第1章绪论-单片机原理及应用(C51编程)-李全利-高教出版社.pdf

单片机原理及应用（单片机原理及应用（C51编程）编程）工程应用型自动化专业系列教材工程应用型自动化专业系列教材 主编主编 李全利李全利 2013/4/27 2 课程特点：课程特点：实践性强，旨在应用实践性强，旨在应用 硬件、软件结合紧密硬件、软件结合紧密 学习方法：学习方法：课前预习，课后复习课前预习，课后复习 软硬兼顾，上机实践软硬兼顾，上机实践 广阅书刊，用好网络广阅书刊，用好网络 2013/4/27 3 第第1 1章章 绪论绪论 电子计算机电子计算机概述概述 1.1 单片机的单片机的发展过程发展过程及及产品近况产品近况 1.2 单片机的单片机的特点特点及及应用领域应用领域 1.3 单片机单片机应用系统开发过程应用系统开发过程 1.4 熟悉熟悉Vision开发平台开发平台 实践实践1 1 2013/4/27 4 1.1 电子计算机概述电子计算机概述 1.1.1 1.1.1 电子计算机的经典结构电子计算机的经典结构 19461946年年2 2月月1515日，第一日，第一台电子数字台电子数字计算机问世。计算机问世。标志着计算机时代的到来标志着计算机时代的到来，对人类的对人类的生产生产和和生活生活方式产生了方式产生了巨大的影响巨大的影响。ENIACENIAC 2013/4/27 5 冯冯 诺依曼诺依曼提出提出“程序存储程序存储”和和“二进制运算二进制运算”的的思想，构建了计算机思想，构建了计算机经典结构经典结构：存储器输出设备输入设备控制器运算器计算机的经典结构计算机的经典结构 CPU 2013/4/27 6 电子计算机经历了五个年代电子计算机经历了五个年代 结构结构仍然仍然没有突破没有突破冯冯 诺依曼提出的计算机的经诺依曼提出的计算机的经典结构框架典结构框架。电子管电子管计算机计算机 晶体管晶体管计算机计算机 集成电路集成电路计算机计算机 大规模集成电路大规模集成电路计算机计算机 超大规模集成电路超大规模集成电路计算机计算机 2013/4/27 7 1.1.2 1.1.2 微型计算机的组成及其应用形态微型计算机的组成及其应用形态 微处理器微处理器 19711971年年1 1月，月，INTELINTEL将：将：运算器运算器 控制器控制器 一些寄存器一些寄存器 集成在一个芯片上集成在一个芯片上 -微处理器微处理器 40044004微处理器微处理器 2013/4/27 8 CPUCPU +存储器存储器 +I/OI/O接口接口 =微型计算机微型计算机 存储器I/O接口输入设备地址总线AB数据总线DB控制总线CBCPU(运算器)(控制器)输出设备2013/4/27 9 微型计算机的应用形态微型计算机的应用形态 桌面应用桌面应用 输入设备输出设备CPU芯片存储器芯片I/O接口芯片2013/4/27 10 嵌入式应用嵌入式应用 输出设备输入设备CPU、存储器和I/O接口集成于同一芯片2013/4/27 11 桌面应用桌面应用属于通用计算机，主要用于数据处理、属于通用计算机，主要用于数据处理、办公自动化及辅助设计。办公自动化及辅助设计。嵌入式应用嵌入式应用属于专用计算机，主要用于智能仪属于专用计算机，主要用于智能仪表及传感器、智能家电、智能办公设备、汽车表及传感器、智能家电、智能办公设备、汽车及军事电子设备等系统及军事电子设备等系统。单片机单片机体积小体积小、价格低价格低、可靠性高可靠性高，其非凡的其非凡的嵌嵌入式应用形态入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势优势。桌面应用桌面应用与与嵌入式应用嵌入式应用比较比较 2013/4/27 12 1.2 单片机的发展过程及产品近况单片机的发展过程及产品近况 1.2.1 1.2.1 单片机的发展过程单片机的发展过程 3 3个主要阶段：个主要阶段：单片形成阶段单片形成阶段 1976年，年，Intel推出推出MCS-48列单片机列单片机：8位位CPU、1K字节字节ROM、64字节字节RAM、27根根I/O线和线和1个个8位定时位定时/计数器。计数器。特点特点：存储器容量小，寻址范围小（不大于存储器容量小，寻址范围小（不大于4K4K），），无串行接口，指令系统功能不强。无串行接口，指令系统功能不强。2013/4/27 13 特点特点：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出。现在，的特点进一步突出。现在，MCSMCS-5151已成为公认的单已成为公认的单片机经典机种片机经典机种 。结构成熟阶段结构成熟阶段 19801980年，年，IntelIntel推出推出MCSMCS-5151系列单片机：系列单片机：8 8位位CPUCPU、4K4K字节字节ROMROM、128128字节字节RAMRAM、4 4个个8 8位并口、位并口、1 1个全双工串行口、个全双工串行口、2 2个个1616位定时位定时/计数器。寻址范围计数器。寻址范围64K64K，并有控制功能较强的布尔处理器，并有控制功能较强的布尔处理器。2013/4/27 14 性能提高阶段性能提高阶段 特点特点：控制性能优异、种类繁多。：控制性能优异、种类繁多。“微控制器微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。的称谓更能反应单片机的本质。近年来，不断有单片机新品出现。如近年来，不断有单片机新品出现。如Silicon LabsSilicon Labs公司推出的单片机公司推出的单片机C8051F120C8051F120：8 8位高速位高速CPU(100MIPS)CPU(100MIPS)；128K128K字节字节FLASHFLASH；5 5个个1616位位定时计数器；定时计数器；2 2个个UARTUART，另有，另有SMBusSMBus和和SPISPI总线接口总线接口；2020个中断源；个中断源；8 8路路1212位位ADC,2ADC,2路路1212位位DACDAC；片内看门；片内看门狗定时器等狗定时器等。2013/4/27 15 1.2.2 1.2.2 单片机产品近况单片机产品近况 80C5180C51兼容产品兼容产品：80C5180C51主流地位已形成，与其兼主流地位已形成，与其兼容的容的典型典型产品有：产品有：ATMELATMEL的的AT89S5xAT89S5x系列系列 （ISPISP，在系统编程），在系统编程）宏晶宏晶的的STC89C5xSTC89C5x系列系列 （RS232RS232口编程，方便实用）口编程，方便实用）Silicon LabsSilicon Labs的的C8051FC8051F系列系列 （SOCSOC，片内功能模块丰富，片内功能模块丰富 ）2013/4/27 16 非非80C5180C51结构结构产品：给用户提供了更为广泛的选产品：给用户提供了更为广泛的选择空间，择空间，典型典型产品有：产品有：1.2.2 1.2.2 单片机产品近况单片机产品近况 MicrochipMicrochip公司的公司的PICPIC系列系列 （品种多便于选型，汽车产品）（品种多便于选型，汽车产品）TITI公司的公司的MSP430MSP430系列系列 （1616位，低功耗，电池供电产品）位，低功耗，电池供电产品）ATMELATMEL公司的公司的AVRAVR和和MegaMega系列系列 （不易解密，军工产品）（不易解密，军工产品）2013/4/27 17 1.3 单片机的特点及应用领域单片机的特点及应用领域 1.3.1 1.3.1 单片机的特点单片机的特点 突出的控制性能突出的控制性能 可靠性较高可靠性较高，CPUCPU、存储器及存储器及I/OI/O接口集成在片内接口集成在片内，数据传送不易受环境条件的影响；数据传送不易受环境条件的影响；控制功能强控制功能强，位位控能力独特控能力独特，集成有集成有ADCADC、PWMPWM、WDTWDT等部件等部件。优秀的嵌入品质优秀的嵌入品质 价格低价格低（批量产品批量产品）；品种多品种多（应用广泛应用广泛）引脚少引脚少体积小体积小（印制板减较小印制板减较小），产品结构灵活精巧产品结构灵活精巧。2013/4/27 18 1.3.2 1.3.2 单片机的应用领域单片机的应用领域 智能仪器仪表智能仪器仪表 机电一体化产品机电一体化产品 实时工业控制实时工业控制 分布式系统的前端模块分布式系统的前端模块 家用电器家用电器 交通与航空航天交通与航空航天 2013/4/27 19 1.4 单片机应用系统开发过程单片机应用系统开发过程 1.4.1 1.4.1 应用系统开发过程应用系统开发过程 借助借助开发机开发机完成：完成：排除硬件故障和软件错误排除硬件故障和软件错误 程序固化到程序存储器芯片中。程序固化到程序存储器芯片中。正确的正确的硬件设计硬件设计和良好的和良好的软件功能设计软件功能设计是一个实是一个实用的单片机应用系统的设计目标。完成该目标的过用的单片机应用系统的设计目标。完成该目标的过程称为程称为单片机应用系统的开发单片机应用系统的开发。2013/4/27 20 指令的表示形式指令的表示形式 指令是让单片机执行某种操作的命令，按一定的指令是让单片机执行某种操作的命令，按一定的顺序以二进制码的形式存放于程序存储器。如：顺序以二进制码的形式存放于程序存储器。如：04H04H:累加器累加器A A的内容加的内容加1 1，难记！，难记！0000 0100B0000 0100B 04H04H INC AINC A，记忆容易。，记忆容易。称为符号指令。称为符号指令。2013/4/27 21 汇编或编译汇编或编译 将符号指令转换成机器码的过程称为汇编。高将符号指令转换成机器码的过程称为汇编。高级语言转换成机器码的过程称为编译。级语言转换成机器码的过程称为编译。汇编器（汇编器（A51.EXEA51.EXE）编译器（编译器（C51.EXEC51.EXE）连接与固化连接与固化 汇编和编译形成的浮动地址目标码，要由连接汇编和编译形成的浮动地址目标码，要由连接器（器（BL51.EXEBL51.EXE）连接生成）连接生成绝对地址目标码绝对地址目标码。调试。调试无误的目标码要由转换成（无误的目标码要由转换成（.HEX.HEX）文件，然后才）文件，然后才能写入到能写入到ROMROM中。中。2013/4/27 22 1.4.2 1.4.2 应用系统开发工具应用系统开发工具 硬件开发硬件开发 使用使用Protel99SEProtel99SE软件设计软件设计 制版、安装器件、焊接制版、安装器件、焊接 2013/4/27 23 软件开发软件开发 利用利用 Vision生成目标文件生成目标文件 仿真：软件仿真、硬件仿真仿真：软件仿真、硬件仿真 软件界面软件界面 硬件仿真器硬件仿真器 利用编程器利用编程器 编程器编程器 2013/4/27 24 汇编器汇编器A51.EXE编译器编译器C51.EXE目标文件目标文件(浮动地址浮动地址).OBJOBJC C源文件源文件.C C汇编源文件汇编源文件.ASMASM或或.SRCSRC连接器连接器BL51.EXE调试目标文件调试目标文件(绝对地址绝对地址)无扩展名或无扩展名或.absabs转换器转换器OH51.EXE可烧写可烧写目标文件目标文件.HEXHEX.LST.LST.M51库文件库文件.LIBLIB映像文件映像文件 仿真仿真(或模拟或模拟)调试调试写入芯片写入芯片编程编程写入器写入器目标程序开发生成过程目标程序开发生成过程 2013/4/27 25 实践实践1 熟悉熟悉 Vision开发平台开发平台 工程窗口工程窗口编辑窗口编辑窗口运行信息显示窗口运行信息显示窗口存储器信息窗口存储器信息窗口变量观察窗口变量观察窗口片内外设窗口片内外设窗口寄存器标签 Vision的界面的界面 2013/4/27 26 可执行程序的生成可执行程序的生成 选择芯片型号修改晶振频率建立输出文件选择仿真方式2013/4/27 27 软件模拟软件模拟-用于算法模拟用于算法模拟 硬件仿真硬件仿真-用于硬件调试用于硬件调试 调试步骤：调试步骤：DebugDebug菜单，单击菜单，单击Start/Stop Debug SessionStart/Stop Debug Session 选择选择DebugDebug菜单的菜单的RunRun或或StepStep等命令等命令 观察观察存储器存储器、寄存器寄存器、片内外设片内外设等状态等状态 *开发环境的开发环境的虚拟串口虚拟串口与与单片机串口单片机串口交互信息交互信息 仿真调试仿真调试 2013/4/27 28 建立文件夹建立文件夹lx1lx1 编辑编辑以下以下文件文件，lx1.asmlx1.asm存盘存盘 ORG 0000HORG 0000H MAIN:MOV A,#0FEH;MAIN:MOV A,#0FEH;LOOP:MOV P2,ALOOP:MOV P2,A RL ARL A AJMP LOOPAJMP LOOP ENDEND 建立工程建立工程，以，以lx1lx1存盘（工程扩展名自动添加）存盘（工程扩展名自动添加）在在projectproject菜单，单击菜单，单击Options for Target Options for Target Target 1Target 1 设置设置器件器件、晶振频率晶振频率，选选EXEEXE选项选项和和SimulatorSimulator选项选项 单击单击Rebuild all Target filesRebuild all Target files完成汇编，然后完成汇编，然后调试调试。示例步骤示例步骤