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1、什么叫单片机？单片机的应用单片机的发展单片机的分类如何学习单片机单片机的开发思路常用单片机系列介绍初学单片机几个不易掌握的概念8051单片机的组成结构,单片机原理及接口技术,1、什么叫单片机？,Single Chip Microcomputer(Microcontroller)计算机单板机同一块板单片机同一块芯片,2、单片机的应用,（面广量大）家用电器上的应用智能仪器仪表上的应用工业控制上的应用计算机网络和通信领域上的应用医用设备上的应用,1.智能冰箱,2智能饭煲,3智能食品配料机,可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再
2、到电子秤量设备，五花八门，无所不在。,2.1 家用电器上的应用,数字式测角仪,交直流电压电流表,位移传感器,单片机的特点：体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等。结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。,2.2 智能仪器仪表上的应用,数控车床,数控线切割机床,用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报
3、警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。,2.3 工业控制上的应用,现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制。,手机电话机程控交换机调制解调器楼宇自动通信呼叫系统列车无线通信无线电对讲机等。,2.4 计算机网络和通信领域上的应用,医用呼吸机各种分析仪监护仪超声诊断设备病床呼叫系统等等,电池分析仪,医用呼吸机,2.5 医用设备上的应用,3、单片机的发展,有多种说法，其中一种：第一代：1971-1975，4位第二代：1976-1982，8位第三代：1983年以后 16位、32位,
4、3.1 单片机的发展历史,初级阶段（19741976）两片集成芯片（集成工艺限制）低性能阶段（19761978）INTEL MCS-48高性能阶段（19781982）MCS-51更高性能阶段（1983 多种机型并行发展,3.2 单片机的发展趋势,1、低功耗CMOS化象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。2、微型单片化要求体积小、重量轻、具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。3、主流与多品种共存在一定的时期内，以C8051为核心
5、的单片机占据半壁江山，各品种单片机陆续侵占市场的情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。,4、单片机的分类,器件厂家美国：Intel、Motorola、Zilog、Microchip、Atmel 荷兰:Philips 德国：Siemens日本：Nec、东芝、松下等,5、如何学习单片机,具备什么知识基础？从哪种单片机学起？买什么样的书籍？需要的学习条件和环境？学习方法？,5.1 具备什么知识基础？,C语言（或其它基础语言）：打好编程基础。电子技术：特别是数字电子技术，是必备的电路基础。微机原理：对计算机基础知识有较好的准备。,8051单片机
6、的书籍、资料、器材都较多，其派生品也很多，例如ATMEL公司的AT89C51系列单片机的指令、管脚、内部主要结构、用法都与MSC-51相同。目前其价格较低，你学习的片子也可以做产品，做产品的片子也可以做实验，当然AVR系列也有这些特点；而PIC及其它系列在这一点上则显得不太理想。PIC和AVR的书籍、资料以及器件供应并不理想，不太适合初学者选择。若对这些并不在意的话那选择后者进行学习也未尚不可。,5.2 从哪种单片机学起？,MCS-51、PIC、AVR,前面看得懂，后面看不懂的书籍。,5.3 买什么样的书籍？,若前后都看不懂的书最好先别买，因为这本书短时间内不会对你起多大作用。当然若不是把书当
7、资料查也不必买前后你都懂的书，因为它对你来说有点浅。应以原理书籍为主。其次可以购买一些应用方面的书籍以便参考。,需要哪些器材？电子技术本身与实验离不开，若光靠看书是很难理解其原理和学会单片机开发的。你应该购置相关单片机的芯片、编程器、实验板，以及开发单片机的相关软件。并以边看书边实验的方式进行学习其效果将明显好的多！由于初学，不可能购置很多昂贵的设备，建议学习用的单片机芯片其程序储存器是可以反复可擦写的，如AT89C系列或AVR系列。这样，在学习烧写时是无后顾之忧的。,5.4 学习条件和学习环境,推荐初学者的软件硬件准备计算机一台：无特殊要求，可选用经济型电脑。开发实验板一块ISP下载线一条：
8、用于对单片机进行编程下载，可自制。相关软件：开发软件、仿真软件、ISP下载软件等。工具书：教材一本，较祥细的手册类书一本。其它资料：器件资料、应用文档、实例等，主要由网络收集。,5.5 ISP-4单片机实验开发板,单片机芯片,电源模块,开关输入,音乐输出,LED显示,数码管显示,下载接口,红外遥控,继电控制,串行模块,5.6 单片机学习方法,熟悉和了解单片机的内部资源；熟悉和了解单片机的指令系统；坚持手、脑并用的原则；学好相关硬件电路知识，软件与硬设计结合，理论与实践结合。看、练、做结合，多参加工程实践,6、单片机的开发思路,确定任务、技术指标 选择机型、划分软硬件功能 设计硬件电路 软件结构
9、设计 搭电路 确定算法、框图 加工组装样机 编写程序 样机静态测试 编译程序、软件调试 联机仿真调试 测试样机硬件测试程序测试系统性能程序固化到EPROM,7、常用单片机系列介绍,MCS-51系列MC68系列PIC16系列MSP430系列AVR系列,MCS-51系列,Intel公司的高性能8位单片机，该系列机有8051、8031、8751。80C51系列是其兼容性单片机，与8051系统结构相同，但采用CMOS工艺，对8051做了一些扩充，更有特点，功能更强。,MCS51单片机和8051、8031、89C51等的关系,这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751，8032，805
10、2，8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机，而8031是前些年在我国最流行的单片机，所以很多场合会看到8031的名称。,INTEL公司将MCS51的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中89C51就是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产的。,MC68系列,Motorola公司的8位单片机M6801M6804MC6805MC68HC05MC58HC11,速度更快，
11、功耗更低、功能更强,约占8位机市场的30%份额,PIC系列,美国Microchip公司生产，价格低、体积小、速度高、功耗低、C语言编程、程序保密性强、开发方便，率先采用RISC（精简指令集），现已成为嵌入式单片机的主流产品之一。,MSP430系列,TI（德州仪器）公司推出的新型高性能单片机。16位精简指令结构可确保运行速度、带FLASH的微控制器可将功耗降低5倍、具有多种省电模式、型号相当丰富。,AVR系列,美国ATMEL公司推出的全新配置精简指令集（RISC）的单片机系列。高速度、高保密性、低功耗。片内程序存储器采用Flash大多数指令仅用1个晶振周期采用C语言编程CMOS工艺生产ATMEL
12、公司的单片机可分为AT89、AT90、AT91和智能IC卡等系列，AT90系列属于增强型RISC内载Flash新型嵌入式8位单片机，通常简称为AVR单片机。,8、附录初学单片机几个不易掌握的概念,随着电子技术的迅速发展，计算机已深入地渗透到我们的生活中，单片机的内容比较抽象，相对模拟电路、数字电路，单片机中有一些新的概念，这些概念非常基本以至于一般作者不屑去谈，教材自然也不会很深入地讲解这些概念，但这些内容又是学习中必须要理解的，下面就对这些最基本概念作一说明。,8.1 总线,计算机电路以微处理器为核心，各器件都要与微处理器相连，各器件之间的工作必须相互协调，所以需要的连线就很多了，如果仍如同
13、模拟电路一样，在各微处理器和各器件间单独连线，则线的数量将多得惊人，所以在微处理机中引入了总线的概念，各个器件共同享用连线，所有器件的8根数据线全部接到8根公用的线上，即相当于各个器件并联起来。如果有两个器件同时送出数据，一个为0，一个为1，那么，接收方接收到的究竟是什么呢？这种情况是不允许的，所以要通过控制线进行控制，使器件分时工作，任何时候只能有一个器件发送数据（可以有多个器件同时接收）。数据总线：器件的数据线。控制总线：器件所有的控制线。地址总线：存储单元要被分配地址，才能使用，用于地址分配的线被称为地址总线。,这三者都是一串0和1组成的序列。指令：由单片机芯片的设计者规定的一种数字，它
14、与我们常用的指令助记符有着严格的一一对应关系，不可以由单片机的开发者更改。地址：是寻找单片机内部、外部的存储单元、输入输出口的依据，内部单元的地址值已由芯片设计者规定好，不可更改，外部的单元可以由单片机开发者自行决定，但有一些地址单元是一定要有的（详见程序的执行过程）。数据：这是由微处理机处理的对象，在各种不同的应用电路中各不相同，一般而言，被处理的数据可能有这么几种情况：1.地址（如MOV DPTR，#1000H），即地址1000H送入DPTR。2.方式字或控制字（如MOV TMOD，#3），3即是控制字。3.常数（如MOV TH0，#10H）10H即定时常数。4.实际输出值（如P1口接彩灯
15、，要灯全亮，则执行指令：MOV P1，#00H，要灯全暗，则执行指令：MOV P1，#0FFH）这里00H 和0FFH都是实际输出值。,8.2 数据、地址、指令,各端口的第二功能完全是自动的，不需要用指令来转换。如P3.6、P3.7分别是WR、RD信号，当微处理机外接RAM或有外部I/O口时，它们被用作第二功能，不能作为通用I/O口使用，只要一微处理机一执行到MOVX指令，就会有相应的信号从P3.6或P3.7送出，不需要事先用指令说明。事实上不能作为通用I/O口使用也并不是不能而是（使用者）不会将其作为通用I/O口使用。你完全可以在指令中按排一条SETB P3.7的指令，并且当单片机执行到这条
16、指令时，也会使P3.7变为高电平，但使用者不会这么去做，因为这通常这会导致系统的崩溃（即死机）。,8.3 P0口、P2口和P3的第二功能用法,单片机在通电复位后8051内的程序计数器（PC）中的值为0000，所以程序总是从0000单元开始执行，也就是说：在系统的ROM中一定要存在0000这个单元，并且在0000单元中存放的一定是一条指令。,8.4 程序的执行过程,8.5 堆栈,堆栈是一个用来存放数据的区域，这个区域就是内部RAM的一部份，特殊的是它存放和取用数据的方式，即所谓的先进后出，后进先出，并且堆栈有特殊的数据传输指令，即PUSH和POP，有一个特殊的专为其服务的单元，即堆栈指针SP，每
17、当执一次PUSH指令时，SP就自动加1，每当执行一次POP指令，SP就自动减1。只要在程序开始阶段更改了SP的值，就可以把堆栈设置在规定的内存单元中，如在程序开始时，用一条MOV SP，#5FH指令，就时把堆栈设置在从内存单元60H开始的单元中。一般程序的开头总有这么一条设置堆栈指针的指令，因为开机时，SP的初始值为07H，这样就使堆栈从08H单元开始往后，而08H到1FH这个区域正是8031的第二、三、四工作寄存器区，经常要被使用，这会造成数据的浑乱。不同作者编写程序时，初始化堆栈指令也不完全相同，这是作者的习惯问题。当设置好堆栈区后，并不意味着该区域成为一种专用内存，它还是可以象普通内存区
18、域一样使用，只是一般情况下编程者不会把它当成普通内存用了。,假设已设计并制作好硬件首先要确定一些常数、地址，事实上这些常数、地址在设计阶段已被直接或间接地确定下来了。如当某器件的连线设计好后，其地址也就被确定了，当器件的功能被确定下来后，其控制字也就被确定了。然后用文本编缉器（如EDIT）编写软件。用编译器对源程序文件编译，查错，直到没有语法错误。除了极简单的程序外，一般应用仿真机对软件进行调试，直到程序运行正确为止。运行正确后，就可以写片（将程序固化在EPROM中）。在源程序被编译后，生成了扩展名为HEX的目标文件，一般编程器能够识别这种格式的文件，只要将此文件调入即可写片。,8.6 单片机
19、的开发过程,仿真就是利用仿真机来代替应用电路板（称目标机）的单片机部份，对应用电路部份进行测试、调试。仿真的主要目的是进行软件调试，当然借助仿真机，也能进行一些硬件排错。仿真有CPU仿真和ROM仿真两种:CPU仿真是指用仿真机代替目标机的CPU，由仿真机向目标机的应用电路部份提供各种信号、数据，进行调试的方法。这种仿真可以通过单步运行、连续运行等多种方法来运行程序，并能观察到单片机内部的变化，便于改正程序中的错误。ROM仿真是用仿真机代替目标机的ROM，目标机的CPU工作时，从仿真机中读取程序，并执行。这种仿真其实就是将仿真机当成一片EPROM，只是省去了擦片、写片的麻烦，并没有多少调试手段可
20、言。一台仿真机不能既做CPU仿真，又做ROM仿真。可能的情况下，当然以CPU仿真好。,8.7 仿真、仿真机,9、8051单片机的组成结构,8位CPU256字节RAM4KBROM4个8位I/O口2个定时/计数器5个中断源1个全双工串行口片内振荡器和时钟产生电路,8位CPU256字节RAM：存放可以读/写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等4K字节ROM：存放程序、常数或表格4个8位I/O口：并行I/O口，可作输入，也可作输出2个定时/计数器：根据计数或定时的结果实现计算机控制5个中断源：分时操作、实时处理、故障处理1个全双工串行口：用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信片内振荡器和时钟产生电路：产生时钟信号。,MCS-51系列单片机内部组成,教材及参考教材：,1教材：李朝青编.1999.单片机原理与接口技术.北京航空航天大学出版社2参考资料：吴黎明主编.2005.单片机原理及应用技术.科学出版社胡汉才编著.1996.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社徐安 陈耀 李玲玲编著.2003.单片机原理与应用.北京希望电子出版社张振荣 晋明武 王毅平编著.2000.MCS-51单片机原理及实用技术.人民邮电出版社 何立民编.MCS-51单片机应用系统设计张毅刚等编.MCS-51单片机应用系统设计,
