單片機(jī)第1章課件

單片機(jī)與接口技術(shù)任課教師：杜曉物理科學(xué)與電子技術(shù)學(xué)院單片機(jī)與接口技術(shù)任課教師：杜曉授課內(nèi)容：8051單片機(jī)原理、接口技術(shù)、編程技術(shù)。授課時數(shù)：48時，其中實(shí)驗12課時（6個實(shí)驗）。前導(dǎo)課程：數(shù)字電路、模擬電路、C語言課程性質(zhì)：考試科目。作業(yè)要求：每周五下午前交作業(yè)，及時、認(rèn)真地完成，交作業(yè)時取回前次作業(yè)。成績評定：期末考試60%，實(shí)驗20%，平時20%課程簡介：授課內(nèi)容：8051單片機(jī)原理、接口技術(shù)、編程技術(shù)。課程簡介：另外推薦的參考書：[1]胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)（第二版）.清華大學(xué)出版社，2004年5月 （硬件）[2]李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第三版）.北京航空航天大學(xué)出版社，2005年10月 （硬件）[3]馬忠梅.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計（第四版）.北京航空航天大學(xué)出版社，2007年2月（軟件）另外推薦的參考書：[1]胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)（第二作業(yè)交至：辦公室（逸夫?qū)嶒灅?01室）聯(lián)系電話問題需要討論的： 上班時間請到辦公室或單片機(jī)實(shí)驗室 將問題發(fā)至：duxiaodx@126.com 或在作業(yè)中夾紙條提問.聯(lián)系方式：作業(yè)交至：辦公室（逸夫?qū)嶒灅?01室）聯(lián)系方式： 在學(xué)習(xí)單片機(jī)的過程中，注意以下幾個方面的問題：1、從應(yīng)用的角度掌握單片機(jī)的編程模型，熟練掌握單片機(jī)中各種特殊功能寄存器的使用、重要控制部件的操作方法。2、熟悉單片機(jī)的匯編語言，能夠編制較小的匯編語言程序。3、重點(diǎn)學(xué)習(xí)C51語言，會用C51編寫單片機(jī)程序。4、熟悉KeilC51集成開發(fā)環(huán)境，熟悉程序編譯、調(diào)試等過程。5、注意學(xué)習(xí)各種常用接口器件的使用，會編寫相應(yīng)的驅(qū)動程序。 比如：ADC、DAC、溫度傳感器、鍵盤/顯示器接口電路、可編程并行I/O擴(kuò)展器件等等。6、加強(qiáng)模擬電路和數(shù)字電路的學(xué)習(xí)。7、多動手、多實(shí)踐、認(rèn)真做好實(shí)驗，有條件的可以自己購買單片機(jī)開發(fā)板。8、推薦大家學(xué)習(xí)單片機(jī)系統(tǒng)仿真軟件Proteus，用它來練習(xí)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計。對單片機(jī)學(xué)習(xí)的幾點(diǎn)建議： 在學(xué)習(xí)單片機(jī)的過程中，注意以下幾個方面的問題：對單片機(jī)學(xué)習(xí)第1章概述1.1單片機(jī)的基本概念1.2單片機(jī)的發(fā)展1.3單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用1.4單片機(jī)的類型與常用單片機(jī)系列第1章概述1.1單片機(jī)的基本概念本章重點(diǎn)：

1、單片機(jī)的特點(diǎn)及其與通用微機(jī)的區(qū)別。

2、MCS-51系列單片機(jī)的特點(diǎn)。本章重點(diǎn)：

1、單片機(jī)的特點(diǎn)及其與通用微機(jī)的區(qū)別。

何謂單片機(jī)？

單片機(jī)：全稱為單片微型計算機(jī)，由于主要應(yīng)用于控制領(lǐng)域，因此又稱“微控制器”（MCU）。是將計算機(jī)的基本部件微型化并集成在一塊芯片上 的微型計算機(jī)。1.1單片機(jī)的基本概念何謂單片機(jī)？1.1單片機(jī)的基本概念 1946年2月14日，世界上第一臺電腦ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator），電子數(shù)字積分器與計算器）在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生。這是一種用電子管制作的計算機(jī)，目的是用來計算炮彈彈道。地面積約63平方米，重達(dá)30噸，耗電量150千瓦，造價48萬美元，每秒執(zhí)行5000次加法或400次乘法。1.1.1單片機(jī)的發(fā)展歷程 1946年2月14日，世界上第一臺電腦ENIAC（Ele

20世紀(jì)70年代微處理器出現(xiàn)：小型、廉價，可以嵌入到控制對象中實(shí)現(xiàn)智能控制，產(chǎn)生了嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)（即嵌入式系統(tǒng)）。

嵌入式系統(tǒng)（Embeddedsystem）：是一種軟、硬件一體化，為特定應(yīng)用而設(shè)計的專用計算機(jī)系統(tǒng)，用以完成預(yù)先定義的特定任務(wù)。

（1）通用計算機(jī)系統(tǒng)：（面向數(shù)據(jù)處理）286→386→486→586(PENTIUM)→PENTIUMII→PENTIUMIII→…… （2）嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)：（面向控智能制） 向單片化、增強(qiáng)控制能力的方向發(fā)展。

單片機(jī)時代到來。 由此計算機(jī)技術(shù)的兩大分支產(chǎn)生： 20世紀(jì)70年代微處理器出現(xiàn)：小型、廉價，可以嵌入到控制對單片機(jī)的兩種應(yīng)用模式：1.1.2 單片機(jī)技術(shù)的多學(xué)科交叉特點(diǎn) （2）計算機(jī)應(yīng)用模式：以計算機(jī)專業(yè)人員為主，從計算機(jī)專業(yè)的角度介入嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，使用嵌入式軟、硬件平臺，以通信、網(wǎng)絡(luò)為主要應(yīng)用。特點(diǎn)：有明顯的計算機(jī)工程應(yīng)用特點(diǎn)，但通常對電路系統(tǒng)特性、基本外圍電路設(shè)計方法、對具體應(yīng)用對象專業(yè)知識了解不夠。 （1）電子系統(tǒng)設(shè)計模式：以電子應(yīng)用工程師為主體，將單片機(jī)當(dāng)作一個器件來使用，實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)的智能化。特點(diǎn)：軟/硬件的底層性、隨意性，與應(yīng)用對象的專業(yè)技術(shù)密切相關(guān)，缺少計算機(jī)工程設(shè)計方法。單片機(jī)的兩種應(yīng)用模式：1.1.2 單片機(jī)技術(shù)的多學(xué)科交叉特點(diǎn)

微處理器：主要任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，向高速運(yùn)算、大規(guī)模、大容量存儲器方向發(fā)展。 1.1.3單片機(jī)的功能結(jié)構(gòu)特征 單片機(jī)：著眼于嵌入式控制，向增強(qiáng)控制功能、提高可靠性、靈活方便的方向發(fā)展。 微處理器：主要任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，向高速運(yùn)算、大規(guī)1.單片機(jī)與微型計算機(jī)的基本功能組成部分圖1.1微機(jī)組成結(jié)構(gòu)框圖 微型計算機(jī)的基本組成結(jié)構(gòu)：

以總線的方式將CPU、存儲器、I/O接口有機(jī)地相連，通過I/O接口配置各種外部設(shè)備構(gòu)成微機(jī)硬件系統(tǒng)。

三大總線：地址總線、控制總線、數(shù)據(jù)總線。1.單片機(jī)與微型計算機(jī)的基本功能組成部分圖1.1微機(jī)組

針對嵌入式應(yīng)用的要求，單片機(jī)中加入了各種實(shí)時控制器件。

單片機(jī)：將CPU、ROM、RAM、I/O接口、實(shí)時控制器件集成到一個芯片上。單片機(jī)和輸入/輸出設(shè)備即可構(gòu)成微型計算機(jī)。圖1.2單片機(jī)組成框圖集成在一個芯片上2.單片機(jī)與通用微機(jī)不同的功能結(jié)構(gòu)特征針對嵌入式應(yīng)用的要求，單片機(jī)中加入了各種實(shí)時控制器件。圖通用微機(jī)單片機(jī)核心部件CPU面向數(shù)據(jù)處理，計算速度高、計算精度高。支持浮點(diǎn)運(yùn)算、采用流水線技術(shù)、并行處理、主頻高。面向控制，數(shù)據(jù)處理能力弱、精度相對低。大多不支持浮點(diǎn)運(yùn)算、時鐘頻率低。存儲器系統(tǒng)存儲器容量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)據(jù)存取速度高。ROM和RAM共用一個存儲空間存儲器結(jié)構(gòu)較簡單，ROM、RAM采用兩個獨(dú)立的地址空間。總線及外設(shè)通過標(biāo)準(zhǔn)總線連接標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)，力求即插即用。外設(shè)非標(biāo)準(zhǔn)，需要設(shè)計具體的接口電路。三大組成部分上的區(qū)別：通用微機(jī)單片機(jī)核心部件CPU面向數(shù)據(jù)處理，計算速度高、計算精

CPU：構(gòu)成微型計算機(jī)的核心部件，由運(yùn)算器、控制器及若干寄存器構(gòu)成。

單板機(jī)：CPU、存儲器、I/O接口電路及簡單的輸入/輸出設(shè)備組裝在一塊印刷電路板上。

微型計算機(jī)：將CPU、存儲器、I/O接口電路通過總線連接成的一個整體。

微型計算機(jī)系統(tǒng)：微型計算機(jī)、外部設(shè)備、電源、系統(tǒng)軟件構(gòu)成。幾個常用名詞的區(qū)別： CPU：構(gòu)成微型計算機(jī)的核心部件，由運(yùn)算器、控制器及小結(jié)：單片機(jī)與通用微機(jī)的區(qū)別（3）功能結(jié)構(gòu)不同CPU存儲器系統(tǒng)總線及外設(shè)（1）應(yīng)用對象不同（2）發(fā)展方向不同單芯片？實(shí)時控制器件三大組成部分方面小結(jié)：單片機(jī)與通用微機(jī)的區(qū)別CPU存儲器系統(tǒng)總線及外設(shè)（1）2、8位單片機(jī)：1976年Intel公司MCS-48系列 1980年Intel公司MCS-51系列等 目前應(yīng)用：自動化裝置、智能儀器儀表、家用電器等1.2單片機(jī)的發(fā)展1.2.1單片機(jī)的發(fā)展概況1、4位單片機(jī)：1971年Intel公司的4004 目前應(yīng)用：鼠標(biāo)器、玩具、電池充電器、家用電器遙控器等3、16位單片機(jī)：1983年Intel公司MCS-96系列 TI公司MSP430系列（功耗低） 目前應(yīng)用：工業(yè)控制、智能儀器儀表、 便攜式設(shè)備2、8位單片機(jī)：1976年Intel公司MCS-48系列1.5、64位單片機(jī)

英國Inmos公司的T800系列 目前主要應(yīng)用：引擎控制、 智能機(jī)器人、語音/圖像通信等4、32位單片機(jī)

以ARM系列單片機(jī)為代表 目前主要應(yīng)用：激光打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、汽車導(dǎo)航儀、智能手機(jī)、智能機(jī)器人等5、64位單片機(jī)4、32位單片機(jī)從體系結(jié)構(gòu)上看,單片機(jī)自誕生以來,經(jīng)歷了從SCM到MCU再到SOC的發(fā)展過程。以51系列單片機(jī)為例：（1）SCM：單片微型計算機(jī)，力求單片化，以方便嵌入式應(yīng)用。 以Intel公司的MCS-51為代表。（2）MCU：微控制器，擴(kuò)展各種控制功能，增強(qiáng)控制能力。 以Philips公司的80C51為代表。（3）SOC：片上系統(tǒng)，力求用單芯片實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。 以美國Cygnal公司的C8051F系列為代表。 ADC、DAC、電壓比較器、看門狗定時器、可編程計數(shù)器/定時器陣列、I2C、SPI、SMBus總線等等。1.2.2單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展1.體系結(jié)構(gòu)的變化從體系結(jié)構(gòu)上看,單片機(jī)自誕生以來,經(jīng)歷了從SCM到M（4）SOPC：片上可編程系統(tǒng)

用可編程邏輯技術(shù)把整個系統(tǒng)放到一塊硅片上,它不是簡單的SOC，而是可編程系統(tǒng)，具有極高的靈活性，可裁減、可擴(kuò)充、可升級，具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能。SOPC被稱為“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的未來”。以美國Altera公司的NiosII及Xilinx公司的MicroBlaze為代表。至少包含一個嵌入式處理器內(nèi)核；豐富的IPCore資源可供選擇；足夠的片上可編程邏輯資源；處理器調(diào)試接口和FPGA編程接口；可能包含部分可編程模擬電路；單芯片、低功耗、微封裝。（4）SOPC：片上可編程系統(tǒng) 用可編程邏輯技術(shù)把整個系統(tǒng)放提高單片機(jī)的抗干擾能力、降低噪聲和時鐘頻率，同時提高運(yùn)算速度是單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個方向。（1）改善了單片機(jī)的內(nèi)部時序。在不提高時鐘頻率的條件下,提高運(yùn)算速度。（2）使用鎖相環(huán)技術(shù)或內(nèi)部倍頻技術(shù)。使單片機(jī)內(nèi)部總線速度大大高于時鐘產(chǎn)生器的頻率，從而既提高運(yùn)算速度又降低噪聲。2.單片機(jī)速度越來越快提高單片機(jī)的抗干擾能力、降低噪聲和時鐘頻率，同時提高運(yùn)算 單片機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，以電池供電的應(yīng)用越來越多，而且由于產(chǎn)品體積的限制，很多是用鈕扣電池供電，要求系統(tǒng)功耗盡可能低，如手持式儀表、水表、燃?xì)獗?、玩具等?（1）為降低功耗，幾乎所有的單片機(jī)都有Wait、Stop等省電運(yùn)行方式。 （2）為降低功耗、同時提高運(yùn)算速度，可進(jìn)一步降低單片機(jī)供電電壓。3.低電壓與低功耗 單片機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，以電池供電的應(yīng)用越來越多，而且由于產(chǎn)為提高單片機(jī)系統(tǒng)的抗電磁干擾能力,使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境,滿足電磁兼容性方面更高標(biāo)準(zhǔn)的要求,各單片機(jī)商家在單片機(jī)內(nèi)部電路中采取了一些新的技術(shù)措施：（1）單片機(jī)片內(nèi)增加了看門狗定時器。（2）單片機(jī)內(nèi)部增加了抗EMI電路，進(jìn)一步增強(qiáng)看門狗定時器的性能。4.低噪聲與高可靠性技術(shù)注：看門狗的作用是防止程序發(fā)生死循環(huán)。為提高單片機(jī)系統(tǒng)的抗電磁干擾能力,使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工 （1）掩膜單片機(jī) 其內(nèi)部程序在單片機(jī)廠家生產(chǎn)時候就固化了，無法再更改，程序存儲器采用ROM，生產(chǎn)周期長，適合成熟的產(chǎn)品。大批量下成本低。

（2）OTP(OneTimeProgramable)單片機(jī) 是一次性寫入的單片機(jī)，內(nèi)部程序存儲器采用熔絲技術(shù)，編程過程是燒斷一些熔絲，這一過程不可逆。適合既要求一定靈活性，又要求低成本的應(yīng)用場合，尤其是功能不斷翻新、需要迅速量產(chǎn)的電子產(chǎn)品。價格略高于掩膜單片機(jī)。5.OTP與掩膜 （1）掩膜單片機(jī)5.OTP與掩膜

MTP（multipletimeprogrammable）:多次可編程內(nèi)部程序存儲器采用EEPROM或FlashROM，程序可以反復(fù)擦寫，靈活性很強(qiáng)，適合對價格不敏感的應(yīng)用場合或做開發(fā)用途。價格稍高于OTP產(chǎn)品。

6.MTP向OTP挑戰(zhàn) MTP（multipletimeprogrammabl在線編程目前有兩種不同方式:

(1)ISP(InSystemProgramming),即在系統(tǒng)編程。“在系統(tǒng)編程”，即不用脫離系統(tǒng)，使用下載線寫入程序。但程序升級需要到現(xiàn)場解決。 (2)IAP(InApplicationProgramming),即在應(yīng)用編程。芯片本身(或通過外圍的芯片)可以通過一系列操作將程序?qū)懭耄梢赃h(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)程序升級。7.在線編程技術(shù)在線編程目前有兩種不同方式:7.在線編程技術(shù)一些新型的SOC單片機(jī)都具有在線仿真功能,這些單片機(jī)都配置了JTAG接口。JTAG(JointTestActionGroup,聯(lián)合測試行動小組)是一種國際標(biāo)準(zhǔn)測試協(xié)議(IEEE1149.1兼容),主要用于芯片內(nèi)部測試。8.在線仿真技術(shù)一些新型的SOC單片機(jī)都具有在線仿真功能,這些單片機(jī)都單片機(jī)增加I2C、SPI串行接口功能是為了方便系統(tǒng)與外圍設(shè)備連接。用戶可以通過I2C、SPI串行接口連接諸如傳感器等設(shè)備,完成檢測功能,同時把系統(tǒng)情況通過串口傳送給上位機(jī)管理系統(tǒng),完成遠(yuǎn)程設(shè)備的控制。大部分單片機(jī)廠家的后繼產(chǎn)品都提供了這樣的功能。9.增加I2C、SPI串行接口功能單片機(jī)增加I2C、SPI串行接口功能是為了方便系統(tǒng)與與通用微機(jī)相比較,單片機(jī)在結(jié)構(gòu)、指令設(shè)置上均有其獨(dú)特之處,主要特點(diǎn)如下:1.3單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用1.3.1單片機(jī)的特點(diǎn)(1)單片機(jī)的存儲器ROM和RAM是嚴(yán)格區(qū)分的。ROM稱為程序存儲器,只存放程序、固定常數(shù)及數(shù)據(jù)表格。RAM則為數(shù)據(jù)存儲器,用作工作區(qū)及存放用戶數(shù)據(jù)。與通用微機(jī)相比較,單片機(jī)在結(jié)構(gòu)、指令設(shè)置上均有其獨(dú)

(2)采用面向控制的指令系統(tǒng)。為滿足控制的需要,單片機(jī)有更強(qiáng)的邏輯控制能力,特別是單片機(jī)具有很強(qiáng)的位處理能力。 (3)單片機(jī)的I/O引腳通常是多功能的。由于單片機(jī)芯片上引腳數(shù)目有限,為了解決實(shí)際引腳數(shù)和需要的信號線的矛盾,采用了引腳功能復(fù)用的方法,引腳處于何種功能,可由指令來設(shè)置或由機(jī)器狀態(tài)來區(qū)分。 (2)采用面向控制的指令系統(tǒng)。為滿足控制的需要,單片

(4)單片機(jī)的外部擴(kuò)展能力很強(qiáng)。在內(nèi)部的各種功能部件不能滿足應(yīng)用需求時,均可在外部進(jìn)行擴(kuò)展(如擴(kuò)展ROM、RAM,I/O接口,定時器/計數(shù)器,中斷系統(tǒng)等),與許多通用的微機(jī)接口芯片兼容,給應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計帶來極大的方便。(4)單片機(jī)的外部擴(kuò)展能力很強(qiáng)。在內(nèi)部的各種功能部件單片機(jī)的應(yīng)用范圍十分廣泛,主要的應(yīng)用領(lǐng)域有:1.3.2單片機(jī)的應(yīng)用

(2)儀器儀表：如智能儀器、醫(yī)療器械、數(shù)字示波器等。

(1)工業(yè)控制：單片機(jī)可以構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等,如數(shù)控機(jī)床、自動生產(chǎn)線控制、電機(jī)控制、溫度控制等。單片機(jī)的應(yīng)用范圍十分廣泛,主要的應(yīng)用領(lǐng)域有:1.3.2

(4)商用產(chǎn)品：如自動售貨機(jī)、電子收款機(jī)、電子稱等。

(3)計算機(jī)外部設(shè)備與智能接口：如圖形終端機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、繪圖儀、磁盤/磁帶機(jī)、智能終端機(jī)等。

(5)家用電器：如微波爐、電視機(jī)、空調(diào)、洗衣機(jī)、錄像機(jī)、音響設(shè)備等。(4)商用產(chǎn)品：如自動售貨機(jī)、電子收款機(jī)、電子稱等目前單片機(jī)產(chǎn)品有60多個系列,1000多種型號,流行體系結(jié)構(gòu)有30多個系列,門類齊全,能滿足各種應(yīng)用需求。1.4單片機(jī)的類型與常用單片機(jī)系列1.4.1單片機(jī)的類型 眾多的單片機(jī)可以從不同角度進(jìn)行分類。按單片機(jī)數(shù)據(jù)總線的位數(shù),可將單片機(jī)分為4位、8位、16位、32位。目前單片機(jī)產(chǎn)品有60多個系列,1000多種型號,流行單片機(jī)還可以從編程方式上分為OTPROM型、Flash型、ISP型、IAP型及JTAG接口型;從制造工藝技術(shù)上可分為普通MOS型、CMOS型、HMOS型、CHMOS型和HCMOS型;從功耗上可分為普通型和低功耗型;從性價比上可分為普通型和經(jīng)濟(jì)型等。單片機(jī)還可以從編程方式上分為OTPROM型、Flash目前,在國內(nèi)市場上流行的單片機(jī)不下十幾種,占據(jù)主導(dǎo)地位的仍是51內(nèi)核及其兼容單片機(jī)。這些單片機(jī)和MCS51單片機(jī)的指令完全兼容,資料和開發(fā)設(shè)備比較齊全,價格也比較便宜。另外,從學(xué)習(xí)的角度來看,有了51單片機(jī)的基礎(chǔ)后,再學(xué)習(xí)其他單片機(jī)時則非常容易。1.4.2目前流行的51內(nèi)核的8位單片機(jī)目前,在國內(nèi)市場上流行的單片機(jī)不下十幾種,占據(jù)主導(dǎo)地

1.MCS51系列單片機(jī)MCS51系列單片機(jī)是Intel公司生產(chǎn)的功能比較強(qiáng)、價格比較低,較早應(yīng)用的單片機(jī),目前仍被廣泛應(yīng)用。

2.ATMEL公司的89系列單片機(jī)美國ATMEL公司的89系列單片機(jī)是以8051核構(gòu)成的,它和8051系列單片機(jī)是兼容的系列。1.MCS51系列單片機(jī)2.ATMEL公司的表1.1MCS51單片機(jī)主要產(chǎn)品及其性能表1.1MCS51單片機(jī)主要產(chǎn)品及其性能單片機(jī)第1章課件表1.2ATMEL公司的89系列單片機(jī)主要產(chǎn)品及其性能表1.2ATMEL公司的89系列單片機(jī)主要產(chǎn)品及其性能單片機(jī)第1章課件

3.SST公司的SST89系列單片機(jī)美國SST公司生產(chǎn)的SST89系列單片機(jī)以51為內(nèi)核,與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容。SST生產(chǎn)的與51內(nèi)核兼容的單片機(jī)主要機(jī)型及其性能如表1.3所示。3.SST公司的SST89系列單片機(jī)表1.3SST89系列單片機(jī)主要機(jī)型及其性能表1.3SST89系列單片機(jī)主要機(jī)型及其性能4.PHILIPS公司的增強(qiáng)型80C51系列單片機(jī)PHILIPS公司的增強(qiáng)型8位80C51單片機(jī)系列提供了完整的產(chǎn)品類型,可滿足各個應(yīng)用領(lǐng)域的需求。其產(chǎn)品類型包括通用型、Flash型、OTP型和低成本經(jīng)濟(jì)型。其主要產(chǎn)品系列包括P80、P87、P89、LPC76、LPC900等系列,有50多種產(chǎn)品。4.PHILIPS公司的增強(qiáng)型80C51系列單片機(jī)在同一時鐘頻率下這類單片機(jī)的運(yùn)行速度是8051的6倍,應(yīng)用編程(IAP)和在線編程(ICP)允許用戶EPROM實(shí)現(xiàn)簡單的串行代碼編程,使得程序存儲器可用于非易失性數(shù)據(jù)的存儲,配有模擬比較器、WDT、復(fù)位電路等,芯片僅有8個引腳。PHILIPS公司的增強(qiáng)型80C51系列單片機(jī)的主要產(chǎn)品及其性能見表1.4。在同一時鐘頻率下這類單片機(jī)的運(yùn)行速度是8051的6倍,表1.4PHILIPS公司80C51系列單片機(jī)主要機(jī)型及其性能表1.4PHILIPS公司80C51系列單片機(jī)主要機(jī)型及其單片機(jī)與接口技術(shù)任課教師：杜曉物理科學(xué)與電子技術(shù)學(xué)院單片機(jī)與接口技術(shù)任課教師：杜曉授課內(nèi)容：8051單片機(jī)原理、接口技術(shù)、編程技術(shù)。授課時數(shù)：48時，其中實(shí)驗12課時（6個實(shí)驗）。前導(dǎo)課程：數(shù)字電路、模擬電路、C語言課程性質(zhì)：考試科目。作業(yè)要求：每周五下午前交作業(yè)，及時、認(rèn)真地完成，交作業(yè)時取回前次作業(yè)。成績評定：期末考試60%，實(shí)驗20%，平時20%課程簡介：授課內(nèi)容：8051單片機(jī)原理、接口技術(shù)、編程技術(shù)。課程簡介：另外推薦的參考書：[1]胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)（第二版）.清華大學(xué)出版社，2004年5月 （硬件）[2]李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第三版）.北京航空航天大學(xué)出版社，2005年10月 （硬件）[3]馬忠梅.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計（第四版）.北京航空航天大學(xué)出版社，2007年2月（軟件）另外推薦的參考書：[1]胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)（第二作業(yè)交至：辦公室（逸夫?qū)嶒灅?01室）聯(lián)系電話問題需要討論的： 上班時間請到辦公室或單片機(jī)實(shí)驗室 將問題發(fā)至：duxiaodx@126.com 或在作業(yè)中夾紙條提問.聯(lián)系方式：作業(yè)交至：辦公室（逸夫?qū)嶒灅?01室）聯(lián)系方式： 在學(xué)習(xí)單片機(jī)的過程中，注意以下幾個方面的問題：1、從應(yīng)用的角度掌握單片機(jī)的編程模型，熟練掌握單片機(jī)中各種特殊功能寄存器的使用、重要控制部件的操作方法。2、熟悉單片機(jī)的匯編語言，能夠編制較小的匯編語言程序。3、重點(diǎn)學(xué)習(xí)C51語言，會用C51編寫單片機(jī)程序。4、熟悉KeilC51集成開發(fā)環(huán)境，熟悉程序編譯、調(diào)試等過程。5、注意學(xué)習(xí)各種常用接口器件的使用，會編寫相應(yīng)的驅(qū)動程序。 比如：ADC、DAC、溫度傳感器、鍵盤/顯示器接口電路、可編程并行I/O擴(kuò)展器件等等。6、加強(qiáng)模擬電路和數(shù)字電路的學(xué)習(xí)。7、多動手、多實(shí)踐、認(rèn)真做好實(shí)驗，有條件的可以自己購買單片機(jī)開發(fā)板。8、推薦大家學(xué)習(xí)單片機(jī)系統(tǒng)仿真軟件Proteus，用它來練習(xí)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計。對單片機(jī)學(xué)習(xí)的幾點(diǎn)建議： 在學(xué)習(xí)單片機(jī)的過程中，注意以下幾個方面的問題：對單片機(jī)學(xué)習(xí)第1章概述1.1單片機(jī)的基本概念1.2單片機(jī)的發(fā)展1.3單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用1.4單片機(jī)的類型與常用單片機(jī)系列第1章概述1.1單片機(jī)的基本概念本章重點(diǎn)：

1、單片機(jī)的特點(diǎn)及其與通用微機(jī)的區(qū)別。

2、MCS-51系列單片機(jī)的特點(diǎn)。本章重點(diǎn)：

1、單片機(jī)的特點(diǎn)及其與通用微機(jī)的區(qū)別。

何謂單片機(jī)？

單片機(jī)：全稱為單片微型計算機(jī)，由于主要應(yīng)用于控制領(lǐng)域，因此又稱“微控制器”（MCU）。是將計算機(jī)的基本部件微型化并集成在一塊芯片上 的微型計算機(jī)。1.1單片機(jī)的基本概念何謂單片機(jī)？1.1單片機(jī)的基本概念 1946年2月14日，世界上第一臺電腦ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator），電子數(shù)字積分器與計算器）在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生。這是一種用電子管制作的計算機(jī)，目的是用來計算炮彈彈道。地面積約63平方米，重達(dá)30噸，耗電量150千瓦，造價48萬美元，每秒執(zhí)行5000次加法或400次乘法。1.1.1單片機(jī)的發(fā)展歷程 1946年2月14日，世界上第一臺電腦ENIAC（Ele

20世紀(jì)70年代微處理器出現(xiàn)：小型、廉價，可以嵌入到控制對象中實(shí)現(xiàn)智能控制，產(chǎn)生了嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)（即嵌入式系統(tǒng)）。

嵌入式系統(tǒng)（Embeddedsystem）：是一種軟、硬件一體化，為特定應(yīng)用而設(shè)計的專用計算機(jī)系統(tǒng)，用以完成預(yù)先定義的特定任務(wù)。

（1）通用計算機(jī)系統(tǒng)：（面向數(shù)據(jù)處理）286→386→486→586(PENTIUM)→PENTIUMII→PENTIUMIII→…… （2）嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)：（面向控智能制） 向單片化、增強(qiáng)控制能力的方向發(fā)展。

單片機(jī)時代到來。 由此計算機(jī)技術(shù)的兩大分支產(chǎn)生： 20世紀(jì)70年代微處理器出現(xiàn)：小型、廉價，可以嵌入到控制對單片機(jī)的兩種應(yīng)用模式：1.1.2 單片機(jī)技術(shù)的多學(xué)科交叉特點(diǎn) （2）計算機(jī)應(yīng)用模式：以計算機(jī)專業(yè)人員為主，從計算機(jī)專業(yè)的角度介入嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，使用嵌入式軟、硬件平臺，以通信、網(wǎng)絡(luò)為主要應(yīng)用。特點(diǎn)：有明顯的計算機(jī)工程應(yīng)用特點(diǎn)，但通常對電路系統(tǒng)特性、基本外圍電路設(shè)計方法、對具體應(yīng)用對象專業(yè)知識了解不夠。 （1）電子系統(tǒng)設(shè)計模式：以電子應(yīng)用工程師為主體，將單片機(jī)當(dāng)作一個器件來使用，實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)的智能化。特點(diǎn)：軟/硬件的底層性、隨意性，與應(yīng)用對象的專業(yè)技術(shù)密切相關(guān)，缺少計算機(jī)工程設(shè)計方法。單片機(jī)的兩種應(yīng)用模式：1.1.2 單片機(jī)技術(shù)的多學(xué)科交叉特點(diǎn)

微處理器：主要任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，向高速運(yùn)算、大規(guī)模、大容量存儲器方向發(fā)展。 1.1.3單片機(jī)的功能結(jié)構(gòu)特征 單片機(jī)：著眼于嵌入式控制，向增強(qiáng)控制功能、提高可靠性、靈活方便的方向發(fā)展。 微處理器：主要任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，向高速運(yùn)算、大規(guī)1.單片機(jī)與微型計算機(jī)的基本功能組成部分圖1.1微機(jī)組成結(jié)構(gòu)框圖 微型計算機(jī)的基本組成結(jié)構(gòu)：

以總線的方式將CPU、存儲器、I/O接口有機(jī)地相連，通過I/O接口配置各種外部設(shè)備構(gòu)成微機(jī)硬件系統(tǒng)。

三大總線：地址總線、控制總線、數(shù)據(jù)總線。1.單片機(jī)與微型計算機(jī)的基本功能組成部分圖1.1微機(jī)組

針對嵌入式應(yīng)用的要求，單片機(jī)中加入了各種實(shí)時控制器件。

單片機(jī)：將CPU、ROM、RAM、I/O接口、實(shí)時控制器件集成到一個芯片上。單片機(jī)和輸入/輸出設(shè)備即可構(gòu)成微型計算機(jī)。圖1.2單片機(jī)組成框圖集成在一個芯片上2.單片機(jī)與通用微機(jī)不同的功能結(jié)構(gòu)特征針對嵌入式應(yīng)用的要求，單片機(jī)中加入了各種實(shí)時控制器件。圖通用微機(jī)單片機(jī)核心部件CPU面向數(shù)據(jù)處理，計算速度高、計算精度高。支持浮點(diǎn)運(yùn)算、采用流水線技術(shù)、并行處理、主頻高。面向控制，數(shù)據(jù)處理能力弱、精度相對低。大多不支持浮點(diǎn)運(yùn)算、時鐘頻率低。存儲器系統(tǒng)存儲器容量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)據(jù)存取速度高。ROM和RAM共用一個存儲空間存儲器結(jié)構(gòu)較簡單，ROM、RAM采用兩個獨(dú)立的地址空間?？偩€及外設(shè)通過標(biāo)準(zhǔn)總線連接標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)，力求即插即用。外設(shè)非標(biāo)準(zhǔn)，需要設(shè)計具體的接口電路。三大組成部分上的區(qū)別：通用微機(jī)單片機(jī)核心部件CPU面向數(shù)據(jù)處理，計算速度高、計算精

CPU：構(gòu)成微型計算機(jī)的核心部件，由運(yùn)算器、控制器及若干寄存器構(gòu)成。

單板機(jī)：CPU、存儲器、I/O接口電路及簡單的輸入/輸出設(shè)備組裝在一塊印刷電路板上。

微型計算機(jī)：將CPU、存儲器、I/O接口電路通過總線連接成的一個整體。

微型計算機(jī)系統(tǒng)：微型計算機(jī)、外部設(shè)備、電源、系統(tǒng)軟件構(gòu)成。幾個常用名詞的區(qū)別： CPU：構(gòu)成微型計算機(jī)的核心部件，由運(yùn)算器、控制器及小結(jié)：單片機(jī)與通用微機(jī)的區(qū)別（3）功能結(jié)構(gòu)不同CPU存儲器系統(tǒng)總線及外設(shè)（1）應(yīng)用對象不同（2）發(fā)展方向不同單芯片？實(shí)時控制器件三大組成部分方面小結(jié)：單片機(jī)與通用微機(jī)的區(qū)別CPU存儲器系統(tǒng)總線及外設(shè)（1）2、8位單片機(jī)：1976年Intel公司MCS-48系列 1980年Intel公司MCS-51系列等 目前應(yīng)用：自動化裝置、智能儀器儀表、家用電器等1.2單片機(jī)的發(fā)展1.2.1單片機(jī)的發(fā)展概況1、4位單片機(jī)：1971年Intel公司的4004 目前應(yīng)用：鼠標(biāo)器、玩具、電池充電器、家用電器遙控器等3、16位單片機(jī)：1983年Intel公司MCS-96系列 TI公司MSP430系列（功耗低） 目前應(yīng)用：工業(yè)控制、智能儀器儀表、 便攜式設(shè)備2、8位單片機(jī)：1976年Intel公司MCS-48系列1.5、64位單片機(jī)

英國Inmos公司的T800系列 目前主要應(yīng)用：引擎控制、 智能機(jī)器人、語音/圖像通信等4、32位單片機(jī)

以ARM系列單片機(jī)為代表 目前主要應(yīng)用：激光打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、汽車導(dǎo)航儀、智能手機(jī)、智能機(jī)器人等5、64位單片機(jī)4、32位單片機(jī)從體系結(jié)構(gòu)上看,單片機(jī)自誕生以來,經(jīng)歷了從SCM到MCU再到SOC的發(fā)展過程。以51系列單片機(jī)為例：（1）SCM：單片微型計算機(jī)，力求單片化，以方便嵌入式應(yīng)用。 以Intel公司的MCS-51為代表。（2）MCU：微控制器，擴(kuò)展各種控制功能，增強(qiáng)控制能力。 以Philips公司的80C51為代表。（3）SOC：片上系統(tǒng)，力求用單芯片實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。 以美國Cygnal公司的C8051F系列為代表。 ADC、DAC、電壓比較器、看門狗定時器、可編程計數(shù)器/定時器陣列、I2C、SPI、SMBus總線等等。1.2.2單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展1.體系結(jié)構(gòu)的變化從體系結(jié)構(gòu)上看,單片機(jī)自誕生以來,經(jīng)歷了從SCM到M（4）SOPC：片上可編程系統(tǒng)

用可編程邏輯技術(shù)把整個系統(tǒng)放到一塊硅片上,它不是簡單的SOC，而是可編程系統(tǒng)，具有極高的靈活性，可裁減、可擴(kuò)充、可升級，具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能。SOPC被稱為“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的未來”。以美國Altera公司的NiosII及Xilinx公司的MicroBlaze為代表。至少包含一個嵌入式處理器內(nèi)核；豐富的IPCore資源可供選擇；足夠的片上可編程邏輯資源；處理器調(diào)試接口和FPGA編程接口；可能包含部分可編程模擬電路；單芯片、低功耗、微封裝。（4）SOPC：片上可編程系統(tǒng) 用可編程邏輯技術(shù)把整個系統(tǒng)放提高單片機(jī)的抗干擾能力、降低噪聲和時鐘頻率，同時提高運(yùn)算速度是單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個方向。（1）改善了單片機(jī)的內(nèi)部時序。在不提高時鐘頻率的條件下,提高運(yùn)算速度。（2）使用鎖相環(huán)技術(shù)或內(nèi)部倍頻技術(shù)。使單片機(jī)內(nèi)部總線速度大大高于時鐘產(chǎn)生器的頻率，從而既提高運(yùn)算速度又降低噪聲。2.單片機(jī)速度越來越快提高單片機(jī)的抗干擾能力、降低噪聲和時鐘頻率，同時提高運(yùn)算 單片機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，以電池供電的應(yīng)用越來越多，而且由于產(chǎn)品體積的限制，很多是用鈕扣電池供電，要求系統(tǒng)功耗盡可能低，如手持式儀表、水表、燃?xì)獗?、玩具等?（1）為降低功耗，幾乎所有的單片機(jī)都有Wait、Stop等省電運(yùn)行方式。 （2）為降低功耗、同時提高運(yùn)算速度，可進(jìn)一步降低單片機(jī)供電電壓。3.低電壓與低功耗 單片機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，以電池供電的應(yīng)用越來越多，而且由于產(chǎn)為提高單片機(jī)系統(tǒng)的抗電磁干擾能力,使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境,滿足電磁兼容性方面更高標(biāo)準(zhǔn)的要求,各單片機(jī)商家在單片機(jī)內(nèi)部電路中采取了一些新的技術(shù)措施：（1）單片機(jī)片內(nèi)增加了看門狗定時器。（2）單片機(jī)內(nèi)部增加了抗EMI電路，進(jìn)一步增強(qiáng)看門狗定時器的性能。4.低噪聲與高可靠性技術(shù)注：看門狗的作用是防止程序發(fā)生死循環(huán)。為提高單片機(jī)系統(tǒng)的抗電磁干擾能力,使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工 （1）掩膜單片機(jī) 其內(nèi)部程序在單片機(jī)廠家生產(chǎn)時候就固化了，無法再更改，程序存儲器采用ROM，生產(chǎn)周期長，適合成熟的產(chǎn)品。大批量下成本低。

（2）OTP(OneTimeProgramable)單片機(jī) 是一次性寫入的單片機(jī)，內(nèi)部程序存儲器采用熔絲技術(shù)，編程過程是燒斷一些熔絲，這一過程不可逆。適合既要求一定靈活性，又要求低成本的應(yīng)用場合，尤其是功能不斷翻新、需要迅速量產(chǎn)的電子產(chǎn)品。價格略高于掩膜單片機(jī)。5.OTP與掩膜 （1）掩膜單片機(jī)5.OTP與掩膜

MTP（multipletimeprogrammable）:多次可編程內(nèi)部程序存儲器采用EEPROM或FlashROM，程序可以反復(fù)擦寫，靈活性很強(qiáng)，適合對價格不敏感的應(yīng)用場合或做開發(fā)用途。價格稍高于OTP產(chǎn)品。

6.MTP向OTP挑戰(zhàn) MTP（multipletimeprogrammabl在線編程目前有兩種不同方式:

(1)ISP(InSystemProgramming),即在系統(tǒng)編程?！霸谙到y(tǒng)編程”，即不用脫離系統(tǒng)，使用下載線寫入程序。但程序升級需要到現(xiàn)場解決。 (2)IAP(InApplicationProgramming),即在應(yīng)用編程。芯片本身(或通過外圍的芯片)可以通過一系列操作將程序?qū)懭?，可以遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)程序升級。7.在線編程技術(shù)在線編程目前有兩種不同方式:7.在線編程技術(shù)一些新型的SOC單片機(jī)都具有在線仿真功能,這些單片機(jī)都配置了JTAG接口。JTAG(JointTestActionGroup,聯(lián)合測試行動小組)是一種國際標(biāo)準(zhǔn)測試協(xié)議(IEEE1149.1兼容),主要用于芯片內(nèi)部測試。8.在線仿真技術(shù)一些新型的SOC單片機(jī)都具有在線仿真功能,這些單片機(jī)都單片機(jī)增加I2C、SPI串行接口功能是為了方便系統(tǒng)與外圍設(shè)備連接。用戶可以通過I2C、SPI串行接口連接諸如傳感器等設(shè)備,完成檢測功能,同時把系統(tǒng)情況通過串口傳送給上位機(jī)管理系統(tǒng),完成遠(yuǎn)程設(shè)備的控制。大部分單片機(jī)廠家的后繼產(chǎn)品都提供了這樣的功能。9.增加I2C、SPI串行接口功能單片機(jī)增加I2C、SPI串行接口功能是為了方便系統(tǒng)與與通用微機(jī)相比較,單片機(jī)在結(jié)構(gòu)、指令設(shè)置上均有其獨(dú)特之處,主要特點(diǎn)如下:1.3單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用1.3.1單片機(jī)的特點(diǎn)(1)單片機(jī)的存儲器ROM和RAM是嚴(yán)格區(qū)分的。ROM稱為程序存儲器,只存放程序、固定常數(shù)及數(shù)據(jù)表格。RAM則為數(shù)據(jù)存儲器,用作工作區(qū)及存放用戶數(shù)據(jù)。與通用微機(jī)相比較,單片機(jī)在結(jié)構(gòu)、指令設(shè)置上均有其獨(dú)

(2)采用面向控制的指令系統(tǒng)。為滿足控制的需要,單片機(jī)有更強(qiáng)的邏輯控制能力,特別是單片機(jī)具有很強(qiáng)的位處理能力。 (3)單片機(jī)的I/O引腳通常是多功能的。由于單片機(jī)芯片上引腳數(shù)目有限,為了解決實(shí)際引腳數(shù)和需要的信號線的矛盾,采用了引腳功能復(fù)用的方法,引腳處于何種功能,可由指令來設(shè)置或由機(jī)器狀態(tài)來區(qū)分。 (2)采用面向控制的指令系統(tǒng)。為滿足控制的需要,單片

(4)單片機(jī)的外部擴(kuò)展能力很強(qiáng)。在內(nèi)部的各種功能部件不能滿足應(yīng)用需求時,均可在外部進(jìn)行擴(kuò)展(如擴(kuò)展ROM、RAM,I/O接口,定時器/計數(shù)器,中斷系統(tǒng)等),與許多通用的微機(jī)接口芯片兼容,給應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計帶來極大的方便。(4)單片機(jī)的外部擴(kuò)展能力很強(qiáng)。在內(nèi)部的各種功能部件單片機(jī)的應(yīng)用范圍十分廣泛,主要的應(yīng)用領(lǐng)域有:1.3.2單片機(jī)的應(yīng)用

(2)儀器儀表：如智能儀器、醫(yī)療器械、數(shù)字示波器等。

(1)工業(yè)控制：單片機(jī)可以構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等,如數(shù)控機(jī)床、自動生產(chǎn)線控制、電機(jī)控制、溫度控制等。單片機(jī)的應(yīng)用范圍十分廣泛,主要的應(yīng)用領(lǐng)域有:1.3.2

(4)商用產(chǎn)品：如自動售貨機(jī)、電子收款機(jī)、電子稱等。

(3)計算機(jī)外部