單片機技術(shù)概述

單片機技術(shù)概述第一頁，共四十四頁，2022年，8月28日一、課程的性質(zhì)和目的

本課程的性質(zhì)單片機是微型計算機應(yīng)用技術(shù)的一個重要分支，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、光機電設(shè)備、自動檢測、信息處理、家電等電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，并迅速發(fā)展。該課程是為電子信息工程、測控技術(shù)及計算機應(yīng)用、機電一體化等專業(yè)的學(xué)生開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課或?qū)I(yè)基礎(chǔ)選修課。第二頁，共四十四頁，2022年，8月28日本課程的教學(xué)目的通過理論學(xué)習(xí)與實驗，正確理解單片機的基本概念、基本原理，掌握單片機程序設(shè)計和微機接口應(yīng)用的基本方法，并能綜合運用單片機的軟、硬件技術(shù)分析和解決實際問題，為以后單片機的應(yīng)用與開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)，也是進一步掌握計算機原理和有關(guān)接口知識重要環(huán)節(jié)。第三頁，共四十四頁，2022年，8月28日二、課程教學(xué)內(nèi)容本課程共48學(xué)時，其中課堂教學(xué)24學(xué)時，實驗24學(xué)時。單片機概述（2學(xué)時）

主要介紹單片機的發(fā)展概況（現(xiàn)狀、未來的發(fā)展）、特點、分類、應(yīng)用、當(dāng)前單片機的系列產(chǎn)品和常用工具軟件。第四頁，共四十四頁，2022年，8月28日單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理（12學(xué)時，4學(xué)時講授，8學(xué)時實驗）掌握MCS-51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及基本工作原理；單片機并行I/O口的結(jié)構(gòu)、功能、特點；單片機的存儲器；單片機的時鐘電路與CPU時序。第五頁，共四十四頁，2022年，8月28日

單片機的尋址方式和指令系統(tǒng)

（4學(xué)時，4學(xué)時講授）MCS-51單片機指令的格式、分類和尋址方式；匯編語言的各種指令類型；

程序設(shè)計（共2學(xué)時，2學(xué)時講授）偽指令的使用及匯編語言程序的完整格式。MCS-51單片機匯編語言程序設(shè)計的一般步驟；

第六頁，共四十四頁，2022年，8月28日單片機的中斷系統(tǒng)（共4學(xué)時，2學(xué)時講授，2學(xué)時實驗）MCS-51單片機中斷源類型及工作方式；外部中斷的結(jié)構(gòu)及原理中斷控制寄存器IE、中斷優(yōu)先級寄存器IP及定時器/計數(shù)器及外部中斷控制寄存器TCON的使用方法；單片機的定時器/計數(shù)器(共4學(xué)時，2學(xué)時講授，2學(xué)時實驗）

單片機定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)、原理、工作方式及使用方法。第七頁，共四十四頁，2022年，8月28日單片機的串行通信（共6學(xué)時，2學(xué)時講授，4學(xué)時實驗）單片機串行通信I/O接口的結(jié)構(gòu)及工作方式；串行通信控制寄存器的使用方法；

MCS-51單片機串行通信波特率的設(shè)置方法；MCS-51單片機的雙機通信和多機通信的基本原理。第八頁，共四十四頁，2022年，8月28日單片機的系統(tǒng)擴展（共4學(xué)時，2學(xué)時講授，2學(xué)時實驗）存儲器的擴展原理與方法。單片機的接口技術(shù)（共10學(xué)時，4學(xué)時講授，6學(xué)時實驗）單片機與LED顯示器接口技術(shù)；DACA接口第九頁，共四十四頁，2022年，8月28日三、課程特點知識點既分散又連貫，結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)是基礎(chǔ)；與電子線路尤其是數(shù)字電子線路關(guān)系密切；四、學(xué)習(xí)方法預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)；多動手（硬件、軟件實驗）；多看參考書(包括利用網(wǎng)上資料)；其它（上課、作業(yè)、答疑）。第十頁，共四十四頁，2022年，8月28日五、課程的教學(xué)基本要求課程教學(xué)要求分為掌握、理解和了解三個層次，閉卷考試。掌握內(nèi)容：8051單片機的的應(yīng)用領(lǐng)域、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、程序設(shè)計方法、系統(tǒng)擴展方法。理解內(nèi)容：單片機常用接口等應(yīng)用技術(shù)。了解內(nèi)容：通過查資料讀懂較為復(fù)雜的接口原理圖及編寫相應(yīng)的控制程序。第十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日

六、網(wǎng)上資源1.

中國單片機公共實驗室2.單片機世界廣州站3.樂清單片機聯(lián)盟4.科宇單片機工作室5./~dz200051單片機世界……第十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日

1.1單片機的概念

1.2單片機的發(fā)展

1.3MCS-51單片機系列第1章單片機概述

第十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日

1.1.1單片機的名稱

1.1.2單片機和PC機的區(qū)別

1.1.3單片機與單片機系統(tǒng)

1.1.4單片機應(yīng)用系統(tǒng)與單片機開發(fā)系統(tǒng)1.1.5單片機的程序設(shè)計語言和軟件1.1單片機的概念第十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日單片機是單片微型計算機（Single-ChipMicrocomputer）的簡稱，也稱微控制器（MicroControllerUnit—MCU）。它是把組成單片機的各功能部件：中央處理器CPU、隨機存取存儲器RAM、只讀存儲器ROM、I/O接口電路、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)以及串行通信接口等制作在一塊集成芯片中構(gòu)成一個完整的微型計算機。1.1.1 單片機的名稱第十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日第十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日1.1.2單片機與PC機的區(qū)別

PC機：將CPU、存儲器、I/O接口電路和總線接口等若干電路或芯片組裝在一塊主機板（即微機主板）。各種適配板卡插在主機板的擴展槽上并與電源、軟/硬盤驅(qū)動器及光驅(qū)等裝在同一機箱內(nèi)，就構(gòu)成了一臺完整的微型計算機。再配上系統(tǒng)軟件，就構(gòu)成微型計算機系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)機）。

單片機：是一個集成電路，其內(nèi)部集成了微機的基本功能部件。第十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日單片機通常是指芯片本身，集成一些基本功能部件。是典型的嵌入式系統(tǒng)的主要構(gòu)成單元，只能作為嵌入式應(yīng)用，即嵌入到對象環(huán)境、結(jié)構(gòu)、體系中作為其中的一個智能化控制單元。

如：洗衣機、電視機等家用電器，打印機、復(fù)印機、通信設(shè)備、智能儀表、現(xiàn)場總線中的控制單元等。單片機系統(tǒng)是在單片機芯片的基礎(chǔ)上擴展其它電路或芯片構(gòu)成具有一定應(yīng)用功能的計算機系統(tǒng)。1.1.3 單片機與單片機系統(tǒng)第十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日1.1.4單片機應(yīng)用系統(tǒng)與單片機開發(fā)系統(tǒng)單片機應(yīng)用系統(tǒng)：以單片機為電路系統(tǒng)的主機構(gòu)成各種嵌入式應(yīng)用的電路系統(tǒng)統(tǒng)稱為單片機應(yīng)用系統(tǒng)。一個完整的單片機應(yīng)用系統(tǒng)包括滿足對象（如洗衣機）要求的全部硬件電路和應(yīng)用軟件。單片機開發(fā)系統(tǒng)是單片機開發(fā)調(diào)試的工具，實現(xiàn)單片機應(yīng)用系統(tǒng)的軟、硬件開發(fā)。有單片單板機和仿真器。第十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日

◆單板機

將CPU芯片、存儲器芯片、I/O接口芯片和簡單的I/O設(shè)備（小鍵盤、LED顯示器）等裝配在一塊印刷電路板上，再配上監(jiān)控程序（固化在ROM中），就構(gòu)成了一臺單板微型計算機（簡稱單板機）。單板機的I/O設(shè)備簡單，軟件資源少，使用不方便。早期主要用于微型計算機原理的教學(xué)及簡單的測控系統(tǒng)，現(xiàn)在已很少使用。單板機第二十頁，共四十四頁，2022年，8月28日仿真器應(yīng)用編程器第二十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日指令：控制計算機進行各種操作的命令。MOVA,40H操作碼：表示該指令執(zhí)行何種操作；操作數(shù)：表示運算的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)所在的地址。程序：為了實現(xiàn)一個算法或控制一個過程，需要事先制定計算機的計算步驟或操作步驟，這些步驟由一條條指令來實現(xiàn)。這種一系列指令的有序集合稱為程序。軟件：使用和管理計算機的各種程序。

單片機的程序設(shè)計

語言和軟件第二十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日

匯編語言：

用助記符（指令功能的英文單詞縮寫）表示操作碼，字符（字母、數(shù)字、符號）表示操作數(shù)的指令稱為匯編指令。用匯編指令編寫的程序稱為匯編語言程序。是面向機器的語言。MCS-51兩個寄存器相加匯編語言指令：ADDA，R0匯編語言

(Assemble)

高級語言

(HighLevelLanguage)

機器語言（MachineLanguage)第二十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日

高級語言：面向過程的語言，常用的VB、VC、C++等，高級語言編寫的程序主要著眼于算法，而不別了解單片機的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。是獨立于機器的。一般同一程序可在任何種類的機器中使用。

機器語言：直接用二進制代碼指令表達的計算機語言,單片機應(yīng)用系統(tǒng)只使用二進制代碼。這種二進制代碼形式的程序就是機器語言程序。二進制代碼形式指令又稱機器指令或機器碼。MCS-51兩個寄存器相加的機器語言指令：00101000第二十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日源程序通過編譯得到機器能執(zhí)行的目標(biāo)程序。

匯編語言程序可以高效率利用計算機資源，目標(biāo)程序占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，適合于自動測控系統(tǒng)反應(yīng)快速、結(jié)構(gòu)緊湊的要求。特別適應(yīng)于實時控制。高級語言程序容易掌握，通用性好，但編譯程序系統(tǒng)開銷大，目標(biāo)程序占用內(nèi)存多，且執(zhí)行時間比較長，多用于科學(xué)計算、工業(yè)設(shè)計、企業(yè)管理。匯編語言程序高級語言程序機器語言程序匯編程序編譯程序源程序目標(biāo)程序第二十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日1.2.1單片機發(fā)展概述1.2.2單片機的特點和應(yīng)用1.2.3單片機應(yīng)用案例1.2.4單片機分類1.2單片機的發(fā)展第二十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日一、電子計算機的發(fā)展歷史

1、第一代（1946—1958）：電子管計算機。用于：科學(xué)計算2、第二代（1958—1964）：晶體管計算機。用于：科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制3、第三代（1964—1971）：集成電路計算機、網(wǎng)絡(luò)。用于：科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制、事務(wù)管理。4、第四代（1971—）：大規(guī)模集成電路計算機。用于：計算量極大的高尖技術(shù)及國民經(jīng)濟領(lǐng)域—出現(xiàn)了微型機。5、第五代：智能型計算機。用于：模擬人的智能，識別圖像、語言和物體，聯(lián)想、推理、解答問題，使用自然語言進行會話處理。1.2.1 單片機發(fā)展概述第二十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日二、單片微型計算機的發(fā)展歷史單片機的核心部分：微處理器的發(fā)展已經(jīng)歷了五代。第一代（1971—1976）：萌芽階段，發(fā)展各種4位單片機；第二代（1976—1980）：初級8位機階段；

IntelMCS—48系列單片機第三代（1980—1983）：高檔8位單片機階段；

IntelMCS—51系列單片機第四代（1983—）：16位及更高位單片機階段；

IntelMCS—96第二十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日1976-：初級8位單片機IntelMCS-48系列1980-：高檔8位單片機IntelMCS-51系列：

—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89C2051/10511983-

：16位單片機IntelMCS-96系列：

8098/8096、80C198/80C19632位單片機80960第二十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日低檔型：8021、8022MCS—48基本型：8048、8748、8038

（從1976年起）改進型：8049、8749、8039和8050、

8750、8040

基本型：8051、8751、8031MCS—51改進型：8052、8752、8032（從1980年起）低功耗型：80C51、87C51、80C31

強性能型：83C252、87C252、80C252

早期產(chǎn)品：8X9X（8096）MCS—96改進型：8X9XBH、8X9XJF（從1983年起）新產(chǎn)品：8098（準）強功能型：80C196、80C198（準）第三十頁，共四十四頁，2022年，8月28日三、單片機技術(shù)的發(fā)展方向（1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)（2）功耗和電源電壓方面（3）工藝的進步及抗干擾能力的提高（4）存儲能力和Internet連接第三十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日1.2.2單片機的特點和應(yīng)用

一、單片機的特點（1）可靠性高，抗干擾能力強；（2）控制功能強，運行速度快，使用靈活，速度快；（3）體積小、重量輕、價格低、功耗??；（4）受集成度限制，片內(nèi)存儲器容量較小，一般ROM在8KB以下，內(nèi)RAM在256B以內(nèi)。但易擴展，易于開發(fā)。單片機是應(yīng)工業(yè)測控的需要而誕生的,它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計的,故又稱單片微控制器。第三十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日二、單片機的應(yīng)用

以單片機為核心的應(yīng)用系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于：家用電器；儀器儀表；網(wǎng)絡(luò)與通信的智能接口；工業(yè)過程控制；航空、汽車等領(lǐng)域。第三十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日◆智能儀器儀表單片機用于各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能化，同時還簡化了儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，從而可以方便地完成儀器儀表產(chǎn)品的升級換代。如各種智能電氣測量儀表、智能傳感器等?！魴C電一體化產(chǎn)品機電一體化產(chǎn)品是集機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動化技術(shù)和計算機技術(shù)于一體，具有智能化特征的各種機電產(chǎn)品。單片機在機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。第三十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日典型產(chǎn)品如機器人、數(shù)控機床、點鈔機、醫(yī)療設(shè)備、打印機、傳真機、復(fù)印機、智能終端等?！魧崟r工業(yè)控制單片機還可以用于各種物理量的采集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)的采集和控制均可以利用單片機方便地實現(xiàn)。在這類系統(tǒng)中，利用單片機作為系統(tǒng)控制器，可以根據(jù)被控對象的不同特征采用不同的智能算法，實現(xiàn)期望的控制指標(biāo)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。典型應(yīng)用如。電機轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動生產(chǎn)線等第三十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日◆分布式系統(tǒng)的前端模塊在較復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用分布式測控系統(tǒng)完成大量的分布參數(shù)的采集。在這類系統(tǒng)中，采用單片機作為分布式系統(tǒng)的前端采集模塊，系統(tǒng)具有運行可靠，數(shù)據(jù)采集方便靈活，成本低廉等一系列優(yōu)點。第三十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日第三十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日1.2.3單片機應(yīng)用案例第三十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日1.2.4單片機的分類單片機的總類很多，主要有INTEL系列MOTOLORA系列PHLIPS系列等其中INTEL公司的8051是比較流行的單片機系列，因此，我們講述INTEL公司的8051系列，8051系列主要有三種芯片。它們是8031、8