单片机讲义ppt精.ppt

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1、单片机讲义ppt第1页，本讲稿共70页随着现代集成电路的飞速发展，微电子技术以其强大的势头渗入了我们生活中的每个领域，影响到我们生活中的每个角落，如家用电脑，数码相机，洗衣机，移动电话。MCU(微处理器)，DSP(数字信号处理器)及PLD(可编程逻辑器件)作为微电子技术中的三大巨头，不仅决定着现有电子产品的性能水平，而且还主宰着未来的发展方向第2页，本讲稿共70页单片机基础1概述概述2MCS-51单片机的基本结构单片机的基本结构3指令系统指令系统4应用实例应用实例第3页，本讲稿共70页1、概述第4页，本讲稿共70页1.1 单片机小作品第5页，本讲稿共70页基于单片机的U盘设计第6页，本讲稿共7

2、0页数字钟第7页，本讲稿共70页1.2 单片机的产生与发展 单片机产生与发展和微处理器的产生与发展大体同步,自1971年美国Intel公司首先推出4位微处理器以来,它的发展到目前为止大致可分为5个阶段:第8页，本讲稿共70页 第1阶段（19711976）:单片机发展的初级阶段。1971年11月Intel公司首先设计出集成度为2 000只晶体管/片的4位微处理器Intel 4004,而后又推出了8位微处理器Intel 8008,以及其它各公司相继推出的8位微处理器。第9页，本讲稿共70页 第2阶段（19761980）:低性能单片机阶段。以1976年Intel公司推出的MCS48系列为代表,采用将

3、8位CPU、8位并行I/O接口、8位定时/计数器、RAM和ROM等集成于一块半导体芯片上的单片结构,这一系列单片机寻址范围很有限,串行I/O也没有,中断系统也较简单,但功能可满足了一般工业控制和智能化仪器、仪表等的需要。第10页，本讲稿共70页 第3阶段（19801983）:高性能单片机阶段。这一阶段推出的高性能8位单片机普遍带有串行口,有多级中断处理系统,多个16位定时器/计数器。片内RAM、ROM的容量加大,且寻址范围可达64 KB,个别片内还带有A/D转换功能。第11页，本讲稿共70页 第4阶段（198380年代末）:16位单片机阶段。1983年Intel公司又推出了高性能的16位单片机

4、MCS96系列,由于其采用了最新的制造工艺,使芯片集成度高达12万只晶体管/片。第5阶段（90年代以后）:单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位向更高水平发展的阶段。第12页，本讲稿共70页 1.3单片机的应用 由于单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低,控制功能强及运算速度快等特点,因而在国民经济建设、军事及家用电器等各个领域均得到了广泛的应用。按照单片机的特点,其应用可分为单机应用与多机应用。1.单机应用第13页，本讲稿共70页 (1)测控系统。温室人工气候控制系统，汽轮机电液调节系统，车辆检测系统。(2)智能仪表。(3)机电一体化产品。数控机床，医疗器械。(4)智能民用

5、产品。游戏机，收银机，声像设备。第14页，本讲稿共70页 2.多机应用 单片机的多机应用系统可分为功能集散系统、并行多机处理及局部网络系统。(1)功能集散系统。多功能集散系统是为了满足工程系统多种外围功能的要求而设置的多机系统。(2)并行多机控制系统。并行多机控制系统主要解决工程应用系统的快速性问题,以便构成大型实时工程应用系统。(3)局部网络系统。第15页，本讲稿共70页 1.4 单片机系列简介 目前世界上单片机生产厂商很多,如:Intel、Motorola、Philips、TI等公司,其主流产品有几十个系列,几百个品种。尽管其各具特色,名称各异,但作为集CPU、RAM、ROM（或EPROM

6、）、I/O接口、定时器/计数器、中断系统为一体的单片机,其原理大同小异。今天我们就以Intel公司的系列的单片机为例,向大家做个简要的介绍。Intel公司从其生产单片机开始,发展到现在,大体上可分为3大系列:MCS48系列、MCS51系列系列、MCS96系列。第16页，本讲稿共70页MCS-51/52芯片第17页，本讲稿共70页2、MCS51系列单片机基本结构第18页，本讲稿共70页 2.1 MCS51单片机系列 MCS51系列单片机虽已有10多种产品,但可分为两大系列:MCS51子系列与MCS52子系列。MCS51子系列中主要有8031、8051、8751、89X51 四种类型。而MCS52

7、子系列也有四种类型8032、8052、8752、89X52。第19页，本讲稿共70页MCS51系列单片机内部结构简化框图 第20页，本讲稿共70页CPU单片机的最核心部分，由运算器、控制器以及中断电路组成。指令的执行以及数据的处理都是由CPU来完成的。第21页，本讲稿共70页时钟电路作用：没有统一的说法，粗略总结下（1）为系统提供一个稳定的时钟周期，单片机内部CPU所执行的每一个动作都是在时钟周期的严格控制下完成的。（2）为定时器及相应的定时中断源提供精确的时间参考第22页，本讲稿共70页MCS-51单片机片内有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，XTAL1 1和XTAL2分别是此放大器的分

8、别是此放大器的输入端和输出端。把放大器与作为反馈元件的晶体振输入端和输出端。把放大器与作为反馈元件的晶体振荡器或陶瓷谐振器连接，就构成了内部自激振荡器并荡器或陶瓷谐振器连接，就构成了内部自激振荡器并产生振荡时钟脉冲产生振荡时钟脉冲第23页，本讲稿共70页等效电路XTAL2XTAL1第24页，本讲稿共70页ROM用来存放用户的应用程序、常数以及表格固定型（ROM）、可擦写型（EPROM、EEPROM、Flash memory）特点：非易失性，工作时只能读第25页，本讲稿共70页RAM用来存放实时数据，外界送给CPU处理的数据都是放在RAM中暂时保存的。SRAM和DRAM(二者的区别，基本的存储单

9、元不同)特点:断电数据丢失，工作时能读能写第26页，本讲稿共70页定时器/计数器 所有单片机内都提供定时器/计数器。51系列内部有2个16定时/计数器，52系列内部3个以及1个看门狗定时器 定时器/计数器的作用：定时控制，延时，外部事件的计数和检测。注：定时器、计数器的区别第27页，本讲稿共70页内部同一个硬件资源，工作在那种模式由软件设置。两者的不同点在于：定时器时钟源来自内部系统时钟，计数器的时钟源由P3.4和P3.5引脚输入。第28页，本讲稿共70页中断系统中断的概念：中断是计算机CPU实时地处理内部或者外部事件的一种内部机制。当计算机内部或者外部的某些事件满足中断条件时，系统将迫使CP

10、U停止当前正在执行的程序，而去处理这些突发事件。处理完毕后，再回到原中断点继续执行原程序。3类中断源：定时器中断，串行口中断，外部中断。（复位键复位）第29页，本讲稿共70页中断存在的意义（作用）（1）促进CPU和外界的实时交流，加强 CPU与外界的联系。（2），提高CPU处理数据的水平。第30页，本讲稿共70页接口4个并行口和1对串行口作用：和外界交流数据，发送或接收外界的控制信号 4个并行口（P0P3）构成单片机内外部的3类总线 地址总线（P0和P2）控制总线、数据总线（P0P3）第31页，本讲稿共70页并行口的使用时,注意事项 P0口做数据输出端口时,必须外接上拉电阻。P1.56MOSI

11、P1.67MISOP1.78SCK P1口的几个特殊引脚第32页，本讲稿共70页P3口第二功能WRINT1INT0 P3.2P3.3位线引脚第二功能 P3.010RXD P3.111TXD1213 P3.414T0 P3.515T11617RDP3.7 P3.6 第33页，本讲稿共70页串行口P3.0(RXD)和P3.1(TXD)用于串行口通信，在单片机通信中还有一种并行口通信。两者的区别：串行口通信通信速度慢，但是需要的通信数据线少；并行口通信通信速度快，但是需要的数据线多（普通打印机和电脑的通信连接就是并行口通信的一个例子）第34页，本讲稿共70页串行口通信中的两个常用总线例子SPI：同步

12、串行通讯方式，它是一种三线同步总线。也就是说，当单片机与外围器件通信时，只需要三条数据线就可以完成，即SDI、SDO、SCKI2C：由PHILIPS公司开发的两线式串行总线。一根为SDA（数据线），一根为SCL（时钟 线）。任何时候时钟信号都是由主控器件产生。（数字传感器，ADC,DAC,存储器）第35页，本讲稿共70页2.2 单片机外部引脚说明第36页，本讲稿共70页图图23 MCS51系列单片机引脚及总线结构系列单片机引脚及总线结构第37页，本讲稿共70页 VCC（40脚）:接+5 V电源正端;VSS（20脚）:接+5 V电源地端。XTAL1（19脚）:接外部石英晶体的一端。当采用外部时钟

13、时,对于HMOS单片机,该引脚接地;对于CHMOS单片机,该引脚作为外部振荡信号的输入端。XTAL2（18脚）:接外部晶体的另一端。当采用外部时钟时,对于HMOS单片机,该引脚作为外部振荡信号的输入端;对于CHMOS芯片,该引脚悬空不接。第38页，本讲稿共70页 （29脚）:片外程序存储器读选通信号输出端,低电平有效。（31脚）:为访问外部程序存储器控制信号,低电平有效。，This pin also receives the 12-volt programming enable voltage(VPP)during Flash programming.（30脚）地址锁存允许/编程信号线。第39

14、页，本讲稿共70页3、指令系统这一节主要将汇编指令系统向大家做个简要介绍。这一节主要将汇编指令系统向大家做个简要介绍。第40页，本讲稿共70页CPU执行指令的过程第一，取值过程，从程序存储器中第一，取值过程，从程序存储器中ROM中取出指令中取出指令第二，执行过程，取出的指令代码首先被送到第二，执行过程，取出的指令代码首先被送到CPU中控制器中的中控制器中的指令寄存器，再通过指令译码器译码变成各种电信号，从而实现指令寄存器，再通过指令译码器译码变成各种电信号，从而实现指令的各种功能。指令的各种功能。执行执行 取指令取指令 分析分析 第41页，本讲稿共70页 汇编指令 格式：标号段：操作码，操作数

15、 ；注释段 例如 LOOP1:MOV P1,#66H 操作码：表明了指令的操作功能，42种操作码 操作数：源操作数和目的操作数，写在左边的 是目的操作数，右边被称为源操作数 42种操作码如下表 3.1 寻址方式第42页，本讲稿共70页ADD加法加法ADDC十十进进制加制加法法带带CDA十十进进制制调调整整SUBB减法减法带带CINC加加1DEC减减1MUL乘法乘法DIV除法除法MOV传传送送MOVC传传送送MOVX外外传传送送PUSH入堆入堆POP出堆出堆第43页，本讲稿共70页XCH交交换换XCHD低低4位位换换ANL与与ORL或或XRL异或异或CLR清零清零CPL取反取反RL左移左移RLC

16、带进带进左移左移RR右移右移RRC带进带进右移右移SWAP高低交高低交换换CLR 清零清零SETB置位置位CPL取反取反ANL与与ORL或或MOV传传送送ACALL子程序子程序调调用用LCALL长长子程子程序序RET子程序子程序返回返回RETI中断返中断返回回AJMP绝对转绝对转移移LJMP长转长转移移SJMP短短转转移移第44页，本讲稿共70页JMP相相对转对转移移JZ是零是零转转移移JNZ非零非零转转移移JC进进位零位零转转移移JNC进进位位1转转移移JB(位位)0转转移移JNB(位位)1转转移移JBC1转转移并清零移并清零CJNE比比较较不等不等转转移移DJNZ减减1非零非零转转移移NO

17、P空操作空操作第45页，本讲稿共70页MCS-51MCS-51汇编指令系统里的汇编指令系统里的4242种操种操作码描述了作码描述了3333种操作功能，与种操作功能，与 寻址方式结合共产生寻址方式结合共产生111111条指令。条指令。那么什么叫寻址方式，为什么介绍寻址方式：寻找操作数的存放地址的方式即寻址方式，现代半导体存储设备都是按地址来存放数据的，这样可以很方便的使CPU对数据的进行读取和保存。介绍寻址方式能帮助大家对汇编指令的掌握第46页，本讲稿共70页MCS-51指令系统中共7种寻址方式：寄存器寻址直接寻址立即寻址寄存器间接寻址变址寻址相对寻址位寻址 不做具体介绍了，有兴趣的同学可以查阅

18、资料第47页，本讲稿共70页3.2指令分类指令系统里的111条指令可分为5类：数据传送类：28条算术运算类：24条逻辑运算类：25条控制转移类：17条位操作类：17条 另外，还有一类指令即伪指令第48页，本讲稿共70页伪指令与指令的区别：伪指令伪指令由汇编程序汇编程序识别，用来对汇编过程进行某种控制,或者对符号、标号赋值。在汇编过程中,伪指令不产生可执行的机器代码；而指令指令由CPU执行，在汇编过程中，产生可执行的机器代码，完成对数据的运算与处理。第49页，本讲稿共70页常用的伪指令：ORG（汇编起始指令）END（汇编结束指令）EQU（等值指令）DB（定义字节指令）DW（定义字指令）第50页，

19、本讲稿共70页3.3 51单片机的编程支持多种语言开发：汇编语言，C语言,C+语言汇编语言：生成的机器代码效率高，对硬件的访问及操作方便直接C语言：通俗易懂，提供了很多数学函数并支持浮点运算，而且一般的编译器都支持C调用嵌入式汇编（混合编程）C+语言第51页，本讲稿共70页目前，使用C语言进行程序设计已经成为软件开发的一个主流。C语言开发可大大缩短开发周期，明显增强程序的可读性，便于改进、扩充和移植。而且现今大多数开发环境都支持C语言的混合编程，即允许C语言中嵌入汇编调用。第52页，本讲稿共70页编程一般步骤1拟定设计任务书，根据项目的具体情况和要求确定程序要达到的功能、指标、精度等级、工程进

20、度等等2建模，在任务书的基本上，建立相应程序模型3拟定算法4绘制流程图5编写源程序6上机调试（编译调试，上板调试）第53页，本讲稿共70页 编译调试，排除语法错误，实现必要的结构优化，进行事先的软件仿真。上板调试，将程序下载到单片机系统里，能否按预期的目标工作还需要调试。程序从电脑装载到单片机一般可以用ISP下载方式实现，ISP（In-SystemProgramming）在线系统）在线系统可编程，指电路板上的空白器件可以在不需要从电路可编程，指电路板上的空白器件可以在不需要从电路板上取下的条件下将程序代码载入的一种编程方式，板上取下的条件下将程序代码载入的一种编程方式，已经编程的器件也可以用已

21、经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再编程。方式擦除或再编程。ISP技术是未来程序下载及调试发展方向。技术是未来程序下载及调试发展方向。第54页，本讲稿共70页ISPISP与微机并口的连接方法第55页，本讲稿共70页4、应用实例第56页，本讲稿共70页4.1 跑马灯第57页，本讲稿共70页#includevoid delay()/延时1s int i=20000;for(i;i0;i-);void main()P3=0 x00;while(1)delay();if(P3=0 x00)P3=0 x01;delay();else if(P3=0 x80)P3=0 x00;delay();else

22、P3=(P31)|0 x01;第58页，本讲稿共70页4.2 数字温度计第59页，本讲稿共70页DS18B20温度的测量和控制在工农业生产以及科学温度的测量和控制在工农业生产以及科学研究中应用广泛。其测量方法也比较多，研究中应用广泛。其测量方法也比较多，这里介绍的基于这里介绍的基于AT89C51AT89C51和和DS18B20DS18B20的的温度测量系统，不仅结构简洁，而且抗干温度测量系统，不仅结构简洁，而且抗干扰能力强，测量精度高扰能力强，测量精度高。ds18b20ds18b20是一款单总线数字测温芯片，芯片能实现温是一款单总线数字测温芯片，芯片能实现温度采集并转换，最终以数字信号的形式输

23、出温度数据，度采集并转换，最终以数字信号的形式输出温度数据，单片机接收到数据经过简单的计算处理便可送往显示单片机接收到数据经过简单的计算处理便可送往显示器显示。器显示。第60页，本讲稿共70页硬件工作量小，只要熟悉C语言编程便可将这个系统做得相当专业第61页，本讲稿共70页4.3 日历时钟系统第62页，本讲稿共70页第63页，本讲稿共70页日历时钟在我们的日常生活中见得较多。电子钟表，电子挂历以及一些墙画上面都能见到。这个日历时钟系统能够显示年、月份，公、农历日期，星期，以及时间并可带闹钟功能，通过键盘可以对这些参数进行任意设置。系统中用到两个重要IC，89C51以及SD2000。第64页，本

24、讲稿共70页SD2000RAM系列是一种具有内置晶振、支持IP2PC总线接口的高精度实时时钟芯片。该系列芯片时钟精度年误差小于2.5 分钟；内置电池、串行NVSRAM，内置一次性电池可保证在外部掉电情况下时钟使用寿命超过五年，电池 在一次充满情况下可保证内部时钟走时时间超过一年以上（可满充200次）；内置串行NVSRAM为非易失性 SRAM，擦写次数可达 100亿次第65页，本讲稿共70页STC810The main functions are:1.Asserting reset output during power-up,powerdown and brownout conditions

25、for P system;2.Detecting power failure or low-battery conditions with a 1.25V threshold detector;3.Watchdog functions;4.Manual reset.第66页，本讲稿共70页4.4 MP3播放器USB接口MCULCD音频解码音频功放系统电源键盘FLASH第67页，本讲稿共70页参考ICMCU（主控制器）89C52CH375B（USB）接口VS1003音频解码LM386 小功率音频功放第68页，本讲稿共70页系统简介该系统的工作量不管是硬件还是软件，相对来说都比较大。特别是软件，需要对USB通信协议，文件系统等相关的操作系统知识有一定的了解和掌握。有兴趣的同学我们可以课后继续讨论第69页，本讲稿共70页 到此结束 感谢大家的积极配合第70页，本讲稿共70页