單片機(jī)技術(shù)概述

1、MCS-51單片機(jī)原理與接口技術(shù)講輔：蘇淑靖2009年3月辦公室：新主樓1201聯(lián)系電話：3924958Email：sushujing一、課程的性質(zhì)和目的 本課程的性質(zhì)單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的一個(gè)重要分支，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、光機(jī)電設(shè)備、自動檢測、信息處理、家電等電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，并迅速發(fā)展。該課程是為電子信息工程、測控技術(shù)及計(jì)算機(jī)應(yīng)用、機(jī)電一體化等專業(yè)的學(xué)生開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課或?qū)I(yè)基礎(chǔ)選修課。本課程的教學(xué)目的 通過理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)，正確理解單片機(jī)的基本概念、基本原理，掌握單片機(jī)程序設(shè)計(jì)和微機(jī)接口應(yīng)用的基本方法，并能綜合運(yùn)用單片機(jī)的軟、硬件技術(shù)分析和解決實(shí)際問題，為以后單片機(jī)的

2、應(yīng)用與開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)，也是進(jìn)一步掌握計(jì)算機(jī)原理和有關(guān)接口知識重要環(huán)節(jié)。二、課程教學(xué)內(nèi)容 本課程共48學(xué)時(shí)，其中課堂教學(xué)24學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)24學(xué)時(shí)。單片機(jī)概述（2學(xué)時(shí)） 主要介紹單片機(jī)的發(fā)展概況（現(xiàn)狀、未來的發(fā)展）、特點(diǎn)、分類、應(yīng)用、當(dāng)前單片機(jī)的系列產(chǎn)品和常用工具軟件。單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 （12學(xué)時(shí)，4學(xué)時(shí)講授，8學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)） 掌握MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及基本工作原理； 單片機(jī)并行I/O口的結(jié)構(gòu)、功能、特點(diǎn)； 單片機(jī)的存儲器；單片機(jī)的時(shí)鐘電路與CPU時(shí)序。 單片機(jī)的尋址方式和指令系統(tǒng) （4學(xué)時(shí)，4學(xué)時(shí)講授）MCS-51單片機(jī)指令的格式、分類和尋址方式；匯編語言的各種指令類型；程序設(shè)計(jì)

3、（共2學(xué)時(shí)，2學(xué)時(shí)講授）偽指令的使用及匯編語言程序的完整格式。MCS-51單片機(jī)匯編語言程序設(shè)計(jì)的一般步驟；單片機(jī)的中斷系統(tǒng)（共4學(xué)時(shí)，2學(xué)時(shí)講授，2學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)）MCS-51單片機(jī)中斷源類型及工作方式；外部中斷的結(jié)構(gòu)及原理中斷控制寄存器IE、中斷優(yōu)先級寄存器IP及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及外部中斷控制寄存器TCON的使用方法；單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 (共4學(xué)時(shí)，2學(xué)時(shí)講授，2學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)） 單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)、原理、工作方式及使用方法。單片機(jī)的串行通信（共6學(xué)時(shí)，2學(xué)時(shí)講授，4學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)） 單片機(jī)串行通信I/O接口的結(jié)構(gòu)及工作方式； 串行通信控制寄存器的使用方法； MCS-51單片機(jī)串行通信波特率的設(shè)置

4、方法； MCS-51單片機(jī)的雙機(jī)通信和多機(jī)通信的基本原理。單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展（共4學(xué)時(shí)，2學(xué)時(shí)講授，2學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)） 存儲器的擴(kuò)展原理與方法。單片機(jī)的接口技術(shù)（共10學(xué)時(shí)，4學(xué)時(shí)講授，6學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)）單片機(jī)與LED顯示器接口技術(shù)；DACA接口三、課程特點(diǎn)知識點(diǎn)既分散又連貫，結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)是基礎(chǔ)；與電子線路尤其是數(shù)字電子線路關(guān)系密切；四、學(xué)習(xí)方法預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)；多動手（硬件、軟件實(shí)驗(yàn)）；多看參考書(包括利用網(wǎng)上資料)；其它（上課、作業(yè)、答疑）。五、課程的教學(xué)基本要求 課程教學(xué)要求分為掌握、理解和了解三個(gè)層次 ，閉卷考試。掌握內(nèi)容： 8051單片機(jī)的的應(yīng)用領(lǐng)域、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)方法、系統(tǒng)擴(kuò)展方法。理

5、解內(nèi)容：單片機(jī)常用接口等應(yīng)用技術(shù)。了解內(nèi)容：通過查資料讀懂較為復(fù)雜的接口原理圖及編寫相應(yīng)的控制程序。 六、網(wǎng)上資源1. 中國單片機(jī)公共實(shí)驗(yàn)室2. 單片機(jī)世界 廣州站3. 樂清單片機(jī)聯(lián)盟4. http:/ 科宇單片機(jī)工作室5. /dz2000 51單片機(jī)世界 1.1 單片機(jī)的概念 1.2 單片機(jī)的發(fā)展 1.3 MCS-51單片機(jī)系列第1章 單片機(jī)概述 1.1.1 單片機(jī)的名稱 1.1.2 單片機(jī)和PC機(jī)的區(qū)別 1.1.3 單片機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng) 1.1.4 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng) 1.1.5 單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)語言和軟件1.1 單片機(jī)的概念 單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)（Single-Chip Mi

6、crocomputer）的簡稱，也稱微控制器（Micro Controller UnitMCU）。它是把組成單片機(jī)的各功能部件：中央處理器CPU、隨機(jī)存取存儲器RAM、只讀存儲器ROM、I/O接口電路、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)以及串行通信接口等制作在一塊集成芯片中構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。1.1.1 單片機(jī)的名稱1.1.2 單片機(jī)與PC機(jī)的區(qū)別 PC機(jī)： 將CPU、存儲器、I/O接口電路和總線接口等若干電路或芯片組裝在一塊主機(jī)板（即微機(jī)主板）。各種適配板卡插在主機(jī)板的擴(kuò)展槽上并與電源、軟/硬盤驅(qū)動器及光驅(qū)等裝在同一機(jī)箱內(nèi)，就構(gòu)成了一臺完整的微型計(jì)算機(jī)。再配上系統(tǒng)軟件，就構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（簡稱系

7、統(tǒng)機(jī)）。 單片機(jī)： 是一個(gè)集成電路，其內(nèi)部集成了微機(jī)的基本功能部件。單片機(jī)通常是指芯片本身，集成一些基本功能部件。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(gè)智能化控制單元。 如：洗衣機(jī)、電視機(jī)等家用電器，打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、通信設(shè)備、智能儀表、現(xiàn)場總線中的控制單元等。單片機(jī)系統(tǒng)是在單片機(jī)芯片的基礎(chǔ)上擴(kuò)展其它電路或芯片構(gòu)成具有一定應(yīng)用功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。1.1.3單片機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)1.1.4 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)：以單片機(jī)為電路系統(tǒng)的主機(jī)構(gòu)成各種嵌入式應(yīng)用的電路系統(tǒng)統(tǒng)稱為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。一個(gè)完整的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)包括滿足對象

8、（如洗衣機(jī)）要求的全部硬件電路和應(yīng)用軟件。單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)是單片機(jī)開發(fā)調(diào)試的工具，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟、硬件開發(fā)。有單片單板機(jī)和仿真器。 單板機(jī) 將CPU芯片、存儲器芯片、I/O接口芯片和簡單的I/O設(shè)備（小鍵盤、LED顯示器）等裝配在一塊印刷電路板上，再配上監(jiān)控程序（固化在ROM中），就構(gòu)成了一臺單板微型計(jì)算機(jī)（簡稱單板機(jī)）。單板機(jī)的I/O設(shè)備簡單，軟件資源少，使用不方便。早期主要用于微型計(jì)算機(jī)原理的教學(xué)及簡單的測控系統(tǒng)，現(xiàn)在已很少使用。單板機(jī)仿真器應(yīng)用編程器指令：控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種操作的命令。 MOV A, 40H 操作碼：表示該指令執(zhí)行何種操作； 操作數(shù)：表示運(yùn)算的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)所在的地址。

9、程序：為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)算法或控制一個(gè)過程，需要事先制定計(jì)算機(jī)的計(jì)算步驟或操作步驟，這些步驟由一條條指令來實(shí)現(xiàn)。這種一系列指令的有序集合稱為程序。軟件：使用和管理計(jì)算機(jī)的各種程序。1.1.5 單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)語言和軟件 匯編語言： 用助記符（指令功能的英文單詞縮寫）表示操作碼，字符（字母、數(shù)字、符號）表示操作數(shù)的指令稱為匯編指令。用匯編指令編寫的程序稱為匯編語言程序。是面向機(jī)器的語言。 MCS-51兩個(gè)寄存器相加匯編語言指令： ADD A，R0 匯編語言 (Assemble) 高級語言 (High Level Language) 機(jī)器語言（Machine Language) 高級語言： 面向過程的語

10、言，常用的VB、VC、C+等，高級語言編寫的程序主要著眼于算法，而不別了解單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。是獨(dú)立于機(jī)器的。一般同一程序可在任何種類的機(jī)器中使用。 機(jī)器語言： 直接用二進(jìn)制代碼指令表達(dá)的計(jì)算機(jī)語言,單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)只使用二進(jìn)制代碼。這種二進(jìn)制代碼形式的程序就是機(jī)器語言程序。二進(jìn)制代碼形式指令又稱機(jī)器指令或機(jī)器碼。 MCS-51兩個(gè)寄存器相加的機(jī)器語言指令： 00101000 源程序通過編譯得到機(jī)器能執(zhí)行的目標(biāo)程序。 匯編語言程序可以高效率利用計(jì)算機(jī)資源，目標(biāo)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。特別適應(yīng)于實(shí)時(shí)控制。高級語言程序容易掌握，通用性好，但編譯

11、程序系統(tǒng)開銷大，目標(biāo)程序占用內(nèi)存多，且執(zhí)行時(shí)間比較長，多用于科學(xué)計(jì)算、工業(yè)設(shè)計(jì)、企業(yè)管理。匯編語言程序高級語言程序機(jī)器語言程序匯編程序編譯程序源程序目標(biāo)程序1.2.1 單片機(jī)發(fā)展概述1.2.2 單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用1.2.3 單片機(jī)應(yīng)用案例1.2.4 單片機(jī)分類1.2 單片機(jī)的發(fā)展一、電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史 1、第一代（19461958）：電子管計(jì)算機(jī)。 用于：科學(xué)計(jì)算2、第二代（19581964）：晶體管計(jì)算機(jī)。 用于：科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制3、第三代（19641971）：集成電路計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)。 用于：科學(xué)計(jì)算、數(shù)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(jì)算機(jī)。

12、 用于：計(jì)算量極大的高尖技術(shù)及國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域出現(xiàn)了微型機(jī)。5、第五代：智能型計(jì)算機(jī)。 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(jìn)行會話處理。1.2.1單片機(jī)發(fā)展概述二、單片微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史單片機(jī)的核心部分：微處理器的發(fā)展已經(jīng)歷了五代。第一代（19711976）：萌芽階段，發(fā)展各種4位單片機(jī)；第二代（19761980）：初級8位機(jī)階段； Intel MCS48系列單片機(jī)第三代（19801983）：高檔8位單片機(jī)階段； Intel MCS51系列單片機(jī)第四代（1983）：16位及更高位單片機(jī)階段； Intel MCS961976- ：初級8位單片機(jī) Inte

13、l MCS-48系列1980- ：高檔8位單片機(jī) 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(jià)型89C2051/10511983- ：16位單片機(jī) Intel MCS-96 系列： 8098/8096、80C198/80C196 32位單片機(jī) 80960 低檔型：8021、8022 MCS48 基本型：8048、8748、8038 （從1976年起） 改進(jìn)型：8049、8749、8039和8050、 8750、8040 基本型：8051、8751、8031 MCS51 改進(jìn)型：

14、8052、8752、8032 （從1980年起） 低功耗型：80C51、87C51、80C31 強(qiáng)性能型：83C252、87C252、80C252 早期產(chǎn)品： 8X9X（8096） MCS96 改進(jìn)型： 8X9XBH、8X9XJF （從1983年起） 新產(chǎn)品： 8098（準(zhǔn)） 強(qiáng)功能型：80C196、80C198（準(zhǔn)）三、單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向（1）內(nèi)部結(jié)構(gòu) （2）功耗和電源電壓方面 （3）工藝的進(jìn)步及抗干擾能力的提高 （4）存儲能力和Internet連接 1.2.2 單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用 一、單片機(jī)的特點(diǎn) （1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)； （2）控制功能強(qiáng)，運(yùn)行速度快，使用靈活，速度快； （3）體

15、積小、重量輕、價(jià)格低、功耗?。?（4）受集成度限制，片內(nèi)存儲器容量較小，一般ROM在8KB以下，內(nèi)RAM在256B以內(nèi)。但易擴(kuò)展，易于開發(fā)。 單片機(jī)是應(yīng)工業(yè)測控的需要而誕生的,它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的,故又稱單片微控制器。二、單片機(jī)的應(yīng)用 以單片機(jī)為核心的應(yīng)用系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于： 家用電器； 儀器儀表； 網(wǎng)絡(luò)與通信的智能接口； 工業(yè)過程控制； 航空、汽車等領(lǐng)域。智能儀器儀表 單片機(jī)用于各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能化，同時(shí)還簡化了儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，從而可以方便地完成儀器儀表產(chǎn)品的升級換代。如各種智能電氣測量儀表、智能傳感器等。機(jī)電一體化產(chǎn)品

16、 機(jī)電一體化產(chǎn)品是集機(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，具有智能化特征的各種機(jī)電產(chǎn)品。單片機(jī)在機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產(chǎn)品如機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、點(diǎn)鈔機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、智能終端等。實(shí)時(shí)工業(yè)控制 單片機(jī)還可以用于各種物理量的采集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)的采集和控制均可以利用單片機(jī)方便地實(shí)現(xiàn)。在這類系統(tǒng)中，利用單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器，可以根據(jù)被控對象的不同特征采用不同的智能算法，實(shí)現(xiàn)期望的控制指標(biāo)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。典型應(yīng)用如。電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動生產(chǎn)線等分布式系統(tǒng)的前端模塊在較復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用

17、分布式測控系統(tǒng)完成大量的分布參數(shù)的采集。在這類系統(tǒng)中，采用單片機(jī)作為分布式系統(tǒng)的前端采集模塊，系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠，數(shù)據(jù)采集方便靈活，成本低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)。1.2.3 單片機(jī)應(yīng)用案例1.2.4 單片機(jī)的分類 單片機(jī)的總類很多，主要有 INTEL系列 MOTOLORA系列 PHLIPS系列等 其中INTEL公司的8051是比較流行的單片機(jī)系列，因此，我們講述INTEL公司的8051系列，8051系列主要有三種芯片。它們是8031、8051、8751，稱為MCS-51子系列。1.2.5MCS-51單片機(jī)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(jī)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。 硬件基本配置：1. 8位CPU2. 片內(nèi)ROM/EPROM、RAM3. 片內(nèi)并行 I/O接口4. 片內(nèi)16位定時(shí)器/計(jì)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口其中：8051：