单片机课件第1章.ppt

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1、第1章 绪论 1.1 单片微型计算机及其发展趋势 1.2 MCS-51及其兼容的单片机 1.3 单片机的应用领域 1.4 单片机的开发工具和仿真调试方式 习题与思考题 第第1章章 绪论绪论 第1章 绪论 1.1 单片微型计算机及其发展趋势单片微型计算机及其发展趋势1.1.1 单片机的概念单片机的概念单片微型计算机简称单片机(Single Chip Computer)，通常是为实时控制应用而设计制造的，因此，又称为微控制器(Micro-Controller Unit，MCU)。单片机是在一块芯片上将中央处理器(CPU)、存储器(RAM，ROM)、定时器/计数器、中断控制、各种输入/输出(I/O)

2、接口(如并行I/O口、串行I/O口和A/D转换器)等集成为一体的器件。单片微型计算机是20世纪70年代初期发展起来的，它是微型计算机发展中的一个重要分支，并以其独特的结构和性能被广泛应用于工业、农业、国防、网络、通信以及人们的日常工作和生活中。第1章 绪论 不同生产厂家的不同型号的单片机，由于用途、功能等的不同，具体的结构和性能也有较大的差异，但总的模块结构是一样的，因此我们只要掌握了某个型号的单片机的原理及应用，就可以触类旁通，通过自学很快地掌握其他型号的单片机知识。第1章 绪论 单片机自问世以来，其性能不断提高和完善，其资源不仅能满足很多应用场合的需要，而且具有集成度高、功能强、速度快、体

3、积小、功耗低、使用方便、性能可靠、价格低廉等特点。因此，单片机在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、网络系统、汽车工业、国防工业、高级计算器具、家用电器等领域的应用日益广泛，其应用潜力越来越被人们所重视。特别是当前用CMOS工艺制成的各种单片机，由于功耗低、使用的温度范围大、抗干扰能力强，故能满足一些特殊要求。而特殊功能的专用单片机的推出，如单片收音机芯片、单片DVD芯片等，更加扩大了单片机的应用范围，也进一步促进了单片机技术的发展。第1章 绪论 1.1.2 单片机的发展趋势单片机的发展趋势当前，单片机在以8位机为主流的基础上正朝着多功能、精简指令集、低功耗、专用的方向发展。就市

4、场上已出现的单片机而言，其技术革新与进步主要表现在以下几个方面：1.CPU的发展的发展改变CPU的字长或提高其时钟频率均可提高CPU的数据处理能力和运算速度。CPU的字长目前有8位、16位和32位。时钟频率高达40MHz的单片机也已出现。第1章 绪论 2.片内存储器的发展片内存储器的发展 (1)扩大存储容量。早期单片机的片内存储器，一般RAM为64128B，ROM为12KB，寻址范围为4KB。新型单片机片内RAM为256B、2048B，ROM多达64KB。如华邦公司的W78E516，片内Flash ROM为64KB，Dallas Semiconductor 的DS87C550片内RAM容量为2

5、KB。新型单片机的寻址范围可扩大到64KB，甚至128 KB。(2)片内EPROM开始由Flash ROM、EEPROM代替。早期单片机内ROM有的采用可擦除的只读存储器EPROM，然而EPROM必须要高压编程，紫外线擦除，给使用带来不便。近年来推出的闪速存储器Flash ROM、电擦除可编程只读存储器EEPROM可在正常工作电压下进行读写，并能在断电的情况下保持信息不丢失。第1章 绪论 3片内输入片内输入/输出接口功能输出接口功能最初的单片机只有并行输入/输出接口、定时器/计数器，它们的功能较弱，实际应用中往往需要通过特殊的接口扩展功能，从而增加了应用系统结构的复杂性。近年来，新型单片机内的

6、接口无论类型还是数量上都有很大的发展，这不仅大大提高了单片机的功能，而且使系统的总体结构也大大简化了。例如，有些单片机的并行I/O口能直接输出大电流和高电压，可直接用于驱动荧光显示管(VFD)、液晶显示器(LCD)和数码显示管(LED)等，应用系统中就不再需要外部驱动电路；有些单片机片内含有A/D转换器，在一些实时控制系统中可省掉外部A/D转换器。第1章 绪论 目前，在单片机中包含的各种接口有数十种，如A/D转换器、D/A转换器、DMA控制器、CRT控制器、LCD驱动器、LED驱动器、VFD驱动器、正弦波发生器、声音发生器、字符发生器、波特率发生器、锁相环、频率合成器、脉宽调制器等。虽然一个单

7、片机内只含若干种接口，但其功能却比初期的单片机强得多。第1章 绪论 4特种单片机发展迅速特种单片机发展迅速面对激烈的市场竞争，许多公司推出了性能、功能多样化的单片机。例如，TI公司的MSP430，其功耗极低，适合掌上控制；RCA公司的68HC05D2在片内固化了键盘管理程序，CDP1804P在片内固化了PASCAL语言等。目前国际市场上8位、16位单片机系列已有很多，但是，在国内使用较多的系列是Intel公司的产品，其中又以MCS-51系列单片机应用尤为广泛，历经多年不衰，而且还在进一步发展。MCS-51系列单片机的兼容机型号众多，功能齐全，可以满足不同场合的应用需要。第1章 绪论 1.2 M

8、CS-51及其兼容的单片机及其兼容的单片机1.2.1 MCS-51系列单片机系列单片机MCS-51系列单片机是Intel公司早期推出的性能优越的单片机，该系列有8031、8051、8751及8032、8052、8752等多种产品，其中8051、8052片内带有4KB的ROM，8751、8752片内带有4KB的EPROM，8031、8032片内没有ROM(使用时，需要在其外部扩展程序存储器)。另外，8031/51片内有128B的RAM，8032/52片内有256B的RAM。MCS-51系列单片机的典型产品是8051，它内部有4KB的ROM，128B的RAM，两个16位的定时器/计数器，4个8位的

9、并行I/O口，一个串行口及5个中断源等资源。MCS-51系列单片机内部资源配置如表1-1所示。第1章 绪论 第1章 绪论 1.2.2 8051兼容的单片机兼容的单片机如前所述，由于Intel公司的MCS-51系列单片机的内核的开放性，使得一些半导体芯片制造商在51内核上集成了一些片内外设，如ADC、DAC、存储器等，使其可成为MCS-51的兼容机。典型的有ATMEL公司的AT89C系列内部集成Flash ROM，PHILIPS公司的与8051兼容的单片机中集成了各种总线、ADC、DAC等，华邦公司的WE78、WE77系列等集成了Flash ROM、WDT(“看门狗”计时器电路)等功能。这些功能

10、不同的兼容机，使MCS-51单片机的应用越来越广，且价格越来越低，性能越来越好。这些与MCS-51单片机兼容的单片机的指令与8051完全兼容，大大方便了开发者的使用。一些常用的与51系列兼容的单片机的特性如表1-2所示。第1章 绪论 第1章 绪论 第1章 绪论 1.3 单片机的应用领域单片机的应用领域单片机主要可用于以下几方面：(1)工业测控系统中的应用。由于控制系统特别是工业控制系统的工作环境恶劣，各种干扰较强，而且往往要求实时控制，故要求控制系统工作稳定、可靠，抗干扰能力强。单片机最适宜用于工业控制领域，如恒温控制、电梯控制、飞机导航、火箭飞行、航天卫星及各种生产线自动控制等。(2)智能仪

11、器仪表中的应用。用单片机制作的测量、控制仪表，能使仪表向数字化、智能化、多功能化、柔性化发展，并将监测、处理、控制等功能一体化，使仪表重量大大减轻，便于携带和使用，同时降低了成本，提高了性价比，如数字式示波器、智能转速表、计时器及各种各样的测量仪等。第1章 绪论(3)家用产品中的应用。单片机在家用产品特别是家用电器中使用得相当广泛，通过智能控制可使传统家电产品结构简化，控制智能化，功能强，可靠性高，节能，节电，如模糊洗衣机、变频空调、数字电视机、家用VCD、DVD、智能电动玩具、电子琴等。第1章 绪论(4)计算机外设及办公、通信产品中的应用。在计算机应用系统中，除通用外部设备(键盘、显示器、打

12、印机)外，还有许多用于外部通信、数据采集、多路分配管理、驱动控制等接口。如果这些外部设备和接口全部由主机管理，势必造成主机负担过重、运行速度降低，并且不能提高对各种接口的管理水平。如果采用单片机专门对接口进行控制和管理，则主机和单片机就能并行工作，这不仅可大大提高系统的运算速度，而且单片机还可对接口信息进行预处理，以减少主机和接口间的通信密度，提高接口控制管理的水平，如绘图仪控制器，磁带机、打印机的控制器等。除办公用的计算机外，其他办公产品中也大量采用单片机，如复印机、传真机等；在通信设备厂中，如调制解调器、程控电话交换机、电话机、手机、无线中继站等也大量使用单片机。第1章 绪论 综上所述，单

13、片机在很多应用领域都得到了广泛的应用。目前国外的单片机应用已相当普及，国内虽然从1980年才开始着手开发应用，但至今也已有数十家专门生产单片机的工厂或公司，愈来愈多的科技工作者投身到单片机的开发和应用中，并且在程序控制、智能仪表等方面涌现出大量科技成果。可以预见，单片机在我国必将有着更为广阔的发展前景。第1章 绪论 1.4 单片机的开发工具和仿真调试方式单片机的开发工具和仿真调试方式1.4.1 单片机的开发工具单片机的开发工具所谓单片机的开发，就是利用单片机内部的资源，配置相应接口电路、测控电路及外部设备，设计相应的程序以完成目标系统所需功能的过程。学习单片机的目的是应用它实现不同控制功能。要

14、学好单片机的知识，除了掌握单片机的原理(内部结构、指令系统等)外，还必须具备必要的硬件知识，如数字电路、模拟电路以及各种接口芯片，因为任何一款单片机都不可能含有我们所要设计和开发的系统的全部功能，这就需要通过相应的硬件电路(或软件)去实现。最典型的人机接口，如显示器、键盘等，需要通过接口和程序才能实现；更高层次的开发应用还需掌握传感器及信号处理知识、控制及驱动电路的设计等硬件知识，以实现不同功能和要求的单片机系统(参见第11章)。第1章 绪论 开发一个单片机应用系统，除了设计硬件电路外，就是编写相应的程序。程序的正确与否，需要通过仿真器来调试，因为任何一个程序都不是一次编写就能成功的，需要反复

15、修改和反复实验。有时，硬件的错误也可以通过正确的软件来发现。因此，熟练掌握单片机，必须有相应的开发工具，具体如下：首先，要有一套合适的仿真器或下载转换板，用来调试编写的程序，通过仿真，可以发现程序设计中的错误并及时更正。当然，也可以利用正确的软件来检查硬件电路的错误。仿真器或下载转换板可以通过生产厂家购买，比较典型的有南京伟福仿真器、启东单片机仿真器等。一般学校购买的单片机实验装置都含有仿真器和用户板。第1章 绪论 其次，要有一块用户板。我们把各种硬件电路制成的电路板称为用户板，一个简单的用户板应包括I/O接口(特别是人机接口)、A/D转换、D/A转换、通信等功能。用户板可根据需要通过自行焊接

16、或购置实现。学习完单片机内部的结构及指令系统后，便可以通过实验掌握单片机的原理、系统设计及产品开发。第1章 绪论 1.4.2 单片机的仿真调试方式单片机的仿真调试方式1通过仿真器调试通过仿真器调试通过仿真器调试单片机的原理框图如图1-1所示。这种方式下，通过PC机编写源程序，汇编后如无错误，则下载到仿真器中。采用断点、单步等调试功能，利用各种窗口观察程序的执行情况，同时观察用户板上相应的硬件变化。如果所有功能达到预期目的，则通过编程器把调试好的程序烧写到带存储器的单片机或单独的程序存储器中，此时，在用户板中插上带程序的单片机芯片(或程序存储器)，该系统便可脱离仿真器单独工作。这种方式的优点是，

17、调试时程序在仿真器内部RAM中，可以无限次写入而不会损坏仿真器，缺点是仿真器价格一般较贵。第1章 绪论 图1-1 通过仿真器调试单片机第1章 绪论 仿真器的型号较多，功能各异，比较典型的仿真器及软件是基于Windows调试的仿真器，具体功能和使用方法请参阅附录中的相关网站和参考资料。第1章 绪论 2利用下载板调试利用下载板调试 通过ISP调试单片机的原理框图如图1-2所示，它是通过单片机内部的Flash，使用ISP(In System Program，在片上可编程系统)方式直接把编好的程序写入单片机内部的Flash ROM或EEPROM中，然后在用户板上调试。这种方式的优点是，调试时，程序直接下载到单片机内部的程序存储器中，无需仿真器，下载板价格低廉。缺点是需要专用的内部带程序存储器的单片机，如AT89S51、AT89S52系列的单片机，下载的次数也有限制；另外，下载板也会占用单片机的若干个I/O口资源。第1章 绪论 图1-2 通过ISP调试单片机第1章 绪论 习题与思考题习题与思考题1-1 什么是单片机？它与一般微型计算机在结构上有何区别？1-2 MCS-51系列单片机内部资源配置如何？试举例说明8051及与51兼容的单片机的异同。1-3 简述单片机的仿真调试方式。