第1章 單片微型計算機概述(新)

《單片機原理與接口技術(shù)》

蘇州大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院機電工程系

宋天麟一、課程簡介所學(xué)課程：“單片微型計算機原理與接口技術(shù)”1、原理部分2、接口部分選用教材1、單片機微型計算機原理與接口技術(shù)教程

祁偉主編參考教材1、單片微型計算機原理及其應(yīng)用趙秀珍單永磊主編 中國水利水電出版社2、高等學(xué)校?？平滩? 單片微型計算機技術(shù)劉國榮主編機械工業(yè)出版社二、學(xué)習(xí)目的通過學(xué)習(xí)單片微型計算機，掌握其基本原理，及接口設(shè)計（軟件設(shè)計，硬件實現(xiàn)）方法，從而為今后從事工業(yè)控制、儀器儀表、電信技術(shù)、辦公自動化和計算機外部設(shè)備、商用產(chǎn)品及導(dǎo)航奠定基礎(chǔ)。教學(xué)安排本課共75學(xué)時，其中實驗18學(xué)時。本課考核方式：閉卷考試本課考試方式采?。荷险n考勤、課堂回答問題，實驗等20~30%、期末考試70~80%作為課程的評分依據(jù)。本課擬安排授課理論講授：54學(xué)時實驗：18學(xué)時三、學(xué)習(xí)什么？

單片微型計算機區(qū)別于計算機的就在于是單片微型，但其功能完全可以和計算機媲美，其用途遠遠超過計算機。

1、學(xué)習(xí)其結(jié)構(gòu)原理2、學(xué)習(xí)軟件編程，針對硬件的匯編語言編程3、學(xué)習(xí)硬件設(shè)計原則（1）最小應(yīng)用系統(tǒng)（2）I/O接口（3）定時/計數(shù)器（4）中斷應(yīng)用（5）擴展應(yīng)用達到目的:會設(shè)計典型單片機應(yīng)用硬件及軟件。如何學(xué)習(xí)？單片機的結(jié)構(gòu)組成匯編語言指令學(xué)習(xí)匯編語言程序設(shè)計理論學(xué)習(xí)授課自學(xué)課堂討論單片機模仿實驗針對不同硬件的程序設(shè)計實驗驗證模仿基礎(chǔ)上的創(chuàng)新實驗上機實踐1、模仿練習(xí)2、創(chuàng)造性編程3、結(jié)合硬件編程自行完成老師輔導(dǎo)編程高手不是教出來的，是自己反復(fù)實踐鍛煉出來的第一章

單片微型計算機概述一、單片機的概念 在當(dāng)今的工作和生活環(huán)境中，有越來越多的單片機在為我們服務(wù)，我們卻意識不到它的存在。如：當(dāng)用搖控操縱電視或VCD機享受其多彩的畫面時，我們并沒有意識到這是單片機在接受我們的遙控指令；當(dāng)我們在享受全自動洗衣機的先進功能時，并不知道這是單片機在代替我們控制洗衣機運作；單片機在Call機和手機等現(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，也是單片機在大顯神威。

在美國，平均約40%的家庭擁有一臺電腦，但每個家庭平均有30~40個微處理器

總之，處處都有單片機的身影。為什么我們意識不到他的存在呢？因為單片機只是一小塊集成電路，而且是計算機。要了解他，不僅需要硬件知識，而且還要軟件知識，這一般人是難以做到的。那么，單片機究竟是什么呢？單片機就是將計算機的中央處理器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、定時器/計數(shù)器和多種輸入/輸出接口(I/O)以及相互連接的總線(BUS)等集成在一塊芯片上，形成了芯片級的計算機。又叫單片微型計算機（singlechipmicrocomputer）或微控制器(microcontroller)，縮寫MCU(microcontrollerUnit)。實際上，單片機是微機的一個分支。鑒于此，一般微機也叫多片微型計算機

。計算機的開拓者——數(shù)學(xué)家約翰·馮·諾依曼最先提出的，所以就稱之為馮·諾依曼計算機體系結(jié)構(gòu)。

二、單片機的發(fā)展歷史

(1)第一階段(1971一1974)

1971年美國Intel公司設(shè)計出集成度為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MCS-48微型計算機。(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算機為代表。它以體積小、功能全、價格低等特點，贏得了廣泛的應(yīng)用，為單片機的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，成為單片機發(fā)展過程中的一個重要階段。(3)第三階段(1978—1983)

Intel公司在MCS-48基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的MCS-51單片機系列。它在以下幾個方面完善了單片機體系。

①MCS-51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機的總線結(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通信功能的串行通信接口。

②CPU外圍功能單元的集中管理模式。

③體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式。

④

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單片機系列。

(4)第四階段(1983—1990)

在8位單片機的基礎(chǔ)上，推出了16位單片機，也是單片機向微控制器發(fā)展的階段。

隨著MCS—5l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)、接口技術(shù)、多通道A／D轉(zhuǎn)換部件、可靠性技術(shù)等應(yīng)用到單片機中，增強了外圍電路功能，強化了智能控制器的特征。

(5)第五階段(1990之后)

在此階段，隨著單片機在各個領(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、強運算能力的8位／16位／32位通用型單片機，以及小型廉價的專用型單片機。單片機的種類很多，到目前為止，世界各國廠商已研制出大約50個系列、30多個品種的單片機的產(chǎn)品。最具典型代表的應(yīng)屬Intel公司的MCS-51系列單片機。

雖然它仍然是8位的單片機，但其功能強，具有品種全、兼容性強、軟硬件資料豐富等特點。因此，MCS-51應(yīng)用非常廣泛，直到現(xiàn)在MCS-51仍不失為單片機中的主流機型。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位單片機系列在性能、價格兩方面都做到了較好的兼顧。

估計在未來十年內(nèi)，8位單片機仍將是單片機中的主流機型。故而本書仍以MCS-51系列單片機為主線來進行講授。三、單片機的發(fā)展趨勢

發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面

1．多功能

在單片機中盡可能多地把應(yīng)用所需的存儲器、各種功能的I/O口都集成在一塊芯片內(nèi)，使單片機的功能更加強大。如把LED、LCD或VFD顯示驅(qū)動器也開始集成在8位單片機中。2．高性能

進一步改進CPU的性能，加快指令運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)計算機RISC（ReducedInstructionSetComputer）結(jié)構(gòu)和流水線技術(shù)，大幅度提高運行速度?，F(xiàn)指令速度最高者已達100MIPS(MillionInstructionPerSeconds，即兆指令每秒)，并加強了位處理功能、中斷和定時控制功能，使單片機的性能明顯地優(yōu)于同類型的微處理器。單片機集成度進—步提高，有的單片機的尋址能力已突破64KB的限制，8位、16位的單片機有的尋址能力已達到1MB和16MB。片內(nèi)ROM的容量可達64KB，RAM的容量可達2KB。3．低電壓、低功耗

允許使用的電壓范圍越來越寬，一般在3

6V范圍內(nèi)工作，有的已能在1.2V或0.9V電壓下工作。。幾乎所有的單片機都具有省電運行方式。單片機的功耗已從mA級降到μA級，甚至1μA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．低價格

現(xiàn)在，市面上8031，89c51單片機12元~15元左右。四、單片機的特點1、優(yōu)異的性能價格比2、集成度高、體積小、可靠性高3、控制功能強4、低電壓、低功耗

五、單片機的應(yīng)用

單片機的特點決定其應(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，到處都有他的身影。現(xiàn)將單片機的應(yīng)用大致歸納為以下幾個方面：（一）單片機在在智能儀器儀表中的應(yīng)用這是單片機應(yīng)用最多,最活躍的領(lǐng)域之一。在各類儀器儀表中引入單片機，使其智能化，提高測試的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性價比。同時便于使用、維修和改進。

如用MCS-51系列單片機控制的“汽車發(fā)動機綜合測試儀”、“煙葉水分測試儀”、“智能超聲波測試儀”等。

（二）單片機在機電一體化中的應(yīng)用

機電一體化是指集機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動化技術(shù)和計算機技術(shù)于一體，具有智能化特征的機電產(chǎn)品。這是機械工業(yè)發(fā)展的方向。

單片機的出現(xiàn)促進了機電一體化，它作為機電產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮其體積小、可靠性高、功能強、安裝方便等到特點，大大強化了機器的功能，提高了機器的自動化、智能化程度。（三）在實時過程控制中的應(yīng)用單片機也廣范地應(yīng)用于各種實時控制系統(tǒng)中，例如對工業(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)、自動控制技術(shù)和單片機技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮其數(shù)據(jù)處理和實時控制功能，使系統(tǒng)工作于最佳狀態(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、遙測等各種實時控制系統(tǒng)中都可以用單片機作為控制器。（四）在分布式多機系統(tǒng)中的應(yīng)用分布式多機系統(tǒng)具有功能強可靠性高的特點，在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，都采用分布式多機系統(tǒng)。系統(tǒng)中有若干臺功能各異的計算機，各自完成特定的任務(wù)，它們又通過通訊線路相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機在這種多機系統(tǒng)中，往往作為一個終端機，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點上，對現(xiàn)場信息進行實時的測量和控制。高檔的單片機多機通訊(并行或串行)功能很強，它們在分布式多機系統(tǒng)中能發(fā)揮很大作用。（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。目前國內(nèi)外各種家用電器都已普遍采用單片機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制電路。如洗衣機、電冰箱、空調(diào)、電飯煲、收音機、功放、電風(fēng)扇、電視機、VCD、DVD及許許多多的電子玩具等等都配上了單片機。從而提高了自動化程度，增強了功能，深受用戶的歡迎。（六）在其它方面的應(yīng)用 除以上之外，單片機還廣泛用于辦公自動化、商業(yè)營銷、汽車及通信系統(tǒng)、計算機外設(shè)、模糊控制等各種領(lǐng)域中。復(fù)習(xí)（提問、做習(xí)題）數(shù)的幾種常用進制1、二進制數(shù)2、十六進制數(shù)3、十進制數(shù)4、數(shù)的不同進制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換帶符號數(shù)的表示方法

D7D6D5D4D3D2D1D0無符號數(shù)，數(shù)的表示范圍0～256D7D6D5D4D3D2D1D0符號位0