單片機原理及應(yīng)用

1、“單片機原理及應(yīng)用”課程教案武漢科技學院電子信息工程學院自動化教研室主講：羅維平2006年8月5日1、課程性質(zhì)：專業(yè)技術(shù)課2、考核方式：閉卷考試3、教材：單片機基礎(chǔ)（改編版） 編著：李廣弟等 北京航空航天大學出版社4、教學目的：通過理論授課與上機實踐，使學生掌握單片機的基本原理與應(yīng)用，讓學生了解單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、各硬件部分的工作原理及使用方法和單片機應(yīng)用系統(tǒng)的組成原理，掌握單片機的匯編語言或C語言的指令功能、編程方法及軟件開發(fā)技術(shù)，通過實例介紹單片機系統(tǒng)常用接口、擴展電路及其C語言應(yīng)用程序設(shè)計，使學生較為熟練地掌握一種單片機產(chǎn)品的應(yīng)用開發(fā)技術(shù)，從而有能力進一步對其它單片機產(chǎn)品的應(yīng)用系統(tǒng)從事研制

2、和開發(fā)工作。第1章 單片機概述一、教學要求：了解：計算機的發(fā)展、分類、特點與應(yīng)用，單片機的概念、發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域，典型單片機系列的基本情況。二、教學內(nèi)容：1.1 計算機的發(fā)展、分類、特點與應(yīng)用1.2 單片機的概念1.3 單片機的發(fā)展1.4 單片機的應(yīng)用三、教學重點：單片機的概念四、教學難點：單片機的應(yīng)用五、建議學時：2學時六、教學內(nèi)容：1.1 單片機的概念1.1.1單片機的名稱單片微機是早期Single Chip Microcomputer的直譯，它忠實地反映了早期單片微機的形態(tài)和本質(zhì)。單片微型計算機簡稱單片機（Single Chip Microcomputer），又稱微控制器（Microcom

3、puter Unit）。將計算機的基本部件微型化，使之集成在一塊芯片上。片內(nèi)含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定時器/計數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)時鐘及總線等。隨后，按照面向?qū)ο蟆⑼怀隹刂乒δ?，在片?nèi)集成了許多外圍電路及外設(shè)接口，突破了傳統(tǒng)意義的計算機結(jié)構(gòu)，發(fā)展成microcontroller的體系結(jié)構(gòu)，目前國外已普遍稱之為微控制器MCU（Micro Controller Unit）。鑒于它完全作嵌入式應(yīng)用，故又稱為嵌入式微控制器Embedded Microcontroller）。1.1.2通用單片機和專用單片機根據(jù)控制應(yīng)用可分為：通用型和專用型兩大類。1、早期通用型單片微機。通過

4、不同的外圍擴展來滿足不同的應(yīng)用對象要求。2、隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大出現(xiàn)了專門為某一類應(yīng)用而設(shè)計的單片機專用型單片微機。目的：降低成本、簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提高可靠。如：用于計費率電表、用于電子記事簿的單片機等。1.1.3單片機與單片機系統(tǒng)單片機通常是指芯片本身，集成的是一些基本組成部分。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、VCD、DVD等家用電器，打印機、復印機、通信設(shè)備、智能儀表、現(xiàn)場總線控制單元等。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)成的具有一定應(yīng)用功能的計算機系統(tǒng)。單片機應(yīng)用系統(tǒng)中

5、包括了滿足對象（如洗衣機）要求的全部硬件電路和應(yīng)用軟件。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)。單片微機應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常分三個層次，即單片機、單片機系統(tǒng)、單片機應(yīng)用系統(tǒng)。單片機：通常是應(yīng)用系統(tǒng)的主機，設(shè)計單片機應(yīng)用系統(tǒng)時，為所選擇的單片機系列器件。單片機系統(tǒng)：單片微機資源的擴展，外圍接口電路進入片內(nèi)，最終向單片應(yīng)用系統(tǒng)集成發(fā)展。最終產(chǎn)品的目標系統(tǒng)，除了硬件電路外，還須嵌入系統(tǒng)應(yīng)用程序。按照所選擇的單片機，以及單片機的技術(shù)要求和嵌入對象對單片機的資源要求構(gòu)成單片機系統(tǒng)。單片機應(yīng)用系統(tǒng)：按照單片機要求在外部配置單片機運行所需要的時鐘電路、復位電路等，構(gòu)成了單片機的最小應(yīng)用系統(tǒng)。在單片機

6、中CPU外圍電路不能滿足嵌入對象功能要求時，在單片機外部擴展CPU外圍電路，如存儲器、定時器/計數(shù)器、中斷源等，形成能滿足具體嵌入應(yīng)用的一個計算機系統(tǒng)。1.1.4單片機應(yīng)用系統(tǒng)與單片機開發(fā)系統(tǒng)單片機開發(fā)系統(tǒng)是單片機的開發(fā)調(diào)試的工具，有單片單板機和仿真器。實現(xiàn)單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬、軟件開發(fā)。MDS（微型機開發(fā)系統(tǒng)）、ICE（在線仿真器）1.1.5單片機的程序設(shè)計語言和軟件機器語言 (Machine Language)有三類 匯編語言 (Assemble) 高級語言 (High Level Language)機器語言：單片機應(yīng)用系統(tǒng)只使用機器語言（指令的二進制代碼，又稱指令代碼）。機器語言指令組成的

7、程序稱目標程序。MCS-51兩個寄存器相加的機器語言指令：00101000匯編語言：與機器語言指令一一對應(yīng)的英文單詞縮寫，稱為指令助記符。匯編語言編寫的程序稱為匯編語言程序。MCS-51兩個寄存器相加匯編語言指令：ADD A，R0高級語言：高級語言源程序C-51、C、PL/M51等。簡單控制程序不太長。復雜多種多樣的控制對象，少有現(xiàn)成程序借鑒。簡單系統(tǒng)不含管理和開發(fā)功能。復雜系統(tǒng)實時系統(tǒng)，需要監(jiān)控系統(tǒng)（甚至實時多任務(wù)操作系統(tǒng)）。編譯型高級語言可生成機器代碼；解釋型高級語言必須在解釋程序支持下直接解釋執(zhí)行。因此，只有編譯型高級語言才能作為微機開發(fā)語言。不同計算機語言的應(yīng)用：源程序通過編譯得到機器

8、能執(zhí)行的目標程序。源程序目標程序編譯程序匯編語言程序可以高效率利用計算機資源，目標程序占用內(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。實際應(yīng)用中，常與C語言配合使用。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，目標程序占用內(nèi)存多，且執(zhí)行時間比較長，多用于科學計算、工業(yè)設(shè)計、企業(yè)管理。1.2 單片機的發(fā)展1.2.1單片機發(fā)展概述一、電子計算機的發(fā)展歷史1、第一代（19461958）：電子管計算機。 用于：科學計算2、第二代（19581964）：晶體管計算機。 用于：科學計算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制3、第三代（19641971）：集成電路計算機、網(wǎng)絡(luò)。 用于：科學計算、數(shù)

9、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：智能型計算機正在研制中。 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。二、微型計算機的發(fā)展歷史微型機算計的核心部分：微處理器的發(fā)展已經(jīng)歷了五代。第一代（19711973）：4位8位（初級）第二代（19731975）：8位（初級）第三代（19751978）：初級8位單片機 Intel MCS48系列單片機第四代（197880年代中期）：高檔8位單片機 Intel MCS51系列單片機16位、32位第五代（80

10、年代中期至今）：64位 1976- ：初級8位單片機 Intel MCS-48系列 1980- ：高檔8位單片機 Intel MCS-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89C2051/1051 1983- ：16位單片機 Intel MCS-96 系列：8098/8096、80C198/80C196 32位單片機 80960MCS48（從1976年起）：低檔型：8021、8022基本型：8048、8748、8038改進型：8049、8749、8039和8050、8750、8040MCS

11、51（從1980年起）：基本型：8051、8751、8031改進型：8052、8752、8032低功耗型：80C51、87C51、80C31強性能型：83C252、87C252、80C252早期產(chǎn)品： 8X9X（8096）MCS96（從1983年起）：改進型： 8X9XBH、8X9XJF新產(chǎn)品： 8098（準）強功能型：80C196、80C198（準）1.2.2MCS-51單片機系列MCS-51系列基本產(chǎn)品型號：8051、8031、8751稱為 51子系列。不同型號MCS-51單片機CPU處理能力和指令系統(tǒng)完全兼容，只是存儲器和I/O接口的配置有所不同。硬件配置基本配置：1. 8位CPU2.

12、片內(nèi)ROM/EPROM、RAM3. 片內(nèi)并行 I/O接口4. 片內(nèi)16位定時器/計數(shù)器5. 片內(nèi)中斷處理系統(tǒng)6. 片內(nèi)全雙工串行I/O口MCS51系列單片機的3種基本產(chǎn)品：8051：片內(nèi)含有掩膜ROM型程序存儲器，只能由生產(chǎn)廠家代為用戶固化，批量大、永久保存、不修改時用。8751：片內(nèi)含EPROM型程序存儲器，用戶可固化，可用紫外線光照射擦除；但價格高。8031：片內(nèi)無程序存儲器，可在片外擴展，方便靈活，價格便宜。1.2.380C51單片機系列INTEL公司先后推出了三個系列的單片機： MCS48系列 MCS51系列 MCS96系列典型產(chǎn)品： 8096 8098（準） 80C196 80C19

13、8（準） 新一代80C51增加了一些外部接口功能單元，如A/D，PCA，WDT等。PHILIPS：80C51ATMEL（Flash ROM）：AT89c51CHMOS：低功耗，高速度和高密度（HMOS），待機和掉電保護1.3 單片機的應(yīng)用1.3.1單片機應(yīng)用的特點單片機的應(yīng)用很廣泛，特點很多，僅從應(yīng)用的角度來看：計算機的控制應(yīng)用分為：1、控制系統(tǒng)離線應(yīng)用：控制系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計（控制系統(tǒng)CAD）2、控制系統(tǒng)在線應(yīng)用：計算機控制系統(tǒng)使用單片機工業(yè)控制領(lǐng)域與通用計算機系統(tǒng)不同的要求：(1)面對控制對象。面對物理量傳感變換的信號輸入； 面對人機交互的操作控制； 面對對象的伺服驅(qū)動控制。(2)嵌入到

14、工控應(yīng)用系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)形態(tài)。(3)工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中可靠性品質(zhì)。(4)突出控制功能。對外部信息及時捕捉； 對控制對象能靈活地實時控制； 有突出控制功能的指令系統(tǒng)， 如I/O口控制、位操作、豐富的轉(zhuǎn)移指令等。1.3.2單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 工業(yè)自動化方面： 力、熱、速度、加速度、位移。 儀器儀表： 降低成本、簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提高可靠性。 家用電器： 小家電中要求小型價廉、程序容量不大。 信息和通信產(chǎn)品： PDA 則要求大容量存儲、大屏幕LCD顯示、極低功耗等。 軍事裝備方面： 可靠性、極低功耗。單片機的應(yīng)用領(lǐng)域：1、用單片機構(gòu)成智能化產(chǎn)品：n 在智能儀器儀表中的應(yīng)用；n 在家用產(chǎn)品中的應(yīng)用；n 在醫(yī)療儀器中

15、的應(yīng)用；n 在計算機外部設(shè)備中的應(yīng)用。2、單片機在工業(yè)測控領(lǐng)域中的應(yīng)用：n 過程控制： 數(shù)控銑床、步進控制、生產(chǎn)流水線等；n 數(shù)據(jù)采集；n 信號處理；n 舊設(shè)備的改造。小 結(jié)1、單片機即單片微型計算機，是將計算機主機（CPU、內(nèi)存和I/O接口）集成在一小塊硅片上的微型機。2、單片機為工業(yè)測控而設(shè)計，又稱微控制器。具有三高優(yōu)勢（集成度高、可靠性高、性價比高）。3、主要應(yīng)用于工業(yè)檢測與控制、計算機外設(shè)、智能儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等。特別適合于嵌入式微型機應(yīng)用系統(tǒng)。4、單片機開發(fā)系統(tǒng)有單片單板機和仿真器。實現(xiàn)單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬、軟件開發(fā)。練 習 題（一）填空題（二）選擇題As of Micro

16、soft Internet Explorer 4.0, you can applmultimedia-style effects to your Web pages using visual filters and transitions. You can apply visual filters and transitions to standard HTML controls, such as text containers, images, and other windowless objects. Transitions are time-varying filters that cr

17、eate a transition from one visual state to another. By combining filters and transitions with basic scripting, you can create visually engaging and interactive documents.Internet Explorer 5.5 and later supports a rich variety of optimized filters. Click the following button to see a demonstration of

18、 many of these filters and how to usetheProcedural surfaces are colored surfaces that display between the content of an object and the objects background. Procedural surfaces define each pixels RGB color and alpha values dynamically. Only the procedure used to compute the surface is stored in memory. The content of an object with a procedural surface applied is not affected by the procedural surface.警告：此類已序列化的對象將不再與以后的 Swing 版本兼容。當前的序列化支持適合在運行相同 Swing 版本的應(yīng)用程序之間短期存儲或 RMI。從 1.4 版