單片機(jī)原理與接口技術(shù)課件

1、單片機(jī)原理與接口技術(shù)教育科學(xué)“十五”國(guó)家規(guī)劃課題研究成果（第2版） 主編 李全利 第1頁(yè)，共30頁(yè)。課程特點(diǎn)： 實(shí)踐性強(qiáng)，旨在應(yīng)用 硬件、軟件結(jié)合緊密學(xué)習(xí)方法： 課前預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí) 軟硬兼顧，上機(jī)實(shí)踐 廣閱書(shū)刊，用好網(wǎng)絡(luò)2022/8/52第2頁(yè)，共30頁(yè)。第1章 緒論電子計(jì)算機(jī)概述1.1單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程及產(chǎn)品近況1.2單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域1.3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程1.4Vision 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介1.52022/8/53第3頁(yè)，共30頁(yè)。1.1 電子計(jì)算機(jī)概述1.1.1 電子計(jì)算機(jī)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)1946年2月15日，第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)問(wèn)世。標(biāo)志著計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)，對(duì)人類的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生

2、了巨大的影響 。ENIAC2022/8/54第4頁(yè)，共30頁(yè)。馮諾依曼提出“程序存儲(chǔ)”和“二進(jìn)制運(yùn)算”的思想，構(gòu)建了計(jì)算機(jī)經(jīng)典結(jié)構(gòu)：2022/8/55第5頁(yè)，共30頁(yè)。電子計(jì)算機(jī)經(jīng)歷了五個(gè)年代 結(jié)構(gòu)仍然沒(méi)有突破馮諾依曼提出的計(jì)算機(jī)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)框架。 電子管計(jì)算機(jī) 晶體管計(jì)算機(jī) 集成電路計(jì)算機(jī) 大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī) 超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī) 2022/8/56第6頁(yè)，共30頁(yè)。1.1.2 微型計(jì)算機(jī)的組成及其應(yīng)用形態(tài) 微處理器 1971年1月，INTEL將： 運(yùn)算器 控制器 一些寄存器集成在一個(gè)芯片上-微處理器4004微處理器2022/8/57第7頁(yè)，共30頁(yè)。微處理器+存儲(chǔ)器+I/O接口= 微型計(jì)

3、算機(jī) 微型計(jì)算機(jī) 2022/8/58第8頁(yè)，共30頁(yè)。 微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用形態(tài) 分為3種： 多板機(jī)（即系統(tǒng)機(jī)） 工業(yè)PC機(jī) 也屬于多板機(jī)。存儲(chǔ)器I/O接口CPUI/O接口2022/8/59第9頁(yè)，共30頁(yè)。 單板機(jī) 早期的單板機(jī)當(dāng)代的單板機(jī)CPU存儲(chǔ)器I/O接口CPU存儲(chǔ)器I/O接口I/O接口2022/8/510第10頁(yè)，共30頁(yè)。 單片機(jī) 單片機(jī)單片機(jī)內(nèi)含：CPU存儲(chǔ)器I/O接口2022/8/511第11頁(yè)，共30頁(yè)。 系統(tǒng)機(jī)（桌面應(yīng)用）屬于通用計(jì)算機(jī)，主要用于數(shù)據(jù)處理、辦公自動(dòng)化及輔助設(shè)計(jì)。 單片機(jī)（嵌入式應(yīng)用）屬于專用計(jì)算機(jī)，主要用于智能儀表及傳感器、智能家電、智能辦公設(shè)備、汽車及軍事電子

4、設(shè)備等系統(tǒng)。 單片機(jī)體積小、價(jià)格低、可靠性高，其非凡的嵌入式應(yīng)用形態(tài)對(duì)于滿足嵌入式應(yīng)用需求具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。 系統(tǒng)機(jī)與單片機(jī)比較 2022/8/512第12頁(yè)，共30頁(yè)。1.2 單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程及產(chǎn)品近況1.2.1 單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程3個(gè)主要階段： 單片形成階段1976年，Intel推出MCS-48列單片機(jī) ：8位CPU、1K字節(jié)ROM、64字節(jié)RAM、27根I/O線和1個(gè)8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。特點(diǎn)：存儲(chǔ)器容量小，尋址范圍?。ú淮笥?K），無(wú)串行接口，指令系統(tǒng)功能不強(qiáng)。 2022/8/513第13頁(yè)，共30頁(yè)。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點(diǎn)進(jìn)一步突出?，F(xiàn)在，MCS-51已成為公認(rèn)的

5、單片機(jī)經(jīng)典機(jī)種 。 結(jié)構(gòu)成熟階段 1980年，Intel推出MCS-51系列單片機(jī)：8位CPU、4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、4個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍64K，并有控制功能較強(qiáng)的布爾處理器。2022/8/514第14頁(yè)，共30頁(yè)。性能提高階段特點(diǎn)：控制性能優(yōu)異、種類繁多。 “微控制器”的稱謂更能反應(yīng)單片機(jī)的本質(zhì)。近年來(lái)，不斷有單片機(jī)新品出現(xiàn)。如ATMEL公司推出的單片機(jī)AT89C51RD2：8位CPU；64K字節(jié)ROM(有ISP能力）；256字節(jié)RAM+1K字節(jié)的XRAM+2K字節(jié)EEPROM；1個(gè)全雙工串行口；3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；7個(gè)中斷源，4個(gè)

6、優(yōu)先級(jí)；硬件看門狗等。2022/8/515第15頁(yè)，共30頁(yè)。1.2.2 單片機(jī)產(chǎn)品近況 ATMEL公司，AT89系列，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器技術(shù) Philips公司，80C552系列，含ADC 華邦公司，W78C51系列，高速低價(jià) ADI公司，ADC8xx系列，高精度ADC LG公司，GMS90/97系列，低壓高速 Maxim公司，DS89C420系列，高速（50MIPS） Cygnal公司，C8051F系列，高速SOC 80C51兼容產(chǎn)品：80C51主流地位已形成，與其兼容的主要產(chǎn)品有：2022/8/516第16頁(yè)，共30頁(yè)。 非80C51結(jié)構(gòu)產(chǎn)品：給用戶提供了更為廣泛的選擇空間，主要產(chǎn)品有：

7、Intel公司，MCS-96系列，16位 Microchip公司，PIC系列，RISC TI公司，MSP430F系列，16位低功耗1.2.2 單片機(jī)產(chǎn)品近況2022/8/517第17頁(yè)，共30頁(yè)。1.3 單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域1.3.1 單片機(jī)的特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)上突出控制功能 可直接操作I/O端口；位操作能力突出；CPU、存儲(chǔ)器及I/O接口集成在同一芯片內(nèi)，數(shù)據(jù)在傳送時(shí)受干擾的影響小，且不易受環(huán)境條件的影響。 使用上易于產(chǎn)品設(shè)計(jì) 單片機(jī)品種和型號(hào)多；引腳少，體積?。ㄓ≈瓢鍦p可以較?。?，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)靈活精巧。2022/8/518第18頁(yè)，共30頁(yè)。1.3.2 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域智能儀器儀表 機(jī)電一體化產(chǎn)品實(shí)

8、時(shí)工業(yè)控制分布式系統(tǒng)的前端模塊家用電器2022/8/519第19頁(yè)，共30頁(yè)。1.4 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程1.4.1 指令及目標(biāo)碼 單片機(jī)自身無(wú)開(kāi)發(fā)能力，須借助開(kāi)發(fā)機(jī)完成： 排除硬件故障和軟件錯(cuò)誤 程序固化到程序存儲(chǔ)器芯片中。 正確的硬件設(shè)計(jì)和良好的軟件功能設(shè)計(jì)是一個(gè)實(shí)用的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。完成該目標(biāo)的過(guò)程稱為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。2022/8/520第20頁(yè)，共30頁(yè)。 指令的表示形式 指令是讓單片機(jī)執(zhí)行某種操作的命令，按一定的順序以二進(jìn)制碼的形式存放于程序存儲(chǔ)器。如：04H:累加器A的內(nèi)容加1，難記！0000 0100B04HINC A，記憶容易。稱為符號(hào)指令。2022/8/52

9、1第21頁(yè)，共30頁(yè)。 匯編或編譯，將符號(hào)指令轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼的過(guò)程稱為匯編。常用的匯編方法有三種： 手工匯編 駐留匯編（利用開(kāi)發(fā)機(jī)的駐留匯編程序） 交叉匯編（利用普通的PC機(jī)）現(xiàn)在還常采用高級(jí)語(yǔ)言（如C51）進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。2022/8/522第22頁(yè)，共30頁(yè)。1.4.2 開(kāi)發(fā)過(guò)程 電路板制作 使用Protel99SE軟件設(shè)計(jì) 制版、安裝器件、焊接2022/8/523第23頁(yè)，共30頁(yè)。 目標(biāo)文件生成 利用Vision生成目標(biāo)文件 仿真：軟件仿真、硬件仿真軟件界面硬件仿真器2022/8/524第24頁(yè)，共30頁(yè)。 目標(biāo)程序燒寫(xiě) 利用編程器 編程器1.4.3 單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)的進(jìn)展 在系

10、統(tǒng)編程技術(shù)單片機(jī)可以先焊在電路板上。如：AT89S52 在應(yīng)用編程技術(shù)具有ISP及IAP能力。如：SST89E58 2022/8/525第25頁(yè)，共30頁(yè)。1. 5 Vision集成開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介1.5.1 Vision的界面2022/8/526第26頁(yè)，共30頁(yè)。1.5.2 目標(biāo)程序的生成 建立工程、配置工程、編譯工程2022/8/527第27頁(yè)，共30頁(yè)。1.5.3 仿真調(diào)試 軟件模擬-用于算法模擬 硬件仿真-用于硬件調(diào)試 調(diào)試步驟： Debug菜單，單擊Start/Stop Debug Session 選擇Debug菜單的Run或Step等命令 觀察存儲(chǔ)器、寄存器、片內(nèi)外設(shè)等狀態(tài)*靈活利用虛擬串口與單片機(jī)串口交互信息2022/8/528第28頁(yè)，共30頁(yè)。1.5.4 示例步驟 建立文件夾lx1 編輯以下文件，lx1.asm存盤(pán) ORG 0000H MAIN:MOV A,#0FEH; LOOP:MOV P2,A AJMP LOOP END 建立工程，以l