單片機(jī) 第1章 緒論

1、單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用第一章第一章 緒緒 論論 1.1 1.1 單片機(jī)概況單片機(jī)概況 一、計(jì)算機(jī)一、計(jì)算機(jī) 運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入/ /出設(shè)備出設(shè)備 將運(yùn)算器和控制器集成在一個(gè)芯片上，稱為微將運(yùn)算器和控制器集成在一個(gè)芯片上，稱為微處理器或稱中央處理器（處理器或稱中央處理器（CPUCPU）。）。 二、單片機(jī)二、單片機(jī) 將將CPUCPU、存儲(chǔ)器、輸入和輸出接口集成在一、存儲(chǔ)器、輸入和輸出接口集成在一個(gè)個(gè)芯 片 上 稱 為 單 片 機(jī) ， 單 片 機(jī) 又 稱 微 控 制 器芯 片 上 稱 為 單 片 機(jī) ， 單 片 機(jī) 又 稱 微 控 制 器(microc

2、ontroller)(microcontroller)。特點(diǎn)：。特點(diǎn)：體積小、可靠性高。體積小、可靠性高。性能價(jià)格比高。性能價(jià)格比高。使用方便。使用方便。工藝先進(jìn)。工藝先進(jìn)。因此，適用于因此，適用于工業(yè)控制、儀器儀表、家電自動(dòng)化、工業(yè)控制、儀器儀表、家電自動(dòng)化、智能化智能化等。等。三、單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域三、單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域1 1自動(dòng)控制自動(dòng)控制 單片機(jī)已在工業(yè)過程控制、機(jī)床控單片機(jī)已在工業(yè)過程控制、機(jī)床控制、機(jī)器人控制、汽車控制以及飛行制、機(jī)器人控制、汽車控制以及飛行器制導(dǎo)系統(tǒng)等方面得到廣泛的應(yīng)用。器制導(dǎo)系統(tǒng)等方面得到廣泛的應(yīng)用。 2 2智能儀器儀表智能儀器儀表 由于單片機(jī)具有超微型化的特點(diǎn)，并

3、且有無可比擬的由于單片機(jī)具有超微型化的特點(diǎn)，并且有無可比擬的高性能價(jià)格比，從而為儀器儀表的智能化提供了可能。高性能價(jià)格比，從而為儀器儀表的智能化提供了可能。3 3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 由于單片機(jī)可提供多路由于單片機(jī)可提供多路A AD D輸入通道，因此很適用于輸入通道，因此很適用于模擬量模擬量( (溫度、壓力及流量等溫度、壓力及流量等) )輸入采樣系統(tǒng)。輸入采樣系統(tǒng)。4 4計(jì)算機(jī)外設(shè)控制器計(jì)算機(jī)外設(shè)控制器 智能化鍵盤、智能化顯示器、智能化打印機(jī)、智能智能化鍵盤、智能化顯示器、智能化打印機(jī)、智能化軟盤和硬盤驅(qū)動(dòng)器、智能化磁帶驅(qū)動(dòng)器化軟盤和硬盤驅(qū)動(dòng)器、智能化磁帶驅(qū)動(dòng)器 及智能化繪及智能化繪圖儀等

4、，均可用單片機(jī)作為控制器。圖儀等，均可用單片機(jī)作為控制器。 5 5家用電器家用電器 電飯鍋、電子游戲機(jī)、電視機(jī)、錄音機(jī)、組合音響電飯鍋、電子游戲機(jī)、電視機(jī)、錄音機(jī)、組合音響、錄像機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱以及電子玩具等，都使用單、錄像機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱以及電子玩具等，都使用單片機(jī)進(jìn)行控制。片機(jī)進(jìn)行控制。 總之，單片機(jī)由于體積小、價(jià)格低、性能優(yōu)越、可總之，單片機(jī)由于體積小、價(jià)格低、性能優(yōu)越、可靠性高，已廣泛地滲透到社會(huì)、生產(chǎn)、服務(wù)等領(lǐng)域，其靠性高，已廣泛地滲透到社會(huì)、生產(chǎn)、服務(wù)等領(lǐng)域，其應(yīng)用前景是無限光明的。所以，應(yīng)用前景是無限光明的。所以，工程技術(shù)人員有必要很工程技術(shù)人員有必要很好地掌握單片機(jī)原理及系

5、統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。好地掌握單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用遍布國(guó)民經(jīng)濟(jì)與人民生活的各個(gè)領(lǐng)域四、單片機(jī)發(fā)展過程四、單片機(jī)發(fā)展過程 階段階段時(shí)間時(shí)間代表產(chǎn)品代表產(chǎn)品位數(shù)位數(shù)一一74-76年年仙童公司仙童公司F88位位二二76-78年年IntelMcs-488位位三三78-81年年IntelMcs-518位位四四81- 年年IntelMcs-9616位位 目前比較流行的單片機(jī)有目前比較流行的單片機(jī)有Intel的的8051、Microchip的的PIC、Atmel的的AVR單片機(jī)單片機(jī)1、CPU字長(zhǎng)：字長(zhǎng)：4B、8B、16B 主頻：主頻：6M、12M、20M、40M 2、片內(nèi)存儲(chǔ)器、片內(nèi)存儲(chǔ)器1

6、容量：容量：RAM：64B256B 8051：128B； 8052：256BROM：1KB16KB 8051：4KB； 8052：8KB2存儲(chǔ)器類型：存儲(chǔ)器類型：ROM、EPROM、EEPROM。 8051：ROM；8751：EPROM；AT89C51：EEPROM3、片上接口功能、片上接口功能I/O口負(fù)載能力提高、驅(qū)動(dòng)口負(fù)載能力提高、驅(qū)動(dòng)LED、A/D、D/A4、工藝提高、工藝提高早期早期PMOS、NMOS；現(xiàn)在；現(xiàn)在 HMOS、CMOS 。 1.2 該課學(xué)習(xí)特點(diǎn)和要求：該課學(xué)習(xí)特點(diǎn)和要求：1、先修課程：模、數(shù)電路；微機(jī)原理；匯編語言等。、先修課程：模、數(shù)電路；微機(jī)原理；匯編語言等。2 2、

7、學(xué)習(xí)特點(diǎn)：要記的多，、學(xué)習(xí)特點(diǎn)：要記的多，111111條指條指令令，4040條引腳的功能條引腳的功能和用途，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作方式。和用途，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作方式。 所以必須經(jīng)常復(fù)習(xí)和練習(xí)所以必須經(jīng)常復(fù)習(xí)和練習(xí) 3、單片機(jī)品種雖然繁多，原理大同小異、單片機(jī)品種雖然繁多，原理大同小異 選用選用MCS-8051MCS-8051（為什么？）（為什么？） 輸入設(shè)備運(yùn)算器輸出設(shè)備存貯器控制器運(yùn)算器運(yùn)算器+控制器控制器輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器五五 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 趨勢(shì)：大容量、高性能化、外圍電路內(nèi)裝化。趨勢(shì)：大容量、高性能化、外圍電路內(nèi)裝化。 1. CPU1. CPU的改進(jìn)的

8、改進(jìn) 2. 2. 存儲(chǔ)器的擴(kuò)展存儲(chǔ)器的擴(kuò)展3. 3. 片內(nèi)片內(nèi)I/O口的改進(jìn)口的改進(jìn) 4. 4. 低功耗化低功耗化5. 5. 外圍電路內(nèi)裝化外圍電路內(nèi)裝化CPUCPU的改進(jìn)的改進(jìn)（1 1）采用）采用雙雙CPUCPU結(jié)構(gòu)，以提高處理能力。結(jié)構(gòu)，以提高處理能力。（2 2）增加數(shù)據(jù)總線寬度增加數(shù)據(jù)總線寬度（1616位數(shù)據(jù)總線），以提位數(shù)據(jù)總線），以提高數(shù)據(jù)處理能力。高數(shù)據(jù)處理能力。（3 3）串行總線結(jié)構(gòu)。串行總線結(jié)構(gòu)。I I2 2C C總線（總線（Inter-IC busInter-IC bus）。）。該總線用兩根信號(hào)線代替現(xiàn)行的該總線用兩根信號(hào)線代替現(xiàn)行的8 8位數(shù)據(jù)總線位數(shù)據(jù)總線, ,從而大大地

9、減少了單片機(jī)外部引線，簡(jiǎn)化了單從而大大地減少了單片機(jī)外部引線，簡(jiǎn)化了單片機(jī)與外部的接口電路，降低了成本。片機(jī)與外部的接口電路，降低了成本。 存儲(chǔ)器的擴(kuò)展存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 1. 1. 加大存儲(chǔ)器容量加大存儲(chǔ)器容量新型單片機(jī)片內(nèi)新型單片機(jī)片內(nèi)RAM：128K256K 片內(nèi)片內(nèi)ROM：可達(dá)：可達(dá)4KB至至8KB,有的高達(dá)有的高達(dá)128KB。2. 2. 片內(nèi)片內(nèi)EPROM采用采用EEPROM或閃存或閃存 EPROM特點(diǎn)：高壓編程寫入，紫外線擦抹。特點(diǎn)：高壓編程寫入，紫外線擦抹。 EEPROM(閃存閃存)特點(diǎn)：特點(diǎn)：5V下讀寫，讀寫操作方便，下讀寫，讀寫操作方便，掉電時(shí)不丟失數(shù)據(jù)。掉電時(shí)不丟失數(shù)據(jù)。3. 3

10、. 程序保密化程序保密化對(duì)片內(nèi)的對(duì)片內(nèi)的EPROM或或EEPROM加鎖加鎖 片內(nèi)片內(nèi)I/O口的改進(jìn)口的改進(jìn) 1. 1. 增加并行口的驅(qū)動(dòng)能力。增加并行口的驅(qū)動(dòng)能力。 2. 2. 增加增加I/O口的邏輯控制能力?？诘倪壿嬁刂颇芰?。 3. 3. 設(shè)置一些特殊的串行接口功能，為構(gòu)成分布式、設(shè)置一些特殊的串行接口功能，為構(gòu)成分布式、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)提供了方便。網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)提供了方便。 低耗化低耗化 MOSCMOSCHMOS MCS-51 系列中的系列中的80C31/80C51/87C51采用采用的就是的就是CHMOS工藝，正常運(yùn)行時(shí)，工作電工藝，正常運(yùn)行時(shí)，工作電流為流為16mA。 外圍電路內(nèi)裝化外圍電路內(nèi)裝

11、化 隨著集成度的提高，盡可能將眾多的外圍功能器件隨著集成度的提高，盡可能將眾多的外圍功能器件都集成在片內(nèi)。除了一般必須具有的都集成在片內(nèi)。除了一般必須具有的ROM、RAM、定時(shí)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)外，片內(nèi)集成的部件還有計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)外，片內(nèi)集成的部件還有DMA控制器、控制器、中斷控制器、模中斷控制器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、模轉(zhuǎn)換器、LCDLCD控制器、控制器、I I2 2C C、SPISPI、CANCAN、USB USB 、以太網(wǎng)等。、以太網(wǎng)等。 典型：典型： 美國(guó)美國(guó)CygnalCygnal公司公司C8051F020 C8051F020 8 8位單片機(jī)，采用位單片機(jī)，

12、采用流水流水線結(jié)構(gòu)線結(jié)構(gòu)，峰值處理能力為，峰值處理能力為25MIPS25MIPS。片上集成有。片上集成有8 8通通道道A/DA/D、兩路兩路D/AD/A、兩路電壓比較器，兩路電壓比較器，內(nèi)置溫度傳感內(nèi)置溫度傳感器器、定時(shí)器、可編程數(shù)字交叉開關(guān)和、定時(shí)器、可編程數(shù)字交叉開關(guān)和6464個(gè)通用個(gè)通用I/OI/O口口、電源監(jiān)測(cè)、看門狗電源監(jiān)測(cè)、看門狗、多種類型的串行總線（兩、多種類型的串行總線（兩個(gè)個(gè)UARTUART、SPISPI）等。）等。 現(xiàn)在單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以現(xiàn)在單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以80C5180C51為核心的單片機(jī)占主流。為核心的單片機(jī)占主流。預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)n電

13、平特性電平特性n2進(jìn)制與進(jìn)制與16進(jìn)制的表示及轉(zhuǎn)換進(jìn)制的表示及轉(zhuǎn)換n二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算關(guān)于電平特性關(guān)于電平特性n數(shù)字電路中只有兩種電平：高和低數(shù)字電路中只有兩種電平：高和低n（本課程中）定義單片機(jī)為（本課程中）定義單片機(jī)為TTL電平：電平： 高高 +5V 低低 0VnRS232電平：計(jì)算機(jī)的串口電平：計(jì)算機(jī)的串口 高高 -12V 低低+12V 所以計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間通訊時(shí)需要加電平轉(zhuǎn)換所以計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間通訊時(shí)需要加電平轉(zhuǎn)換芯片芯片max232二進(jìn)制二進(jìn)制n數(shù)字電路中的兩種電平特性決定了它數(shù)字電路中的兩種電平特性決定了它0 0 6 1101 171112 10810003

14、11910014 1001010105 10111 1011十六進(jìn)制十六進(jìn)制n是二進(jìn)制的簡(jiǎn)短表示形式。是二進(jìn)制的簡(jiǎn)短表示形式。 十進(jìn)制中的十進(jìn)制中的0-15分別表示為十六進(jìn)制的分別表示為十六進(jìn)制的0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、Fn熟練掌握二進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換。熟練掌握二進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換。 規(guī)律：一般把四個(gè)二進(jìn)制數(shù)放在一起轉(zhuǎn)換成一個(gè)十規(guī)律：一般把四個(gè)二進(jìn)制數(shù)放在一起轉(zhuǎn)換成一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)，轉(zhuǎn)換時(shí)先把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，六進(jìn)制數(shù)，轉(zhuǎn)換時(shí)先把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，再把十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)。再把十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)。如：如：0001B - 1 - 1H B表示為二進(jìn)制，表示為二進(jìn)制，H為十六進(jìn)制為十六進(jìn)制 1001B - 9 - 9H 1010B - 10 - AH 0010 1100 - 44 - 2CH 各種進(jìn)位制的對(duì)應(yīng)關(guān)系 二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算 1. “與與”運(yùn)算運(yùn)算 運(yùn)算符為運(yùn)算符為“ ”, 其運(yùn)算規(guī)則如下其運(yùn)算規(guī)則如下:00=0, 01=10=0, 11=