C8051单片机原理及应用一.ppt

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1、1单单 片片 机机 原原 理理 及及 应应 用用Principle and Application of MicrocontrollerPrinciple and Application of Microcontroller 2 本课程是计算机、通信类专业的专业选修课。主要讲述单本课程是计算机、通信类专业的专业选修课。主要讲述单片机的工作原理及实际应用。片机的工作原理及实际应用。以高档以高档8 8位位SOCSOC单片机单片机C8051FC8051F系列系列为主线为主线，介绍单片机的原理、片内资源的使用方法、指令系统、，介绍单片机的原理、片内资源的使用方法、指令系统、程序设计及单片机应用系统的设

2、计方法。程序设计及单片机应用系统的设计方法。课程以目前流行的课程以目前流行的C51C51为主要编程语言，兼顾汇编语言。为主要编程语言，兼顾汇编语言。该课程是该课程是实践性很强实践性很强的课程，主要培养学生的动手能力、的课程，主要培养学生的动手能力、设计应用系统的能力。除课堂教学外，安排大量实验并配备专设计应用系统的能力。除课堂教学外，安排大量实验并配备专门的课程设计环节。门的课程设计环节。课程简介：课程简介：3 第一章第一章 概述概述 第二章第二章 C8051FC8051F单片机的结构与原理单片机的结构与原理 第三章第三章51单片机的编程语言单片机的编程语言第四章第四章C8051FC8051F

3、单片机单片机的片内功能部件的片内功能部件 第五章第五章 模模/数和数数和数/模转换器模转换器 第六章第六章 C8051F020C8051F020单片机的其他资源单片机的其他资源 第七章第七章 C8051FC8051F系列单片机应用系统的开发系列单片机应用系统的开发 第八章第八章 应用举例应用举例 课程主要内容：课程主要内容：4实验内容：实验内容：v熟悉开发系统及数据传送实验熟悉开发系统及数据传送实验（2学时）学时）v编程（查表）实验编程（查表）实验（2学时）学时）v键盘实验键盘实验（2学时）学时）v定时器及中断实验定时器及中断实验（2学时）学时）v步进电机实验步进电机实验（2学时）学时）v压力

4、、温度、电压数据采集压力、温度、电压数据采集（2学时）学时）v直流电机转速测量和控制直流电机转速测量和控制（3学时）学时）汇编汇编C515教学方法：教学方法：多媒体多媒体+板书板书考核方法：考核方法：闭卷考试闭卷考试 最终成绩最终成绩=卷面成绩卷面成绩70%+70%+平时成绩（含实验）平时成绩（含实验）30%30%学习方法：学习方法：利用接口课中已有的利用接口课中已有的80868086基础，但要注意与其区别。基础，但要注意与其区别。61 1、鲍鲍可可进进、赵赵念念强强等等。C8051FC8051F单单片片机机原原理理及及应应用用。中中国国电电力出版社。（力出版社。（教材教材）2 2、赵赵德德安

5、安、鲍鲍可可进进等等。单单片片机机原原理理与与应应用用。机机械械工工业业出出版版社。（前社。（前教材教材）2 2、张张友友德德。单单片片微微型型机机原原理理、应应用用与与实实验验。复复旦旦大大学学出出版版社。社。(前教材前教材）4 4、潘潘琢琢金金等等译译。C8051FC8051F单单片片机机应应用用解解析析。北北京京：北北京京航航空空航天大学出版社。航天大学出版社。5 5、徐徐爱爱钧钧、彭彭绣绣华华编编著著.单单片片机机高高级级语语言言C51序序设设计计。电电子子工业出版社。工业出版社。实验指导书：实验指导书：鲍可进鲍可进C8051F系列单片机实验机指导书系列单片机实验机指导书教材及主要教学

6、参考书：教材及主要教学参考书：7网络资源：网络资源：新华龙电子：新华龙电子：http:/ 51单片机世界：单片机世界：http:/ C语言：语言：http:/ 单片机的发展概况单片机的发展概况v1.2 单片机的应用及发展趋势单片机的应用及发展趋势111.1 1.1 单片机的发展概况单片机的发展概况v1971年年Intel公公司司制制造造出出第第一一片片微微型型机机芯芯片片4004之之后后，开开始始了了微微型型机机时时代代。将将微微处处理理器器、存存储储器器和和外外围围设设备备集集成成到到一一块块芯芯片片上上，这这就就是是单单片片微微型型计计算算机机（Single Chip Microcompu

7、ter），简称简称单片机单片机。v单单片片机机是是应应工工业业测测控控而而诞诞生生的的，它它的的结结构构与与指指令令功功能能都都是是按按照照工工业业控控制制要要求求设设计计的的，故故也也叫叫单单片片微微控控制制器器（SCM Single Chip Microcontroller），v它它在在控控制制领领域域大大显显身身手手，装装入入到到各各种种智智能能化化产产品品之之中中，所所以以又又称称为为嵌嵌入入式式微微控控制制器器(Embedded Microcontroller)，也也有有文文献献中中称为称为微控制器单元微控制器单元（MCU Microcontroller Unit）。）。12Inte

8、l4004Intel4004和采用和采用40044004的计算器的计算器13一种一种8 8位嵌入式微控制器位嵌入式微控制器14C8051F020C8051F020实验设备实验设备151.1.1 1.1.1 单片机的发展历史单片机的发展历史(1)(1)v第一阶段第一阶段（19741974年年-1976-1976年）年）:初级阶段初级阶段 因受工艺技术水平的限制，单片机结构和功能都很简单。因受工艺技术水平的限制，单片机结构和功能都很简单。例如仙童公司生产例如仙童公司生产的的F8F8单片机，内部仅有单片机，内部仅有8 8位位CPUCPU，6464字节字节RAMRAM和和2 2个并行口，还需一些其他芯

9、片才能组合成一台完整的微型个并行口，还需一些其他芯片才能组合成一台完整的微型机。机。v第二阶段第二阶段（19761976年年-1978-1978年）年）:低性能阶段低性能阶段 以美国以美国INTELINTEL公司公司的的MCS-48MCS-48为代表。该系列单片机内集成有为代表。该系列单片机内集成有8 8位位CPUCPU、并行并行I/OI/O接口、一个接口、一个8 8位的定时位的定时/计数器、片内计数器、片内6464或或128128字节字节RAMRAM，程序存储空间最大程序存储空间最大4KB4KB，但无串行通信口，不宜但无串行通信口，不宜多机使用。多机使用。161.1.1 1.1.1 单片机的

10、发展历史单片机的发展历史(2)(2)v第三阶段第三阶段（19781978年年-1983-1983年）年）:高性能阶段高性能阶段 仍仍采采用用8 8位位CPUCPU，但但有有多多级级中中断断功功能能、串串行行通通信信接接口口、1616位位的的定定时时/计计数数器器，片片内内ROMROM、RAMRAM容容量量加加大大，寻寻址址空空间间范范围围可可达达64KB64KB，有的片内还带有有的片内还带有A/DA/D转换器接口。转换器接口。生生产产厂厂家家众众多多，产产品品系系列列也也特特别别多多，主主要要有有INTELINTEL公公司司的的MCS-51MCS-51，MOTOROLAMOTOROLA公司的公

11、司的68016801和和ZILOGZILOG公司的公司的Z8Z8等。等。具具有有优优异异的的性性价价比比，获获得得了了广广泛泛应应用用。尤尤其其是是MCS-51MCS-51系系列列，特特别别适适合合于于控控制制应应用用，在在我我国国教教育育和和经经济济建建设设等等各各个个领领域域大大显身手，经久不衰，是我国单片机应用的主流系列。显身手，经久不衰，是我国单片机应用的主流系列。171.1.11.1.1单片机的发展历史单片机的发展历史(3)(3)v第四阶段第四阶段（1983年年）:新一代阶段新一代阶段单片机的含义已发生了根本改变。目前仍然保留单片机这一单片机的含义已发生了根本改变。目前仍然保留单片机

12、这一习惯叫法，但实际是指习惯叫法，但实际是指“Single-chipMicrocontroller”。新一新一代单片机有如下几方面特点：代单片机有如下几方面特点：1CPU仍以仍以8位为主流，并不断完善。另一方面发展了位为主流，并不断完善。另一方面发展了16位、位、32位的单片机。早期多使用位的单片机。早期多使用CISC（ComplexInstructionSetComputer）系统结构，近来系统结构，近来RISC（ReducedInstructionSetComputer）单片机已大力发展。单片机已大力发展。RISC单片机中，除指令集精单片机中，除指令集精简外，一般都用简外，一般都用单字长单

13、字长指令和指令和流水线流水线操作方法，大大加快了操作方法，大大加快了指令的运行速度。指令的运行速度。181.1.1单片机的发展历史单片机的发展历史(4)2按片内程序存储器的类型不同分为：按片内程序存储器的类型不同分为：ROM型、型、EPROM型、无型、无ROM（Romless）型和低成本的型和低成本的OTP（OneTimeProgrammableROM）型、型、E2PROM型。近年来，型。近年来，FlashROM已获得了普遍发展。由于已获得了普遍发展。由于FlashROM可在线多次写入，可在线多次写入，有些公司称之为有些公司称之为MTP（M-TimeProgrammableROM）型。型。Fl

14、ashROM的普遍使用，也导致了的普遍使用，也导致了ISP（In-SystemProgammable）技术的迅速发展。可扩展容量有的已技术的迅速发展。可扩展容量有的已突破突破64KB，达到达到2MB以上。片内以上。片内RAM已有已有2KB以上的产品，可扩以上的产品，可扩展容量也可达到展容量也可达到2MB以上。以上。191.1.1单片机的发展历史单片机的发展历史(5)3产品日趋复杂化、多样化、专用化。产品日趋复杂化、多样化、专用化。在原来微型机结构在原来微型机结构的基础上，集成嵌入了一些外设与一些外设驱动单元，如通的基础上，集成嵌入了一些外设与一些外设驱动单元，如通用接口、看门狗（用接口、看门狗

15、（Watchdog）、）、A/D和和D/A、LCD驱动单元、驱动单元、遥控键盘、语音接口、串行总线遥控键盘、语音接口、串行总线I2C，甚至通用串行总线甚至通用串行总线USB（UniversalSerialBus）、）、控制器局域网控制器局域网CAN（ControllerAreaNetwork）等。某些公司把数字信号等。某些公司把数字信号处理器处理器DSP（DigitalSignalProcessor）也嵌入了单片机内。也嵌入了单片机内。201.1.1单片机的发展历史单片机的发展历史(6)4.多采用多采用CMOS工艺，出现双时钟、低电压单片机，大大降工艺，出现双时钟、低电压单片机，大大降低了系统

16、功耗。时钟速度大幅提高，有的已达低了系统功耗。时钟速度大幅提高，有的已达100MHz以上。以上。引脚数过去多为引脚数过去多为40PIN，现在已向两个方向发展现在已向两个方向发展多引脚多引脚（100PIN以上）和少引脚（以上）和少引脚（20PIN以下）。封装形式多样化，以下）。封装形式多样化，有有DIP、SH-DIP、OFP、SQFP、HQFP、TQFP、PGA、BGA、PLCC等。等。211.1.2典型的典型的8位单片机产品位单片机产品(1)(1)v1Intel公司的单片机公司的单片机其产品有其产品有MCS-48、MCS-51和和MCS-96三大系列几十个型号三大系列几十个型号的单片机。的单片

17、机。MCS-51系列单既包括系列单既包括三个基本型号三个基本型号8031（无（无ROM型）、型）、8051（ROM型）、型）、8751（EPROM型）型）8051是世界上产量排名第二的著名单片机是世界上产量排名第二的著名单片机CPU。v2ATMEL公司的单片机公司的单片机ATMAL公司在公司在1994年以年以E2PROM技术和技术和Intel公司的公司的80C31单片机核心技术进行交换，从而取得单片机核心技术进行交换，从而取得80C31核的使用权。先核的使用权。先进的进的Flash技术和技术和80C31核相结合，生产出具有核相结合，生产出具有8051结构的结构的Flash型和型和EEPROM型

18、型单片机（尤其是单片机（尤其是89C51和和89C52）221.1.2典型的典型的8位单片机产品位单片机产品(2)(2)v3SiliconLaboratories公司的单片机公司的单片机C8051F系列是一种典型的高性能单片机系列是一种典型的高性能单片机,完全集成完全集成混合信号混合信号系统级芯片（系统级芯片（SOCSystemofChip），），完全兼容完全兼容MCS-51。采用采用流水线流水线（pipeline）技术，不再区分时钟周期和机器周技术，不再区分时钟周期和机器周期，提高了指令执行效率。期，提高了指令执行效率。具备控制系统所需的模拟和数字外设，包括看门狗、具备控制系统所需的模拟和数

19、字外设，包括看门狗、ADC、DAC、电压比较器、电压基准输出、定时器、电压比较器、电压基准输出、定时器、PWM、定时器定时器捕捉和方波输出等，并具备多种总线接口，包括捕捉和方波输出等，并具备多种总线接口，包括UART、SPI、SMBUS（与（与I2C兼容）总线以及兼容）总线以及CAN总线。总线。C8051F系列单片系列单片机采用机采用FlashROM技术，集成技术，集成JTAG，支持在线编程。支持在线编程。231.1.2典型的典型的8位单片机产品位单片机产品(3)(3)v4.Motorola公司的单片机公司的单片机8位机有位机有68HC05、68HC08和和68HC11几种。几种。68HC05

20、是是Motorola公司推出的一种采用公司推出的一种采用HCMOS技术的技术的8位单片机，是位单片机，是世界上产量世界上产量排名第一排名第一的著名单片的著名单片机机CPU。v5.TOSHIBA公司的单片机公司的单片机具有功能强、可靠性高、价格低等特点，特别适合于空调、具有功能强、可靠性高、价格低等特点，特别适合于空调、电冰箱等家电产品。电冰箱等家电产品。vPhilips公司的单片机公司的单片机Philips公司生产公司生产8051结构的结构的80C51系列系列8位单片机、采用位单片机、采用8051结构的结构的16位单片机、以位单片机、以68000为核的为核的16位单片机。位单片机。251.2

21、1.2 单片机的应用及发展趋势单片机的应用及发展趋势v1.2.1 1.2.1 单片机的应用单片机的应用v1.2.2 1.2.2 单片机的发展趋势单片机的发展趋势 261.2.1单片机的应用单片机的应用v1在智能仪表中的应用在智能仪表中的应用广泛地应用于电力系统、交通运输工具、计量等各种仪器仪广泛地应用于电力系统、交通运输工具、计量等各种仪器仪表之中，使仪器仪表智能化。表之中，使仪器仪表智能化。v2在机电一体化中的应用在机电一体化中的应用机电一体化产品是指集机械技术、微电子技术、自动化技术机电一体化产品是指集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于和计算机技术于体，具有智能化特征的机电产品

22、。体，具有智能化特征的机电产品。v3在实时控制中的应用在实时控制中的应用如对工业上各种窑炉的温度、酸度、化学成分的测量和控制。如对工业上各种窑炉的温度、酸度、化学成分的测量和控制。汽车电子中微型控制器的使用越来越多。汽车电子中微型控制器的使用越来越多。271.2.11.2.1单片机的应用单片机的应用单片机的应用单片机的应用(2)(2)v4单片机在分布式多机系统中应用单片机在分布式多机系统中应用分布式多机系统具有功能强、可靠性高的特点。在比较复杂分布式多机系统具有功能强、可靠性高的特点。在比较复杂的系统中，都采用分布式多机系统。的系统中，都采用分布式多机系统。v5单片机在家用电器等消费类领域中的

23、应用单片机在家用电器等消费类领域中的应用目前家用电器几乎都是单片机控制的电脑产品例如：空调、目前家用电器几乎都是单片机控制的电脑产品例如：空调、冰箱、洗衣机、微波炉、彩电、音响、家庭报警器、电子宠冰箱、洗衣机、微波炉、彩电、音响、家庭报警器、电子宠物、手机、物、手机、MP3等。等。281.2.2 1.2.2 单片机的发展趋势单片机的发展趋势 (1)(1)v低成本高度集成的单片机片上系统（低成本高度集成的单片机片上系统（SOC）重要发展趋势，是寻求应用系统在芯片上的最大化解决方案。重要发展趋势，是寻求应用系统在芯片上的最大化解决方案。因此，专用单片机的发展自然形成了因此，专用单片机的发展自然形成

24、了SoC化趋势。化趋势。v8位单片机的市场份额依然领先位单片机的市场份额依然领先“让事情尽可能简单让事情尽可能简单”的原则有助于更快地完成系统设计、的原则有助于更快地完成系统设计、验证并投入生产，同时减少潜在问题。验证并投入生产，同时减少潜在问题。v处器理的多核结构处器理的多核结构在数字通信和网络中的应用，在数字通信和网络中的应用，对处理器提出了更高的要求。对处理器提出了更高的要求。为适应这种情况，现在已出现多核结构的处理器。为适应这种情况，现在已出现多核结构的处理器。291.2.2单片机的发展趋势单片机的发展趋势(2)v功耗更低功耗更低新推出的单片机的功耗越来越小，很多单片机都有多种工作新推

25、出的单片机的功耗越来越小，很多单片机都有多种工作方式，包括等待、暂停、休眠、空闲、节电等工作方式。方式，包括等待、暂停、休眠、空闲、节电等工作方式。v电压范围更宽电压范围更宽扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工作是现在新推扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工作是现在新推出的单片机的一个特点。出的单片机的一个特点。v6工艺更先进和封装更小工艺更先进和封装更小现在单片机的封装水平已大大提高，现在单片机的封装水平已大大提高，有越来越多的单片机采有越来越多的单片机采用了各种贴片封装形式，以满足便携式手持设备的需要。用了各种贴片封装形式，以满足便携式手持设备的需要。301.2.2单片机的发展趋势

26、单片机的发展趋势(3)v7开发形式、手段和工具开发形式、手段和工具目前借助于目前借助于JTAG接口构成接口构成JTAG调试器，直接从调试器，直接从CPU获取获取调试信息而使得产品的设计简化，从而使得开发工具的价格调试信息而使得产品的设计简化，从而使得开发工具的价格反而要低于反而要低于ICE。用高级语言代替汇编语言也渐成趋势，典型的单片机都推出用高级语言代替汇编语言也渐成趋势，典型的单片机都推出了自己的了自己的C编译器。其中编译器。其中KeilC51的编译效率已达到很高水的编译效率已达到很高水平平。RTOS的引入解决了嵌入式软件开发标准化的难题，促进嵌的引入解决了嵌入式软件开发标准化的难题，促进嵌入式开发软件的模块化和可移植化，为软件工程化管理打下入式开发软件的模块化和可移植化，为软件工程化管理打下基础。基础。