xC552 8xC552系列系列系列系列 。此外：此外：此外：此外：AVRAVR、PIC(PIC16C765 MCU with USB)PIC(PIC16C765 MCU with USB)、MICROCHIP(PIC16F87X)MICROCHIP(PIC16F87X)等单片机也有广泛的应用。等单片机也有广泛的应用。等单片机也有广泛的应用。等单片机也有广泛的应用。89C5189C51系列：所有具有系列：所有具有系列：所有具有系列：所有具有80518051指令系统的单片机，不应直接称为指令系统的单片机，不应直接称为指令系统的单片机，不应直接称为指令系统的单片机，不应直接称为MCS-51MCS-51系列系列系列系列单片机单片机单片机单片机，MCSMCS只是只是只是只是IntelIntel公司专用的单片机系列符号。公司专用的单片机系列符号。公司专用的单片机系列符号。公司专用的单片机系列符号。第19页，此课件共30页哦MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类:（1 1）基本型）基本型）基本型）基本型 典型产品：典型产品：8031/8051/8751 RAM-128字节字节 ROM-4KB。（2）增强型）增强型 典型产品：典型产品：典型产品：典型产品：8032/8052/8752 8032/528032/8052/8752 8032/52：RAM-256 RAM-256字节，字节，字节，字节，ROM-8KBROM-8KB，16 16位定时器位定时器位定时器位定时器/计数器增至计数器增至计数器增至计数器增至3 3个。个。个。个。（3 3）低功耗型）低功耗型）低功耗型）低功耗型 典型产品：典型产品：80C31/87C51/80C51。（4 4）专用型）专用型）专用型）专用型 8044/8744，用于总线分布式多机测控系统。美国，用于总线分布式多机测控系统。美国Cypress公司的公司的EZU SR-2100单片机单片机-USB接口。接口。第20页，此课件共30页哦 (5(5）超）超）超）超8 8位型位型位型位型 典型产品：典型产品：PHILIPS公司公司80C552/87C552/83C552系列单系列单片机。片机。将将MCS-96系列（系列（16位单片机）位单片机）I/O部件如：部件如：高速输入高速输入/输输出（出（HSI/HSO）、）、A/D转换器、脉冲宽度调制（转换器、脉冲宽度调制（PWM）、）、看门狗定时器（看门狗定时器（WDT）等移植进来构成新一代等移植进来构成新一代等移植进来构成新一代等移植进来构成新一代MCS-51MCS-51产品。产品。产品。产品。（6 6）片内闪烁存储器型）片内闪烁存储器型）片内闪烁存储器型）片内闪烁存储器型 典型产品：典型产品：典型产品：典型产品：AT89C51 AT89C51单片机。单片机。单片机。单片机。第21页，此课件共30页哦 MCS-51系列单片机及其兼容机有系列单片机及其兼容机有 基本型、增强型、低功基本型、增强型、低功耗型耗型、专用型、超、专用型、超8位型和片内闪烁存储器型位型和片内闪烁存储器型.MCS-51系列以及系列以及80C51系列单片机有系列单片机有多种类型多种类型，但掌但掌握好握好MCS-51的的基本型基本型（8031、8051、8751或或80C31、80C51、87C51）是十分重要的。它们是具有）是十分重要的。它们是具有MCS-51内核的内核的各种型各种型号单片机的基础号单片机的基础，也也是各种是各种增强型、扩展型增强型、扩展型等衍生品种的等衍生品种的核心。核心。第22页，此课件共30页哦4.单片机的发展趋势单片机的发展趋势1 1）CPUCPU的改进的改进的改进的改进 （1 1）采用双）采用双）采用双）采用双CPUCPU结构，提高处理能力。结构，提高处理能力。结构，提高处理能力。结构，提高处理能力。（2 2）增加数据总线宽度，内部采用）增加数据总线宽度，内部采用）增加数据总线宽度，内部采用）增加数据总线宽度，内部采用1616位数据总线。位数据总线。位数据总线。位数据总线。（3 3）串行总线结构，菲利浦公司的总线（）串行总线结构，菲利浦公司的总线（）串行总线结构，菲利浦公司的总线（）串行总线结构，菲利浦公司的总线（InterInterICbusICbus）。用两根信号线代）。用两根信号线代）。用两根信号线代）。用两根信号线代替现行的替现行的替现行的替现行的8 8位数据总线。位数据总线。位数据总线。位数据总线。2 2）存储器的发展）存储器的发展）存储器的发展）存储器的发展（1 1）加大存储容量。）加大存储容量。）加大存储容量。）加大存储容量。（2 2）片内）片内）片内）片内EPROMEPROM采用采用采用采用 E E2 2PROMPROM或闪烁（或闪烁（或闪烁（或闪烁（FlashFlash）存储器。）存储器。）存储器。）存储器。（3 3）程序保密化。）程序保密化。）程序保密化。）程序保密化。3 3）片内）片内）片内）片内I/OI/O的改进的改进的改进的改进（1 1）增加并行口的驱动能力，能直接输出大电流和高电压。）增加并行口的驱动能力，能直接输出大电流和高电压。）增加并行口的驱动能力，能直接输出大电流和高电压。）增加并行口的驱动能力，能直接输出大电流和高电压。（2 2）增加）增加）增加）增加I/OI/O口的逻辑控制功能。口的逻辑控制功能。口的逻辑控制功能。口的逻辑控制功能。（3 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。）设置了一些特殊的串行接口功能，构成分布式、网络化系统。）设置了一些特殊的串行接口功能，构成分布式、网络化系统。）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，此课件共30页哦4)提高集成度提高集成度外围电路内装化外围电路内装化 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：统的单片化。代表：8051F单片机单片机5)低功耗化低功耗化 CMOS化化 CHMOS工艺。工艺。总之，单片机向高性能、高速、低功耗、低价格、高集成度方向总之，单片机向高性能、高速、低功耗、低价格、高集成度方向发展。发展。5.单片机的使用温度：单片机的使用温度：民品：民品：0C +70C 工业品：工业品：-40 C+85C军品：军品：-55 C+125C 汽汽 车：车：-40C+105C 第24页，此课件共30页哦三、三、.预备知识：（课后作业）预备知识：（课后作业）1.存储器简介：存储器简介：memory是单片机的主要组成部分之一，主要用于是单片机的主要组成部分之一，主要用于存储信息存储信息，它的分，它的分内内存存和和外存：外存：内存：内存：RAM：随机存储器，其中信息可读可写，随机存储器，其中信息可读可写，断电丢失全部内容。断电丢失全部内容。ROM：只读存储器，用户不可更改其内容，与：只读存储器，用户不可更改其内容，与EPROM同样同样，断电仍断电仍可保存信息可保存信息。EPROM：可擦除可编程的只读：可擦除可编程的只读ROM。Vpp=12V（写入）（写入）用紫外线可用紫外线可擦除其内容擦除其内容（除型号为（除型号为27开头的芯片，如开头的芯片，如 27C020）。）。E2PROM：电可擦除电可擦除ROM，+25V电源可改写。电源可改写。FLASH：+5V电源就可擦写。电源就可擦写。外存：外存：硬盘、软盘、优盘、光盘硬盘、软盘、优盘、光盘第25页，此课件共30页哦三、三、.预备知识：（课后作业）预备知识：（课后作业）2.数制及其间的转换数制及其间的转换 （1）数数 制制 常用的计数方法：常用的计数方法：二（二（B）、）、八八(Q)、十（、十（D）、十六（）、十六（H）、十二及）、十二及六十进制等。六十进制等。二进制：二进制：binary（B）八进制八进制：octal (O)十进制：十进制：decimal（D）十六进制：十六进制：hex（H）十二进制：十二进制：duodecimal 六十进制：六十进制：sexagesimal 第26页，此课件共30页哦三、三、.预备知识：（课后作业）预备知识：（课后作业）（2）数制的转换）数制的转换 二，十六进制转换为十进制时，原则为二，十六进制转换为十进制时，原则为按权展开相加按权展开相加。十进制转换为二，八，十六进制时，原则为十进制转换为二，八，十六进制时，原则为整数部分整数部分除基取余除基取余，先出，先出低位；低位；小数部分小数部分乘基取整乘基取整，先出高位。，先出高位。例例1 4.32D=100.0101B （取四位小数，并非精确）（取四位小数，并非精确）例例2 254.73D=376.56Q=FE.BA H 第27页，此课件共30页哦3.数的表示法数的表示法真值：真值：一个数的实际大小称为这个数的真值。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。表示法：机器数有原码、反码和补码三种形式。原码原码：正数的符号：正数的符号 0 ；负数的符号；负数的符号 1。正数的原码与真值相等。正数的原码与真值相等。反码反码：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：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）。取反（符号位除外）。补码：补码：正数的补码与其原码相同；负数的补码则为其对应的原码按位正数的补码与其原码相同；负数的补码则为其对应的原码按位取反（符号位除外）加取反（符号位除外）加1。正数正数原码原码=正数正数反码反码=正数正数补码补码 负数负数 原码原码=负数负数补码补码取反（符号位除外）取反（符号位除外）1第28页，此课件共30页哦本章重点：本章重点：单片机的单片机的单片机的单片机的定义、特点定义、特点定义、特点定义、特点；单片机的四个发展阶段；单片机的四个发展阶段；单片机的发展趋势；单片机的发展趋势；单片机的发展趋势；单片机的发展趋势；MCS-51MCS-51系列及其系列及其系列及其系列及其兼容性有哪几类兼容性有哪几类，其典型芯，其典型芯片片有哪些？有哪些？第29页，此课件共30页哦第一节提问第一节提问：单片机的单片机的定义定义；“单片机单片机”常用两种英文翻译缩写？常用两种英文翻译缩写？MCS-51系列单片机基本型的典型芯片型号？系列单片机基本型的典型芯片型号？EPROM E2PROM区别？区别？第30页，此课件共30页哦