第1讲_单片机概述.ppt

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1、单片机应用技术单片机应用技术第第1 1讲讲 单片机概述单片机概述什么是单片机？什么是单片机？单片机的应用和发展单片机的应用和发展单片机应用系统单片机应用系统单片机特点及分类单片机特点及分类单片机中的数制和码制单片机中的数制和码制一、什么是单片机一、什么是单片机一、什么是单片机一、什么是单片机 1 1 1 1、微型计算机硬件结构、微型计算机硬件结构、微型计算机硬件结构、微型计算机硬件结构 常见的微机外形常见的微机外形常见的微机外形常见的微机外形台式微机台式微机台式微机台式微机便携式微机便携式微机便携式微机便携式微机立式微机立式微机立式微机立式微机微型计算机硬件结构微型计算机硬件结构 运 算 器控

2、 制 器CPU存 储 器输输入入接接口口电电路路输输入入设设备备输输出出设设备备输输出出接接口口电电路路硬件系统内部结构内部结构内部结构内部结构 硬硬硬硬件件件件系系系系统统统统构构构构成成成成微微微微机机机机的实体和装置的实体和装置的实体和装置的实体和装置软件系统软件系统软件系统软件系统微机系统所微机系统所微机系统所微机系统所使用的各种程序的总称使用的各种程序的总称使用的各种程序的总称使用的各种程序的总称软件系统与硬件系统共同软件系统与硬件系统共同软件系统与硬件系统共同软件系统与硬件系统共同构成实用的微机系统，两构成实用的微机系统，两构成实用的微机系统，两构成实用的微机系统，两者是者是者是者

3、是相辅相成、缺一不可相辅相成、缺一不可相辅相成、缺一不可相辅相成、缺一不可的。的。的。的。软软件件系系统统+微型计算机系统微型计算机系统微型计算机系统微型计算机系统运 算 器控 制 器CPU存 储 器输输入入接接口口电电路路输输入入设设备备输输出出设设备备输输出出接接口口电电路路硬件系统微型计算机系统微型计算机系统微型计算机系统微型计算机系统CPU输输入入设设备备输输出出设设备备软软件件系系统统+微型计算机系统微型计算机系统硬件系统输输入入接接口口设设备备输输出出接接口口设设备备运 算 器控 制 器存 储 器单单单单片片片片微微微微型型型型计计计计算算算算机机机机将将将将中中中中央央央央处处处

4、处理理理理器器器器CPUCPUCPUCPU、随随随随机机机机存存存存取取取取存存存存储储储储器器器器RAMRAMRAMRAM、只只只只读读读读存存存存储储储储器器器器ROMROMROMROM、并并并并行行行行I/OI/OI/OI/O接接接接口口口口、定定定定时时时时器器器器/计计计计数数数数器器器器及及及及串串串串行行行行通通通通信信信信接接接接口口口口等等等等集集集集成成成成在在在在一一一一块块块块芯芯芯芯片片片片上上上上，构构构构成成成成一个完整的微型计算机，简称单片机。单片机实质上就是一个一个完整的微型计算机，简称单片机。单片机实质上就是一个一个完整的微型计算机，简称单片机。单片机实质上

5、就是一个一个完整的微型计算机，简称单片机。单片机实质上就是一个芯片。芯片。芯片。芯片。2 2 2 2、单片微型计算机、单片微型计算机、单片微型计算机、单片微型计算机 通用型和专用型单片机通用型和专用型单片机通用型单片机通用型单片机把可开发的内部资源，如RAM、ROM、I/O等功能部件全部提供给用户。用户可以根据需要，利用单片机的内部资源，设计一个以通用单片机芯片为核心，再配以外部接口电路及其它外围设备，来满足各种不同需要的测控系统。专用型单片机专用型单片机为特定产品或某种测控应用而专门进行设计的。在设计中，已经对系统结构的最简化、可靠性和成本的最佳化等方面都作了全面的考虑，综合优势明显，是今后

6、单片机发展的一个重要方向。二、单片机应用系统二、单片机应用系统二、单片机应用系统二、单片机应用系统 单片机应用系统单片机应用系统单单片片机机接口接口电路电路及外及外设等设等软软软软件件件件硬件硬件硬件硬件单单片片机机应应用用系系统统由由硬硬件件和和软软件件组组成成硬件是硬件是应用系统的基础。应用系统的基础。软件是在硬件的基础上软件是在硬件的基础上对其资源对其资源进行合理调配和使用进行合理调配和使用，从而完成，从而完成应用系统所要求的任务。应用系统所要求的任务。单片机程序设计语言：单片机程序设计语言：机器语言机器语言汇编语言汇编语言高级语言高级语言单片机应用技术单片机应用技术是指以单片机技术为核

7、心构成的智能型电子测控技术。单片机应用十分广泛，随着技术和应用的进步，单片机应用技术已发展成为当今的嵌入式系统应用技术。嵌入式系统嵌入式系统是指将单片机嵌入到某种具体设备中去，实现该设备要求的具体测控任务的应用系统。国家级期刊单片机与嵌入式系统应用，比较集中的反应了国内这个技术学科发展的现状。单片机应用系统的结构(1)单片机：通常指应用系统主处理机，即所选择的单片机器件。(2)单片机系统：指按照单片机的技术要求和嵌入对象的资源要求而构成的基本系统。时钟电路、复位电路和扩展存储器等与单片机共同构成了单片机系统。(3)单片机应用系统：指能满足嵌入对象要求的全部电路系统。在单片机系统的基础上加上面向

8、对象的接口电路，如前向通道、后向通道、人机交互通道(键盘、显示器、打印机等)和串行通信口(RS232)以及应用程序等。单片机应用系统三个层次的关系单片机应用系统三个层次的关系后向通道单片机单片机单片机系统单片机应用系统人机交互通道前向通道应用程序串行通信口单单片片机机系系统统硬件硬件部分部分软件软件部分部分单片单片机芯机芯片片外围外围器件器件CPU内存中断控制逻辑通用接口运算器寄存器组控制器并行I/O口串行UART定时/计数器ADC0809、DAC0832825382518255A、81552764、6264指令指令系统系统应用应用程序程序三、单片机的特点及分类三、单片机的特点及分类1.1.1

9、.1.单片机的特点单片机的特点单片机的特点单片机的特点 体积小，重量轻体积小，重量轻电源单一，功耗低电源单一，功耗低功能强，价格低功能强，价格低运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高2 2 2 2、单片机分类、单片机分类、单片机分类、单片机分类 CPUCPU处理字的长度：处理字的长度：4 4位机、位机、8 8位机、位机、1616位机和位机和3232位机。位机。目前目前8 8位单片机仍是单片机的主流机型。位单片机仍是单片机的主流机型。从使用的范围分：通用的单片机和专用的单片机。按所从使用的范围分：通用的单片机和专用的单片机。按所能适应的环境温度分为：民用级、工业级和

10、军用级。能适应的环境温度分为：民用级、工业级和军用级。主要的产品：主要的产品：主要的产品：主要的产品：美国微芯片公司美国微芯片公司:PIC16C:PIC16C系列、系列、PIC17CPIC17C系列、系列、PIC1400PIC1400系列；系列；美国英特尔公司的美国英特尔公司的MCS-48MCS-48和和MCS-51MCS-51系列；系列；美国摩托罗拉公司的美国摩托罗拉公司的MC68HC05MC68HC05系列和系列和MC68HC11MC68HC11系列；系列；美国齐洛格公司的美国齐洛格公司的Z8Z8系列；系列；日本日本NECNEC公司的公司的PD78PD78系列系列。1.1.1.1.单片机应

11、用单片机应用单片机应用单片机应用 工业方面工业方面民用方面民用方面仪表方面仪表方面电讯方面电讯方面数据处理方面数据处理方面汽车方面汽车方面四、单片机的应用和发展四、单片机的应用和发展四、单片机的应用和发展四、单片机的应用和发展 第一阶段（第一阶段（197419741974197419781978）：初级单片机阶段。以）：初级单片机阶段。以IntelIntel公司制造公司制造的的MCS-48MCS-48系列单片机为代表。这个系列的单片机在片内集成了系列单片机为代表。这个系列的单片机在片内集成了8 8位位CPUCPU、并行、并行I/OI/O口、口、8 8位定时器位定时器/计数器、计数器、RAMRA

12、M等，无串行等，无串行I/OI/O口，口，寻址范围不大于寻址范围不大于4KB4KB。第二阶段（第二阶段（19781978一一19831983）：高性能单片机阶段。）：高性能单片机阶段。IntelIntel公司的公司的MCS-51MCS-51系列，系列，MotorolaMotorola公司的公司的68006800系列和系列和ZilogZilog公司的公司的Z8Z8等。这等。这个阶段的单片机均带有串行个阶段的单片机均带有串行I/OI/O口，具有多级中断处理系统，定口，具有多级中断处理系统，定时器时器/计数器为计数器为1616位，片内位，片内RAMRAM和和ROMROM容量相对增大，且寻址范围容量相

13、对增大，且寻址范围可达可达64KB64KB。单片机的发展经历了由单片机的发展经历了由单片机的发展经历了由单片机的发展经历了由4 4 4 4位机位机位机位机到到到到8 8 8 8位机位机位机位机,再到再到再到再到16161616位机位机位机位机和和和和32323232位机位机位机位机。2 2、单片机的发展、单片机的发展单片机的发展单片机的发展 第三阶段（第三阶段（19831983一一19881988）：）：8 8位单片机的巩固发展及位单片机的巩固发展及1616位单片机推出位单片机推出阶段。阶段。1616位单片机除了位单片机除了CPUCPU为为1616位外，片内位外，片内RAMRAM增加为增加为2

14、32B232B，片内，片内ROMROM增加为增加为8KB8KB，且带有高速输入，且带有高速输入/输出部件、多通道输出部件、多通道1010位位A/DA/D转换器，具转换器，具有有8 8级中断等。允许用户采用面向工业控制的专用语言。级中断等。允许用户采用面向工业控制的专用语言。第四阶段（第四阶段（19881988一现在）：一现在）：3232位单片机推出阶段。位单片机推出阶段。3232位单片微机系位单片微机系列。具有极高的集成度，内部采用新颖的列。具有极高的集成度，内部采用新颖的RISCRISC（精减指令系统计算（精减指令系统计算机）结构，机）结构，CPUCPU可与其他微控制器兼容，主频频率可达可与

15、其他微控制器兼容，主频频率可达32MHz32MHz以上，以上，指令系统进一步优化，运算速度可动态改变，设有高级语言编译器，指令系统进一步优化，运算速度可动态改变，设有高级语言编译器，具有性能强大的中断控制系统、定时具有性能强大的中断控制系统、定时/事件控制系统、同步事件控制系统、同步/异步通异步通信控制系统。信控制系统。单片机的发展趋势单片机的发展趋势1 1、CPUCPU的改进。采用双的改进。采用双CPUCPU和提高频率改进和提高频率改进CPUCPU的处理能力；的处理能力；增加数据总线宽度；采用流水线结构；采用串行总线结构。增加数据总线宽度；采用流水线结构；采用串行总线结构。2 2、存储器的发

16、展。、存储器的发展。ROMROM容量由容量由4K4K、8K8K到到32K32K、64K64K，RAMRAM容容量由量由256B256B到到1K1K或或4K4K；内部内部ROMROM由无由无ROMROMEPROMEPROMEEPROM EEPROM FLASH ROMFLASH ROM。3 3、外围电路内装化。可以把众多的外围电路集成在片内，外围电路内装化。可以把众多的外围电路集成在片内，像像A/DA/D转换器、转换器、D/AD/A转换器、电压比较器、转换器、电压比较器、DMADMA控制器、控制器、PWMPWM发生器等。发生器等。4 4、低功耗、宽电压、高可靠性。不断采用的新工艺使得、低功耗、宽

17、电压、高可靠性。不断采用的新工艺使得单片机的功耗由毫瓦降到微瓦；工作电压单片机的功耗由毫瓦降到微瓦；工作电压2 26V6V都可以正都可以正常运行。常运行。五、单片机中的数制和码制五、单片机中的数制和码制 数制：数制：是利用符号来计数的科学方法。数制有很多种，但在计算机的是利用符号来计数的科学方法。数制有很多种，但在计算机的设计与使用上常使用的则为设计与使用上常使用的则为十进制十进制、二进制二进制和和十六进制十六进制。（一）数制的基与权（一）数制的基与权数制所使用的数码的个数称为基，数制每一位所具有的值称为权。数制所使用的数码的个数称为基，数制每一位所具有的值称为权。1、十进制、十进制十进制的基

18、为十进制的基为“十十”，即它所使用的数码为，即它所使用的数码为0到到9共十个数字。共十个数字。十十进进制制中中，每每个个（位位）数数字字的的值值都都是是以以该该个个（位位）数数字字乘乘以以基基数数的的幕幕次次来来表表示示，通通常常将将基基数数的的幂幂次次称称为为权权，即即以以10为为底底的的0幂幂、1幂幂、2幂幂等。等。举例举例435=4102310151002、二进制、二进制二二进进制制的的基基为为“二二”，即即其其使使用用的的数数码码为为0、1，共共二二个个。二二进进制制各各位的权是以位的权是以2为底的幂，例如数为底的幂，例如数1011，它相当于十进制的数是：，它相当于十进制的数是：123

19、022121120=11由此可知，二进制中各位的权是：由此可知，二进制中各位的权是：2322212084213、十六进制、十六进制 十十六六进进制制的的基基为为“十十六六”，即即其其数数码码共共有有16个个：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，其其中中AF相相当当于于十十进进制制数数的的1015。十六进制的权是以。十六进制的权是以16为底的幂。为底的幂。4、二一十进制、二一十进制二二 一一 十十 进进 制制 数数 称称 为为 二二 进进 制制 编编 码码 的的 十十 进进 制制 数数（Binary CodedDecimal），），简称简称BCD码。码。在在BCD码码

20、中中是是用用四四位位二二进进制制数数给给09这这十十个个数数字字编编码码。例例如如，十十进进制数制数94用用BCD码表示即为码表示即为10010100。注意：注意：为了区别以上四种数制，在数的后面加写英文字母来区别，例为了区别以上四种数制，在数的后面加写英文字母来区别，例如：如：1011B、324D、7AH、l00l0l00BCD分别表示为二进制数分别表示为二进制数（Binary）、）、十进制数（十进制数（Decimal）、）、十六进制数（十六进制数（Hexadecimal）二二一十进制数。一十进制数。通常对十进制可不加标志。十六进制数如是字母打头，则前面需加通常对十进制可不加标志。十六进制数

21、如是字母打头，则前面需加一个一个0。（二）数制的转换（二）数制的转换1、二、十六进制转换成十进制数、二、十六进制转换成十进制数根据定义，只需将二、十六进制数按权展开后相加即可。根据定义，只需将二、十六进制数按权展开后相加即可。例：例：1111B123122121120=150A4H101614160=1643、BCD码与十进制的相互转换码与十进制的相互转换 按照按照BCD的十位编码与十进制的关系，进行转换。的十位编码与十进制的关系，进行转换。例如：例如：010010010111BCD=4972、十进制数转换成二、十六进制数十进制数转换成二、十六进制数 十进制数转换成二进制数：除十进制数转换成二

22、进制数：除2取余。取余。十进制数转换成十六进制数：除十进制数转换成十六进制数：除16取余。取余。例例1：试求十进制数：试求十进制数215的二进制数。的二进制数。例例2：试求十进制数：试求十进制数45678所对应的十六进制数。所对应的十六进制数。三）计算机中常用的编码三）计算机中常用的编码1、BCD码码BCD码码（十十 进进 制制 数数 的的 二二 进进 制制 编编 码码）BCD码码(Binary CodedDecimal)是是一一种种具具有有十十进进制制权权的的二二进进制制编编码码，即即它它是是一一种种既既能能为为计计算算机所接受，又基本上符合人们的十进制数运算习惯的二进制编码。机所接受，又基

23、本上符合人们的十进制数运算习惯的二进制编码。BCD码的种类较多，常用的有码的种类较多，常用的有8421码、码、2421码、余码、余3码和格雷码码和格雷码等，其中最为常用的是等，其中最为常用的是8421BCD编码。因十进制数有编码。因十进制数有10个不同的数个不同的数码码09，必须要有，必须要有4位二进制数来表示，而位二进制数来表示，而4位二进制数可以有位二进制数可以有16种状种状态，因此它实际上是取了态，因此它实际上是取了4位二进制数顺序编码的前位二进制数顺序编码的前10种，即种，即0000B-1001B为为8421码的基本代码，码的基本代码，1010B1111B未被使用，称为非法码或未被使用

24、，称为非法码或冗余码。冗余码。8421BCD编码表如表所示。编码表如表所示。例如：例如：583167表示成表示成8421BCD码的形式为码的形式为 （010110000011.000101100111）BCD 2、ASCII编码编码ASCII码码诞诞生生于于1963年年，是是一一种种比比较较完完整整的的字字符符编编码码，现现已已成成为为国国际际通通用用的的标标准准编编码码，已已广广泛泛用用于于微微型型计计算算机机与与外外设设的的通通信信。在在微微型型计计算算机机与与ASCII码码制制的的键键盘盘、打打印印机机、CRT等等连连用用时时，均均以以ASCII码码形式进行数据传输。形式进行数据传输。A

25、SCII码码(AmericanStandardCodedforInformationInterchange)是是“美国信息交换标准代码美国信息交换标准代码”的简称。它是用七位二进制数码来表的简称。它是用七位二进制数码来表示的，七位二进制数码共有示的，七位二进制数码共有128种组合状态，包括图形字符种组合状态，包括图形字符96个和控个和控制字符制字符32个。个。96个图形字符包括十进制数字符个图形字符包括十进制数字符10个、大小写英文字个、大小写英文字母母52个和其他字符个和其他字符34个，这类字符有特定形状，可以显示在个，这类字符有特定形状，可以显示在CRT上上和打印在打印纸上。和打印在打印纸上。32个控制字符包括回车符、换行符、退格符、个控制字符包括回车符、换行符、退格符、设备控制符和信息分隔符等，这类字符没有特定形状，字符本身不设备控制符和信息分隔符等，这类字符没有特定形状，字符本身不能在能在CRT上显示和打印机上打印。上显示和打印机上打印。Intel公司8051系列产品