第1章單片微型計(jì)算機(jī)概述(新)

1、單片機(jī)原理與接口技術(shù)單片機(jī)原理與接口技術(shù)蘇州大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系蘇州大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 宋天麟宋天麟一、課程簡介一、課程簡介所學(xué)課程：所學(xué)課程： “單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”1、原理部分、原理部分 2、接口部分、接口部分選用教材選用教材1 1、單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理與接口原理與接口技術(shù)技術(shù)教程教程 祁偉祁偉 主編主編參考教材參考教材1、單片微型計(jì)算機(jī)原理及其應(yīng)用、單片微型計(jì)算機(jī)原理及其應(yīng)用 趙秀珍趙秀珍 單永磊主編單永磊主編 中國水利水電出版社中國水利水電出版社2、高等學(xué)校?？平滩摹⒏叩葘W(xué)校?？平滩膯纹⑿陀?jì)算機(jī)技術(shù)單片微型計(jì)算機(jī)技術(shù)

2、 劉國榮主編劉國榮主編 機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社二、學(xué)習(xí)目的二、學(xué)習(xí)目的 通過學(xué)習(xí)單片微型計(jì)算機(jī)，掌握其基本原通過學(xué)習(xí)單片微型計(jì)算機(jī)，掌握其基本原理，及接口設(shè)計(jì)（軟件設(shè)計(jì)，硬件實(shí)現(xiàn)）方理，及接口設(shè)計(jì)（軟件設(shè)計(jì)，硬件實(shí)現(xiàn)）方法，從而為今后從事工業(yè)控制、儀器儀表、法，從而為今后從事工業(yè)控制、儀器儀表、電信技術(shù)、辦公自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、電信技術(shù)、辦公自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、商用產(chǎn)品及導(dǎo)航奠定基礎(chǔ)。商用產(chǎn)品及導(dǎo)航奠定基礎(chǔ)。教學(xué)安排教學(xué)安排 本課共本課共75學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)18學(xué)時(shí)。學(xué)時(shí)。本課考核方式：本課考核方式：閉卷考試閉卷考試本課考試方式采?。荷险n考勤、課堂回答問本課考試方式采

3、?。荷险n考勤、課堂回答問題，實(shí)驗(yàn)等題，實(shí)驗(yàn)等2030%、期末考試、期末考試7080%作為作為課程的評(píng)分依據(jù)課程的評(píng)分依據(jù)。本課擬安排授課本課擬安排授課理論講授：理論講授： 54學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)： 18學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)三、學(xué)習(xí)三、學(xué)習(xí)什么什么？ 單片微型計(jì)算機(jī)區(qū)別于計(jì)算機(jī)的就在于單片微型計(jì)算機(jī)區(qū)別于計(jì)算機(jī)的就在于是單片微型，但其功能完全可以和計(jì)算機(jī)媲是單片微型，但其功能完全可以和計(jì)算機(jī)媲美，其用途遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過計(jì)算機(jī)。美，其用途遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過計(jì)算機(jī)。 1 1、學(xué)習(xí)其結(jié)構(gòu)原理、學(xué)習(xí)其結(jié)構(gòu)原理2 2、學(xué)習(xí)軟件編程，針對(duì)硬件的匯編語言編程、學(xué)習(xí)軟件編程，針對(duì)硬件的匯編語言編程3 3、學(xué)習(xí)硬件設(shè)計(jì)原則、學(xué)習(xí)硬件設(shè)計(jì)原則（

4、1 1）最小應(yīng)用系統(tǒng)）最小應(yīng)用系統(tǒng)（2 2）I/OI/O接口接口（3 3）定時(shí)）定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器（4 4）中斷應(yīng)用）中斷應(yīng)用（5 5）擴(kuò)展應(yīng)用）擴(kuò)展應(yīng)用達(dá)到目的達(dá)到目的:會(huì)設(shè)計(jì)典型單片機(jī)會(huì)設(shè)計(jì)典型單片機(jī)應(yīng)用硬件及軟件。應(yīng)用硬件及軟件。如何學(xué)習(xí)？如何學(xué)習(xí)？單片機(jī)的結(jié)構(gòu)組成單片機(jī)的結(jié)構(gòu)組成匯編語言指令學(xué)習(xí)匯編語言指令學(xué)習(xí)匯編語言程序設(shè)計(jì)匯編語言程序設(shè)計(jì)理論學(xué)習(xí)理論學(xué)習(xí)授課授課自學(xué)自學(xué)課堂討論課堂討論單片機(jī)模仿實(shí)驗(yàn)單片機(jī)模仿實(shí)驗(yàn)針對(duì)不同硬件的程序設(shè)計(jì)針對(duì)不同硬件的程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模仿基礎(chǔ)上的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)７禄A(chǔ)上的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)上機(jī)實(shí)踐上機(jī)實(shí)踐1 1、模仿練習(xí)、模仿練習(xí)2 2、創(chuàng)造性編程、創(chuàng)造性

5、編程3 3、結(jié)合硬件編程、結(jié)合硬件編程自行完成自行完成老師輔導(dǎo)老師輔導(dǎo)編程高手不是教出來的，編程高手不是教出來的，是自己反復(fù)實(shí)踐鍛煉出來是自己反復(fù)實(shí)踐鍛煉出來的的第一章第一章 單片微型計(jì)算機(jī)概述單片微型計(jì)算機(jī)概述一、單片機(jī)的概念一、單片機(jī)的概念 在當(dāng)今的工作和生活環(huán)境中，有越來越多的單片在當(dāng)今的工作和生活環(huán)境中，有越來越多的單片機(jī)在為我們服務(wù)，我們卻意識(shí)不到它的存在。如：機(jī)在為我們服務(wù)，我們卻意識(shí)不到它的存在。如：當(dāng)當(dāng)用搖控操縱電視或用搖控操縱電視或VCD 機(jī)享受其多彩的畫面時(shí)，我機(jī)享受其多彩的畫面時(shí)，我們并沒有意識(shí)到這是單片機(jī)在接受我們的遙控指令；們并沒有意識(shí)到這是單片機(jī)在接受我們的遙控指令

6、；當(dāng)我們在享受全自動(dòng)洗衣機(jī)的先進(jìn)功能時(shí)，并不知當(dāng)我們在享受全自動(dòng)洗衣機(jī)的先進(jìn)功能時(shí)，并不知道道這是單片機(jī)在代替我們控制洗衣機(jī)運(yùn)作；單片機(jī)在這是單片機(jī)在代替我們控制洗衣機(jī)運(yùn)作；單片機(jī)在Call 機(jī)和手機(jī)等現(xiàn)代通信設(shè)備中亦發(fā)揮著重要的作機(jī)和手機(jī)等現(xiàn)代通信設(shè)備中亦發(fā)揮著重要的作用；就連曾一度令許多青少年著迷的電子寵物，也用；就連曾一度令許多青少年著迷的電子寵物，也是是單片機(jī)在大顯神威。單片機(jī)在大顯神威。 在美國，平均約在美國，平均約40%40%的家庭擁的家庭擁有一臺(tái)電腦，但每個(gè)家庭平均有有一臺(tái)電腦，但每個(gè)家庭平均有30403040個(gè)微處理器個(gè)微處理器 總之，處處都有單片機(jī)的身影。為什么我們意識(shí)不到他

7、總之，處處都有單片機(jī)的身影。為什么我們意識(shí)不到他的存在呢？因?yàn)閱纹瑱C(jī)只是一小塊集成電路，而且是計(jì)算的存在呢？因?yàn)閱纹瑱C(jī)只是一小塊集成電路，而且是計(jì)算機(jī)。要了解他，不僅需要硬件知識(shí)，而且還要軟件知識(shí)，機(jī)。要了解他，不僅需要硬件知識(shí)，而且還要軟件知識(shí)，這一般人是難以做到的。這一般人是難以做到的。那么，單片機(jī)究竟是什么呢？那么，單片機(jī)究竟是什么呢？ 單片機(jī)就是將計(jì)算機(jī)的中央處理器單片機(jī)就是將計(jì)算機(jī)的中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、定時(shí)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多種計(jì)數(shù)器和多種輸入輸入/輸出接口輸出接口(I/O)以及相互連接的總線以及相互連接

8、的總線(BUS)等集成在一等集成在一塊芯片上，形成了芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)。又叫單片微型計(jì)算機(jī)塊芯片上，形成了芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)。又叫單片微型計(jì)算機(jī)（single chip microcomputer）或微控制器或微控制器(microcontroller)，縮寫縮寫MCU(microcontroller Unit)。實(shí)際上，單片機(jī)是微機(jī)的一個(gè)分支。實(shí)際上，單片機(jī)是微機(jī)的一個(gè)分支。鑒于此，一般微機(jī)也叫多片微鑒于此，一般微機(jī)也叫多片微型計(jì)算機(jī)型計(jì)算機(jī) 。 計(jì)算機(jī)的開拓者計(jì)算機(jī)的開拓者數(shù)學(xué)家約翰數(shù)學(xué)家約翰馮馮諾依曼最先提諾依曼最先提出的，所以就稱之為馮出的，所以就稱之為馮諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)

9、構(gòu)。 二、單片機(jī)的發(fā)展歷史二、單片機(jī)的發(fā)展歷史 (1)第一階段(1971一1974) 1971年美國Intel公司設(shè)計(jì)出集成度為2000只晶體管/片的四位微處理器Intel4004，其配有RAM、ROM和移位寄存器等芯片，構(gòu)成第一臺(tái)MCS-48微型計(jì)算機(jī)。(2)第二階段(1974一1978) 以Intel公司首先推出的MCS-48系列的八位單片微型計(jì)算機(jī)為代表。它以體積小、功能全、價(jià)格低等特點(diǎn)，贏得了廣泛的應(yīng)用，為單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，成為單片機(jī)發(fā)展過程中的一個(gè)重要階段。(3)第三階段第三階段(19781983) Intel公司在MCS-48基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的MCS-51單片機(jī)系列。

10、它在以下幾個(gè)方面完善了單片機(jī)體系。 MCS-51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有多機(jī)通信功能的串行通信接口。 CPU外圍功能單元的集中管理模式。 體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式。 指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，增加了許多突出控制功能的指令。 Intel公司在MCS-48基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的MCS-51單片機(jī)系列。 (4)第四階段第四階段(19831990) 在8位單片機(jī)的基礎(chǔ)上，推出了16位單片機(jī) ，也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。 隨著MCS5l系列的廣泛應(yīng)用，許多電氣廠商競相使用80C51的內(nèi)核技術(shù)，將許多測控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接

11、口技術(shù)、多通道AD轉(zhuǎn)換部件、可靠性技術(shù)等應(yīng)用到單片機(jī)中，增強(qiáng)了外圍電路功能，強(qiáng)化了智能控制器的特征。 (5)第五階段第五階段(1990之后之后) 在此階段，隨著單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域全面、深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位16位32位通用型單片機(jī)，以及小型廉價(jià)的專用型單片機(jī)。 單片機(jī)的種類很多，到目前為止，世界各國廠商已研制出大約50個(gè)系列、30多個(gè)品種的單片機(jī)的產(chǎn)品。 最具典型代表的應(yīng)屬Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)。 雖然它仍然是8位的單片機(jī)，但其功能強(qiáng)，具有品種全、兼容性強(qiáng)、軟硬件資料豐富等特點(diǎn)。因此，MCS-51應(yīng)用非常廣泛，直到現(xiàn)在MCS-51仍不失為單片機(jī)

12、中的主流機(jī)型。這主要由于在工業(yè)控制、智能儀表、家用電器、IC卡等諸多應(yīng)用領(lǐng)域，8位單片機(jī)系列在性能、價(jià)格兩方面都做到了較好的兼顧。 估計(jì)在未來十年內(nèi)，8位單片機(jī)仍將是單片機(jī)中的主流機(jī)型。故而本書仍以MCS-51系列單片機(jī)為主線來進(jìn)行講授。三、單片機(jī)的發(fā)展趨勢三、單片機(jī)的發(fā)展趨勢 發(fā)展趨勢主要有以下幾個(gè)方面 1多功能多功能 在單片機(jī)中盡可能多地把應(yīng)用所需的存儲(chǔ)器、各種功能的I/O口都集成在一塊芯片內(nèi)，使單片機(jī)的功能更加強(qiáng)大。如把LED、LCD或VFD顯示驅(qū)動(dòng)器也開始集成在8位單片機(jī)中。 2高性能高性能 進(jìn)一步改進(jìn)CPU的性能，加快指令運(yùn)算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性，采用精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)RIS

13、C（Reduced Instruction Set Computer）結(jié)構(gòu)和流水線技術(shù)，大幅度提高運(yùn)行速度?，F(xiàn)指令速度最高者已達(dá)100MIPS(Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒)，并加強(qiáng)了位處理功能、中斷和定時(shí)控制功能，使單片機(jī)的性能明顯地優(yōu)于同類型的微處理器。單片機(jī)集成度進(jìn)步提高，有的單片機(jī)的尋址能力已突破64 KB的限制，8位、16位的單片機(jī)有的尋址能力已達(dá)到1 MB和16 MB。片內(nèi)ROM的容量可達(dá)64 KB，RAM的容量可達(dá)2 KB。3低電壓、低功耗低電壓、低功耗 允許使用的電壓范圍越來越寬，一般在36V范圍內(nèi)工作，有的已能在1.2V或0.9

14、V電壓下工作。幾乎所有的單片機(jī)都具有省電運(yùn)行方式。單片機(jī)的功耗已從mA級(jí)降到A級(jí)，甚至1A以下，在一粒鈕扣電池下就可長期工作。低功耗化的效應(yīng)不僅是功耗低，而且?guī)砹水a(chǎn)品的高可靠性、高抗干擾能力以及產(chǎn)品的便攜化。4低價(jià)格 現(xiàn)在，市面上8031，89c51單片機(jī)12元15元左右。四、單片機(jī)的特點(diǎn)1、優(yōu)異的性能價(jià)格比2、集成度高、體積小、可靠性高3、控制功能強(qiáng)4、低電壓、低功耗 五、五、單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)的應(yīng)用 單片機(jī)的特點(diǎn)決定其應(yīng)用領(lǐng)域非常寬廣。無論是工業(yè)單片機(jī)的特點(diǎn)決定其應(yīng)用領(lǐng)域非常寬廣。無論是工業(yè)部門、國防部門、民用部門乃至事業(yè)部門，到處都有他的部門、國防部門、民用部門乃至事業(yè)部門，到處都有他

15、的身影?，F(xiàn)將單片機(jī)的應(yīng)用大致歸納為以下幾個(gè)方面：身影?，F(xiàn)將單片機(jī)的應(yīng)用大致歸納為以下幾個(gè)方面：（一）單片機(jī)在在智能儀器儀表中的應(yīng)用一）單片機(jī)在在智能儀器儀表中的應(yīng)用 這是單片機(jī)應(yīng)用最多這是單片機(jī)應(yīng)用最多, ,最活躍的領(lǐng)域之一。在各類儀最活躍的領(lǐng)域之一。在各類儀器儀表中引入單片機(jī)，使其智能化，提高測試的自動(dòng)化程器儀表中引入單片機(jī)，使其智能化，提高測試的自動(dòng)化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性價(jià)比。同度和精度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性價(jià)比。同時(shí)便于使用、維修和改進(jìn)。時(shí)便于使用、維修和改進(jìn)。 如用如用MCS-51 MCS-51 系列單片機(jī)控制的系列單片機(jī)控制的“汽車發(fā)動(dòng)機(jī)綜合測試儀

16、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)綜合測試儀”、“煙葉水分測試儀煙葉水分測試儀”、“智能超聲波測試儀智能超聲波測試儀”等。等。 （二）單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用（二）單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用 機(jī)電一體化是指集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、機(jī)電一體化是指集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品。這是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的方向。特征的機(jī)電產(chǎn)品。這是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的方向。 單片機(jī)的出現(xiàn)促進(jìn)了機(jī)電一體化，它作為單片機(jī)的出現(xiàn)促進(jìn)了機(jī)電一體化，它作為機(jī)電產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮其體積小、機(jī)電產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮其體積小、可靠性高、功能強(qiáng)、安裝方便等到特點(diǎn)，大大

17、可靠性高、功能強(qiáng)、安裝方便等到特點(diǎn)，大大強(qiáng)化了機(jī)器的功能，提高了機(jī)器的自動(dòng)化、智強(qiáng)化了機(jī)器的功能，提高了機(jī)器的自動(dòng)化、智能化程度。能化程度。（三）在實(shí)時(shí)過程控制中的應(yīng)用（三）在實(shí)時(shí)過程控制中的應(yīng)用 單片機(jī)也廣范地應(yīng)用于各種實(shí)時(shí)控制系單片機(jī)也廣范地應(yīng)用于各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，例如對(duì)工業(yè)上各種窯爐、鍋爐的溫度、統(tǒng)中，例如對(duì)工業(yè)上各種窯爐、鍋爐的溫度、酸度、化學(xué)成分的測量和控制。將測量技術(shù)、酸度、化學(xué)成分的測量和控制。將測量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)自動(dòng)控制技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮其數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)控制功能，使系統(tǒng)工作揮其數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)控制功能，使系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的

18、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的于最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。在航空航天、通訊、遙控、遙測等各質(zhì)量。在航空航天、通訊、遙控、遙測等各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中都可以用單片機(jī)作為控制種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中都可以用單片機(jī)作為控制器。器。（四）在分布式多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用（四）在分布式多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用 分布式多機(jī)系統(tǒng)具有功能強(qiáng)可靠性高的特分布式多機(jī)系統(tǒng)具有功能強(qiáng)可靠性高的特點(diǎn)，在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，都采用分布式多機(jī)點(diǎn)，在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，都采用分布式多機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)中有若干臺(tái)功能各異的計(jì)算機(jī)，各系統(tǒng)。系統(tǒng)中有若干臺(tái)功能各異的計(jì)算機(jī)，各自完成特定的任務(wù)，它們又通過通訊線路相互自完成特定的任務(wù)，它們又通過通訊線路相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工

19、作。單片機(jī)在這種多機(jī)系統(tǒng)中，聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機(jī)在這種多機(jī)系統(tǒng)中，往往作為一個(gè)終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點(diǎn)往往作為一個(gè)終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點(diǎn)上，對(duì)現(xiàn)場信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的測量和控制。高檔上，對(duì)現(xiàn)場信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的測量和控制。高檔的單片機(jī)多機(jī)通訊的單片機(jī)多機(jī)通訊(并行或串行并行或串行)功能很強(qiáng)，它功能很強(qiáng)，它們在分布式多機(jī)系統(tǒng)中能發(fā)揮很大作用。們在分布式多機(jī)系統(tǒng)中能發(fā)揮很大作用。（五）在家用電器中的應(yīng)用（五）在家用電器中的應(yīng)用 家用電器涉及到千家萬戶，生產(chǎn)規(guī)模大。家用電器涉及到千家萬戶，生產(chǎn)規(guī)模大。目前國內(nèi)外各種家用電器都已普遍采用單片機(jī)目前國內(nèi)外各種家用電器都已普遍采用單片機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制電路。如洗衣機(jī)、電冰箱、空代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制電路。如洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)、電飯煲、收音機(jī)、功放、電風(fēng)扇、電視機(jī)、調(diào)、電飯煲、收音機(jī)、功放、電風(fēng)扇、電視機(jī)、VCD、DVD 及許許多多的電子玩具等等都配上及許許多多的電子玩具等等都配上了單片機(jī)。從而提高了自動(dòng)化程度，增強(qiáng)了功了單片機(jī)。從而提高了自動(dòng)化程度，增強(qiáng)了功能，深受用戶的歡迎。能，深受用戶的歡迎。（六）