《控制理论基础》PPT课件.ppt

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1、School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)控制理论基础控制理论基础(II)(II)交交通通大大学学精精品品课课程程系系列列20072007课程负责人：杨汝清课程负责人：杨汝清 教授教授 曹其新教授曹其新教授顾问：顾问：王显正王显正 教授教授School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)9.1 关于单片机

2、9.2 单片机介绍9.3 单片机的特点9.4 MCS51的内部资源电路搭建9.5 单片机的内外结构9.6 存储器结构和操作9.7 一个简单电路分析实例9.7.2 任务分析9.8 单片机执行程序的过程School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)9.1 关于单片机名称：Single Chip Microcomputer总体特点：抗干扰性强、硬件通用化、实 时控制、接口功能，灵活编程方便用途:机电控制的常用方案 方法：专门开发语言、需求决定（I/O，接口

3、、容量、通讯等）School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)如何学习理解工作方式和特点熟悉并理解基本电路多实践：从简单到复杂基本技能，常用的控制方案设计，学习电路控制的基础课程School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)9.2 单片机介绍一、1、单片机的定义(全名为单片微型计算机、或微控制器）：它是指在

4、一块超大规模集成电路芯片上，集成了CPU、ROM、RAM、I/O接口、定时器、计数器、中断系统等功能部件的电子元件。就其组成结构而言，一块单片机就是一台计算机。2、单片机的种类：(70多个系列、500个机种）Intel MCS-48 MCS-51 MCS-96Motorla 6801 6802 6803Zilog super8Fairchild F8 3870Microchip PIC16xxSchool of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)Intel单

5、片机按功能可分8种类型1、基本型(51子系列）8031（无片内ROM）8051（4KROM)8751(片内4KRAM);2、增大片内存储容量（52子系列）片内存储容量扩大一倍，定时器为3个、中断源6个；3、低功耗基本型：80C51/87C51/80C31，有三种功耗控制方式；4、A/D型 83C51GA、80C51GA/87C51GA带有8路8位A/D，半双工同步串行接口；School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)5、DMA型 83C452，它有

6、两个DMA通道；6、多并行接口型83C451，增加2个8位的准双向口P4/P5和一个内部具有上拉电阻的8位双向口；7、可编程计数阵列型83C51FA，它有5个比较/捕捉模块、16位高速输出、8位脉冲宽度调制等功能；8、高级语言型 8052AH 片内固化有BASIC52解释程序。School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)9.3 单片机的特点体积小、重量轻、价格便宜、功耗小；可靠性高、抗干扰能力强；控制功能强、运算速度快；硬件通用化、应用灵活化；应用

7、系统的研制周期短。School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)单片机的发展趋势CPU的改进采用双CPU：Rockwell 公司的 R6500/21;增加数据总线宽度：NEC公司的PD7800（16位）；采用流水线结构：TMS公司的TMS320，指令以队列形式出现在CPU中，从而有很高的运算速度；串行总线结构：菲利浦公司的MAB8420采用I2C总线和DDB总线。存储器的发展增大存储容量、片内EPROM开始 EEPROM化、编程保密化School o

8、f Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)9.4 MCS51的内部资源8位的CPU 片内振荡器及时钟电路32根I/O口线64K片外数据存储器 256内部数据寄存器64K的片外程序存储器（包括片内4K）具有2个优先级别的5个中断源结构有2个16位的定时器/计数器；一个全双工的串行口一个布尔处理器School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九

9、章 单片机入门(1)School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)9.5 9.5 单片机的内外结构单片机的内外结构一、单片机的外部结构（封装）一、单片机的外部结构（封装）拿到一块芯片，想要使用它，首先必须要知道怎样连线，我们用一块DIP封装的89C51芯片。89C51的引脚排列School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章

10、单片机入门(1)School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)三总线结构地址总线数据总线控制总线School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II

11、)第九章 单片机入门(1)9.6 存储器结构和操作程序存储器：存放指令、常数、表格等School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)片外程序存储器1000HFFFFH片内程序存储器片外程序存储器0000H0FFFHEA=1EA=0特殊功能寄存器数据缓冲区位寻址区工作寄存器区00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH片内数据存储器0000HFFFFH片外数据存储器School of Mechanical&Power Engineering上海交通大

12、学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)9.7 一个简单电路分析实例电路搭建1）电源单片机使用的是5V电源，其中正极接40引脚，负极（地）接20引脚。School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)2）振蒎电路：单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19脚。只要买来晶振，电容，连上就可以了，按图1接上即可。School o

13、f Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)3）复位引脚：按图1中画法连好.单片机刚上电时,其内部各寄存器处于随机状态,在该脚输入24个时钟周期宽度以上的高电平后,将使单片机复位.4)/EA引脚：/EA引脚接到正电源端时CPU从片内程序存储器0000H开始执行程序,当地址超过4K时,将自动执行片外程序存储器中的程序.School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控

14、制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)图1R1School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)9.7.2 9.7.2 任务分析任务分析要用单片机点亮一只发光二极管LED，显然，这个LED必须要和单片机的某个引脚相连，否则单片机就没法控制它了，那么和哪个引脚相连呢？单片机上除了刚才用掉的几个引脚，还有很多个，将这个LED和1脚相连。（见图1，其中R1是限流电阻）School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机

15、械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)按照这个图的接法，当1脚是高电平时，LED不亮，只有1脚是低电平时，LED才发亮。因此1脚我们要能够控制，也就是说，我们要能够让1引脚按要求变为高或低电平。即然我们要控制1脚，就得给它起个名字，设计51芯片的INTEL公司已经起好了，叫它P1.0，这规定不可以由我们来更改。School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)让一个引脚输出高电平的指令是SE

16、TB，让一个引脚输出低电平的指令是CLR。因此，我们要P1.0输出高电平，只要写SETB P1.0，要P1.0输出低电平，只要写 CLR P1.0School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)现在我们已经有办法让计算机去将P1.0输出高或低电平了.但是我们怎样才能让计算机执行这条指令呢？School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II

17、)第九章 单片机入门(1)要解决这个问题，还得有几步要走。第一步，计算机看不懂SETB CLR之类的指令，我们得把指令翻译成计算机能懂的方式，再让计算机去读。计算机能懂什么呢？它只懂一样东西数字0和1。因此我们把SETB P1.0变为（D2H,90H），把CLR P1.0变为（C2H,90H），至于为什么是这两个数字，这也是由51芯片的设计者-INTEL规定的.School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)第二步，在得到这两个数字后，怎样让这两个数字

18、进入单片机的内部呢？这要借助于一个硬件工具编程器。School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)我们将编程器与电脑连好，运行编程器的软件，然后在编缉区内写入（D2H,90H）见图2，写入 School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)好，拿下片子，把片子插入做好的电路板，接通电源灯不亮？因为我们写进去的指令

19、就是让 P1.0输出高电平，灯当然不亮。School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)现在我们再拨下这块芯片，重新放回到编程器上，将编缉区的内容改为（C2H,90H），也就是CLR P1.0，写片，拿下片子，把片子插进电路板，接电，好，灯亮了。School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)因为我们写入的就是

20、让P1.0输出低电平的指令。这样我们看到，硬件电路的连线没有做任何改变，只要改变写入单片机中的内容，就可以改变电路的输出效果。School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)单片机内部结构分析 我们来思考一个问题，当我们在编程器中把一条指令写进单片机内部，然后取下单片机，单片机就可以执行这条指令，那么这条指令一定保存在单片机的某个地方，并且这个地方在单片机掉电后依然可以保持这条指令不会丢失，这是个什么地方呢？这个地方就是单片机内部的只读存储器即ROM（

21、READ ONLY MEMORY）。School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)为什么称它为只读存储器呢？刚才我们不是明明把两个数字写进去了吗？原来这ROM是一种电可擦除的ROM，称为FLASH ROM，刚才我们是用的编程器，在特殊的条件下由外部设备对ROM进行写的操作，在单片机正常工作条件下，只能从那面读，不能把数据写进去，所以我们还是把它称为ROM。School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动

22、力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)9.8 单片机执行程序的过程分三个阶段:1)取指令阶段2)分析指令阶段3)执行指令阶段School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)1)取指令阶段根据程序计数器PC中的值,从 程序存储器中取出现行指令,送到 指令寄存器.School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控

23、制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)2)分析指令阶段将指令寄存器 中的指令操作码 取出,进行译码,分析其指令性质.如果指令需要操作数,寻找操作数的地址，即“寻址”。School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)3)执行指令阶段取出操作数,按照操作码的性质进行操作.逐条指令地重复上述操作,直到遇到停机或等待指令.School of Mechanical&Power Engineering上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础(II)第九章 单片机入门(1)This is End of Chapter 9