西南交大-单片机原理老师课件第一、二章.ppt
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1、单片机原理与应用单片机原理与应用 20112012学年第学年第1学期学期11.1 电子计算机的发展概述电子计算机的发展概述 1.1.1 1.1.1 电子计算机的问世及其经典结构电子计算机的问世及其经典结构21946年年2月月15日日,第一台电子数字第一台电子数字计算机问世,这计算机问世,这标志着计算机时标志着计算机时代的到来。代的到来。(CALCULATOR)ENIAC(“埃尼阿克埃尼阿克”)匈牙利籍数学家匈牙利籍数学家冯冯诺依曼诺依曼在方案的设计上做在方案的设计上做出了重要的贡献。出了重要的贡献。1946年年6月,他又提出了月,他又提出了“程序程序存储存储”和和“二进制运算二进制运算”的思想
2、,进一步构建了的思想,进一步构建了计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成输出设备组成这一计算机的经典结构。这一计算机的经典结构。(EDVAC-ELECTRONIC DISCRETE VARIABLE AUTOMATIC COMPUTER)3电子计算机技术的发电子计算机技术的发展,相继经历了五个时代:展,相继经历了五个时代:4电子管计算机;电子管计算机;晶体管计算机;晶体管计算机;集成电路计算机;集成电路计算机;大规模集成电路计算机;大规模集成电路计算机;超大规模集成电路计算机。超大规模集成电路计算机。计算机的结构仍然没有突破冯计算机的结
3、构仍然没有突破冯诺依曼诺依曼提出的计算机的经典结构框架。提出的计算机的经典结构框架。二、微型计算机的应用形态二、微型计算机的应用形态 从应用形态上,微机可以分成三种:从应用形态上,微机可以分成三种:5 多板机(系统机)多板机(系统机)将将CPU、存储器、存储器、I/O接口电路和总线接接口电路和总线接口等组装在一块主机板(即微机主板)。各口等组装在一块主机板(即微机主板)。各种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、软软/硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内,再硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内,再配上系统软件,就构成了一台完整的微型计配上系统软件,就构成了一台完
4、整的微型计算机系统(简称系统机)。算机系统(简称系统机)。工业工业PC机机 也属于多板机。也属于多板机。单板机单板机 将将CPU芯片、芯片、存储器存储器芯片、芯片、I/O接口接口芯片和简单的芯片和简单的I/O设备设备(小键盘、(小键盘、LED显示器)等装配在一块印刷电路板上,再配显示器)等装配在一块印刷电路板上,再配上上监控程序监控程序(固化在(固化在ROM中),就构成了一台单板微型计中),就构成了一台单板微型计算机(简称单板机)。算机(简称单板机)。6单板机单板机 单片机单片机 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路,从而构成了接口
5、电路,从而构成了单芯片微型计算机,即单芯片微型计算机,即单片机单片机。三种应用形态的比较三种应用形态的比较:7单板机单板机单片机单片机系统机(多板机)系统机(多板机)系统机系统机(桌面应用桌面应用)属于通用计算机,主要应用于数)属于通用计算机,主要应用于数据处理、办公自动化及辅助设计。据处理、办公自动化及辅助设计。8 单片机单片机(嵌入式应用嵌入式应用)属于专用计算机,)属于专用计算机,主要应用于智能仪表、智能传感器、智能主要应用于智能仪表、智能传感器、智能家电、智能办公设备、汽车及军事电子设家电、智能办公设备、汽车及军事电子设备等应用系统。备等应用系统。单片机单片机体积小体积小、价格低价格低
6、、可靠性高可靠性高,其其非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。用需求具有独特的优势。1.2.1 1.2.1 单片机的发展过程单片机的发展过程91.2 单片机的发展过程及产品近况单片机的发展过程及产品近况 单片机技术发展过程可分为三个主要阶段:单片机技术发展过程可分为三个主要阶段:单芯片微机形成阶段单芯片微机形成阶段 1976年,年,Intel公司推出了公司推出了MCS-48系列单片系列单片机机。8位位CPU、1K字节字节ROM、64字节字节RAM、27根根I/O线和线和1个个8位定时位定时/计数器计数器。特点是特点是:存储器容量较小,寻址
7、范围小(不:存储器容量较小,寻址范围小(不大于大于4K),无串行接口,指令系统功能不强。),无串行接口,指令系统功能不强。性能完善提高阶段性能完善提高阶段 1980年,年,Intel公司推出了公司推出了MCS-51系列单片机:系列单片机:8位位CPU、4K字节字节ROM、128字节字节RAM、4个个8位并口、位并口、1个全双工串行个全双工串行口、口、2个个16位定时位定时/计数器。寻址范围计数器。寻址范围64K,并有控制功能较,并有控制功能较强的布尔处理器。强的布尔处理器。10 特点是特点是:结构体系完善,性能已大大提高,:结构体系完善,性能已大大提高,面向控制的特点进一步突出。现在,面向控制
8、的特点进一步突出。现在,MCS-51已成为公认的单片机经典机种已成为公认的单片机经典机种。微控制器化阶段微控制器化阶段11 特点是特点是:片内面向测控系统外围电路增强,:片内面向测控系统外围电路增强,使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。系统及设备。“微控制器微控制器”的称谓更能反应单片机的本质的称谓更能反应单片机的本质。1982年,年,Intel推出推出MCS-96系列单片机。系列单片机。芯片内集成:芯片内集成:16位位CPU、8K字节字节ROM、232字节字节RAM、5个个8位并口、位并口、1个全双工串行口、个全双工串行口、2个个16位
9、定时位定时/计数器。寻址范围计数器。寻址范围64K。片上还有。片上还有8路路10位位ADC、1路路PWM输出及高速输出及高速I/O部件等。部件等。12简明发展史:简明发展史:计算机计算机巨型机巨型机微型机微型机通用微机通用微机通用单片机通用单片机专用单片机专用单片机单片机单片机嵌入式嵌入式系统系统ARM/DSP/ARM/DSP/SoCSoC(9090年代后)年代后)1.2.2 1.2.2 单片机产品近况单片机产品近况13 ATMELATMEL公司融入公司融入FlashFlash存储器技术的存储器技术的AT89AT89系列;系列;PhilipsPhilips公司的公司的80C5180C51、80
10、C55280C552系列;系列;华邦公司的华邦公司的W78C51W78C51、W77C51W77C51高速低价高速低价系列;系列;ADIADI公司的公司的ADC8xxADC8xx高精度高精度ADCADC系列;系列;LGLG公司的公司的GMS90/97GMS90/97低压高速低压高速系列;系列;MaximMaxim公司的公司的DS89C420DS89C420高速(高速(50MIPS50MIPS)系列;系列;CygnalCygnal公司的公司的C8051FC8051F系列高速系列高速SOCSOC单片机。单片机。80C5180C51系列系列单片机产品繁多,单片机产品繁多,主流地位已主流地位已经形成,
11、经形成,近年来推出的近年来推出的与与80C5180C51兼容兼容的主要产的主要产品有:品有:非非80C51结构单片机新品结构单片机新品不断推出,给用户提供了更为广不断推出,给用户提供了更为广泛的选择空间泛的选择空间,近年来推出的非,近年来推出的非80C51系列的主要产品有:系列的主要产品有:14 Microchip的的PIC系列系列RISC单片机单片机;TI的的MSP430F系列系列16位位低功耗低功耗单片机;单片机;Intel的的MCS-96系列系列16位单片机。位单片机。1.3.1 1.3.1 单片机的特点单片机的特点151.3 单片机的特点及应用领域单片机的特点及应用领域 近期推出的单片
12、机产品,内部集成有高速近期推出的单片机产品,内部集成有高速I/OI/O口、口、ADCADC、PWMPWM、WDTWDT等部件,并在低电压、低功耗、串等部件,并在低电压、低功耗、串行扩展总线、控制网络总线和开发方式(如在系统行扩展总线、控制网络总线和开发方式(如在系统编程编程ISPISP)等方面都有了进一步的增强。)等方面都有了进一步的增强。控制性能和可靠性高控制性能和可靠性高 实时控制功能特别强,其实时控制功能特别强,其CPUCPU可以对可以对I/OI/O端口直接端口直接进行操作,进行操作,位操作能力位操作能力更是其它计算机无法比拟的。更是其它计算机无法比拟的。另外,由于另外,由于CPUCPU
13、、存储器及、存储器及I/OI/O接口接口集成在同一芯片集成在同一芯片内内,各部件间的连接紧凑,数据在传送时,各部件间的连接紧凑,数据在传送时受干扰的受干扰的影响较小影响较小,且不易受环境条件的影响,所以单片机,且不易受环境条件的影响,所以单片机的的可靠性非常高可靠性非常高。体积小、价格低、易于产品化体积小、价格低、易于产品化 单片机芯片即是一台完整的微型计算机单片机芯片即是一台完整的微型计算机,对于批量大的,对于批量大的专用场合,一方面可以在众多的单片机品种间进行匹配选择;专用场合,一方面可以在众多的单片机品种间进行匹配选择;同时还可以专门进行芯片设计,使芯片的功能与应用具有良同时还可以专门进
14、行芯片设计,使芯片的功能与应用具有良好的对应关系;在单片机产品的引脚封装方面,有的单片机好的对应关系;在单片机产品的引脚封装方面,有的单片机引脚已减少到引脚已减少到8个或更少。个或更少。161.3.2 1.3.2 单片机的应用领域单片机的应用领域171、工业控制、工业控制 控制温度、酸度。控制温度、酸度。2、智能仪器仪表、智能仪器仪表 使仪器仪表智能化,提高测量速度和测量使仪器仪表智能化,提高测量速度和测量 精度,加强控制精度,加强控制 功功 能,简化仪表的硬件结构。能,简化仪表的硬件结构。3、商用产品、商用产品 机电一体化的产品。机电一体化的产品。4、家用电器、家用电器 洗衣机、音响设备、手
15、机洗衣机、音响设备、手机5、计算机外设与智能接口、计算机外设与智能接口 与以前所学的知识关联很少;与以前所学的知识关联很少;对器件的概念基本上是从对器件的概念基本上是从0开始;开始;如果要用如果要用C语言编程,需具备一定的语言编程,需具备一定的C语言基础;语言基础;所有人都站在了同一起跑线上;所有人都站在了同一起跑线上;18学单片机需要具备的条件学单片机需要具备的条件2.1 MCS-512.1 MCS-51系列单片机基本结构原理系列单片机基本结构原理2.1.1 MCS-512.1.1 MCS-51系列系列 (1 1)MCS-51MCS-51是是IntelIntel公司生产的一个单片机系列名称。
16、公司生产的一个单片机系列名称。属于这一系列的单片机有多种,如:属于这一系列的单片机有多种,如:19第二章第二章 MCS-51MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 8051/8751/80318051/8751/8031;8052/8752/80328052/8752/8032;80C51/87C51/80C3180C51/87C51/80C31 80C52/87C52/80C3280C52/87C52/80C32等等。(2)该系列生产工艺有两种:)该系列生产工艺有两种:20CHMOS是是CMOS和和HMOS的结合,既保的结合,既保持了持了HMOS高速度和高密度的特点,还具有高速度和
17、高密度的特点,还具有CMOS的低功耗的特点。的低功耗的特点。在产品型号中凡带在产品型号中凡带有字母有字母“C”的即为的即为CHMOS芯片芯片,CHMOS芯片的电平既与芯片的电平既与TTL(TTL:Vcc:3.3V;VOH=2.4V;VOL=2V;VIL=2.0V;VOL=1.7V;VIL=4.45V;VOL=3.5V;VIL=1.5V)兼容。兼容。一是一是HMOS工艺工艺(高密度短沟道(高密度短沟道MOS工工艺)。艺)。二是二是CHMOS工艺工艺(互补金属氧化物(互补金属氧化物的的HMOS工艺)。工艺)。(3)在功能上,该系列单片机有基本型和增强型两大)在功能上,该系列单片机有基本型和增强型两
18、大类:类:21增强型增强型:8052/8752/803280C52/87C52/80C32基本型基本型:8051/8751/803180C51/87C51/80C312.1.2 80C512.1.2 80C51系列系列22 Intel的:的:80C31、80C51、87C51,80C32、80C52、87C52等;等;ATMEL的:的:89C51、89C52、89C2051等;等;Philips、华邦、华邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司的许多产品等公司的许多产品。80C51是是MCS-51系列中系列中CHMOS工艺的工艺的一个典型品种一个典型品种;其它厂商;其它厂商以
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