單片機(jī)第1章基本知識

1、主講：原明亭主講：原明亭輔導(dǎo)：輔導(dǎo)：“工業(yè)控制技術(shù)工業(yè)控制技術(shù)”省重點(diǎn)實(shí)省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)室“計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)控制”研究室研究室(東東4教教105室室)單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用1、單片機(jī)原理及其內(nèi)部資源2、匯編語言及程序設(shè)計(jì)3、并行總線應(yīng)用系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：MCS-51系列系列與前課程關(guān)系：與前課程關(guān)系：模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、微機(jī)原理及模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、微機(jī)原理及接口、接口、EDA設(shè)計(jì)、傳感器原理及應(yīng)用等設(shè)計(jì)、傳感器原理及應(yīng)用等4、C語言及程序設(shè)計(jì)主要參考書、期刊、網(wǎng)站：參考參考教材：教材：1 1、單片微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用，萬福君，清華大學(xué)出

2、版社，、單片微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用，萬福君，清華大學(xué)出版社，20082008（第（第1 1版）版）2 2、單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)，、單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)， 周航慈，北京航空航天大學(xué)出版社，周航慈，北京航空航天大學(xué)出版社，200220023 3、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)，王幸之，北京航空航天大學(xué)出版社，、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)，王幸之，北京航空航天大學(xué)出版社，200620064 4、單片機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（修訂版）（含光盤），周航慈，北京航空航天大學(xué)出版、單片機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（修訂版）（含光盤），周航慈，北京航空航天大學(xué)出版社，社，20042004 期刊期刊：電子技術(shù)應(yīng)用、單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用：

3、電子技術(shù)應(yīng)用、單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用網(wǎng)站網(wǎng)站：搜索引擎中關(guān)鍵字：搜索引擎中關(guān)鍵字“單片機(jī)單片機(jī)” ” 課時(shí)安排課時(shí)安排：共：共54學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)理論課時(shí)理論課時(shí) :44 實(shí)驗(yàn)課時(shí)實(shí)驗(yàn)課時(shí):10時(shí)時(shí) 間間: 每周一，每周一， 57節(jié)節(jié) 地地 點(diǎn)點(diǎn):博學(xué)樓博學(xué)樓-311課程特點(diǎn)課程特點(diǎn)：具有從指令到程序、從芯片到系統(tǒng)；：具有從指令到程序、從芯片到系統(tǒng)；軟、硬件設(shè)計(jì)密切結(jié)合的特點(diǎn)。軟、硬件設(shè)計(jì)密切結(jié)合的特點(diǎn)。學(xué)習(xí)目的學(xué)習(xí)目的：掌握：掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本概念、基本結(jié)的基本概念、基本結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方法。構(gòu)、設(shè)計(jì)方法。閉卷考試。集體出題，流水閱卷。閉卷考試。集體出題，流水閱卷。第第1章章 基本知識基本知識1.

4、1 計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1.2 單片機(jī)的含義、分類、發(fā)展趨勢單片機(jī)的含義、分類、發(fā)展趨勢1.3 單片機(jī)的應(yīng)用構(gòu)成及應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)的應(yīng)用構(gòu)成及應(yīng)用領(lǐng)域1.1 1.1 計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)微 處 理 器存 儲 器I/O 接 口系 統(tǒng) 總 線微 機(jī)外 設(shè) 、 電 源 機(jī) 箱 等程 序 設(shè) 計(jì) 語 言 ： 機(jī) 器 語 言 匯 編 語 言 高 級 語 言系 統(tǒng) 軟 件 ： 操 作 系 統(tǒng) 、 監(jiān) 控 程 序 與 編 譯 解 釋 程 序 等應(yīng) 用 軟 件 ： 數(shù) 據(jù) 庫 、 軟 件 包 和 窗 口 軟 件 等圖 1-7 微 機(jī) 系 統(tǒng) 示 意 圖微 機(jī) 系 統(tǒng)硬 件 系 統(tǒng)軟 件

5、系 統(tǒng)一、微處理器一、微處理器把運(yùn)算器、控制器集成在一塊硅片上，成為獨(dú)立的器把運(yùn)算器、控制器集成在一塊硅片上，成為獨(dú)立的器件，稱之為微處理器，簡稱件，稱之為微處理器，簡稱CPU.是計(jì)算機(jī)的核心。是計(jì)算機(jī)的核心。1.1.1 硬件基本結(jié)構(gòu)硬件基本結(jié)構(gòu)二、微型計(jì)算機(jī)二、微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)由微型計(jì)算機(jī)由CPU、存儲器、輸入、存儲器、輸入/輸出（輸出（I/O)接接口構(gòu)成，芯片間通過總線連接?？跇?gòu)成，芯片間通過總線連接。CPU微處理器微處理器RAMI/OROMCBUSDBUSABUSCBUS ：控制總線：控制總線 ，不確定，不確定DBUS：數(shù)據(jù)總線，雙向三態(tài)：數(shù)據(jù)總線，雙向三態(tài)ABUS ：地址總線，單向

6、三態(tài)：地址總線，單向三態(tài)三、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以微型計(jì)算機(jī)為主體，配上輸入輸出設(shè)備、外以微型計(jì)算機(jī)為主體，配上輸入輸出設(shè)備、外圍設(shè)備、電源、系統(tǒng)軟件一起構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)。圍設(shè)備、電源、系統(tǒng)軟件一起構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)。1.1.2、軟件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng) 1. 1. 程序設(shè)計(jì)語言程序設(shè)計(jì)語言 （2 2）匯編語言）匯編語言 （3 3）高級語言）高級語言（1 1）機(jī)器語言）機(jī)器語言2. 2. 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件3. 3. 應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件4 4、衡量計(jì)算機(jī)性能的主要技術(shù)指標(biāo)、衡量計(jì)算機(jī)性能的主要技術(shù)指標(biāo) 1、字長、字長3、指令系統(tǒng)、指令系統(tǒng)2、存儲容量、存儲容量4、指令的執(zhí)行時(shí)間、指令的執(zhí)行時(shí)間5. 5

7、. 外設(shè)擴(kuò)展能力及配置外設(shè)擴(kuò)展能力及配置單片機(jī)單片機(jī) = CPU + M + I/O單片機(jī)的概念單片機(jī)的概念 外部設(shè)備外部設(shè)備地址總線地址總線 AB圖圖1-1 1-1 微型計(jì)算機(jī)組成微型計(jì)算機(jī)組成DB數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 CPU微處理器微處理器 M存儲器存儲器I/O 接口電路接口電路 控制總線控制總線CB將中央處理單元將中央處理單元CPU、 一定容量的數(shù)據(jù)存儲器一定容量的數(shù)據(jù)存儲器RAM、 一定容量的程序存儲器一定容量的程序存儲器ROM、 定時(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器T/C、 并行輸入輸出接口并行輸入輸出接口I/O、 串行通訊接口串行通訊接口UART 、 等多個(gè)功能部件集成在一等多個(gè)功能部件集成在一塊芯

8、片上，是塊芯片上，是一塊一塊具有完具有完整計(jì)算功能的大規(guī)模集成整計(jì)算功能的大規(guī)模集成電路電路。 1.2 單片機(jī)單片機(jī)一、單片機(jī)分類一、單片機(jī)分類根據(jù)根據(jù)CPU 字長來劃分字長來劃分1位機(jī)位機(jī)4位機(jī)位機(jī)用于玩具、家用電器、計(jì)算器等用于玩具、家用電器、計(jì)算器等 8 位機(jī)位機(jī)16位機(jī)位機(jī)工業(yè)控制器、智能儀表、計(jì)算機(jī)工業(yè)控制器、智能儀表、計(jì)算機(jī)外設(shè)、通用測控單元、通訊設(shè)備外設(shè)、通用測控單元、通訊設(shè)備32位機(jī)位機(jī)高性能圖形工作站、高級機(jī)器人等高性能圖形工作站、高級機(jī)器人等二、二、 單片機(jī)的發(fā)展史單片機(jī)的發(fā)展史第一階段（第一階段（19741976）：）：單片機(jī)的初級階段單片機(jī)的初級階段第二階段（第二階段（

9、19761979）：）：低性能單片機(jī)階段低性能單片機(jī)階段例如：例如：MCS 48 系列系列特點(diǎn)：特點(diǎn)：小而全小而全結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：MCS 488位位CPURAMI/OROMT/C第三階段（第三階段（19791982）：）：高性能單片機(jī)階段高性能單片機(jī)階段例如：例如：Intel 公司的公司的MCS 51 系列、系列、Motorola公司公司6801系列、系列、Zilog公司的公司的Z8系列。系列。特點(diǎn)：特點(diǎn)：品種多、功能強(qiáng)品種多、功能強(qiáng)8位位CPURAMI/OROMUARTINT中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng) 通用異步串行接口通用異步串行接口數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器程序存儲器程序存儲器通用輸入輸出接口通用輸入輸出接口

10、20世紀(jì)世紀(jì)90年代中后期，各公司強(qiáng)化并增加了許多年代中后期，各公司強(qiáng)化并增加了許多新的功能，形成了規(guī)格、品種繁多的新一代的單新的功能，形成了規(guī)格、品種繁多的新一代的單片機(jī)。片機(jī)。例如：例如：Ietel、Philips、Atmel公司的公司的8XC5X系列，系列， Motorola公司公司68HC5X系列系列Microchip公司的公司的PIC16C系列等等。系列等等。以增強(qiáng)型以增強(qiáng)型MCS-51為內(nèi)核的為內(nèi)核的8X5X系列目系列目前已成為主流單片機(jī)芯片。前已成為主流單片機(jī)芯片。第四階段（第四階段（1982 ）：）： 16位、位、32位單片機(jī)階段位單片機(jī)階段例如：例如：MCS 96 系列系列特

11、點(diǎn)：特點(diǎn)：增加了內(nèi)部資源、實(shí)時(shí)處理能力更強(qiáng)、增加了內(nèi)部資源、實(shí)時(shí)處理能力更強(qiáng)、 除了具有除了具有16位位CPU和存儲器和存儲器外又增加了部分內(nèi)部資源，如：外又增加了部分內(nèi)部資源，如：MCS 9610位位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器高速輸入輸出高速輸入輸出HSIO脈寬調(diào)制輸出裝置脈寬調(diào)制輸出裝置PWM8XC196增強(qiáng)型增強(qiáng)型之后又推出：之后又推出：三三 、單片機(jī)的發(fā)展趨勢、單片機(jī)的發(fā)展趨勢1、高檔單片機(jī)性能不斷提高、高檔單片機(jī)性能不斷提高速度：速度：是原來單片機(jī)的是原來單片機(jī)的515倍倍精度：精度：CPU字長增加，字長增加，16位、位、32位單片機(jī)問世位單片機(jī)問世指令系統(tǒng)豐富、效率高指令系統(tǒng)豐富、效率高

12、CPU功能的增強(qiáng)功能的增強(qiáng)數(shù)據(jù)存儲器：數(shù)據(jù)存儲器：RAM達(dá)幾達(dá)幾KB I/O口：口：并口、串口、串行擴(kuò)展口并口、串口、串行擴(kuò)展口定時(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)器：定時(shí)輸出、捕捉輸入、監(jiān)視器定時(shí)輸出、捕捉輸入、監(jiān)視器WatchdogA/D轉(zhuǎn)換器：轉(zhuǎn)換器：脈寬調(diào)制輸出：脈寬調(diào)制輸出： 尋址范圍的增加尋址范圍的增加 內(nèi)部資源的增加內(nèi)部資源的增加程序存儲器：程序存儲器：ROM、EPROM、E2PROM或或FLASH。達(dá)幾十。達(dá)幾十KBPWM ，可代替，可代替D/A輸出輸出8位、位、12位、位、16位、位、24位，多通道輸入位，多通道輸入2、超小型、低功耗、價(jià)廉、超小型、低功耗、價(jià)廉3、微巨機(jī)單片化、微巨機(jī)單片

13、化 如如: ATMEL公司的公司的 89C 1051 / 2051 20引腳，工作電壓（引腳，工作電壓（26V），電流僅幾個(gè)），電流僅幾個(gè)mA如：如：Microchip 公司的公司的PIC 16/17系列系列18引腳、引腳、20引腳、引腳、28引腳，有的僅引腳，有的僅5個(gè)引腳個(gè)引腳工作電壓（工作電壓（26V），電流僅），電流僅2個(gè)個(gè)mA國產(chǎn)單片機(jī)的基本情況：國產(chǎn)單片機(jī)的基本情況：ISP：in-system programming 在線系統(tǒng)編程在線系統(tǒng)編程一種無需將存儲芯片（如一種無需將存儲芯片（如EPROM）從嵌入式設(shè)備）從嵌入式設(shè)備上取出就能對其進(jìn)行編程的過程，縮略為上取出就能對其進(jìn)行編程的

14、過程，縮略為ISP。在。在系統(tǒng)編程需要在目標(biāo)板上有額外的電路完成編程系統(tǒng)編程需要在目標(biāo)板上有額外的電路完成編程任務(wù)。其優(yōu)點(diǎn)是，即使器件焊接在電路板上，仍任務(wù)。其優(yōu)點(diǎn)是，即使器件焊接在電路板上，仍可對其（重新）進(jìn)行編程。在系統(tǒng)可編程是可對其（重新）進(jìn)行編程。在系統(tǒng)可編程是Flash存儲器的固有特性（通常無需額外的電路），存儲器的固有特性（通常無需額外的電路），F(xiàn)lash幾乎都采用這種方式編程。幾乎都采用這種方式編程。 ARM7處理器核外設(shè)控制器RAMBootBlockFLASHJTAGUART0串口 在系統(tǒng)編程（ISP） 在系統(tǒng)編程是通過Boot裝載程序和UART0對片內(nèi)Flash存儲器進(jìn)行擦除

15、/編程的方法。UART0ARM7處理器核CPU運(yùn)行Boot代碼通過ISP對Flash編程 IAPIAP（In Appplication ProgramIn Appplication Program），即在），即在應(yīng)用中編程。顧名思義，就是在系統(tǒng)運(yùn)行的過應(yīng)用中編程。顧名思義，就是在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中動態(tài)編程，對程序執(zhí)行代碼的動態(tài)修改。程中動態(tài)編程，對程序執(zhí)行代碼的動態(tài)修改。 IAPIAP技術(shù)應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲和在技術(shù)應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲和在線升級。例如在程序運(yùn)行工程中產(chǎn)生線升級。例如在程序運(yùn)行工程中產(chǎn)生4k4k字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)據(jù)表，為了避免占用據(jù)表，為了避免占用SRAMSRAM空間，用戶

16、可以使用空間，用戶可以使用IAPIAP技術(shù)將此表寫入片內(nèi)技術(shù)將此表寫入片內(nèi)FlashFlash。又如用戶在開。又如用戶在開發(fā)完一個(gè)系統(tǒng)后要增加新的軟件功能，可以使發(fā)完一個(gè)系統(tǒng)后要增加新的軟件功能，可以使用用IAPIAP技術(shù)在線升級程序，避免重新拆裝設(shè)備。技術(shù)在線升級程序，避免重新拆裝設(shè)備。一、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成一、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成1、基本系統(tǒng)、基本系統(tǒng)單單片片機(jī)機(jī)復(fù)位復(fù)位電路電路電源電源輸入輸入/輸出輸出設(shè)設(shè) 備備時(shí)時(shí) 鐘鐘電電 路路圖圖 1-14 單片機(jī)的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖單片機(jī)的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖輔助電路輔助電路控制對象控制對象最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)1.3 單片機(jī)的應(yīng)用構(gòu)成及應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)的應(yīng)用構(gòu)成及

17、應(yīng)用領(lǐng)域2、擴(kuò)展系統(tǒng)、擴(kuò)展系統(tǒng)EPROM程序存儲器程序存儲器串行串行接口接口A/D單單片片機(jī)機(jī)復(fù)位復(fù)位電路電路時(shí)鐘時(shí)鐘電路電路電源電源RAM數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器并行并行接口接口D/A外部擴(kuò)展總線外部擴(kuò)展總線單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 通過總線來擴(kuò)展一些部件，以彌補(bǔ)單片機(jī)內(nèi)部資通過總線來擴(kuò)展一些部件，以彌補(bǔ)單片機(jī)內(nèi)部資源的不足。這樣可滿足一些應(yīng)用系統(tǒng)的特殊需要。源的不足。這樣可滿足一些應(yīng)用系統(tǒng)的特殊需要。二、二、 單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)的應(yīng)用1、單片機(jī)的應(yīng)用特性、單片機(jī)的應(yīng)用特性 體積小體積小 可靠性高可靠性高 控制功能強(qiáng)控制功能強(qiáng) 使用方便使用方便 性能價(jià)格比高性能價(jià)格比高 (6)(6)開發(fā)應(yīng)用快捷開發(fā)應(yīng)用快捷2、單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域、單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 廣泛應(yīng)用于智能儀表廣泛應(yīng)用于智能儀表：如電阻電感電容測量儀、如電阻電感電容測量儀、智能壓力（溫度、流量）變送器等智能壓力（溫度、流量）變送器等 在機(jī)電一體化中的應(yīng)用在機(jī)電一體化中的應(yīng)用機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動化技術(shù)機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品。例：數(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品