單片機原理及應用C語言版課件

1、2022/7/241單片機應用技術 （C語言版）第1章 單片機基礎知識概述2022/7/2422022/7/244參考書：1、胡漢才 編著單片機原理及其接口技術清華大學出版社2、郭天祥 編著新概念51單片機C語言教程電子工業(yè)出版社3、彭偉 編著單片機C語言程序設計實訓100例基于8051+Proteus仿真電子工業(yè)出版社2022/7/2452022/7/2462022/7/2472022/7/2482022/7/249第1章 單片機基礎知識概述目 錄 1.1 單片機概述 1.2 單片機的特點及應用領域 1.3 單片機學習的預備知識 1.4 電平2022/7/24101.1 單片機基礎知識概述

2、1946年由美國賓夕法尼亞大學研制 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And calculator），運算速度 5000次/秒，功耗150kw/h，占地170m2 ,造價100萬美元。1.1.1 什么是單片機2022/7/2411微機是微型計算機的簡稱，它是由主機和外部設備等組成的。如圖1.1所示。單片機就是把微機的主機部分（圖1.1虛線框內的）集成到一塊集成電路芯片上所得到的。2022/7/2412微處理器 存儲器 外部設備 接口適配器 地址總線數(shù)據總線控制總線圖1-1 微機的組成2022/7/2413微型計算機組成結構微型計算機系統(tǒng)硬件微型計算機（

3、主機）微處理器 (CPU)軟件外圍設備運算器控制器存儲器 (內存)RAMROM外部設備輔助設備 輸入設備(鍵盤、掃描儀、語音識別儀) 輸出設備(顯示器、打印機、繪圖儀、) 輔助存儲器(磁帶、磁盤、光盤)輸入/輸出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC) (I/O接口) 總線 (AB、DB、CB)系統(tǒng)軟件(操作系統(tǒng)，編輯、編譯程序，故障診斷,監(jiān)控程序)應用軟件(科學計算，工業(yè)控制，數(shù)據處理)程序設計語言(機器語言、匯編語言、高級語言)電源電路時鐘電路2022/7/2414 單片機：將中央處理器（CPU）、隨機存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器以及I/O接口電路

4、等主要微型計算機的部件集成在一塊芯片上，使其具有計算機的基本功能。 叫做單片微型計算機（Single Chip Microcomputer，SCM），簡稱單片機。 單片機為工業(yè)測控而設計，又稱微控制器 (MCU)。 2022/7/24152022/7/24161.1.2 單片機的發(fā)展歷史 一 、4位單片機階段 1975年美國德克薩斯儀器公司（TI）首次推出4位單片機TMS-1000。 4位單片機主要用于家用電器、電子玩具等。2022/7/2417二、 8位單片機階段 1976-1978 初級8位單片機 Intel MCS-48 系列1978-1982 高檔8位單片機 Intel MCS-51系

5、列：-51子系列：8031/8051/8751-52子系列：8032/8052/8752低功耗型80C31高性能型80C252廉價型89C2051/1051 8位單片機由于功能強，被廣泛用于工業(yè)控制、智能接口、儀器儀表等各個領域。2022/7/2418 三、16位單片機階段 1983 年Intel公司推出了16位單片機MCS-96系列。8098/8096、80C198/80C196, DSP 如：凌陽16位單片機、AVR16位單片機、PIC16位單片機等 16位單片機可用于高速復雜的控制系統(tǒng)。 2022/7/2419四、32位單片機 近年來，各個計算機生產廠家已進入更高性能的32位單片機研制、

6、生產階段。 應用于電子收款機、機頂盒、保安系統(tǒng)、自動售貨機、醫(yī)療系統(tǒng)、航空系統(tǒng)等。2022/7/24201.2 單片機的特點及應用領域主要內容 1.2.1 單片機的特點 1.2.2 單片機的應用領域 1.2.3 單片機發(fā)展趨勢 2022/7/2421 一、單片機的存儲器ROM和RAM是嚴格區(qū)分的 ROM稱為程序存儲器，只存放程序、固定常數(shù)及數(shù)據表格。 RAM則為數(shù)據存儲器，用作工作區(qū)及存放用戶數(shù)據。二、采用面向控制的指令系統(tǒng) 為滿足控制的需要，單片機有更強的邏輯控制能力，特別是具有很強的位處理能力。1.2.1 單片機的特點2022/7/2422三、單片機的I/O引腳通常是多功能的 由于單片機芯

7、片上引腳數(shù)目有限，為了解決實際引腳數(shù)和需要的信號線的矛盾，采用了引腳功能復用的方法。引腳處于何種功能，可由指令來設置或由機器狀態(tài)來區(qū)分。 2022/7/2423四、單片機的外部擴展能力強 擴展ROM、RAM，I/O接口，定時器/計數(shù)器，中斷系統(tǒng)等，與許多通用的微機接口芯片兼容，給應用系統(tǒng)設計帶來極大的方便和靈活性。2022/7/2424 五、體積小，成本低，運用靈活 易于產品化，它能方便地組成各種智能化的控制設備和儀器，做到機電一體化。 六、面向控制 能針對性地解決從簡單到復雜的各類控制任務，因而能獲得最佳的性能價格比。 七、適應性強、抗干擾 在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠地工作，這是其它類型計算

8、機無法比擬的。 八、方便實現(xiàn)多機和分布式控制 使整個控制系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高2022/7/2425單片機的應用范圍十分廣泛，主要的應用領域有：工業(yè)控制儀器儀表計算機外部設備與智能接口商用產品家用電器消費類電子產品通訊設備和網絡設備兒童智能玩具汽車，建筑機械，飛機等大型機械設備交通控制設備1.2.2 單片機的應用領域2022/7/24261.2.3 單片機技術的發(fā)展 一、片內程序存儲器的發(fā)展單片機的程序存儲器（ROM）經歷了ROMEPROME2PROMFLASH MEMORY的發(fā)展，容量也由小變大。 二、看門狗定時器 單片機在運行時由于干擾等原因，可能會出現(xiàn)軟件混亂。 看門狗電路就是用于在

9、CPU處于軟件混亂時使系統(tǒng)正常工作的一種恢復方法。 2022/7/2427 三、節(jié)電模式 在節(jié)電模式下，CPU和部分部件進入睡眠狀態(tài)，但片內RAM和寄存器等部件保持工作狀態(tài)，以達到節(jié)能的目的。 四、加強輸入輸出功能 某些單片機具備大功率的輸入/輸出接口，可直接驅動熒光顯示器、LCD和LED。 還有一些增加了接口或定時器的數(shù)量，或者增加了新型的接口。2022/7/2428 五、單片機制造工藝提高 半導體制作工藝的提高，使單片機的體積可以做的更小，時鐘頻率更高?？梢约筛嗟拇鎯ζ骱筒考＝档彤a品的價格。 六、在線編程和調試技術 一些新型的單片機實現(xiàn)了在系統(tǒng)編程（ISP）和在應用編程（IAP）功能

10、。2022/7/2429補充：常用單片機簡介主要內容1 MCS-51系列單片機2 ATMEL89系列單片機3 STC89/12系列單片機4 常見的其它系列單片機介紹2022/7/24301 MCS-51系列單片機 MCS-51系列單片機：Intel在1980-1982年陸續(xù)推出了指令系統(tǒng)完全相同、內部結構基本相同的8031、8051和8751等型號單片機，初步形成MCS-51系列，被奉為“工業(yè)控制單片機標準”。2022/7/2431 MCS-51增強型單片機： MCS-51系列單片機除了89C51之外，主要包括89C52、89C54、89C58、89C516等型號。 它們的區(qū)別主要是三個方面：

11、一是片內RAM由128B增加到256B；二是多一個定時器/計數(shù)器；三是片內Flash ROM由4KB分別增加到了 8KB、16KB、32KB和64KB。 2022/7/2432 不同廠家的產品可能還增加有其它外設或功能，但引腳和指令都是完全兼容的。 為了討論方便起見，我們將89C51（包括8031、8051等）稱為基本型，其他的型號稱為增強型。2022/7/24332022/7/24342 ATMEL89系列單片機 Atmel公司生產的89系列單片機是市場上比較具有代表性的MCS-51單片機。一、ATMEL89系列單片機型號說明 AT89系列單片機型號由三個部分組成，它們分別是前綴、型號、后綴

12、，其格式如下： AT89C（LV、S）XXXX-XXXX 2022/7/24351、前綴 前綴由字母“AT”組成，它表示該器件是ATMEL公司的產品。2022/7/24362、型號 型號由“89CXXXX”或“89LVXXXX”或“89SXXXX”等表示。“8”表示該芯片為8051內核芯片“9”表示芯片內部含F(xiàn)lash存儲器；“C”表示是CMOS產品；“LV”表示低電壓產品；“S”表示含可下載的Flash存儲器,具有ISP可在線編程功能?！癤XXX”為表示型號的數(shù)字，如：51、52、2051、8252等。2022/7/2437 3、后綴 后綴由“XXXX”四個參數(shù)組成，與產品型號間用“-”號隔

13、開。 后綴中第一個參數(shù)“X”表示速度后綴中第二個參數(shù)“X”表示封裝 后綴中第三個參數(shù)“X”表示溫度范圍 后綴中第四個參數(shù)“X” 說明產品日期2022/7/24382022/7/2439 二、AT89C51單片機 AT89C51單片機特點：與MCS-51產品完全兼容；具有4K字節(jié)可在系統(tǒng)編程的Flash內部程序存儲器（ROM）；全靜態(tài)操作：0Hz24MHz；128字節(jié)內部RAM；2022/7/244032根可編程I/O線；2個16位定時器/計數(shù)器；5個中斷源；可編程串行UART通道；低功耗空閑和掉電方式；2022/7/2441 三、AT89S52單片機 AT89S52單片機特點：與MCS-51產

14、品兼容；具有8K字節(jié)可在系統(tǒng)編程的Flash內部程序存儲器（ROM），可寫/擦1000次；4.0V5.5V的工作電壓范圍；全靜態(tài)操作：0Hz24MHz；三級程序存儲器加密；256字節(jié)內部RAM；2022/7/2442全雙工異步串行通信通道；低功耗空閑和掉電方式；通過中斷中止掉電方式；看門狗定時器；兩個數(shù)據指針。2022/7/24433 STC89/12系列單片機 一、STC 89C51RC/RD系列單片機 STC 89C51RC/RD系列單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾、高速、低功耗的單片機。指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051 單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可任意選擇。2022/

15、7/2444 STC 89C51RC/RD系列單片機特點如下：增強型6/12時鐘/機器周期8051 CPU；工作電壓：5.5V3.4V（5V單片機）/ 3.8V2.0V（3V 單片機）；工作頻率范圍：040MHz；用戶應用程序空間 4K 64K 字節(jié)；片上集成1280字節(jié)/512字節(jié)RAM；通用I/O口32 個；ISP（在系統(tǒng)可編程）無需專用編程器/仿真器；2022/7/2445內部E2PROM 功能；硬件看門狗；內部集成MAX810專用復位電路（D版本才有）,外部晶體20M以下時，可省外部復位電路； 共3個16位定時器/計數(shù)器； 外部中斷4路； 通用異步串行口，還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UAR

16、T； 工作溫度范圍：0 75，4085； 封裝：LQFP-44 ,PDIP-40 , PLCC -44 , PQFP-44 。2022/7/24464 常見的其它系列單片機介紹AVR單片機 Motorola單片機 MicroChip單片機Scenix單片機 EPSON單片機 東芝單片機 GMS90單片機 華邦單片機 Zilog單片機 NS單片機 AX1001單片機2022/7/24471.2.4 單片機系統(tǒng)的開發(fā)工具及環(huán)境一、單片機C語言開發(fā)工具Keil C51Keil C51是Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工

17、具Vision4，全Windows界面，生成的目標代碼效率非常高。2022/7/24482022/7/2449 二、Proteus嵌入式系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺 Proteus：Proteus是一個嵌入式系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺，是英國Labcenter Electronics公司出版的EDA工具軟件。 Proteus的功能：它不僅具有仿真數(shù)字、模擬電路的功能，還具備由微控制器及外圍器件組成的混合電路的仿真功能。 Proteus的先進性：它是目前世界上最先進、最完整的嵌入式系統(tǒng)設計與仿真平臺。 2022/7/24502022/7/24512022/7/24522022/7/2453單片機系統(tǒng)設計中芯片的選擇 現(xiàn)在市場上的單片機品種很豐富，89C51只是個基本型。在進行單片機系統(tǒng)設計的時候就要根據系統(tǒng)的需求，靈活地選用具有不同特性的單片機。2022/7/24542022/7/24552022/7/24562022/7/24571.3 單片機學習的預備知識（一） 十進制ND 有十個數(shù)碼09、逢十進一。十進制用于計算機輸入輸出，人機交互