單片機及嵌入式大賽

1、 NanTong Date:2011.11.18UniversityUniversity主講：南通大學電子信息學院Date:2011.11.18電子信息學院Date:2011.11.18電子信息學院什么是什么是 What is MCU？首先首先 我們要明白什么是微處理器？我們要明白什么是微處理器？ 微處理器（Microprocessor）微型計算機的控制和運算器部分； 微型計算機（Microcomputer）有完整運算及控制功能的計算機，包括微處理器、存儲器、輸入/輸出(I/O)接口電路以及輸入/輸出設(shè)備等。讓來看看什么是單片機吧！讓來看看什么是單片機吧！Date:電子信息學院what MCU

2、 looks like?D電子信息學院 AT89S52(8位單片機位單片機)MSP430單片機單片機（16位單片機）位單片機） ARM單片機單片機（32位單片機）位單片機） 單片機作為嵌入式微控制器在工業(yè)測控系統(tǒng)、智能儀器和家用電單片機作為嵌入式微控制器在工業(yè)測控系統(tǒng)、智能儀器和家用電器中得到廣泛應(yīng)用。雖然單片機的品種很多，但其中最具有代表性的器中得到廣泛應(yīng)用。雖然單片機的品種很多，但其中最具有代表性的是是IntelIntel公司的公司的MCS-51MCS-51系列單片機系列單片機, ,以及其與之兼容的派生系列芯片。以及其與之兼容的派生系列芯片。Intel 8Intel 8位單片機的發(fā)展經(jīng)歷了

3、以下位單片機的發(fā)展經(jīng)歷了以下3 3代：代： 第一代：以第一代：以19761976年推出的年推出的MCS-48MCS-48系列為代表。系列為代表。 第二代：以第二代：以MCS-51MCS-51的的80518051為代表的單片機，為代表的單片機， 第三代：以第三代：以80C5180C51系列為代表。系列為代表。按按內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的寬度內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的寬度: :單片機單片機分為分為4 4位、位、8 8位、位、1616位及位及3232位位等。等。HistoryDate2011.11.18電子信息學院一、一、ATMELATMEL單片機單片機 ATMELATMEL公司所生產(chǎn)的公司所生產(chǎn)的ATMEL89ATME

4、L89系列單片機（簡稱系列單片機（簡稱8989系列系列單片機），就是基于單片機），就是基于IntelIntel公司的公司的MCS-5lMCS-5l系列而研制的，該公系列而研制的，該公司的技術(shù)優(yōu)勢在于司的技術(shù)優(yōu)勢在于FlashFlash存儲器技術(shù)。存儲器技術(shù)。 標準標準型單片機有：型單片機有：AT89C51AT89C51，AT89LV51AT89LV51，AT89C52AT89C52，AT89LV52AT89LV52； 低檔型低檔型單片機有：單片機有：AT89C1051AT89C1051和和AT89C2051AT89C2051兩種型號。它兩種型號。它們的們的CPUCPU內(nèi)核和內(nèi)核和AT89C51

5、AT89C51是相同的，但并行是相同的，但并行I/OI/O較少；較少； 高檔型單片機有：高檔型單片機有：AT89S8252AT89S8252，這是一種可下載的，這是一種可下載的FlashFlash單單片機。它和片機。它和IBMIBM微機通信進行下載程序十分方便。微機通信進行下載程序十分方便。 Date2011.11.18電子信息學院 二二、PhilipsPhilips單片機單片機 PhilipsPhilips公司的的單片機都屬于公司的的單片機都屬于MCS-51MCS-51系列兼容的單片機。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看系列兼容的單片機。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看可以劃分為兩大類，可以劃分為兩大類，8 8位機與位機與80C51

6、80C51兼容系列和兼容系列和1616位機位機XAXA系列。系列。PhilipsPhilips公司的公司的的單片機的單片機8 8位機的主要產(chǎn)品型號有位機的主要產(chǎn)品型號有P80CXXP80CXX、P87CXXP87CXX和和P89CXXP89CXX系列，系列，1616位位機的主要產(chǎn)品型號有機的主要產(chǎn)品型號有PXACXXPXACXX、PXAGXXPXAGXX和和PXASXXPXASXX等。等。三、三、MSP430MSP430單片機單片機MSP430MSP430系列單片機是美國德州儀器（系列單片機是美國德州儀器（TITI）19961996年開始推向市場的一種年開始推向市場的一種1616位位超低超低

7、MSP430MSP430單片機單片機11功耗、具有精簡指令集（功耗、具有精簡指令集（RISCRISC）的混合信號處理器（）的混合信號處理器（Mixed Signal Mixed Signal ProcessorProcessor）。稱之為混合信號處理器，是由于其針對實際應(yīng)用需求，將多個）。稱之為混合信號處理器，是由于其針對實際應(yīng)用需求，將多個不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上，以提供不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片單片”解決方案。該系列單片機多應(yīng)用于需要電池供電的便攜式儀器儀表解決方案。該系列單片機多應(yīng)用于需要電池供電的便攜式儀器

8、儀表中。中。Date2011.11.18電子信息學院 STC STC系列的單片機現(xiàn)在在中國的系列的單片機現(xiàn)在在中國的5151單片機市場上占有單片機市場上占有較大比例較大比例。STCSTC系類系類MCUMCU性能特點在于性能特點在于：最高：最高工作頻率工作頻率80M80M，F(xiàn)LASHFLASH程序儲存程序儲存4K-64K4K-64K，RAMRAM數(shù)據(jù)儲存數(shù)據(jù)儲存512B512B1280B1280B，內(nèi)，內(nèi)部集成部集成EEPROM 2KEEPROM 2K16K16K及看門狗和專用復位電路，帶及看門狗和專用復位電路，帶A/DA/D功能功能 12C12C系列：單時鐘系列：單時鐘/ /機器周期。超小封裝

9、。機器周期。超小封裝。2-42-4路路PWMPWM， 8-108-10位高速位高速A/DA/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。 FLASHFLASH程序儲存程序儲存512B512B12K12K，RAMRAM數(shù)據(jù)儲存數(shù)據(jù)儲存256B256B512B512B，集成，集成1K1K的的EEPROMEEPROM及硬件及硬件WDTWDT產(chǎn)品都有為低功耗。有產(chǎn)品都有為低功耗。有ISPISP和和IAPIAP功能，強抗干擾和降低功能，強抗干擾和降低EMIEMI性能性能15F15F系列有系列有STCSTC最少引腳最少引腳8 8引腳的引腳的單片機。單片機。三、三、STCSTC（宏晶公司）單片機（宏晶公司）單片機Date2011.11.

10、18電子信息學院 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展單片機的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展 一、單片機在智能儀器中的應(yīng)用一、單片機在智能儀器中的應(yīng)用 智能化儀器內(nèi)部基本上都是用單片機進行信息控制與處理。特別是近年來出現(xiàn)的數(shù)字信號處理器DSP是一種速度極高的單片機，它在通信和高速信息處理中起了極大的作用，從而擴展了單片機在智能儀器中的應(yīng)用。Date2011.11.18電子信息學院 無線無線抄抄表表Date2011.11.18電子信息學院無線抄表的優(yōu)點：無線抄表的優(yōu)點：1. 1. 不用不用布線，系統(tǒng)安裝方便布線，系統(tǒng)安裝方便；2. 2. 抄表成功率高抄表成功率高3. 3. 可以節(jié)省大量人力可以節(jié)省大量人力4. 4. 有利于數(shù)

11、據(jù)的管理存儲有利于數(shù)據(jù)的管理存儲二、單片機在過程控制中的應(yīng)用二、單片機在過程控制中的應(yīng)用Date2011.11.18電子信息學院兩輪自平衡車兩輪自平衡車 兩輪自平衡電動車，是一種前所未見的嶄新交通工具，因此很難用傳統(tǒng)的分類方式定義它的種類。有人認為自平衡車應(yīng)該是一種雙輪版的單輪車（Unicycle），有人認為它應(yīng)該是動力滑板車（Stand-up Scooter）的一種，但它是單軸雙輪設(shè)計，與雙軸雙輪的傳統(tǒng)滑板車有些不同。而在某些比較正式的場合（例如官方的道路法規(guī)）中，自平衡車這種交通工具又被稱作“電動個人輔助機動裝置”（Electric Personal Assistive Mobility

12、Device, EPAMD），俗稱電動代步車。這種交通工具可以讓人們騎著，交通工具可以讓人們騎著在都市里面毫無障礙地移動。 兩輪自平衡電動車的運作原理主要是建立在一種被稱為“動態(tài)穩(wěn)定”（Dynamic Stabilization）的基本原理上，也就是車輛本身的自動平衡能力。以內(nèi)置的精密固態(tài)陀螺儀（Solid-State Gyroscopes）來判斷車身所處的姿勢狀態(tài)，透過精密且高速的單片機計算出適當?shù)闹噶詈螅?qū)動馬達來做到平衡的效果。假設(shè)我們以站在車上的駕駛?cè)伺c車輛的總體重心縱軸作為參考線。當這條軸往前傾斜時，賽格威車身內(nèi)的內(nèi)置電動馬達會產(chǎn)生往前的力量，一方面平衡人與車往前傾倒的扭矩，一方面產(chǎn)

13、生讓車輛前進的加速度，相反的，當陀螺儀發(fā)現(xiàn)駕駛?cè)说闹匦耐髢A時，也會產(chǎn)生向后的力量達到平衡效果。因此，駕駛?cè)酥灰淖冏约荷眢w的角度往前或往后傾，賽格威就會根據(jù)傾斜的方向前進或后退，而速度則與駕駛?cè)松眢w傾斜的程度呈正比。原則上，只要自平衡電動車有正確打開電源且能保持足夠運作的電力，車上的人就不用擔心有傾倒跌落的可能，這與一般需要靠駕駛?cè)俗约哼M行平衡的滑板車等交通工具大大不同。 原理介紹Date2011.11.18電子信息學院三、單片機與三、單片機與e-Homee-Home 在家用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在家用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)HNS(home networked system)HNS(home networked sys

14、tem) 中，對家用電器提出中，對家用電器提出了了“個性化個性化”和和“社會化社會化”的要求。的要求。 家用電器的嵌入式結(jié)構(gòu)有單核嵌入和雙核嵌入家用電器的嵌入式結(jié)構(gòu)有單核嵌入和雙核嵌入2 2種。例如：一般電腦電種。例如：一般電腦電飯煲，內(nèi)部只有一個單片機，這種控制系統(tǒng)是單核嵌入；對于分體式空飯煲，內(nèi)部只有一個單片機，這種控制系統(tǒng)是單核嵌入；對于分體式空調(diào)，室內(nèi)機與室外機中分別有調(diào)，室內(nèi)機與室外機中分別有1 1個單片機，為雙核嵌入結(jié)構(gòu)個單片機，為雙核嵌入結(jié)構(gòu)。智能家居智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、 智能家居智能家居

15、- -系統(tǒng)設(shè)計方案安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻系統(tǒng)設(shè)計方案安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境 Date2011.11.18電子信息學院Date2011.11.18電子信息學院主體結(jié)構(gòu)圖主體結(jié)構(gòu)圖Date2011.11.18電子信息學院主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1.MCS-511.MCS-51單片機組成（結(jié)構(gòu)、引腳功能）單

16、片機組成（結(jié)構(gòu)、引腳功能） 2.2.并行并行I/OI/O端口結(jié)構(gòu)端口結(jié)構(gòu) 3.3.儲器組織與操作儲器組織與操作 4.MCS-514.MCS-51單片機的中斷系統(tǒng)單片機的中斷系統(tǒng) 1 1）中斷系統(tǒng)概述）中斷系統(tǒng)概述 2 2）中斷的處理過程）中斷的處理過程重點理解：重點理解：1 1 . . MCS-51MCS-51系列單片機存儲器結(jié)構(gòu)特點系列單片機存儲器結(jié)構(gòu)特點2 2. . 單片機特殊功能寄存器的作用單片機特殊功能寄存器的作用3 3. . 不同場合下不同場合下單片機引腳的復用單片機引腳的復用功能功能Date2011.11.18電子信息學院一、一、MCS51MCS51單片微機的硬件組成單片微機的硬件

17、組成 1 1、MCS51MCS51系列單片機的主要特性系列單片機的主要特性 1) 1) 8 8位字長位字長CPUCPU和指令系統(tǒng)。和指令系統(tǒng)。 2) 12) 1個片內(nèi)時鐘振蕩器和時鐘電路。個片內(nèi)時鐘振蕩器和時鐘電路。 3) 64K3) 64K外部數(shù)據(jù)存儲器的地址空間。外部數(shù)據(jù)存儲器的地址空間。 4) 64K4) 64K外部程序存儲器的地址空間。外部程序存儲器的地址空間。 5) 325) 32條雙向且分別可位尋址的條雙向且分別可位尋址的I IO O口線?？诰€。 6) 1286) 128字節(jié)的片內(nèi)字節(jié)的片內(nèi)RAM(52RAM(52子系列為子系列為256256字節(jié)字節(jié)) )。 7) 27) 2個個1

18、616位定時器計數(shù)器位定時器計數(shù)器(52(52子系列為子系列為3 3個個) )。 8) 8) 具有具有2 2個優(yōu)先級的個優(yōu)先級的5 5個中斷源結(jié)構(gòu)個中斷源結(jié)構(gòu)(52(52子系列有子系列有6 6個個) )。 9) 19) 1個全雙工串行口。個全雙工串行口。 10) 110) 1個布爾處理器。個布爾處理器。 MCS-51MCS-51單片機的基本組成單片機的基本組成 Date2011.11.18電子信息學院 MCS51MCS51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 時鐘源T0 T1 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1時鐘電路SFR和RAMROM定時/計數(shù)器CPU串行I/O口中斷系

19、統(tǒng)并行I/O口系統(tǒng)總線圖21 MCS51單片機的功能模塊框圖 MCS-51單片機由單片機由8位位CPU、只讀存儲器、只讀存儲器EPROMROM、讀寫存儲器、讀寫存儲器RAM、并行并行IO口、串行口、串行IO口、定時器計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器和時鐘電路等部分口、定時器計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器和時鐘電路等部分組成。各部分之間通過內(nèi)部總線相連。組成。各部分之間通過內(nèi)部總線相連。 Date2011.11.18電子信息學院 MCSMCS5151單片機的引腳功能單片機的引腳功能 X1 X2 EA PSEN ALE RST VCC GND 8051 P0 P1 P2 P3 P00P07 P10P17 P20

20、P27 P30P37 40腳分三類：腳分三類：1、電源線和時鐘信號線共、電源線和時鐘信號線共4根根 VCC，GND電源和地電源和地+5V電源供電電源供電， X1時鐘振蕩器輸入端，內(nèi)部振蕩器輸入端；時鐘振蕩器輸入端，內(nèi)部振蕩器輸入端； X2時鐘振蕩器輸出端，內(nèi)部振蕩器輸出端；時鐘振蕩器輸出端，內(nèi)部振蕩器輸出端；2、控制線、控制線4根根nRST復位信號，晶振工作后復位信號，晶振工作后2個機器周期的高電平復個機器周期的高電平復位位CPU. nALE地址鎖存信號訪問外部存儲器時該信號鎖存低地址鎖存信號訪問外部存儲器時該信號鎖存低8位地址；無位地址；無RAM時，時，ALE為晶振為晶振6分頻；分頻；uPS

21、EN外部程序存儲器讀從程序存儲器中取指令或外部程序存儲器讀從程序存儲器中取指令或讀取數(shù)據(jù)時，該信號有效。讀取數(shù)據(jù)時，該信號有效。uEA程序存儲器有效地址，程序存儲器有效地址，EA=1從內(nèi)部開始執(zhí)行程從內(nèi)部開始執(zhí)行程序；序；EA=0從外部開始執(zhí)行程序；從外部開始執(zhí)行程序；u3、I/O口線口線32根根- MCS-51MCS-51系列單片機系列單片機P0P0、P1P1、P2P2、P3P3共共3232位，對應(yīng)著芯片位，對應(yīng)著芯片的的32根引腳。根引腳。Date2011.11.18電子信息學院 并行并行I/OI/O接口接口 MCS5l單片機內(nèi)有四個單片機內(nèi)有四個8位并行位并行IO端口，為端口，為P0、P

22、1、P2和和P3。每個端口都是每個端口都是8位準雙向位準雙向IO口，共占口，共占32根引腳。每個端口都包含一個鎖根引腳。每個端口都包含一個鎖存器、一個輸出驅(qū)動器和一個輸入緩沖器。存器、一個輸出驅(qū)動器和一個輸入緩沖器。 一、并行一、并行I/O接口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)接口的內(nèi)部結(jié)構(gòu) IO口的每位鎖存器均由D觸發(fā)器組成，用來鎖存輸出的信息。在CPU的“寫鎖存器”信號驅(qū)動下，將內(nèi)部總線上的數(shù)據(jù)寫入鎖存器中。 P0口某位的結(jié)構(gòu)圖 Date2011.11.18電子信息學院P3.0(P3.0(RXD) )：串行輸入端。：串行輸入端。P3.1(P3.1(TXD) )：串行輸出端。：串行輸出端。P3.2(P3.2(INT

23、O) )：外部中斷：外部中斷0 0輸入端，低電平有效。輸入端，低電平有效。P3.3(P3.3(INT1) )：外部中斷：外部中斷1 1輸入端，低電平有效。輸入端，低電平有效。P3.4(P3.4(T0) )：定時計數(shù)器：定時計數(shù)器0 0外部事件計數(shù)輸入端。外部事件計數(shù)輸入端。P3.5(P3.5(T1) )：定時計數(shù)器：定時計數(shù)器1 1外部事件計數(shù)輸入端。外部事件計數(shù)輸入端。P3.6(P3.6(WR) )：外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號，低電平有效。：外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號，低電平有效。P3.7(P3.7(RD ) )：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號，低電平有效。：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號，低電平有效。 P3P3口每位的第二功能：口每位的第二功能：Date2011.11.18電子信息學院Date2011.11.18電子信息學院一、多看書，尤其是單片機基礎(chǔ)的書，了解單片機原理才能更好的使用它，國內(nèi)51系列推廣了很多年，資料最為豐富。二、多上網(wǎng)查資料，大家的力量是偉大的，單片機是外國人發(fā)明的，我們一般要先學會它的語言再使用它，所以多出了很多步驟，很多人對單片機的理解層次也不同，寫程序的風格也各異。這個都沒有關(guān)系，一個問題查的資料多了，自己