《片机绪论》PPT课件.ppt

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1、单片机原理与应用单片机原理与应用Principles and Application of Microcontroller讲授：王洪君讲授：王洪君山东大学信息科学与工程学院山东大学信息科学与工程学院课程的重要性：n实践性很强的课程n重要的硬件课程：就业、保研n学好可大大提高实践能力课程安排n讲课学时：实验学时=1：1n自主学习、创新实验n课程设计学习要求：n独立完成作业n认真做好实验学习方法：动手实践Practice is a best way to learning.作业、考核n实验报告全部上交n考核分笔试和实验两种形式n笔试成绩占50%n实验成绩占40%n平时成绩占10%答疑n时间：周 一

2、 晚7：00-9：00n地点：信院606n答疑教师：张鹏通信方式n张鹏：n王洪君：88361656 课程网站http:/第一章第一章 单片机简介单片机简介1.1 微处理器、微机、单片机微处理器、微机、单片机1.2 单片单片机的机的发展及趋势发展及趋势1.3 单片单片机的机的结构特点结构特点1.4 单片单片机的机的应应用用1.5 单片单片机的机的开发与开发工具开发与开发工具计算机的发展概况计算机的发展概况1946-1958:第一代电子管计算机。磁鼓存储器，机器语言 汇编语言编程。世界上第一台数字计算机ENIAC。1958-1964:第二代晶体管计算机。磁芯作主存储器,磁盘 作外存储器，开始使用高

3、级语言编程。1964-1971:第三代集成电路计算机。使用半导体存储器，出现多终端计算机和计算机网络。1971-:第四代大规模集成电路计算机。出现微型计算 机、单片微型计算机，外部设备多样化。1981-:第五代人工智能计算机。模拟人的智能和交流方式。1946年由美国宾夕法尼亚大学研制 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And calculator），运算速度 5000次/秒，功耗150kw/h，占地170m2，造价100万美元。微处理器、微机、单片机微处理器、微机、单片机计算机无论怎么发展，其原理大体是一样的，计算机无论怎么发展，其原理大体是一样的，均

4、采用的是均采用的是存储程序存储程序的概念。这个概念是冯的概念。这个概念是冯.诺诺依曼等人提出的，称为冯依曼等人提出的，称为冯.诺依曼结构。它将计诺依曼结构。它将计算机分成五个在功能上相互独立的部分。算机分成五个在功能上相互独立的部分。主机输入设备输出设备主存储器CPU运算器控制器I/O设备这些部件在规模、速度、大小方面的不同就构成了不同的计算机系统。微处理器（CPU、uP）如果把运算器、控制器集成在一个集成电路芯片上就成为中央处理单元，现在也称为CPU、微处理器、uP。它本身不是计算机。微机如果将微处理器与大规模集成电路制成的主存储器（内存）、输入输出接口电路用总线连接起来，并配上I/O设备，

5、就构成微型计算机。单片机单片机即单片微型计算机，单片机即单片微型计算机，是将计算机主机是将计算机主机(CPUCPU、内存内存和和I/I/O接口接口)集成在一小块硅片上的集成在一小块硅片上的微型机微型机第一章第一章 单片机简介单片机简介1.1 微处理器、微机、单片机微处理器、微机、单片机1.2 单片单片机的机的发展及趋势发展及趋势1.3 单片单片机的机的结构特点结构特点1.4 单片单片机的机的应应用用1.5 单片单片机的机的开发与开发工具开发与开发工具单片机的发展过程：单片机的发展过程：(1)第一阶段第一阶段(1976一一1978)初级初级8 8位单片机位单片机 以以Intel公司首先推出的公司

6、首先推出的MCS-48系列系列单片机为代表。它以体积小、功能全、价单片机为代表。它以体积小、功能全、价格低等特点，赢得了广泛的应用，成为单格低等特点，赢得了广泛的应用，成为单片机发展过程中的一个重要阶段。片机发展过程中的一个重要阶段。(2)第二阶段第二阶段(19781982)高档高档8 8位单片机位单片机 Intel公司推出了完善、典型的公司推出了完善、典型的MCS-51单片机单片机系列。系列。MCS-51设置了经典的设置了经典的8位单片机的总线位单片机的总线结构，包括结构，包括8位数据总线、位数据总线、16位地址总线、控位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。制总线及具有多机通

7、信功能的串行通信接口。CPU外围功能单元的集中管理模式。外围功能单元的集中管理模式。体现工控特性的位地址空间及位操作方体现工控特性的位地址空间及位操作方式。式。指令系统趋于丰富和完善，增加了许多指令系统趋于丰富和完善，增加了许多突出控制功能的指令。突出控制功能的指令。Intel MCS-51Intel MCS-51系列：系列：5151子系列：子系列：80318031/8051/8751/8051/87515252子系列：子系列：80328032/8052/8752/8052/8752低功耗型低功耗型8080C31C31高性能型高性能型8080C252C252廉价型廉价型8989C C20512

8、051/10511051(3)第三阶段第三阶段(19821990)16位单片机位单片机，也是单片机向微控制器发，也是单片机向微控制器发展的阶段。展的阶段。随着随着MCS5l系列的广泛应用，许多电系列的广泛应用，许多电气厂商竞相使用气厂商竞相使用80C51的内核技术，将许多的内核技术，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道通道AD转换部件、可靠性技术等应用到转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，强化单片机中，强化了智能控制器的特征。16位单片机位单片机 Intel MCS-96 系列系列:8098/8096、80C198/80C196(4)第四阶段

9、第四阶段(1990之后之后)高速、大寻址范围、强运算能力的8位16位32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。1616位单片机位单片机 凌阳系列凌阳系列3232位单片机位单片机 ARM7ARM7 、ARM9ARM9、ARM10 ARM10 8096080960、.单片机的种类很多，到目前为止，世界各国厂商已研制出大约50个系列、30多个品种的单片机的产品。最具典型代表的应属Intel公司的MCS-51系列单片机。直到现在MCS-51仍不失为单片机中的主流机型。这主要由于在工业控制、智能仪表、家用电器、IC卡等诸多应用领域，8位单片机系列在性能、价格两方面都做到了较好的兼顾。估计在未来十年

10、内，8位单片机仍将是单片机中的主流机型。单片机的发展趋势单片机的发展趋势 发展趋势主要有以下几个方面发展趋势主要有以下几个方面1多功能多功能 在单片机中尽可能多地把应用所需的在单片机中尽可能多地把应用所需的存储器、各种功能的存储器、各种功能的I/O口都集成在一块口都集成在一块芯片内，使单片机的功能更加强大。如把芯片内，使单片机的功能更加强大。如把LED、LCD或或VFD显示驱动器也开始集成显示驱动器也开始集成在在8位单片机中。增加了各种总线接口位单片机中。增加了各种总线接口2高性能高性能 加快运算速度和提高系统可靠性，采用精简指令系统计算机RISC（Reduced Instruction Se

11、t Computer）结构和流水线技术，大幅度提高运行速度。现指令速度高者已达100MIPS(Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒)，并加强了位处理功能、中断和定时控制功能。集成度进步提高，有的单片机的寻址能力已突破64 KB的限制，8位、16位的单片机有的寻址能力已达到1 MB和16 MB。片内ROM的容量可达64 KB，RAM的容量可达2 KB。3低电压、低功耗低电压、低功耗 允许使用的电压范围越来越宽，一般在允许使用的电压范围越来越宽，一般在3-6V范围内工作，有的已能在范围内工作，有的已能在1.2V或或0.9V电压下电压下工作。几乎所有的单片机都

12、具有省电运行方式。工作。几乎所有的单片机都具有省电运行方式。单片机的功耗已从单片机的功耗已从mA级降到级降到A级，甚至级，甚至1A以以下，在一粒钮扣电池下就可长期工作。低功耗化下，在一粒钮扣电池下就可长期工作。低功耗化同时带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及同时带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。产品的便携化。4在线调试在线调试有些新型单片机具备使用有些新型单片机具备使用JTAG接口的在线调试接口的在线调试功能，方便了用户的开发。功能，方便了用户的开发。5.低价格低价格第一章第一章 单片机简介单片机简介1.1 微处理器、微机、单片机微处理器、微机、单片机1.2 单片单片机的机

13、的发展及趋势发展及趋势1.3 单片单片机的机的结构特点结构特点1.4 单片单片机的机的应应用用1.5 单片单片机的机的开发与开发工具开发与开发工具单片单片机的机的结构特点结构特点（为例（为例）集成度高集成度高系统结构简单系统结构简单可靠性高可靠性高处理能力强，速度高处理能力强，速度高集成度高集成度高80518051内部包含内部包含4 4K K字节字节ROMROM，128128字节字节RAMRAM，4 4个个8 8位位并行口，一个全双工串行口，二个十六位定时并行口，一个全双工串行口，二个十六位定时计数器以及一个处理能力很强的计数器以及一个处理能力很强的CPUCPU，可进行位可进行位运算、乘除运算

14、。运算、乘除运算。系统结构简单系统结构简单80518051内部采用模块式结构，增加或更换一个模内部采用模块式结构，增加或更换一个模块，就能得到指令系统和引脚兼容的产品。如块，就能得到指令系统和引脚兼容的产品。如80528052系列单片机其结构就是增加了系列单片机其结构就是增加了128128字节字节RAMRAM和一个十六位定时计数器。和一个十六位定时计数器。系列典型芯片I/O口定时计数器中断源串口片内RAM 片内ROM51系列80c31 4x8位2x16位51128字节无80c51 4x8位2x16位51128字节4KB掩模ROM87c51 4x8位2x16位51128字节4KBEPROM89c

15、51 4x8位2x16位51128字节4KBE2PROM52系列80c32 4x8位3x16位61256字节无80c52 4x8位3x16位61256字节8KB掩模ROM87c52 4x8位3x16位61256字节8KBEPROM89c52 4x8位3x16位61256字节8KBE2PROMINTEL 51系列典型产品AtmelAtmel89C89C系列：系列：1051/2051/4051/51/52/581051/2051/4051/51/52/588989C C系列系列:少管脚封装少管脚封装,Flash MemoryFlash Memory增大增大,中断增多中断增多 mp3 mp3编解码器

16、编解码器89C51SDN189C51SDN1PhilipsPhilipsP87LPCP87LPC系列：系列：760/761/762/764/769760/761/762/764/769P89CP89C系列：系列：5151RA/RB/RC/RDRA/RB/RC/RDP87LPCP87LPC系列：系列：OTPOTP型型,20,20脚，脚，2 2个精确模拟比较器个精确模拟比较器,外加外加 RCRC组成组成4 4路路8 8位位ADC,PWMADC,PWM，I I2 2C+URATC+URAT串口串口,10,10个个 中断源，中断源，4 4级优先级，口线级优先级，口线2020mAmA驱动能力驱动能力P8

17、9CP89C系列：系列：5151RA/RB/RC/RDRA/RB/RC/RD 分别含分别含 8 8K64K K64K 字节字节ROMROM，5121K 5121K 字节字节RAMRAM，ISP/IAP,20MHz/1T ISP/IAP,20MHz/1TM M=6T=6TC C，7 7中断源中断源4 4优先级优先级WinbondWinbondW77W77系列，系列，W78W78系列，系列，LGLGGMS90GMS90系列，系列，GMS97GMS97系列（系列（OTPOTP）Siemens 80CSiemens 80C系列：系列：31/51/21/512/515/517/53731/51/21/5

18、12/515/517/537；SABSAB系列：系列：C501/502/503C501/502/503；AMD 80CAMD 80C系列：系列：31/51/53/321/535/5231/51/53/321/535/52T2T2；8787系列：系列：8751/8753/878751/8753/87C51C51STCSTC.可靠性高可靠性高单片机产品如其他产品一样，出厂指标有军品、单片机产品如其他产品一样，出厂指标有军品、工业品和商业品之分，其中军品要求绝对可靠，工业品和商业品之分，其中军品要求绝对可靠，在任何恶劣环境下都能工作，主要用于武器系在任何恶劣环境下都能工作，主要用于武器系统、航空器。

19、要求运行温度范围为统、航空器。要求运行温度范围为-50125-50125度。度。商用品主要限于机房和办公环境，商用品主要限于机房和办公环境，温度范围为温度范围为-070070度。工业品度。工业品温度范围为温度范围为-4085-4085度。度。此外单片机总线大都在芯片内部，不易受干扰，此外单片机总线大都在芯片内部，不易受干扰，而且单片机应用系统体积小，容易采取屏蔽措而且单片机应用系统体积小，容易采取屏蔽措施，因此可靠性较高施，因此可靠性较高处理能力强，速度高处理能力强，速度高MCS-51MCS-51单片机指令系统中具有加减乘除指令，单片机指令系统中具有加减乘除指令，具有各种逻辑运算和转移指令，还

20、具有位操作具有各种逻辑运算和转移指令，还具有位操作功能。功能。CPUCPU时钟可达时钟可达1212MHzMHz，单字节乘法和除法单字节乘法和除法指令仅需指令仅需4 4usus，而且具有独特的多机通信功能，而且具有独特的多机通信功能，可作为多机系统中的一个子系统。可作为多机系统中的一个子系统。容易产品化容易产品化由于单片机应用系统具有体积小，可靠性高，由于单片机应用系统具有体积小，可靠性高，功能强，价格低等特点，因此容易形成产品。功能强，价格低等特点，因此容易形成产品。可以把它组装到各种产品中去。可以把它组装到各种产品中去。第一章第一章 单片机简介单片机简介1.1 微处理器、微机、单片机微处理器

21、、微机、单片机1.2 单片单片机的机的发展及趋势发展及趋势1.3 单片单片机的机的结构特点结构特点1.4 单片单片机的机的应应用用1.5 单片单片机的机的开发与开发工具开发与开发工具单片单片机的机的应应用用单片机为工业测控而设计，又称微控制器单片机为工业测控而设计，又称微控制器。具具有有三高三高优势优势(集成度高、可靠性高、性价比高集成度高、可靠性高、性价比高)。主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通讯设备、家用电器等。能仪器仪表、通讯设备、家用电器等。特别适特别适合于嵌入式微型机应用系统。合于嵌入式微型机应用系统。分为单机应用和多机应用

22、两类分为单机应用和多机应用两类单机应用单机应用民用电子产品：民用电子产品：家用电器、手机、高档电子玩具家用电器、手机、高档电子玩具计算机系统计算机系统 键盘、打印机、键盘、打印机、CRT、硬盘驱动硬盘驱动智能仪表智能仪表 仪表的数字化、智能化、多功能化仪表的数字化、智能化、多功能化工业测控工业测控 机床、汽车（机床、汽车（点火控制、防滑、变速、排点火控制、防滑、变速、排 气控制气控制）、锅炉、自动报警）、锅炉、自动报警网络和通信的智能接口网络和通信的智能接口军工领域军工领域 导弹控制、鱼雷制导控制导弹控制、鱼雷制导控制多机应用多机应用功能集散系统功能集散系统 库房温湿度集散测控系统库房温湿度集

23、散测控系统并行多机处理系统并行多机处理系统 并行数据采集系统、处理系统并行数据采集系统、处理系统局域网络系统局域网络系统 楼宇自动化的自动抄表系统楼宇自动化的自动抄表系统研究表明：一个消费者一天接触到的物研究表明：一个消费者一天接触到的物品中，就包括品中，就包括100100个嵌入式单片机系统：个嵌入式单片机系统：从微波炉、吹风机、无绳电话、冰箱、从微波炉、吹风机、无绳电话、冰箱、洗衣机到汽车、微机、中央空调系统、洗衣机到汽车、微机、中央空调系统、智能门禁、安防系统等众多产品，都加智能门禁、安防系统等众多产品，都加入了嵌入式单片机来增强可靠性、改善入了嵌入式单片机来增强可靠性、改善能效、保证安全

24、、提高产品灵活性。单能效、保证安全、提高产品灵活性。单片机市场每年销售量超过片机市场每年销售量超过5050亿片，比手亿片，比手机制造商每年销售机制造商每年销售5 5亿部手机多得多。亿部手机多得多。市场前景是非常广阔的。市场前景是非常广阔的。第一章第一章 单片机简介单片机简介1.1 微处理器、微机、单片机微处理器、微机、单片机1.2 单片单片机的机的发展及趋势发展及趋势1.3 单片单片机的机的结构特点结构特点1.4 单片单片机的机的应应用用1.5 单片单片机的机的开发与开发工具开发与开发工具单片机应用系统的开发设计的步骤l总体设计总体设计 l硬件设计硬件设计 l软件设计软件设计 l全系统整体测试

25、全系统整体测试 l系统功能扩展、升级、完善系统功能扩展、升级、完善单片机开发系统单片机开发系统 单片机系统设计周期的长短主要决定于单片机系统设计周期的长短主要决定于软硬件设计及调试所花的时间。由于单片机软硬件设计及调试所花的时间。由于单片机系统是为专门用途设计的，其自身无调试能系统是为专门用途设计的，其自身无调试能力，因此必须借助开发工具。也称开发系统，力，因此必须借助开发工具。也称开发系统，其基本功能是：其基本功能是：系统硬件电路的诊断与检查系统硬件电路的诊断与检查用户程序的输入、修改、汇编、编译用户程序的输入、修改、汇编、编译用户程序的运行与调试：单步、断点等用户程序的运行与调试：单步、断

26、点等程序的固化程序的固化单片机开发系统的结构单片机开发系统的结构EPROM写入器开发系统主处理机在线仿真器打印硬盘软驱CRT仿真头常见的几种单片机开发系统常见的几种单片机开发系统专门制作的开发系统专门制作的开发系统 微处理器生产厂家为专门支持自己处理器设计微处理器生产厂家为专门支持自己处理器设计普及型开发系统普及型开发系统 最常用最常用ICEICE、IDEIDE，与微机有通信与微机有通信,也有微机内插入一块仿真板也有微机内插入一块仿真板软件模拟开发软件模拟开发 纯软件模拟，调试软件用纯软件模拟，调试软件用仿真器仿真器仿真器是在单片机应用开发中常用的硬件设仿真器是在单片机应用开发中常用的硬件设备

27、之一。它的作用是在一定的开发环境下，备之一。它的作用是在一定的开发环境下，将普通的微机仿真成一个特定的单片机。将将普通的微机仿真成一个特定的单片机。将仿真器插入目标板中单片机的位置，开发人仿真器插入目标板中单片机的位置，开发人员便能够在普通微机上进行在线编程、在线员便能够在普通微机上进行在线编程、在线运行以及在线调试，其运行结果与真实的单运行以及在线调试，其运行结果与真实的单片机完全一样。当开发人员将程序调试正确片机完全一样。当开发人员将程序调试正确后，再将编译好的程序通过编程器写入单片后，再将编译好的程序通过编程器写入单片机中。机中。编程器编程器编程器是将数据写入相应器件编程器是将数据写入相

28、应器件ROM中的硬件中的硬件设备，一般的编程器还具有读出、效验、测设备，一般的编程器还具有读出、效验、测试等功能。在单片机系统的开发中，编程器试等功能。在单片机系统的开发中，编程器则是用来将已经编译好的单片机程序写入单则是用来将已经编译好的单片机程序写入单片机的片机的ROM中，使之形成一个独立运行的单中，使之形成一个独立运行的单片机系统。片机系统。在线可编程技术（在线可编程技术（ISP），），通过串口便可以通过串口便可以方便的对单片机进行编程。方便的对单片机进行编程。高级语言高级语言常用的常用的51系列单片机高级语言有系列单片机高级语言有PLM和和C语语言两种言两种 C51与与ANSI C完全

29、一样，程序结构上也是一完全一样，程序结构上也是一样的。与样的。与ANSI C不同的是针对单片机开发的不同的是针对单片机开发的特殊性，在单片机特殊性，在单片机C语言中增加了对单片机语言中增加了对单片机寄存器等的定义和说明，因此在使用单片机寄存器等的定义和说明，因此在使用单片机C语言时，应该要特别注意一些特殊寄存器语言时，应该要特别注意一些特殊寄存器的定义。的定义。单片机开发环境概述 最为广泛的是最为广泛的是KEIL公司推出的集成开发环境公司推出的集成开发环境Keil Vision 虽然这个开发环境主要是用来开发单片机虽然这个开发环境主要是用来开发单片机C语语言程序的，但也可以开发汇编语言程序，能言程序的，但也可以开发汇编语言程序，能够进行程序的仿真调试。甚至，它还可以和够进行程序的仿真调试。甚至，它还可以和一些硬件仿真器相连接，直接对目标板进行一些硬件仿真器相连接，直接对目标板进行调试，功能非常强大。调试，功能非常强大。