单片机原理及应用概述课件.ppt

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1、单片机原理及应用单片机原理及应用湖南理工学院物理与电子信息系湛腾西湛腾西课程特点课程特点oo知识点既分散又连贯，组成结构、工作原理知识点既分散又连贯，组成结构、工作原理和指令系统是基础；和指令系统是基础；oo与电子技术尤其是数字电子技术关系密切；与电子技术尤其是数字电子技术关系密切；oo单片机主流开发工具与环境为单片机主流开发工具与环境为C51C51编译器，编译器，因此必须加强因此必须加强C C语言的复习；语言的复习；学习方法学习方法oo预习、复习；预习、复习；oo多动手（硬件、软件实验）；多动手（硬件、软件实验）；oo多看参考书多看参考书(包括利用网上资料包括利用网上资料)；oo其它（上课、

2、作业、答疑）。其它（上课、作业、答疑）。教材与参考资料教材与参考资料oo周航慈周航慈周航慈周航慈.单片机应用程序设计技术（修订版）单片机应用程序设计技术（修订版）单片机应用程序设计技术（修订版）单片机应用程序设计技术（修订版）M.M.M.M.北京航空北京航空北京航空北京航空航天大学出版社，航天大学出版社，航天大学出版社，航天大学出版社，2002.112002.112002.112002.11oo周航慈周航慈周航慈周航慈.单片机程序设计基础（修订版）单片机程序设计基础（修订版）单片机程序设计基础（修订版）单片机程序设计基础（修订版）M.M.M.M.北京航天航空北京航天航空北京航天航空北京航天航空

3、大学出版社，大学出版社，大学出版社，大学出版社，2004200420042004oo胡汉才胡汉才胡汉才胡汉才.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）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）M.M.M.M.清华大学清华大学清华大学清华大学出版社，出版社，出版社，出版社，2004.22004.22004.22004.2oo徐爱钧徐爱钧徐爱钧徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计（第智能化测量控制仪表原理与设计（第智能化测量控制仪表原理与设计（第智能化测量控制仪表原理与设计（第2 2 2 2版）版）版）版）.北京航北京航北京航北京航空航天大学出版社，空

4、航天大学出版社，空航天大学出版社，空航天大学出版社，2004.92004.92004.92004.9oo李刚李刚李刚李刚.新概念单片机教程新概念单片机教程新概念单片机教程新概念单片机教程M.M.M.M.天津大学出版社，天津大学出版社，天津大学出版社，天津大学出版社，2007200720072007oo何立民何立民何立民何立民.单片机高级教程单片机高级教程单片机高级教程单片机高级教程:应用与设计应用与设计应用与设计应用与设计(第第第第2 2 2 2版版版版).).).).北京航空航天北京航空航天北京航空航天北京航空航天大学出版社，大学出版社，大学出版社，大学出版社，2007.12007.1200

5、7.12007.1第第1 1章章 单片机概述单片机概述o“信息高速公路”或因特网供应商每年约售出3亿台/件产品o手机制造商每年约销售5亿部手机。o单片机（MCU）市场每年销售量就超过50亿片，为众多日常用品提供智能。o其中8位单片机的年销售量达到约30亿片。要想了解分布式智能市场，需要考察推动总体需求的动力、明确实现过程中的技术因素并确定一些新的应用。需求发展需求发展推动单片机应用推动单片机应用o第一个需求趋势：越来越多的产品集成了电子控制来提供更好的功能、一般的消费者每天中午前接触到的物品中就包含近100个 从烤面包机、吹风机、无绳电话、安全系统、微波炉、洗衣到汽车的众多产品都加入了嵌入式智

6、能器件来增强可靠性、改善能效、保证安全、提高产品灵活性或简化用户接口。需求发展需求发展推动单片机应用推动单片机应用o第二个需求趋势：就是在最终市场本身可能增长并不快的有些应用中，每个系统使用的单片机数量却在不断提高。汽车就是一个很好的例子。现在，每辆汽车平均包含3040个单片机，而仅仅几年前这一数字仅为10个左右。冰箱、空调和洗衣机等家用电器也开始在每个系统中使用多个单片机。在所有这些情况下，由于产品中使用多个单片机来提供嵌入式智能，因此这些产品中单片机使用量的增长速度远远高于这些产品本身的增长速度。需求发展需求发展推动单片机应用推动单片机应用o第三个趋势 全球电子类产品消费的增长。其中亚洲为

7、这一增长做出了重要贡献。随着生活水平的不断提高，一些过去认为奢侈的东西现在已成为生活必需品，从而刺激了对嵌入式智能产品的需求。技术发展技术发展影响单片机应用影响单片机应用 o制造技术。更小的光刻工艺提高了集成度，从而使芯片更小、成本更低、工作电压更低。但更低的工作电压也有副作用，更低工作电压的好处是可以降低系统的功耗和热耗散，从而使更小的电池供电系统成为可能。(有利蔽)技术发展技术发展影响单片机应用影响单片机应用o闪存技术 第二个重要技术趋势是消费者接受可再编程单片机的速度。可再编程单片机是单片机市场中增长最快的部分。基于闪存的单片机与基于ROM的单片机在成本上的差距已迅速缩小。此外，随着软件

8、复杂性的增加，对闪存单片机这样的灵活解决方案的需要也在增长。技术发展技术发展影响单片机应用影响单片机应用o模拟模块集成技术 最后一个重要趋势是越来越多的复杂模拟模块集成到单片机中。单片机系统提供直接模拟接口已经变得相当普遍，而片内模数转换器（ADC）、掉电复位、低压降以及内部振荡器等特性已经成为许多单片机产品系列的标准特性。提示o单片机应用给电子产品带来了分布式智能单片机概述单片机概述oo2020世纪世纪7070年代问世。年代问世。oo已广泛应用在：工业自动化控制、自动检测、已广泛应用在：工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体

9、化设备等方面。一体化设备等方面。oo1.1 1.1 什么是单片机？什么是单片机？在半导体硅片上集成了微处理器在半导体硅片上集成了微处理器(CPU)(CPU)，存储器存储器(RAM(RAM、ROMROM、EPROM)EPROM)和各种输入、输出接口。和各种输入、输出接口。特点：特点：oo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(MCU(MicroControllerMicroController Unit)Unit)嵌入式控制器嵌入式控制器嵌入式控制器嵌入式控制器 EMCUEMCUEMCUEMCU（Embedded Embedded Embedded

10、Embedded icroControllericroControllericroControllericroController Unit Unit Unit Unit）。）。）。）。我国，习惯使用我国，习惯使用我国，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。单片机分类单片机分类oo（按用途按用途）：）：通用型通用型和和专用型专用型oo通用型通用型oo专用型专用型可开发的内部资源：可开发的内部资源：RAMRAM、ROMROM、I/OI/O等功能部件，全部等功能部件，全部提供给用户提供给用户。用户根据需要，设计一个以通用单片机芯片。用户根据需要，

11、设计一个以通用单片机芯片为核心的测控系统。为核心的测控系统。专门针对某些产品的专门针对某些产品的特定用途特定用途而制作的单片机而制作的单片机 ，针对性强，针对性强且数量巨大。对且数量巨大。对系统结构的最简化、可靠性和成本的最佳化系统结构的最简化、可靠性和成本的最佳化等等方面都作了全面的考虑方面都作了全面的考虑 。“专用专用”单片机具有十分单片机具有十分明显的综合优势。明显的综合优势。1.2 1.2 单片机的历史及发展概况单片机的历史及发展概况o四个阶段四个阶段:第一阶段第一阶段第一阶段第一阶段(1974(1974(1974(1974年年年年1976197619761976年年年年)：单片机：单

12、片机：单片机：单片机初级初级初级初级阶段。双片的形式，阶段。双片的形式，阶段。双片的形式，阶段。双片的形式，且功能比较简单。且功能比较简单。且功能比较简单。且功能比较简单。第二阶段（第二阶段（第二阶段（第二阶段（1976197619761976年年年年1978197819781978年）年）年）年）:低性能低性能低性能低性能单片机阶段。以单片机阶段。以单片机阶段。以单片机阶段。以Intel Intel Intel Intel 公司制造的公司制造的公司制造的公司制造的MCS-48MCS-48MCS-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。第三阶段第三阶段第三阶段第

13、三阶段(1978(1978(1978(1978年现在年现在年现在年现在)：高性能高性能高性能高性能单片机阶段。单片机阶段。单片机阶段。单片机阶段。IntelIntelIntelIntel公司的公司的公司的公司的MCS-51MCS-51MCS-51MCS-51系列、系列、系列、系列、MortorolaMortorolaMortorolaMortorola公司的公司的公司的公司的6801680168016801系列等。系列等。系列等。系列等。第四阶段第四阶段第四阶段第四阶段(1982(1982(1982(1982年现在年现在年现在年现在)：8 8 8 8位单片机巩固发展及位单片机巩固发展及位单片机

14、巩固发展及位单片机巩固发展及16161616 位单片机、位单片机、位单片机、位单片机、32323232位单片机推出阶段。位单片机推出阶段。位单片机推出阶段。位单片机推出阶段。1.3 81.3 8位单片机的主要生产厂家和机型位单片机的主要生产厂家和机型 （1 1）美国）美国IntelIntel公司公司 MCS-51MCS-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。（2 2 2 2）美国）美国）美国）美国ATMELATMELATMELATMEL公司公司公司公司89C5189C5189C5189C51、89C5289C5289C5289C52、89C5589C5589C5589C5

15、5、89S5289S5289S5289S52等。等。等。等。（3 3 3 3）荷兰）荷兰）荷兰）荷兰PHILIPSPHILIPSPHILIPSPHILIPS（菲力浦）公司菲力浦）公司菲力浦）公司菲力浦）公司 8xC5528xC5528xC5528xC552系列系列系列系列 。（4 4 4 4）美国）美国）美国）美国silicon labssilicon labssilicon labssilicon labs公司公司公司公司 C8051FC8051FC8051FC8051F系列系列系列系列,Microchip PICMicrochip PICMicrochip PICMicrochip PIC

16、系列系列系列系列单片机等单片机等单片机等单片机等 。MCS-51MCS-51系列单片机在我国得到了广泛的应用，系列单片机在我国得到了广泛的应用，主流系列主流系列,软、软、硬件设计硬件设计资料丰富齐全。资料丰富齐全。1.4 1.4 单片机的发展趋势单片机的发展趋势 1.CPU1.CPU的改进的改进 （1 1 1 1）采用双）采用双）采用双）采用双CPUCPUCPUCPU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 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16161616位数据总线。位

17、数据总线。位数据总线。位数据总线。（3 3 3 3）串行总线结构，菲利浦公司的）串行总线结构，菲利浦公司的）串行总线结构，菲利浦公司的）串行总线结构，菲利浦公司的I I I I2 2 2 2C C C C总线总线总线总线（InterInterInterInterIcbusIcbusIcbusIcbus）。）。）。）。用两根信号线代替现行的用两根信号线代替现行的用两根信号线代替现行的用两根信号线代替现行的8 8 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（1 1）加大存储容量。）加大存储容量。（2 2）片内）片内EPROMEPROM采用采用E E2 2P

18、ROMPROM或或闪烁（闪烁（FlashFlash）存储器存储器（3 3）程序保密化。）程序保密化。3 3片内片内I/OI/O的改进的改进（1 1）增加并行口的驱动能力，能直接输出）增加并行口的驱动能力，能直接输出大电流和高电压。大电流和高电压。（2 2）增加）增加I/OI/O口的逻辑控制功能。口的逻辑控制功能。（3 3）设置了一些）设置了一些特殊的串行接口功能特殊的串行接口功能，构成，构成分布式、网络化分布式、网络化 系统系统 。4 4外围电路内装化外围电路内装化 器件集成度的不断提高，把众多的外围功能部件集成在片器件集成度的不断提高，把众多的外围功能部件集成在片内内系统的单片化系统的单片化

19、。5 5低功耗化低功耗化CMOSCMOSCMOSCMOS化化化化CHMOSCHMOSCHMOSCHMOS工艺。工艺。工艺。工艺。总之，向总之，向总之，向总之，向“一二三一二三一二三一二三”方向发展方向发展方向发展方向发展一化：集成化（外围电路内装化）一化：集成化（外围电路内装化）一化：集成化（外围电路内装化）一化：集成化（外围电路内装化）二高：高性能、高速度二高：高性能、高速度二高：高性能、高速度二高：高性能、高速度三低：低压、低功耗、低价格、三低：低压、低功耗、低价格、三低：低压、低功耗、低价格、三低：低压、低功耗、低价格、oo1.5 1.5 单片机的应用单片机的应用 单片机卓越的性能，得到

20、了广泛的应用，已深入到各个单片机卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个单片机卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个单片机卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。领域。领域。领域。使用温度：使用温度：使用温度：使用温度：民品民品：0 0C C+70+70C C工业品：工业品：工业品：工业品：-40-40-40-40 C C C C+85+85+85+85 C C C C军品：军品：军品：军品：-65-65-65-65 C C C C+125+125+125+125 C C C C。单片机应用举例（单片机应用举例（单片机应用举例（单片机应用举例（DDCDDC，Direct Digi

21、tal ControlDirect Digital Control）单片机直接参与控单片机直接参与控单片机直接参与控单片机直接参与控制过程，完成多参制过程，完成多参制过程，完成多参制过程，完成多参数巡回检测，检测数巡回检测，检测数巡回检测，检测数巡回检测，检测结果和给定值比较结果和给定值比较结果和给定值比较结果和给定值比较后按照给定算法控后按照给定算法控后按照给定算法控后按照给定算法控制执行器制执行器制执行器制执行器oo1.6 MCS-511.6 MCS-511.6 MCS-511.6 MCS-51系列单片机简介系列单片机简介系列单片机简介系列单片机简介20202020世纪世纪世纪世纪8080

22、8080年代后期年代后期年代后期年代后期:IntelIntelIntelIntel公司以专利的形式把公司以专利的形式把公司以专利的形式把公司以专利的形式把8051805180518051内核技术内核技术内核技术内核技术转让给厂家转让给厂家转让给厂家转让给厂家。如：如：AMTELAMTEL、PHILIPSPHILIPS、ANALOG DEVICESANALOG DEVICES、DALLASDALLAS公司。公司。这些厂家生产的这些厂家生产的这些厂家生产的这些厂家生产的兼容单片机兼容单片机兼容单片机兼容单片机，与，与，与，与8051805180518051的系统结构（主要是指令的系统结构（主要是指

23、令的系统结构（主要是指令的系统结构（主要是指令系统）相同，采用系统）相同，采用系统）相同，采用系统）相同，采用CMOSCMOSCMOSCMOS工艺。工艺。工艺。工艺。80C5180C5180C5180C51系列：系列：系列：系列：所有具有所有具有所有具有所有具有8051805180518051指令系统的单片机指令系统的单片机指令系统的单片机指令系统的单片机 不应直接称为不应直接称为不应直接称为不应直接称为MCS-51MCS-51MCS-51MCS-51系列单片机，系列单片机，系列单片机，系列单片机，MCSMCSMCSMCS只是只是只是只是IntelIntelIntelIntel公司专用的单公司

24、专用的单公司专用的单公司专用的单片机系列符号。片机系列符号。片机系列符号。片机系列符号。oMCS-51MCS-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 1 1）基本型）基本型）基本型）基本型 典型产品：典型产品：典型产品：典型产品：8031/8051/87518031/8051/87518031/8051/87518031/8051/8751（2 2 2 2）增强型）增强型）增强型）增强型 典型产品：典型产品：典型产品：典型产品：8032/8052/87528032/8052/87528032/8052/87528032/8052/8752（3

25、 3 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：典型产品：典型产品：80C31/87C51/80C5180C31/87C51/80C5180C31/87C51/80C5180C31/87C51/80C51。采用采用采用采用CMOSCMOSCMOSCMOS工艺工艺工艺工艺 适于电池供电或其它要求低功耗的场合。适于电池供电或其它要求低功耗的场合。适于电池供电或其它要求低功耗的场合。适于电池供电或其它要求低功耗的场合。（4 4 4 4）专用型）专用型）专用型）专用型 8044/87448044/87448044/87448044/8744，用于总线分布式多机测控系统。美国，

26、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，用于总线分布式多机测控系统。美国CypressCypressCypressCypress公司的公司的公司的公司的EZU SR-2100EZU SR-2100EZU SR-2100EZU SR-2100单片机单片机单片机单片机USBUSBUSBUSB接口。接口。接口。接口。（5 5 5 5）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 美国美国美国美国ATMELATMELATMELATMEL公司的公司的公司的公司的AT89C51AT89C51AT89C51AT89C51单片机，受到应用设计者的欢单片机，

27、受到应用设计者的欢单片机，受到应用设计者的欢单片机，受到应用设计者的欢迎。迎。迎。迎。目前，通常按照单片机数据总线的宽度，把单片机目前，通常按照单片机数据总线的宽度，把单片机目前，通常按照单片机数据总线的宽度，把单片机目前，通常按照单片机数据总线的宽度，把单片机分为分为分为分为8 8 8 8位、位、位、位、16161616位以及位以及位以及位以及32323232位单片机。本课程主要阐述位单片机。本课程主要阐述位单片机。本课程主要阐述位单片机。本课程主要阐述8 8 8 8位位位位单片机原理及应用。只要掌握了单片机原理及应用。只要掌握了单片机原理及应用。只要掌握了单片机原理及应用。只要掌握了MCS

28、-51MCS-51MCS-51MCS-51基本型单片机基本型单片机基本型单片机基本型单片机的原理与应用，其他的就可以迎刃而解了！的原理与应用，其他的就可以迎刃而解了！的原理与应用，其他的就可以迎刃而解了！的原理与应用，其他的就可以迎刃而解了！几种几种几种几种80C5180C5180C5180C51单片机性能比较单片机性能比较单片机性能比较单片机性能比较思考题及习题思考题及习题思考题及习题思考题及习题oo1 1 1 1微处理器、微计算机、微处理机、微处理器、微计算机、微处理机、微处理器、微计算机、微处理机、微处理器、微计算机、微处理机、CPUCPUCPUCPU、单片机它单片机它单片机它单片机它们

29、之间有何区别？们之间有何区别？们之间有何区别？们之间有何区别？oo2 2 2 2除了单片机这一名称之外，单片机还可称为（除了单片机这一名称之外，单片机还可称为（除了单片机这一名称之外，单片机还可称为（除了单片机这一名称之外，单片机还可称为（）和（）和（）和（）和（）。）。）。）。oo3 3 3 3单片机与普通计算机的不同之处在于其将（单片机与普通计算机的不同之处在于其将（单片机与普通计算机的不同之处在于其将（单片机与普通计算机的不同之处在于其将（）、）、）、）、（）、和（）、和（）、和（）、和（）三部分集成于一块芯片上。）三部分集成于一块芯片上。）三部分集成于一块芯片上。）三部分集成于一块芯片上。oo4.4.4.4.单片机根据其基本操作处理的位数可分为哪几种单片机根据其基本操作处理的位数可分为哪几种单片机根据其基本操作处理的位数可分为哪几种单片机根据其基本操作处理的位数可分为哪几种 类型类型类型类型?oo5 5 5 5查找资料说明单片机主要应用在哪些领域？试着举查找资料说明单片机主要应用在哪些领域？试着举查找资料说明单片机主要应用在哪些领域？试着举查找资料说明单片机主要应用在哪些领域？试着举一例说明单片机在其中应用原理和作用。一例说明单片机在其中应用原理和作用。一例说明单片机在其中应用原理和作用。一例说明单片机在其中应用原理和作用。