单片机原理接口及应用PPT讲稿.ppt

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1、单片机原理接口及单片机原理接口及应用应用第1页，共18页，编辑于2022年，星期五绪 论 计算机的新分类计算机的新分类 嵌入式系统嵌入式系统 单片机单片机 单片机的应用单片机的应用 单片机的发展趋势单片机的发展趋势 MCS-51系列系列单片机类型单片机类型第2页，共18页，编辑于2022年，星期五一、计算机的新分类一、计算机的新分类 长期以来人们按照计算机的体系结构、运算速度、结构规模、适长期以来人们按照计算机的体系结构、运算速度、结构规模、适用领域，将其分为用领域，将其分为 大型计算机、中型机、小型机和微型计算机。大型计算机、中型机、小型机和微型计算机。随着计算机技术的迅速发展，计算机技术和

2、产品对其它行随着计算机技术的迅速发展，计算机技术和产品对其它行业的广泛渗透，人们以应用为中心、按计算机的嵌入式应用和非业的广泛渗透，人们以应用为中心、按计算机的嵌入式应用和非嵌入式应用进行新的分类嵌入式应用进行新的分类,将其分为将其分为 嵌入式计算机嵌入式计算机 和和 通用计算机。通用计算机。通用计算机通用计算机具有计算机的标准形态，通过装配不同的应用具有计算机的标准形态，通过装配不同的应用软件，以类同面目出现，并应用在社会的各个方面，其典型产软件，以类同面目出现，并应用在社会的各个方面，其典型产品为品为PCPC机；机；嵌入式计算机嵌入式计算机则是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、则是以嵌入式

3、系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中。产品和系统中。第3页，共18页，编辑于2022年，星期五什么是嵌入式系统什么是嵌入式系统 嵌入式系统是嵌入式系统是以应用为中心以应用为中心、以计算机技术为基础、软、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、针对具体应用系统、对功能、可靠性、成本、件硬件可裁剪、针对具体应用系统、对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机，一台嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机，一台通用计算机的外部设备中就包含了通用计算机的外部设备中就包含了5-105-10个嵌入式微

4、处理器，键盘、个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、网卡、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、网卡、ModemModem、声卡、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、打印机、扫描仪、数字相机、USBUSB集线器等均是由嵌入式处理器控集线器等均是由嵌入式处理器控制的。在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、制的。在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、家电产品等方面无不是嵌入式计算机的应航空、航天、军事装备、家电产品等方面无不是嵌入式计算机的应用领域。用领域。第4页，共18页，编辑于2022年，星期五二、嵌入式系统二、嵌入式系统1.1.嵌

5、入式系统的种类嵌入式系统的种类 嵌入式系统的核心部件有以下三类：嵌入式系统的核心部件有以下三类：（1 1）嵌入式微处理器嵌入式微处理器（Embedded Microprocessor Unit,EMPU）：功能同标准的功能同标准的CPUCPU，但在工作温度、，但在工作温度、电磁干扰、可靠电磁干扰、可靠性等方面做了各种增强。性等方面做了各种增强。（2 2）嵌入式微控制器嵌入式微控制器（Microcontroller Unit,MCU又称单片机）又称单片机）。（3 3）嵌入式嵌入式DSP处理器处理器（Embedded Digital Signal Processor,EDSP）：）：DSPDSP处

6、理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行适合于执行DSPDSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。第5页，共18页，编辑于2022年，星期五 2.2.嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点 (1)(1)产品稳定性产品稳定性 不象不象PCPC机那样更新换代很快，机那样更新换代很快，5151单片机问世单片机问世2020多年，至今方多年，至今方兴未艾。兴未艾。(2)(2)不可垄断性不可垄断性 PCPC机垄断全世界，机垄断全世界，WindowsWindows垄断全世界垄断全世界,而单片机没有一而单片机没有一个能垄

7、断全世界，各种单片机各有自己的市场。个能垄断全世界，各种单片机各有自己的市场。(3)(3)产品的多样性、分散性、创新性产品的多样性、分散性、创新性 (4)(4)软件特性：不是以磁盘的形式存储，而是固化在芯片中软件特性：不是以磁盘的形式存储，而是固化在芯片中 (5)(5)嵌入式系统的开发需要开发工具嵌入式系统的开发需要开发工具 嵌入式系统自身无开发能力，需借助开发工具，如编程器、嵌入式系统自身无开发能力，需借助开发工具，如编程器、仿真器。仿真器。第6页，共18页，编辑于2022年，星期五 全称全称单片微型计算机单片微型计算机(Single ChipMicrocomputer)又称又称微控制器微控

8、制器MCU(Micro Controller Unit),是将计算机的基本部分是将计算机的基本部分微型化微型化,使之集成在一块芯片上的微机。片内含有使之集成在一块芯片上的微机。片内含有CPU、ROM、RAM、并行并行I/0I/0、串行、串行I/OI/O、定时器、定时器/计数器、中断控制、系统时钟计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等，它本身就是一个嵌入式系统，同时它也可作更大的及系统总线等，它本身就是一个嵌入式系统，同时它也可作更大的嵌入式系统的核心。嵌入式系统的核心。单片机的特点是小而全，即体积小、功能全、功耗低、性能价格单片机的特点是小而全，即体积小、功能全、功耗低、性能价格比高。比高。三

9、、单片机三、单片机 第7页，共18页，编辑于2022年，星期五1.1.单片机的应用单片机的应用 由于单片机小而全，易于推广应用等显著优点，在自动化由于单片机小而全，易于推广应用等显著优点，在自动化装置，智能化仪器仪表和家用电器等领域得到日益广泛的应用。装置，智能化仪器仪表和家用电器等领域得到日益广泛的应用。下面仅列举一些典型的应用领域。下面仅列举一些典型的应用领域。（1 1）工业控制）工业控制 数控机床，电机控制，工业机器人，自动控制等数控机床，电机控制，工业机器人，自动控制等 （2 2）仪器仪表）仪器仪表 智能仪器，医疗器械，数字示波器等。智能仪器，医疗器械，数字示波器等。（3 3）电信技术

10、）电信技术 调制解调器，声像处理，数字滤波，通信设备等。调制解调器，声像处理，数字滤波，通信设备等。（4 4）办公自动化和计算机外部设备）办公自动化和计算机外部设备 传真机，复印机，打印机，绘图仪，扫描仪等传真机，复印机，打印机，绘图仪，扫描仪等第8页，共18页，编辑于2022年，星期五 （5 5）汽车与节能）汽车与节能 点火控制，变速控制，防滑车控制，排气控制，计费器，交点火控制，变速控制，防滑车控制，排气控制，计费器，交通控制等。通控制等。（6 6）导弹）导弹 导弹控制，鱼雷制导，智能武器装置，航天导弹系统等。导弹控制，鱼雷制导，智能武器装置，航天导弹系统等。（7 7）商用产品）商用产品

11、电子收款机，电子秤，银行统计机等。电子收款机，电子秤，银行统计机等。（8 8）家用电器）家用电器 微波炉，电视机，录像机，音响设备，游戏机等微波炉，电视机，录像机，音响设备，游戏机等 以上可见它无处不有、无时不在，像个万能的螺丝钉。以上可见它无处不有、无时不在，像个万能的螺丝钉。第9页，共18页，编辑于2022年，星期五2.2.单片机的发展趋势单片机的发展趋势（1 1）单片机的字长由）单片机的字长由4 4位、位、8 8位、位、16 16 位发展到位发展到3232位。位。这几种字长的这几种字长的MCUMCU目前同时存在于市场，由于单片机主要用于目前同时存在于市场，由于单片机主要用于控制，目前控制

12、，目前8 8位的位的MCU MCU 仍然占主流地位，只有在精度要求特别高的场合仍然占主流地位，只有在精度要求特别高的场合如图像处理等，才采用如图像处理等，才采用1616位的位的MCU,MCU,用户可以根据产品的需要进行用户可以根据产品的需要进行选择。选择。（2 2）运行速度不断提高。）运行速度不断提高。单片机的使用最高频率由单片机的使用最高频率由6MHz、12MHz、24MHz、33MHz、发展到发展到 40MHz。（3 3）单片机内的存储容量越来越大。）单片机内的存储容量越来越大。由由1KB、2KB、4KB、8KB、16KB、32KB、发展到、发展到 64KB 等。等。第10页，共18页，编

13、辑于2022年，星期五（4 4）ROMROM存储器的编程也越来越方便存储器的编程也越来越方便 有有 ROMROM型（掩模型）、型（掩模型）、OTPOTP型（一次性编程）、型（一次性编程）、EPROMEPROM（紫外（紫外线擦除编程）、线擦除编程）、EEPROMEEPROM（电擦除编程）及（电擦除编程）及FLASHFLASH（闪速编程）。编程（闪速编程）。编程（烧录）方式也越来越方便，目前有脱机编程、在系统编程（烧录）方式也越来越方便，目前有脱机编程、在系统编程（ISPISP）、）、在应用编程（在应用编程（IAPIAP）。各类产品并存，可供用户选择。）。各类产品并存，可供用户选择。（5 5）I/

14、OI/O端口多功能化端口多功能化 单片机内除集成有并行接口、串行接口外，还集成有单片机内除集成有并行接口、串行接口外，还集成有A/D、D/A、LED/LCD显示驱动、显示驱动、DMA控制、控制、PWM（脉宽调制输出）、（脉宽调制输出）、PLC（锁相环控制）、（锁相环控制）、PCA(逻辑阵列）逻辑阵列）WDT（看门狗）等。（看门狗）等。第11页，共18页，编辑于2022年，星期五（6 6）功耗越来越低）功耗越来越低 采用采用CHMOSCHMOS制作工艺使单片机集制作工艺使单片机集HMOSHMOS的高速、高集成度和的高速、高集成度和CMOSCMOS的的低功耗技术为一体，使单片机的功耗进一步降低，适

15、应的电压范低功耗技术为一体，使单片机的功耗进一步降低，适应的电压范围更宽（围更宽（2.62.66V6V）。）。（7 7）结合专用集成电路结合专用集成电路ASICASIC、精简指令集和、精简指令集和RISCRISC技术，使单片机技术，使单片机发展成为嵌入式的处理器，深入到数字信号处理、图象处理、发展成为嵌入式的处理器，深入到数字信号处理、图象处理、人工智能、机器人等领域。人工智能、机器人等领域。第12页，共18页，编辑于2022年，星期五 以上单片机各种发展系列并非一代淘汰一代，用户根以上单片机各种发展系列并非一代淘汰一代，用户根据产品要求、性价比等情况选择。据产品要求、性价比等情况选择。目前市

16、面上较有影响的单片机厂家有目前市面上较有影响的单片机厂家有：lINTEL：MCS-51、MCS-96系列。系列。lMOTOROLA：68HCXX系列。系列。lMICROCHIP：16C5X/6X/7X/8X系列。系列。lZILOG：Z86EXXXPSC系列。系列。lTEXAS：MSP430FXX系列。系列。第13页，共18页，编辑于2022年，星期五 各厂家单片机的指令系统各不相同，功能各有所各厂家单片机的指令系统各不相同，功能各有所长，其中市场占有最高的是长，其中市场占有最高的是MCS-51MCS-51系列，因为世界系列，因为世界上很多知名的上很多知名的ICIC生产厂家都生产生产厂家都生产5

17、151兼容的芯片。目前兼容的芯片。目前为止，为止，MCS-51MCS-51单片机已有数百个品种，还在不断推出单片机已有数百个品种，还在不断推出功能更强的新产品。近年来功能更强的新产品。近年来PHILIPSPHILIPS公司又推出了指令公司又推出了指令和和MCS-51MCS-51兼容的兼容的1616位单片机，这样保证了位单片机，这样保证了MCS-51MCS-51单单片机的先进性，同时，很多专用芯片以它作为控制片机的先进性，同时，很多专用芯片以它作为控制核心，可以预言，几十年内不会淘汰。因此，核心，可以预言，几十年内不会淘汰。因此，MCS-51MCS-51单片机成为教学的首选机型。单片机成为教学的

18、首选机型。第14页，共18页，编辑于2022年，星期五3.MCS-513.MCS-51系列单片机类型系列单片机类型 MCS-51MCS-51系列单片机品种很多，如果按照存储器系列单片机品种很多，如果按照存储器ROMROM配置状态配置状态,可划分为：可划分为：l片内无片内无EPROMEPROM型，如型，如80(C)3X;80(C)3X;l片内片内EPROM,EPROM,如如87(C)5X87(C)5X；l片内片内FLASH EEPROMFLASH EEPROM型，如型，如89C5X;89C5X;l片内片内EEPROM ISPEEPROM ISP型型(可在系统编程）如可在系统编程）如89S5X89

19、S5X。第15页，共18页，编辑于2022年，星期五 如果按照其功能，则可划分以下一些类型如果按照其功能，则可划分以下一些类型:(1)(1)(1)(1)基本型基本型基本型基本型 基本型有基本型有基本型有基本型有8031803180318031、8051805180518051、8751875187518751、89C51/S5189C51/S5189C51/S5189C51/S51等。等。等。等。基本型的代表产品是基本型的代表产品是基本型的代表产品是基本型的代表产品是80518051，其基本特性如下：，其基本特性如下：，其基本特性如下：，其基本特性如下：一个一个一个一个8 8 8 8位位位位C

20、PUCPUCPUCPU和指令系统。和指令系统。和指令系统。和指令系统。128128128128字节的片内字节的片内字节的片内字节的片内RAMRAMRAMRAM。21212121个特殊功能寄存器。个特殊功能寄存器。个特殊功能寄存器。个特殊功能寄存器。32323232线并行线并行线并行线并行I/OI/OI/OI/O口。口。口。口。2 2 2 2个个个个16161616位定时位定时位定时位定时/计数器。计数器。计数器。计数器。一个全双工串行口。一个全双工串行口。一个全双工串行口。一个全双工串行口。5 5 5 5个中断源、个中断源、个中断源、个中断源、2 2 2 2个中断优先级的中断结构个中断优先级的

21、中断结构个中断优先级的中断结构个中断优先级的中断结构.第16页，共18页，编辑于2022年，星期五 4KB4KB4KB4KB片内片内片内片内ROMROMROMROM。一个片内时钟振荡器和时钟电路一个片内时钟振荡器和时钟电路一个片内时钟振荡器和时钟电路一个片内时钟振荡器和时钟电路.片外可扩展片外可扩展片外可扩展片外可扩展64KBROM64KBROM64KBROM64KBROM和和和和64KBRAM.64KBRAM.64KBRAM.64KBRAM.由此可见由此可见由此可见由此可见,它本身就是一个功能相当强的它本身就是一个功能相当强的它本身就是一个功能相当强的它本身就是一个功能相当强的8 8位微型机

22、位微型机位微型机位微型机.(2)2)2)2)增强型增强型增强型增强型 有有有有8052AH8052AH、8032AH8032AH、8752BH,8752BH,此类型单片机的内此类型单片机的内此类型单片机的内此类型单片机的内ROMROM和和和和RAMRAM容量比基本型的增大一倍容量比基本型的增大一倍容量比基本型的增大一倍容量比基本型的增大一倍,同时把同时把同时把同时把1616位计数增为位计数增为位计数增为位计数增为3 3个个个个.87C54.87C54内部内部内部内部ROMROM增加到增加到增加到增加到16KB,87C5816KB,87C58增加到增加到增加到增加到32KB.32KB.第17页，

23、共18页，编辑于2022年，星期五 (3)(3)(3)(3)低功耗型低功耗型低功耗型低功耗型 有有有有80C5XBH80C5XBH、80C31XBH80C31XBH、87C5X.87C5X.这类型号带有这类型号带有这类型号带有这类型号带有“C”C”字的单片机字的单片机字的单片机字的单片机采用采用采用采用CHMOSCHMOS工艺工艺工艺工艺,其特点是功耗低，另外其特点是功耗低，另外其特点是功耗低，另外其特点是功耗低，另外,87C51,87C51还有两级程序存储器还有两级程序存储器还有两级程序存储器还有两级程序存储器保密系统保密系统保密系统保密系统,可防止非法拷贝程序可防止非法拷贝程序可防止非法拷贝程序可防止非法拷贝程序.此外还有内含此外还有内含DMA、PCA(PCA(可编程计数阵列)、A/D、多、多并行口、及内含并行口、及内含BASICBASIC高级语言型等多类产品，高级语言型等多类产品，详见教材续表。第18页，共18页，编辑于2022年，星期五