第1章 單片微型計算機概述(新)

《單片機原理與接口技術》

蘇州大學應用技術學院機電工程系

宋天麟一、課程簡介所學課程：“單片微型計算機原理與接口技術”1、原理部分2、接口部分選用教材1、單片機微型計算機原理與接口技術教程

祁偉主編參考教材1、單片微型計算機原理及其應用趙秀珍單永磊主編 中國水利水電出版社2、高等學校?？平滩? 單片微型計算機技術劉國榮主編機械工業(yè)出版社二、學習目的通過學習單片微型計算機，掌握其基本原理，及接口設計（軟件設計，硬件實現(xiàn)）方法，從而為今后從事工業(yè)控制、儀器儀表、電信技術、辦公自動化和計算機外部設備、商用產(chǎn)品及導航奠定基礎。教學安排本課共75學時，其中實驗18學時。本課考核方式：閉卷考試本課考試方式采?。荷险n考勤、課堂回答問題，實驗等20~30%、期末考試70~80%作為課程的評分依據(jù)。本課擬安排授課理論講授：54學時實驗：18學時三、學習什么？

單片微型計算機區(qū)別于計算機的就在于是單片微型，但其功能完全可以和計算機媲美，其用途遠遠超過計算機。

1、學習其結構原理2、學習軟件編程，針對硬件的匯編語言編程3、學習硬件設計原則（1）最小應用系統(tǒng)（2）I/O接口（3）定時/計數(shù)器（4）中斷應用（5）擴展應用達到目的:會設計典型單片機應用硬件及軟件。如何學習？單片機的結構組成匯編語言指令學習匯編語言程序設計理論學習授課自學課堂討論單片機模仿實驗針對不同硬件的程序設計實驗驗證模仿基礎上的創(chuàng)新實驗上機實踐1、模仿練習2、創(chuàng)造性編程3、結合硬件編程自行完成老師輔導編程高手不是教出來的，是自己反復實踐鍛煉出來的第一章

單片微型計算機概述一、單片機的概念 在當今的工作和生活環(huán)境中，有越來越多的單片機在為我們服務，我們卻意識不到它的存在。如：當用搖控操縱電視或VCD機享受其多彩的畫面時，我們并沒有意識到這是單片機在接受我們的遙控指令；當我們在享受全自動洗衣機的先進功能時，并不知道這是單片機在代替我們控制洗衣機運作；單片機在Call機和手機等現(xiàn)代通信設備中亦發(fā)揮著重要的作用；就連曾一度令許多青少年著迷的電子寵物，也是單片機在大顯神威。

在美國，平均約40%的家庭擁有一臺電腦，但每個家庭平均有30~40個微處理器

總之，處處都有單片機的身影。為什么我們意識不到他的存在呢？因為單片機只是一小塊集成電路，而且是計算機。要了解他，不僅需要硬件知識，而且還要軟件知識，這一般人是難以做到的。那么，單片機究竟是什么呢？單片機就是將計算機的中央處理器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、定時器/計數(shù)器和多種輸入/輸出接口(I/O)以及相互連接的總線(BUS)等集成在一塊芯片上，形成了芯片級的計算機。又叫單片微型計算機（singlechipmicrocomputer）或微控制器(microcontroller)，縮寫MCU(microcontrollerUnit)。實際上，單片機是微機的一個分支。鑒于此，一般微機也叫多片微型計算機

。計算機的開拓者——數(shù)學家約翰·馮·諾依曼最先提出的，所以就稱之為馮·諾依曼計算機體系結構。

二、單片機的發(fā)展歷史

(1)第一階段(1971一1974)

1971年美國Intel公司設計出集成度為2000只晶體管/片的四位微處理器Intel4004，其配有RAM、ROM和移位寄存器等芯片，構成第一臺MCS-48微型計算機。(2)第二階段(1974一1978)

以Intel公司首先推出的MCS-48系列的八位單片微型計算機為代表。它以體積小、功能全、價格低等特點，贏得了廣泛的應用，為單片機的發(fā)展奠定了基礎，成為單片機發(fā)展過程中的一個重要階段。(3)第三階段(1978—1983)

Intel公司在MCS-48基礎上推出了完善的、典型的MCS-51單片機系列。它在以下幾個方面完善了單片機體系。

①MCS-51設置了經(jīng)典的8位單片機的總線結構，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有多機通信功能的串行通信接口。

②CPU外圍功能單元的集中管理模式。

③體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式。

④

指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，增加了許多突出控制功能的指令。

Intel公司在MCS-48基礎上推出了完善的、典型的MCS-51單片機系列。

(4)第四階段(1983—1990)

在8位單片機的基礎上，推出了16位單片機，也是單片機向微控制器發(fā)展的階段。

隨著MCS—5l系列的廣泛應用，許多電氣廠商競相使用80C51的內(nèi)核技術，將許多測控系統(tǒng)中使用的電路技術、接口技術、多通道A／D轉(zhuǎn)換部件、可靠性技術等應用到單片機中，增強了外圍電路功能，強化了智能控制器的特征。

(5)第五階段(1990之后)

在此階段，隨著單片機在各個領域全面、深入地發(fā)展和應用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強運算能力的8位／16位／32位通用型單片機，以及小型廉價的專用型單片機。單片機的種類很多，到目前為止，世界各國廠商已研制出大約50個系列、30多個品種的單片機的產(chǎn)品。最具典型代表的應屬Intel公司的MCS-51系列單片機。

雖然它仍然是8位的單片機，但其功能強，具有品種全、兼容性強、軟硬件資料豐富等特點。因此，MCS-51應用非常廣泛，直到現(xiàn)在MCS-51仍不失為單片機中的主流機型。這主要由于在工業(yè)控制、智能儀表、家用電器、IC卡等諸多應用領域，8位單片機系列在性能、價格兩方面都做到了較好的兼顧。

估計在未來十年內(nèi)，8位單片機仍將是單片機中的主流機型。故而本書仍以MCS-51系列單片機為主線來進行講授。三、單片機的發(fā)展趨勢

發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面

1．多功能

在單片機中盡可能多地把應用所需的存儲器、各種功能的I/O口都集成在一塊芯片內(nèi)，使單片機的功能更加強大。如把LED、LCD或VFD顯示驅(qū)動器也開始集成在8位單片機中。2．高性能

進一步改進CPU的性能，加快指令運算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性，采用精簡指令系統(tǒng)計算機RISC（ReducedInstructionSetComputer）結構和流水線技術，大幅度提高運行速度?，F(xiàn)指令速度最高者已達100MIPS(MillionInstructionPerSeconds，即兆指令每秒)，并加強了位處理功能、中斷和定時控制功能，使單片機的性能明顯地優(yōu)于同類型的微處理器。單片機集成度進—步提高，有的單片機的尋址能力已突破64KB的限制，8位、16位的單片機有的尋址能力已達到1MB和16MB。片內(nèi)ROM的容量可達64KB，RAM的容量可達2KB。3．低電壓、低功耗

允許使用的電壓范圍越來越寬，一般在3

6V范圍內(nèi)工作，有的已能在1.2V或0.9V電壓下工作。。幾乎所有的單片機都具有省電運行方式。單片機的功耗已從mA級降到μA級，甚至1μA以下，在一粒鈕扣電池下就可長期工作。低功耗化的效應不僅是功耗低，而且?guī)砹水a(chǎn)品的高可靠性、高抗干擾能力以及產(chǎn)品的便攜化。4．低價格

現(xiàn)在，市面上8031，89c51單片機12元~15元左右。四、單片機的特點1、優(yōu)異的性能價格比2、集成度高、體積小、可靠性高3、控制功能強4、低電壓、低功耗

五、單片機的應用

單片機的特點決定其應用領域非常寬廣。無論是工業(yè)部門、國防部門、民用部門乃至事業(yè)部門，到處都有他的身影。現(xiàn)將單片機的應用大致歸納為以下幾個方面：（一）單片機在在智能儀器儀表中的應用這是單片機應用最多,最活躍的領域之一。在各類儀器儀表中引入單片機，使其智能化，提高測試的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結構，提高其性價比。同時便于使用、維修和改進。

如用MCS-51系列單片機控制的“汽車發(fā)動機綜合測試儀”、“煙葉水分測試儀”、“智能超聲波測試儀”等。

（二）單片機在機電一體化中的應用

機電一體化是指集機械技術、微電子技術、自動化技術和計算機技術于一體，具有智能化特征的機電產(chǎn)品。這是機械工業(yè)發(fā)展的方向。

單片機的出現(xiàn)促進了機電一體化，它作為機電產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮其體積小、可靠性高、功能強、安裝方便等到特點，大大強化了機器的功能，提高了機器的自動化、智能化程度。（三）在實時過程控制中的應用單片機也廣范地應用于各種實時控制系統(tǒng)中，例如對工業(yè)上各種窯爐、鍋爐的溫度、酸度、化學成分的測量和控制。將測量技術、自動控制技術和單片機技術相結合，充分發(fā)揮其數(shù)據(jù)處理和實時控制功能，使系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。在航空航天、通訊、遙控、遙測等各種實時控制系統(tǒng)中都可以用單片機作為控制器。（四）在分布式多機系統(tǒng)中的應用分布式多機系統(tǒng)具有功能強可靠性高的特點，在比較復雜的系統(tǒng)中，都采用分布式多機系統(tǒng)。系統(tǒng)中有若干臺功能各異的計算機，各自完成特定的任務，它們又通過通訊線路相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機在這種多機系統(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。高檔的單片機多機通訊(并行或串行)功能很強，它們在分布式多機系統(tǒng)中能發(fā)揮很大作用。（五）在家用電器中的應用

家用電器涉及到千家萬戶，生產(chǎn)規(guī)模大。目前國內(nèi)外各種家用電器都已普遍采用單片機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制電路。如洗衣機、電冰箱、空調(diào)、電飯煲、收音機、功放、電風扇、電視機、VCD、DVD及許許多多的電子玩具等等都配上了單片機。從而提高了自動化程度，增強了功能，深受用戶的歡迎。（六）在其它方面的應用 除以上之外，單片機還廣泛用于辦公自動化、商業(yè)營銷、汽車及通信系統(tǒng)、計算機外設、模糊控制等各種領域中。復習（提問、做習題）數(shù)的幾種常用進制1、二進制數(shù)2、十六進制數(shù)3、十進制數(shù)4、數(shù)的不同進制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換帶符號數(shù)的表示方法

D7D6D5D4D3D2D1D0無符號數(shù)，數(shù)的表示范圍0～256D7D6D5D4D3D2D1D0符號位0