第一章 單片機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)介

1、單片機(jī)原理與應(yīng)用單片機(jī)原理與應(yīng)用機(jī)械與電子工程學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院 曾繁政曾繁政課程導(dǎo)入課程導(dǎo)入微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的兩大發(fā)展分支： 分支一：通用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分支一：通用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 分支二：嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分支二：嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)PC主要功能部件： CPU+存儲(chǔ)器+端口+顯卡+聲卡+網(wǎng)卡+顯示器+鼠標(biāo)+鍵盤基本功能部件接口外設(shè) 分支一：通用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分支一：通用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 分支二：嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分支二：嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 嵌入到對(duì)象體系中，實(shí)現(xiàn)對(duì)象體系智能化控制的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 。 技術(shù)要求：必須滿足對(duì)象體系的物理環(huán)境、電氣環(huán)境和氣氛環(huán)境以及產(chǎn)品成本等要求。

2、發(fā)展方向: 與對(duì)象系統(tǒng)密切相關(guān)的嵌入性能嵌入性能、控控制能力制能力與控制可靠性控制可靠性。PC 電氣加固、機(jī)械加固，并配置各種外圍接口板卡 IPC（工控機(jī)） 嵌入到大型工控系統(tǒng)中（實(shí)現(xiàn)了智能化）工業(yè)計(jì)算機(jī)（Industrial Personal Computer） 船舶駕駛室集中控制臺(tái) 自動(dòng)配料控制系統(tǒng) 電站鍋爐控制系統(tǒng) 板卡：CPU卡、存儲(chǔ)器卡、數(shù)據(jù)采集卡、通訊卡、計(jì)數(shù)器卡眾多小型對(duì)象系統(tǒng)（如家電、儀器、工控單元）無法使用IPC 需要發(fā)展一類特殊的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)特殊的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。第1章 單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述第1章 單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述單片機(jī)應(yīng)用范例單片

3、機(jī)應(yīng)用范例第1章 單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述汽車電控系統(tǒng)中的單片機(jī)應(yīng)用第1章 單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述單片機(jī)是實(shí)現(xiàn)機(jī)械裝備、電子產(chǎn)品單片機(jī)是實(shí)現(xiàn)機(jī)械裝備、電子產(chǎn)品智能化智能化的重的重要途徑，掌握這門技術(shù)便能在高技術(shù)領(lǐng)域占有要途徑，掌握這門技術(shù)便能在高技術(shù)領(lǐng)域占有一席之地；一席之地；單片機(jī)系統(tǒng)是當(dāng)前最有發(fā)展前途的高技術(shù)領(lǐng)域單片機(jī)系統(tǒng)是當(dāng)前最有發(fā)展前途的高技術(shù)領(lǐng)域之一，國(guó)內(nèi)外嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)需之一，國(guó)內(nèi)外嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)需要大量的人才，具有很好的就業(yè)前景要大量的人才，具有很好的就業(yè)前景 ；單片機(jī)與其它專業(yè)知識(shí)相結(jié)合可產(chǎn)生更大的創(chuàng)單片機(jī)與其它專業(yè)知識(shí)相結(jié)合可

4、產(chǎn)生更大的創(chuàng)造力和發(fā)展?jié)摿?。造力和發(fā)展?jié)摿Α?為什么要學(xué)單片機(jī)？為什么要學(xué)單片機(jī)？第1章 單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述 怎么樣學(xué)單片機(jī)？怎么樣學(xué)單片機(jī)？各組成部分既相對(duì)獨(dú)立，又相互交叉80C51型單片機(jī)教學(xué)目標(biāo)掌握單片機(jī)原理與應(yīng)用、系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要具備單片機(jī)硬件硬件、軟件軟件、接口接口三方面知識(shí)硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)接口系統(tǒng)第1章 單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述單片機(jī)的學(xué)習(xí)方法單片機(jī)的學(xué)習(xí)方法理論教學(xué)理論教學(xué)掌握基本原理掌握基本原理課堂講解課堂講解+課后復(fù)習(xí)課后復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)掌握基本技能掌握基本技能教學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)+實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告電路實(shí)驗(yàn)箱虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)第1章 單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述單片

5、機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述第1章 單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述第1章 單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述課程結(jié)構(gòu)課程結(jié)構(gòu)第第1章章 單片機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)介單片機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)介 第第2章章 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)第第3章章 單片機(jī)指令系統(tǒng)單片機(jī)指令系統(tǒng) 第第4章章 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)單片機(jī)程序設(shè)計(jì)第第5章章 單片機(jī)并行接口單片機(jī)并行接口第第6章章 單片機(jī)的人機(jī)接口單片機(jī)的人機(jī)接口 第第7章章 單片機(jī)的中斷系統(tǒng)單片機(jī)的中斷系統(tǒng)第第8章章 單片機(jī)定時(shí)器單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器第第9章章 單片機(jī)的串行接口單片機(jī)的串行接口第第10章章 單片機(jī)的模擬量接口單片機(jī)的模擬量接口第第11章章 單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)的應(yīng)

6、用系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一章第一章 單片機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)介單片機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)介 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：?jiǎn)纹瑱C(jī)的歷史、特點(diǎn)、應(yīng)用與選型單片機(jī)的歷史、特點(diǎn)、應(yīng)用與選型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的組成計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件由五部分組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件由五部分組成:輸入設(shè)備輸入設(shè)備運(yùn)算器運(yùn)算器輸出設(shè)備輸出設(shè)備控制器控制器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器CPU主機(jī)第一節(jié)第一節(jié) 單片機(jī)簡(jiǎn)介單片機(jī)簡(jiǎn)介馮馮諾伊曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)：存儲(chǔ)程序原理諾伊曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)：存儲(chǔ)程序原理三大硬件系統(tǒng)組成三大硬件系統(tǒng)組成中央處理器中央處理器(CPU)，其中包含一個(gè)控制器、一個(gè)運(yùn)算器、，其中包含一個(gè)控制器、一個(gè)運(yùn)算器、若干寄存器和一個(gè)程序計(jì)數(shù)器若干寄存器和一個(gè)程序計(jì)數(shù)器主

7、存儲(chǔ)器系統(tǒng)，用來保存控制計(jì)算機(jī)操作的各種程序主存儲(chǔ)器系統(tǒng)，用來保存控制計(jì)算機(jī)操作的各種程序輸入輸入/輸出輸出(I/O)系統(tǒng)系統(tǒng)具有執(zhí)行順序指令的處理能力具有執(zhí)行順序指令的處理能力在主存儲(chǔ)器系統(tǒng)和在主存儲(chǔ)器系統(tǒng)和CPU的控制單元之間，包含一的控制單元之間，包含一 條物理上的或邏輯上的單一通道，可以強(qiáng)制改變條物理上的或邏輯上的單一通道，可以強(qiáng)制改變 指令的內(nèi)容和執(zhí)行的順序指令的內(nèi)容和執(zhí)行的順序增加了系統(tǒng)總線的馮增加了系統(tǒng)總線的馮諾伊曼結(jié)構(gòu)諾伊曼結(jié)構(gòu)總線：計(jì)算機(jī)各芯片之間或者芯片內(nèi)部總線：計(jì)算機(jī)各芯片之間或者芯片內(nèi)部各部件之間傳輸信息的一組公共通信線。各部件之間傳輸信息的一組公共通信線。三大總線三大

8、總線地址總線地址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線控制總線控制總線作用？作用？計(jì)算機(jī)軟件：是指使用和管理計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)軟件：是指使用和管理計(jì)算機(jī)的各種程序。各種程序。指令指令程序程序機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言軟軟件件在一塊大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路芯片上制成在一塊大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路芯片上制成的微型計(jì)算機(jī)的微型計(jì)算機(jī)體積小、功耗低、性價(jià)比高、應(yīng)用靈活體積小、功耗低、性價(jià)比高、應(yīng)用靈活可以作為一個(gè)部件嵌入到各種產(chǎn)品中，而不是可以作為一個(gè)部件嵌入到各種產(chǎn)品中，而不是以常見的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)形式出現(xiàn)以常見的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)形式出現(xiàn)微控制器微控制器(Microcontroller或或Micro

9、Contro Unit，MCU)嵌入式微控制器嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller)什么是單片機(jī)？什么是單片機(jī)？ 單片機(jī)就是單片微型計(jì)算機(jī)單片機(jī)就是單片微型計(jì)算機(jī)(Single-Chip Microcomputer)。 采用一定的采用一定的工藝手段工藝手段將將CPU、存儲(chǔ)、存儲(chǔ)器、器、I/O口集成口集成在一個(gè)芯片上。在一個(gè)芯片上。多板機(jī)多板機(jī) 主板顯卡顯卡聲卡聲卡存儲(chǔ)器接口存儲(chǔ)器接口網(wǎng)卡網(wǎng)卡輸入輸出接口輸入輸出接口內(nèi)存條內(nèi)存條CPU計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通系統(tǒng)通常由多常由多塊印刷塊印刷電路板電路板制成：制成：CPUCPU芯片芯片內(nèi)存條內(nèi)存條存儲(chǔ)器接口存儲(chǔ)器接口存儲(chǔ)器芯片存

10、儲(chǔ)器芯片輸入輸出接口輸入輸出接口輸入輸出接口輸入輸出接口芯片芯片定時(shí)計(jì)數(shù)器定時(shí)計(jì)數(shù)器芯片芯片A/D、D/A芯片芯片單板機(jī) 印印 刷刷 電電 路路 板板 單單 硅硅 晶晶 片片 CPU存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器控制電路控制電路定時(shí)器定時(shí)器時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路I / O口口單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是計(jì)算機(jī)小型化的產(chǎn)物微型計(jì)算機(jī)是計(jì)算機(jī)小型化的產(chǎn)物單片機(jī)是單芯片形式的微型計(jì)算機(jī)單片機(jī)是單芯片形式的微型計(jì)算機(jī)在一塊芯片上，集成了在一塊芯片上，集成了CPU、存儲(chǔ)器和各種接、存儲(chǔ)器和各種接口電路口電路單片機(jī)的單片機(jī)的CPU通常比同期的普通微型計(jì)算機(jī)的通常比同期的普通微型計(jì)算機(jī)的CPU簡(jiǎn)單一簡(jiǎn)單一些些大量的大量的CPU輔助電路和接口

11、電路以及片內(nèi)存輔助電路和接口電路以及片內(nèi)存儲(chǔ)器的存在，使得用單片機(jī)構(gòu)建的微型計(jì)算儲(chǔ)器的存在，使得用單片機(jī)構(gòu)建的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)變得非常簡(jiǎn)單機(jī)系統(tǒng)變得非常簡(jiǎn)單單片機(jī)與通用微機(jī)的比較單片機(jī)與通用微機(jī)的比較單片機(jī)內(nèi)的單片機(jī)內(nèi)的CPU功能已經(jīng)做了簡(jiǎn)化功能已經(jīng)做了簡(jiǎn)化單片機(jī)不是用來設(shè)計(jì)通用微機(jī)的單片機(jī)不是用來設(shè)計(jì)通用微機(jī)的;沒有必要擁有較強(qiáng)的運(yùn)算能力沒有必要擁有較強(qiáng)的運(yùn)算能力;常見的有常見的有4位、位、8位、位、16位、位、32位的位的CPU;最常用的一直是最常用的一直是8位單片機(jī)位單片機(jī).針對(duì)其應(yīng)用領(lǐng)域做了優(yōu)化針對(duì)其應(yīng)用領(lǐng)域做了優(yōu)化一般在控制、邏輯、實(shí)時(shí)性上比通用微機(jī)的一般在控制、邏輯、實(shí)時(shí)性上比通用微

12、機(jī)的CPU表現(xiàn)還要更好一些表現(xiàn)還要更好一些單片機(jī)的發(fā)展歷史單片機(jī)探索階段（1976年）Intel、Motorola單片機(jī)完善階段（1980年）MCS-51微控制器形成階段（1983年）微控制器發(fā)展階段（20世紀(jì)90年代）片上系統(tǒng)（System on Chip）單片機(jī)技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)8位、位、16位、位、32位單片機(jī)共同發(fā)展位單片機(jī)共同發(fā)展速度越來越快速度越來越快低電壓、低功耗低電壓、低功耗高可靠性技術(shù)高可靠性技術(shù)ISP與與IAP技術(shù)技術(shù)全盤全盤CMOS化化單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)從從CPU（CISC和和RISC）存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)三個(gè)方面討論單片機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三個(gè)方面討論單片機(jī)

13、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)單片機(jī)與微處理器的區(qū)別單片機(jī)與微處理器的區(qū)別單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的關(guān)系單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的關(guān)系單片機(jī)的單片機(jī)的CPU CISC(Complex Instruction Set Computer ) 復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)技術(shù)復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)技術(shù)如如Intel的的MCS-51系列系列 RISC(Reduced Instruction Set Computer ) 精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)技術(shù)精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)技術(shù)如如Microchip的的PIC系列系列Atmel的的AVR系列系列存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)馮馮諾伊曼結(jié)構(gòu)諾伊曼結(jié)構(gòu)也稱作普林斯頓也稱作普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)用來存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的

14、物理存儲(chǔ)器是在同一用來存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)器是在同一個(gè)物理存儲(chǔ)器空間中個(gè)物理存儲(chǔ)器空間中哈佛哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)將程序指令存儲(chǔ)空間與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間分開的將程序指令存儲(chǔ)空間與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間分開的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)普林斯頓結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)普林斯頓結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)單總線、雙總線和多重總線結(jié)構(gòu)單總線、雙總線和多重總線結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu)比較常見單總線結(jié)構(gòu)比較常見在單總線結(jié)構(gòu)中，對(duì)存儲(chǔ)器和在單總線結(jié)構(gòu)中，對(duì)存儲(chǔ)器和I/O接口的接口的尋址方法，又分為獨(dú)立編址的尋址方法，又分為獨(dú)立編址的I/O方式和存方式和存儲(chǔ)器映像的儲(chǔ)器映像的I/O方式兩種方式兩種單片機(jī)與微處理器單片機(jī)與微處理器硬件結(jié)構(gòu)

15、硬件結(jié)構(gòu)指令集指令集軟件軟件應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)機(jī)系統(tǒng)嵌入式的另一種實(shí)現(xiàn)是使用嵌入式微處理器嵌入式的另一種實(shí)現(xiàn)是使用嵌入式微處理器單片機(jī)與嵌入式微處理器在應(yīng)用領(lǐng)域的交叉不單片機(jī)與嵌入式微處理器在應(yīng)用領(lǐng)域的交叉不多，二者在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中都有不可估量的發(fā)多，二者在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中都有不可估量的發(fā)展空間展空間單片機(jī)的

16、應(yīng)用與選型單片機(jī)的應(yīng)用與選型單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)的應(yīng)用智能化家用電器、智能化接口的辦公自動(dòng)化智能化家用電器、智能化接口的辦公自動(dòng)化設(shè)備、商業(yè)營(yíng)銷設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化控制、智設(shè)備、商業(yè)營(yíng)銷設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化控制、智能化儀表、智能化通信產(chǎn)品、汽車電子產(chǎn)品、能化儀表、智能化通信產(chǎn)品、汽車電子產(chǎn)品、航空航天系統(tǒng)和國(guó)防軍事、尖端武器等領(lǐng)域航空航天系統(tǒng)和國(guó)防軍事、尖端武器等領(lǐng)域 單片機(jī)的選型單片機(jī)的選型需要考慮多個(gè)方面需要考慮多個(gè)方面MCS單片機(jī)單片機(jī) AVR單片機(jī)單片機(jī) PIC單片機(jī)單片機(jī) MSP單片機(jī)單片機(jī) ARM處理器處理器 DSP處理器處理器常用單片機(jī)：常用單片機(jī)：?jiǎn)纹瑱C(jī)單片機(jī)開發(fā)環(huán)境的軟硬件構(gòu)成開發(fā)環(huán)境的軟硬件構(gòu)成 ：一、單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)一、單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)PROTEL；PROTEUS；WAVE；KEIL C51