单片机第1章ppt课件.ppt
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1、单片机与接口技术单片机与接口技术任课教师:杜晓任课教师:杜晓物理科学与电子技术学院物理科学与电子技术学院授课内容:授课内容:8051单片机原理、接口技术、编程技术。单片机原理、接口技术、编程技术。授课时数:授课时数:48时,其中实验时,其中实验12课时(课时(6个实验)。个实验)。前导课程:前导课程:数字电路、模拟电路、数字电路、模拟电路、C语言语言课程性质:课程性质:考试科目。考试科目。作作业业要要求求:每每周周五五下下午午前前交交作作业业,及及时时、认认真真地地完完成成,交交作业时取回前次作业。作业时取回前次作业。成绩评定:成绩评定:期末考试期末考试60%,实验,实验20%,平时,平时20
2、%课程简介:课程简介:另外推荐的参考书:另外推荐的参考书:11胡汉才胡汉才.单片机原理及其接口技术(第二版)单片机原理及其接口技术(第二版).清华大清华大学出版社,学出版社,20042004年年5 5月月 (硬件)(硬件)22李朝青李朝青.单片机原理及接口技术(第三版)单片机原理及接口技术(第三版).北京航空北京航空航天大学出版社,航天大学出版社,20052005年年1010月月(硬件)(硬件)33马忠梅马忠梅.单片机的单片机的C C语言应用程序设计(第四版)语言应用程序设计(第四版).北京北京航空航天大学出版社,航空航天大学出版社,20072007年年2 2月月 (软件)(软件)作业交至:作
3、业交至:办公室(逸夫实验楼办公室(逸夫实验楼 401室)室)联系电话:联系电话:15951556301有问题需要讨论的:有问题需要讨论的:上班时间请到办公室上班时间请到办公室 或或 单片机实验室单片机实验室 将问题发至:将问题发至:或在作业中夹纸条提问或在作业中夹纸条提问.联系方式:联系方式:在学习单片机的过程中,注意以下几个方面的问题:在学习单片机的过程中,注意以下几个方面的问题:1 1、从应用的角度掌握单片机的编程模型、从应用的角度掌握单片机的编程模型,熟练掌握单片机中各种,熟练掌握单片机中各种特殊功能寄存器的使用、重要控制部件的操作方法。特殊功能寄存器的使用、重要控制部件的操作方法。2
4、2、熟悉单片机的汇编语言、熟悉单片机的汇编语言,能够编制较小的汇编语言程序。,能够编制较小的汇编语言程序。3 3、重点学习、重点学习C51C51语言语言,会用,会用C51C51编写单片机程序。编写单片机程序。4 4、熟悉、熟悉KeilKeil C51 C51集成开发环境集成开发环境,熟悉程序编译、调试等过程。,熟悉程序编译、调试等过程。5 5、注意学习各种常用接口器件的使用,会编写相应的驱动程序。、注意学习各种常用接口器件的使用,会编写相应的驱动程序。比如:比如:ADCADC、DACDAC、温度传感器、键盘、温度传感器、键盘/显示器接口电路、可显示器接口电路、可编程并行编程并行I/OI/O扩展
5、器件等等。扩展器件等等。6 6、加强模拟电路和数字电路的学习、加强模拟电路和数字电路的学习。7 7、多动手、多实践、认真做好实验、多动手、多实践、认真做好实验,有条件的可以自己购买单片,有条件的可以自己购买单片机开发板。机开发板。8 8、推荐大家学习推荐大家学习单片机系统仿真软件单片机系统仿真软件ProteusProteus,用它来练习单片机,用它来练习单片机系统设计。系统设计。对单片机学习的几点建议:对单片机学习的几点建议:第第1章概述章概述1.1 单片机的基本概念单片机的基本概念1.2 单片机的发展单片机的发展1.3 单片机的特点及应用单片机的特点及应用1.4 单片机的类型与常用单片机系列
6、单片机的类型与常用单片机系列本章重点:本章重点:1 1、单片机的特点及其与通用微机的区别。、单片机的特点及其与通用微机的区别。2 2、MCS-51MCS-51系列单片机的特点。系列单片机的特点。何谓单片机?何谓单片机?单片机:单片机:全称为全称为 单片微型计算机单片微型计算机,由于主要应用于,由于主要应用于控制领域,因此又称控制领域,因此又称“微控制器微控制器”(MCU)。)。是将计算是将计算机的基本部件微型化并机的基本部件微型化并集成在一块芯片上集成在一块芯片上的微型计的微型计算机。算机。1.1单片机的基本概念单片机的基本概念1946年年2月月14日,世界上第一台电脑日,世界上第一台电脑EN
7、IAC(Electronic Numerical Integrator and Calculator),),电子数字积分器与计算器)电子数字积分器与计算器)在美国宾夕法尼亚大学诞生。在美国宾夕法尼亚大学诞生。这是一种用电子管制作的计算机,目这是一种用电子管制作的计算机,目的是用来计算炮弹弹道。的是用来计算炮弹弹道。地面积约地面积约63平方米,重达平方米,重达30吨,耗电量吨,耗电量150千瓦,造价千瓦,造价48万美元,每秒执行万美元,每秒执行5000次加法或次加法或400次乘法次乘法。1.1.1单片机的发展历程单片机的发展历程2020世纪世纪7070年代微处理器出现:年代微处理器出现:小型、廉
8、价,可以嵌入到小型、廉价,可以嵌入到控制对象中实现智能控制,产生了嵌入式计算机系统控制对象中实现智能控制,产生了嵌入式计算机系统(即(即嵌入式系统嵌入式系统)。)。嵌入式系统(嵌入式系统(Embedded systemEmbedded system):是一种软、硬:是一种软、硬件一体化,为特定应用而设计的专用件一体化,为特定应用而设计的专用计算机计算机系统,用以系统,用以完成预先定义的特定任务完成预先定义的特定任务 。(1)通通用用计计算算机机系系统统:(面面向向数数据据处处理理)286386486586(PENTIUM)PENTIUMIIPENTIUM III(2)嵌入式计算机系统:)嵌入式
9、计算机系统:(面向控智能制)(面向控智能制)向单片化、增强控制能力的方向发展。向单片化、增强控制能力的方向发展。单片机时代到来。单片机时代到来。由此计算机技术的两大分支产生:由此计算机技术的两大分支产生:单片机的两种应用模式:单片机的两种应用模式:1.1.2 单片机技术的多学科交叉特点单片机技术的多学科交叉特点(2)计计算算机机应应用用模模式式:以以计计算算机机专专业业人人员员为为主主,从从计计算算机机专专业业的的角角度度介介入入嵌嵌入入式式系系统统应应用用,使使用用嵌嵌入入式式软软、硬硬件件平平台台,以以通通信信、网网络络为为主主要要应应用用。特特点点:有有明明显显的的计计算算机机工工程程应
10、应用用特特点点,但但通通常常对对电电路路系系统统特特性性、基基本本外外围围电电路设计方法、对具体应用对象专业知识了解不够。路设计方法、对具体应用对象专业知识了解不够。(1)电电子子系系统统设设计计模模式式:以以电电子子应应用用工工程程师师为为主主体体,将将单单片片机机当当作作一一个个器器件件来来使使用用,实实现现电电子子系系统统的的智智能能化化。特特点点:软软/硬硬件件的的底底层层性性、随随意意性性,与与应应用用对对象象的的专专业业技技术密切相关,缺少计算机工程设计方法。术密切相关,缺少计算机工程设计方法。微处理器:微处理器:主要任务进行数据分析和处理,向高速主要任务进行数据分析和处理,向高速
11、运算、大规模、大容量存储器方向发展。运算、大规模、大容量存储器方向发展。1.1.3 单片机的功能结构特征单片机的功能结构特征单单片片机机:着着眼眼于于嵌嵌入入式式控控制制,向向增增强强控控制制功功能能、提提高可靠性、灵活方便的方向发展。高可靠性、灵活方便的方向发展。1.单片机与微型计算机的基本功能组成部分单片机与微型计算机的基本功能组成部分图 1.1微机组成结构框图微型计算机的基本组成结构:微型计算机的基本组成结构:以以总总线线的的方方式式将将CPU、存存储储器器、I/O接接口口有有机机地地相相连连,通过通过I/O接口配置各种外部设备构成微机硬件系统。接口配置各种外部设备构成微机硬件系统。三大
12、总线:地址总线、控制总线、数据总线三大总线:地址总线、控制总线、数据总线。针对嵌入式应用的要求,单片机中加入了各种实时控针对嵌入式应用的要求,单片机中加入了各种实时控制器件。制器件。单片机:将单片机:将CPU、ROM、RAM、I/O接口、实时控接口、实时控制器件集成到制器件集成到一个芯片上一个芯片上。单片机和输入单片机和输入/输出设备即可输出设备即可构成微型计算机。构成微型计算机。图1.2 单片机组成框图集成在一个集成在一个芯片上芯片上2.单片机与通用微机不同的功能结构特征单片机与通用微机不同的功能结构特征通用微机通用微机单片机单片机核心部核心部件件CPU面向数据处理,计算速度高、计算精面向数
13、据处理,计算速度高、计算精度高。支持浮点运算、采用流水线技度高。支持浮点运算、采用流水线技术、并行处理、主频高。术、并行处理、主频高。面向控制,数据处理能面向控制,数据处理能力弱、精度相对低。力弱、精度相对低。大多不支持浮点运算、大多不支持浮点运算、时钟频率低。时钟频率低。存储器存储器系统系统存储器容量大、结构复杂、数据存取存储器容量大、结构复杂、数据存取速度高。速度高。ROMROM和和RAMRAM共用一个存储空间共用一个存储空间存储器结构较简单,存储器结构较简单,ROMROM、RAMRAM采用两个独立采用两个独立的地址空间。的地址空间。总线及总线及外设外设通过标准总线连接标准外设,力求即通过
14、标准总线连接标准外设,力求即插即用。插即用。外设非标准,需要设计外设非标准,需要设计具体的接口电路。具体的接口电路。三大组成部分上的区别:三大组成部分上的区别:CPU:构成微型计算机的核心部件,由运算器、控构成微型计算机的核心部件,由运算器、控制器制器 及及 若干寄存器构成。若干寄存器构成。单板机:单板机:CPU、存储器、存储器、I/O接口电路接口电路 及及 简单的输简单的输入入/输出设备组装在一块印刷电路板上。输出设备组装在一块印刷电路板上。微型计算机:微型计算机:将将CPU、存储器、存储器、I/O接口电路通过总接口电路通过总线连接成的一个整体。线连接成的一个整体。微型计算机系统:微型计算机
15、系统:微型计算机、外部设备、电源、微型计算机、外部设备、电源、系统软件构成。系统软件构成。几个常用名词的区别:几个常用名词的区别:小结:单片机与通用微机的区别小结:单片机与通用微机的区别(3)功能结构不同)功能结构不同CPU存储器系统存储器系统总线及外设总线及外设(1)应用对象不同)应用对象不同(2)发展方向不同)发展方向不同单芯片?单芯片?实时控制器件实时控制器件三三大大组组成成部部分分方面方面2、8位单片机:位单片机:1976年年Intel公司公司MCS-48系列系列1980年年Intel公司公司MCS-51系列等系列等目前应用:自动化装置、智能仪器仪表、家用电器等目前应用:自动化装置、智
16、能仪器仪表、家用电器等1.2单片机的发展单片机的发展1.2.1单片机的发展概况单片机的发展概况1、4位单片机位单片机:1971年年Intel公司的公司的4004目前应用:鼠标器、玩具、电池充电器、家用电器遥控器等目前应用:鼠标器、玩具、电池充电器、家用电器遥控器等3、16位单片机:位单片机:1983年年Intel公司公司MCS-96系列系列TI公司公司MSP430系列(功耗低)系列(功耗低)目前应用:工业控制、智能仪器仪表、目前应用:工业控制、智能仪器仪表、便携式设备便携式设备5 5、6464位单片机位单片机英国英国Inmos公司的公司的 T800系列系列目前主要应用:引擎控制、目前主要应用:
17、引擎控制、智能机器人、语音智能机器人、语音/图像通信等图像通信等4、32位单片机位单片机以以ARM系列单片机为代表系列单片机为代表目目前前主主要要应应用用:激激光光打打印印机机、网网络络服服务务器器、汽汽车车导导航航仪仪、智智能能手手机机、智智能能机机器人等器人等从体系结构上看从体系结构上看,单片机自诞生以来单片机自诞生以来,经历了从经历了从SCM到到MCU再再到到SOC的发展过程。以的发展过程。以51系列单片机为例:系列单片机为例:(1)SCM:单片微型计算机,力求单片化,以方便嵌入式应用。:单片微型计算机,力求单片化,以方便嵌入式应用。以以Intel公司的公司的MCS-51为代表。为代表。
18、(2)MCU:微控制器,扩展各种控制功能,增强控制能力。:微控制器,扩展各种控制功能,增强控制能力。以以Philips公司的公司的80C51为代表。为代表。(3)SOC:片上系统,力求用单芯片实现应用系统设计。:片上系统,力求用单芯片实现应用系统设计。以美国以美国Cygnal公司的公司的C8051F系列为代表。系列为代表。ADC、DAC、电压比较器、看门狗定时器、可编程计数器、电压比较器、看门狗定时器、可编程计数器/定时器阵列、定时器阵列、I2C、SPI、SMBus总线等等。总线等等。1.2.2单片机技术的发展单片机技术的发展1.体系结构的变化体系结构的变化(4)SOPC:片上可编程系统:片上
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