第1章單片機概述

1、1第一章第一章 單片機概述單片機概述1.1、單片機的基本概念、單片機的基本概念1.2、單片機的發(fā)展歷程、單片機的發(fā)展歷程1.3、8位單片機的主要系列位單片機的主要系列1.4、單片機的應(yīng)用、單片機的應(yīng)用2課程目的 本課程為電子類專業(yè)的主干課程，從理論和實踐兩方面解決計算機應(yīng)用中的多種問題。 本課程是在學(xué)生學(xué)完電子技術(shù)類基礎(chǔ)課程之后，為加強對學(xué)生技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng)而開設(shè)的體現(xiàn)電子技術(shù)、計算機技術(shù)綜合應(yīng)用的綜合性課程。 本課程的任務(wù)是使學(xué)生獲得單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基本理論、基本知識與基本技能，掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)各主要環(huán)節(jié)的設(shè)計、調(diào)試方法，并了解單片機在測量、控制等電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用。初步具備應(yīng)用

2、單片機進行設(shè)備技術(shù)改造、產(chǎn)品開發(fā)的能力。3課程的先修課程v數(shù)字電路、模擬電子技術(shù)、計算機原理、微機原理后期訓(xùn)練后期訓(xùn)練 單片機課程設(shè)計單片機課程設(shè)計深入應(yīng)用深入應(yīng)用 電子設(shè)計競賽、畢業(yè)設(shè)計。電子設(shè)計競賽、畢業(yè)設(shè)計。工程應(yīng)用工程應(yīng)用 企業(yè)電子產(chǎn)品開發(fā)企業(yè)電子產(chǎn)品開發(fā)學(xué)習(xí)特點學(xué)習(xí)特點要記的多，要記的多，111條指令，條指令，40條引腳的功能和用途，內(nèi)部結(jié)構(gòu)條引腳的功能和用途，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作方式。和工作方式。 所以必須經(jīng)常復(fù)習(xí)和練習(xí)所以必須經(jīng)常復(fù)習(xí)和練習(xí) 41.1 單片機的基本概念一、什么是單片機一、什么是單片機單片機就是單片微型計算機單片機就是單片微型計算機(Single-Chip Microco

3、mputer)。 單片機是把微型計算機中的微處理器、存儲器、單片機是把微型計算機中的微處理器、存儲器、I/O接接口、定時器口、定時器/計數(shù)器、串行接口、中斷系統(tǒng)等電路集成在一計數(shù)器、串行接口、中斷系統(tǒng)等電路集成在一塊集成電路芯片上形成的微型計算機。簡稱為單片機。塊集成電路芯片上形成的微型計算機。簡稱為單片機。 主要特點：主要特點：體積小、可靠性高。體積小、可靠性高。性能價格比高。性能價格比高。使用方便。使用方便。工藝先進。工藝先進。適用于工業(yè)控制、儀器儀表、家電自動化、智能化等。適用于工業(yè)控制、儀器儀表、家電自動化、智能化等。5運算器運算器+控制控制器器輸入輸入設(shè)備設(shè)備輸出輸出設(shè)備設(shè)備存儲存儲

4、器器輸入設(shè)備輸入設(shè)備運算器運算器輸出設(shè)備輸出設(shè)備控制器控制器存儲器存儲器微型計算機系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)的硬件部分通常的硬件部分通常由五部分組成由五部分組成:6在單片機使用上注意以下幾個相互有相同點也有區(qū)別的概念。在單片機使用上注意以下幾個相互有相同點也有區(qū)別的概念。（1）單板機：）單板機：（2）單片機：）單片機：（3）多板機：）多板機：7這種計算機系統(tǒng)通常由多塊印刷電路板制成：這種計算機系統(tǒng)通常由多塊印刷電路板制成：多板機多板機 主板顯卡顯卡聲卡聲卡存儲器接口存儲器接口網(wǎng)卡網(wǎng)卡輸入輸出接口輸入輸出接口內(nèi)存條內(nèi)存條CPU8CPUCPU芯片芯片內(nèi)存條內(nèi)存條存儲器接口存儲器接口存儲器芯片存儲器芯片輸入

5、輸出接口輸入輸出接口輸入輸出接口輸入輸出接口芯片芯片定時計數(shù)器定時計數(shù)器芯片芯片A/D、D/A芯片芯片單板機 印印 刷刷 電電 路路 板板9 單單 硅硅 晶晶 片片 CPU存儲器存儲器控制電路控制電路 定時器定時器時鐘電路時鐘電路I / O口口單片機10典型單片機產(chǎn)品v器件廠家美國：Intel、 Motorola、 Microchip 、Atmel 荷蘭: Philips 德國：Siemens日本：Nec中國臺灣：Winbond、SST中國大陸：STC11預(yù)備知識：元器件實物圖預(yù)備知識：元器件實物圖單片機芯片單片機芯片12通信芯片通信芯片MAX232CPE 時鐘芯片時鐘芯片 DS130213瓷

6、片小電容瓷片小電容零壓力插座零壓力插座萬用焊接板萬用焊接板14晶 振電阻和排電阻15EEPROM24C02溫度傳感器18B20AD變換器0832穩(wěn)壓片78L0516液晶字符顯示屏液晶字符顯示屏液晶圖形點陣顯示屏液晶圖形點陣顯示屏17撥動開關(guān)撥動開關(guān)18紅外遙控用紅外遙控用 發(fā)射接受一體管發(fā)射接受一體管繼電器繼電器19各類接插件各類接插件2088二極管點陣二極管點陣 八段數(shù)碼管八段數(shù)碼管211.2 單片機的發(fā)展歷程單片機的發(fā)展歷程 1.2.1 4位單片機位單片機1.2.2 8位單片機位單片機 1976年年9月，美國月，美國Intel公司首先推出了公司首先推出了MCS-48系列系列8位單片位單片機

7、。機。 1978年以前的年以前的8位單片機，由于集成度的限制，一般都沒有位單片機，由于集成度的限制，一般都沒有串行接口，尋址空間小于串行接口，尋址空間小于8KB，性能較低，稱低檔，性能較低，稱低檔8位單片機。位單片機。 1975年美國德克薩斯儀器公司（年美國德克薩斯儀器公司（TI）首次推出）首次推出4位單片機位單片機TMS-1000。 價格便宜，主要用于控制洗衣機、微波爐等家用電器及高價格便宜，主要用于控制洗衣機、微波爐等家用電器及高檔電子玩具。檔電子玩具。 SHARP的的SM系列，東芝的系列，東芝的TLCS系列等。系列等。22 1978年以后，集成電路水平提高，年以后，集成電路水平提高，8位

8、單片機的尋址能力達位單片機的尋址能力達到了到了64KB，片內(nèi)帶串行和并行，片內(nèi)帶串行和并行I/O口這類單片機稱為高檔口這類單片機稱為高檔8位單位單片機。片機。 INTEL的的MCS-51系列等。系列等。 近年來，近年來，8位單片機性能進一步提高，有些內(nèi)部還集成了位單片機性能進一步提高，有些內(nèi)部還集成了ADC、PWM、WDT等，稱為超等，稱為超8位單片機。如位單片機。如INTEL的的8X252、宏晶公司的宏晶公司的STC單片機等。單片機等。 8位單片機主要用于工業(yè)控制、智能接口、儀器儀表等各個位單片機主要用于工業(yè)控制、智能接口、儀器儀表等各個領(lǐng)域。領(lǐng)域。1.2.3 16位單片機位單片機 1983

9、年以后，出現(xiàn)了年以后，出現(xiàn)了16位單片機。內(nèi)部集成了多個位單片機。內(nèi)部集成了多個CPU，8KB以上的存儲器，多個并串口，特殊用途的監(jiān)視定時器等電以上的存儲器，多個并串口，特殊用途的監(jiān)視定時器等電路，主要用于高速復(fù)雜的控制系統(tǒng)。路，主要用于高速復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 INTEL的的MCS-96系列等。系列等。231.2.4 32位單片機位單片機 目前，各個計算機生產(chǎn)廠家已相繼推出高性能的目前，各個計算機生產(chǎn)廠家已相繼推出高性能的32位單片位單片機產(chǎn)品。包括數(shù)據(jù)、圖像、語言處理等，英國機產(chǎn)品。包括數(shù)據(jù)、圖像、語言處理等，英國ARM公司的公司的ARM嵌入式微處理器應(yīng)用廣泛。嵌入式微處理器應(yīng)用廣泛。 主要應(yīng)

10、用領(lǐng)域：移動主要應(yīng)用領(lǐng)域：移動 、車載導(dǎo)航、數(shù)字視頻、游戲機、車載導(dǎo)航、數(shù)字視頻、游戲機、數(shù)碼照相機、電子付費終端、智能卡等。數(shù)碼照相機、電子付費終端、智能卡等。1.2.5 64位單片機位單片機 近年來，各單片機生產(chǎn)廠家已進入更高性能的近年來，各單片機生產(chǎn)廠家已進入更高性能的64位單片機位單片機研制和生產(chǎn)階段。如英國研制和生產(chǎn)階段。如英國Inmos公司的公司的Transputer T800。 64位單片機在引擎控制、智能機器人、磁盤控制、語音位單片機在引擎控制、智能機器人、磁盤控制、語音/圖圖像通信等場合已有應(yīng)用。像通信等場合已有應(yīng)用。 24單片機技術(shù)的發(fā)展 一、片內(nèi)程序存儲器的發(fā)展單片機的程

11、序存儲器（ROM）經(jīng)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CPU處于軟件混亂時使系統(tǒng)正常工作的一種恢復(fù)方法。 25 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(nèi)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 某有些單片機具備大功率的輸入/輸出接口，可直接驅(qū)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。26 五、單片機制造工藝提高 半導(dǎo)體制作工藝的提高，使單片機的體積可以做的

12、更小，時鐘頻率更高。可以集成更多的存儲器和部件。降低產(chǎn)品的價格。 六、在線編程和調(diào)試技術(shù) 一些新型的單片機實現(xiàn)了在系統(tǒng)編程（ISP）和在應(yīng)用編程（IAP）功能。271.38位單片機的主要系列v目前市場上的8位單片機主要分為以MCS51為內(nèi)核的系列單片機和非MCS51內(nèi)核的單片機。其中51內(nèi)核單片機因開發(fā)工具及軟硬件齊全在市場上占主導(dǎo)地位。51內(nèi)核系列單片機v1Intel公司的MCS51系列單片機v2Atmel公司的89系列單片機v3Philips公司的增強型89C51系列單片機v4華邦公司的51內(nèi)核單片機v5宏晶科技公司的51內(nèi)核STC系列單片機281.3.2 非51內(nèi)核單片機v1. Moto

13、rola的M68HC系列v2. Atmel公司的AVR系列v3. MicroChip PIC系列及兼容芯片291. 1. 智能儀器儀表智能儀器儀表交直流電壓電流表交直流電壓電流表 單片機結(jié)合不同類型的傳感器，單片機結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。理量的測量。 采用單片機控制使得儀器儀表采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。比起采用電子或

14、數(shù)字電路更加強大。數(shù)字?jǐn)?shù)字式測式測角儀角儀1.4 單片機的應(yīng)用單片機的應(yīng)用 302. 2. 工業(yè)控制工業(yè)控制數(shù)控車床數(shù)控車床數(shù)控線切割機床數(shù)控線切割機床 用單片機可以構(gòu)成形式多樣的用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。 313. 3. 醫(yī)用設(shè)備醫(yī)用設(shè)備 醫(yī)用呼吸機醫(yī)用呼吸機 各種分析儀各種分析儀 監(jiān)護儀監(jiān)護儀 超聲診斷設(shè)備超聲診斷設(shè)備 病床呼叫系統(tǒng)等等病床呼叫系統(tǒng)等等電池電池分析分

15、析儀儀醫(yī)用醫(yī)用呼吸呼吸機機麻醉信息麻醉信息管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)324. 4. 家用電器家用電器 智能冰箱、空調(diào)智能冰箱、空調(diào) 智能電飯煲智能電飯煲 智能食品配料機智能食品配料機 現(xiàn)在的家用電器基現(xiàn)在的家用電器基 本上都采用了單片機控制，本上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻設(shè)備、再到音響視頻設(shè)備、再到 電電子秤量設(shè)備，五花八門子秤量設(shè)備，五花八門, 無所不在。無所不在。5. 5. 計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域 手機、手機、 機機 程控交換機程控交換機 樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)樓宇自動通信呼叫系統(tǒng) 列車無線通信列車無線通信 日常工作中隨處可見的移動日常工作中隨處可見的移動 集群移動通信集群移動通信 無線電對講機等。無線電對講機等。 可