單片機原理及應用第一單元

單片機原理及應用

PrinciplesandApplicationofMicrocontroller常州大學信息科學與工程學院課程安排考試評分標準涉及內(nèi)容MCS-51的基本硬件結(jié)構(gòu)定時/計數(shù)器中斷系統(tǒng)串行口存儲器指令系統(tǒng)和程序設(shè)計接口設(shè)計課程要求本課程是實踐性較強的課程。通過課程的學習，掌握軟件編程和硬件電路設(shè)計的方法，能夠進行單片機應用系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試工作。第一章概述主要內(nèi)容計算機的概念計算機的發(fā)展歷史單片機的發(fā)展歷史單片機的應用特點典型的單片機產(chǎn)品單片機與自動化技術(shù)微處理器、微機、單片機馮.諾依曼結(jié)構(gòu):

計算機無論如何發(fā)展，其原理均采用存儲程序的概念，稱為馮.諾依曼結(jié)構(gòu)。它將計算機分成五個在功能上相互獨立的部分。

主機輸入設(shè)備輸出設(shè)備主存儲器CPU運算器控制器I/O設(shè)備第一章概述

這些部件在規(guī)模、速度、大小方面的不同就構(gòu)成了不同的計算機系統(tǒng)。微處理器（CPU、μP）

把運算器、控制器集成在一個集成電路芯片上就成為中央處理單元，也稱為CPU、微處理器、μP。它本身不是計算機，是小型計算機或微型計算機的控制和處理部分。第一章概述微型計算機（Microcomputer,簡稱微機PC） 是具有完整運算及控制功能的計算機。包括

微處理器(CPU)存儲器輸入/輸出（I/O）設(shè)備。接口適配器（輸入輸出接口電路）第一章概述微型計算機組成結(jié)構(gòu)微型計算機系統(tǒng)硬件微型計算機（主機）微處理器

(CPU)軟件外圍設(shè)備運算器控制器存儲器

(內(nèi)存)RAMROM外部設(shè)備輔助設(shè)備輸入設(shè)備(鍵盤、掃描儀、語音識別儀…)

輸出設(shè)備(顯示器、打印機、繪圖儀、…)

輔助存儲器(磁帶、磁盤、光盤)輸入/輸出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC…)(I/O接口)總線(AB、DB、CB)系統(tǒng)軟件(操作系統(tǒng)，編輯、編譯程序，故障診斷,監(jiān)控程序…)應用軟件(科學計算，工業(yè)控制，數(shù)據(jù)處理…)程序設(shè)計語言(機器語言、匯編語言、高級語言)電源電路時鐘電路第一章概述什么是單片機單片機：亦稱單片微型計算機（Single-ChipMicrocomputer）。

是將微處理器（CPU）、存儲器（只讀存儲器ROM和隨機存儲器RAM）、總線、定時器/計數(shù)器、輸入/輸出接口（I/O）和其他多種功能器件集成在一塊芯片上構(gòu)成的微型計算機。第一章概述第一章概述MCS-51單片機的外部引腳有兩種封裝形式，一種是44引腳的PLCC（PlasticLeadedChipCarrier的縮寫，即帶引線的塑封芯片載體），另一種是40引腳的PDIP（PlasticDual-In-Line塑封雙列直插式封裝）。單片機的主要特點：（1）集成度高、體積小。

單片機將CPU、存儲器、I/O接口等各種功能部件集成在一塊晶體芯片上，體積小，節(jié)省空間。能靈活，方便地應用于各種智能化的控制設(shè)備和儀器，實現(xiàn)機電一體化。（2）可靠性高，抗干擾性強。單片機把各種功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。第一章概述（3）控制功能強。

其CPU可以對I/O端口直接進行操作，可以進行位操作、分支轉(zhuǎn)移操作，還能方便地實現(xiàn)多機控制，使整個系統(tǒng)的控制效率大為提高，適用于專門的控制領(lǐng)域。（4）低功耗。

許多單片機的工作電壓只有2～4伏特，電流幾百微安，功耗很低，適用于便攜式系統(tǒng)。單片機的主要特點：第一章概述（5）可擴展性好。單片機具有靈活方便的外部擴展總線接口，使得當片內(nèi)資源不夠使用時可以非常方便地進行片外擴展。另外，現(xiàn)在單片機具有越來越豐富的通信接口：如異步串行口SCI、同步串行口SPI、I2C、CAN總線、甚至有的單片機還集成了USB接口或以太網(wǎng)接口，這些豐富的通信接口使得單片機系統(tǒng)與外部計算機系統(tǒng)的通信變得非常容易。（6）性價比高。單片機應用廣泛，生產(chǎn)批量大，產(chǎn)品供應商的商業(yè)競爭使得單片機產(chǎn)品的性能越來越強而價格低廉，有優(yōu)異的性能價格比。單片機的主要特點：第一章概述第一章概述單片機的發(fā)展歷史低性能階段（1976~1978）INTELMCS-48高性能階段（1978~1982）MCS-51、MCS-96更高性能階段（1983~）多種機型并行發(fā)展第一章概述單片機的應用特點應用：量大面廣機電一體化：電腦縫紉機智能儀表：測量儀實時控制：汽車家電：（MOTOROLA）網(wǎng)絡(luò)通信：通信協(xié)議集成其中計算機外設(shè)：鍵盤、打印機保健產(chǎn)品：按摩器第一章概述PIC16F877單片機構(gòu)成的電梯控制系統(tǒng)

由于單片機具有顯著的優(yōu)點，它已成為自動化領(lǐng)域的有力工具，人類生活的得力助手。它的應用遍及各個領(lǐng)域，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）單片機在智能儀表中的應用

單片機廣泛地用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，并可以提高測量的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價格比。第一章概述-單片機的應用（2）單片機在機電一體化中的應用

機電一體化是機械工業(yè)發(fā)展的方向。機電一體化產(chǎn)品是指集成機械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)于一體，具有智能化特征的機電產(chǎn)品，例如微機控制的車床、鉆床等。單片機作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小、可靠性高、功能強等優(yōu)點，可大大提高機器的自動化、智能化程度。

第一章概述-單片機的應用（3）單片機在實時控制中的應用

單片機廣泛地用于各種實時控制系統(tǒng)中。例如，在工業(yè)測控、航空航天、尖端武器、機器人等各種實時控制系統(tǒng)中，都可以用單片機作為控制器。單片機的實時數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

第一章概述-單片機的應用（4）單片機在分布式多機系統(tǒng)中的應用

在比較復雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機系統(tǒng)。多機系統(tǒng)一般由若干臺功能各異的單片機組成，各自完成特定的任務，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機在這種系統(tǒng)中往往作為一個終端機，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點上，對現(xiàn)場信息進行實時的測量和控制。單片機的高可靠性和強抗干擾能力，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。第一章概述-單片機的應用（5）單片機在人類生活中的應用

自從單片機誕生以后，它就步入了人類生活，如洗衣機、電冰箱、電子玩具、收錄機等家用電器配上單片機后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛。單片機將使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。

第一章概述-單片機的應用

單片機自從誕生以來，經(jīng)過長足的發(fā)展，目前世界上單片機市場形成了很多生產(chǎn)廠商,如:Intel、Motorola、Microchip、Philips、Siemens、ATMEL、Epson、NEC、Zilog等公司,其主流產(chǎn)品有幾十個系列,幾百個型號。盡管其各具特色,名稱各異,但作為集CPU、RAM、ROM（或EPROM）、I/O接口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)為一體的單片機,其原理大同小異。第一章概述-主要廠商及產(chǎn)品第一章概述典型單片機產(chǎn)品器件廠家美國：Intel、Motorola、Microchip、Atmel荷蘭:Philips德國：Siemens日本：Nec、Toshiba根據(jù)每種型號的存儲器的類型無ROM型:8031ROM型:8051EPROM:8751EEPROM型:8951（1）

Intel（英特爾）

1976年Intel公司推出MCS－48系列單片機，后來于20世紀80年代推出高檔8位單片機MCS-51系列，該系列是世界上使用量最大、應用最廣泛的幾種單片機之一。51子系列主要有8031、80