单片机20112年讲稿课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《单片机20112年讲稿课件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 单片机 20112 讲稿 课件
- 资源描述:
-
1、1单片机原理与应用单片机原理与应用 鲁昌华鲁昌华 博士博士 教授教授 博导博导(中科院、合工大中科院、合工大)J 电话电话:2901404.:2901404.逸夫楼逸夫楼6106102课程安排课程安排l理论课:讲述基本原理和软硬件设计方法l实验课:根据实验指导书的要求完成实验本课程是实践性较强的课程。l通过课程的学习,掌握软件编程和硬件电路设计的方法,能够进行单片机系统的设计、调试工作l教学合计40 学时:讲课28学时,实验 12 学时 3课程要求课程要求l考核考核:理论课理论课+实验课实验课=课程成绩课程成绩教材:教材:u单片机原理及应用单片机原理及应用 王琼编王琼编 合工大合工大u单片机原
2、理及应用实验教程单片机原理及应用实验教程 王琼编王琼编 合工大合工大 参考书参考书:u MCS-51MCS-51单片机应用系统设计单片机应用系统设计 何立民编何立民编 北航北航uMCS-51MCS-51单片机应用系统设计单片机应用系统设计 李建中编西电李建中编西电4涉及内容涉及内容lMCS-51的基本硬件结构的基本硬件结构l程序设计程序设计l定时定时/计数器计数器l中断系统中断系统l串行口串行口l存储器存储器l接口设计接口设计5第一章单片机概述第一章单片机概述 单片机的概念单片机的概念 嵌入式系统与单片机嵌入式系统与单片机 单片机的应用特点单片机的应用特点 常用单片机系列产品综述常用单片机系列
3、产品综述 单片机的发展趋势单片机的发展趋势 61.1.1 1 单片机发展简介单片机发展简介l信息技术信息技术 1.1.测量技术测量技术-传感器传感器 2.2.计算技术计算技术-计算机计算机 3.3.通信技术通信技术-标准总线标准总线 71.1.1 1 单片机发展简介单片机发展简介81.1 单片机发展简介l电子计算机是科技发展的产物电子计算机是科技发展的产物l电子计算机的飞速发展归功于电子元件技术的发展电子计算机的飞速发展归功于电子元件技术的发展l计算机发展计算机发展.pptl单片机发展简介单片机发展简介91.1.1 1 单片机发展简介单片机发展简介1 1什么叫单片机什么叫单片机 中央处理器中央
4、处理器CPUCPU、随机存取存储器、随机存取存储器(数据数据)RAM)RAM、只读存储器、只读存储器(程程序序)ROM)ROM、并行接口、并行接口PIOPIO、串行接口、串行接口SIO SIO、定时器、定时器/计数器计数器CTC CTC、模数转、模数转换换A/D A/D、数模转换、数模转换D/A D/A 等等集成在一块芯片中集成在一块芯片中(即即:组成微型计算机的各组成微型计算机的各功能部件功能部件),构成一个完整的微型计算机。,构成一个完整的微型计算机。2.单片机的发展第一阶段(1971-1974年):1971年11月美国Fairchild F8+3851Fairchild F8+3851两
5、两片集成芯片片集成芯片,虽说还不是单片机,但从此拉开了研制单片机的序幕。101.1.1 1 单片机发展简介单片机发展简介l第二阶段(1974-1978年):初级单片机阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。这个系列单片机内集成有8位CPU、并行I/O接口、8位定时器/计数器,寻址范围不大于4K,且无串行口。l第三阶段(第三阶段(1978-19831978-1983年)年):在这一阶段推出的单片机普遍带有串行口,:在这一阶段推出的单片机普遍带有串行口,有多级中断处理系统、有多级中断处理系统、1616位定时器位定时器/计数器。片内计数器。片内RAMRAM、ROMROM容量加大,容量加大,且寻址
6、范围可达且寻址范围可达64KB64KB,有的片内还带有,有的片内还带有A/DA/D转换器接口。这类单片机有转换器接口。这类单片机有IntelIntel公司的公司的MCS-51MCS-51、MotorolaMotorola公司的公司的68016801和和ZilogZilog公司的公司的Z8Z8等。这类等。这类单片机的应用领域极其广泛,这个系列的各类产品仍然是目前国内外单片机的应用领域极其广泛,这个系列的各类产品仍然是目前国内外产品的主流。产品的主流。其中其中MCS-51MCS-51系列产品,以其优良的性能价格比,成为我系列产品,以其优良的性能价格比,成为我国广大科技人员的首选国广大科技人员的首选
7、。111.1.1 1 单片机发展简介单片机发展简介l第四阶段(第四阶段(19831983年年-现在)现在):16位单片机问世,代表产品是INTEL公司的MCS-96(98)系列,数据宽度增加了一倍,集成度达到了12万只晶体管,RAM增加到了232字节,ROM则达到了8kB,并且有8个中断源,同时配置了多路的A/D转换通道,高速的I/O处理单元,适用于更复杂的控制系统121.1.1 1 单片机发展简介单片机发展简介l世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的单片机。美国世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的单片机。美国MicrochMicrochipip公司发布了一种完全不兼容公司发布了一种
8、完全不兼容MCS-51MCS-51的新一代的新一代PICPIC系列单片机,引起了系列单片机,引起了业界的广泛关注,特别它的产品只有业界的广泛关注,特别它的产品只有3333条精简指令集吸引了不少用户,条精简指令集吸引了不少用户,使人们从使人们从INTELINTEL的的111111条复杂指令集中走出来。条复杂指令集中走出来。PICPIC单片机获得了快速的单片机获得了快速的发展,在业界中占有一席之地。发展,在业界中占有一席之地。131.1.2 MCS-512 MCS-51单片机性能特点单片机性能特点(1 1)集成度高)集成度高(2 2)系统结构简单)系统结构简单(3 3)可靠性高可靠性高:军用品、工
9、业品和商用品。军用品、工业品和商用品。(4 4)处理功能强,速度快)处理功能强,速度快(5 5)容易产品化)容易产品化14产品等级的概念产品等级的概念一、民用级产品一、民用级产品主要是用于机房、办公环境,其工作环境温度为主要是用于机房、办公环境,其工作环境温度为070;二、军用级产品二、军用级产品工作环境有求较高,其工作环境温度要求在工作环境有求较高,其工作环境温度要求在-65+125;三、工业级产品三、工业级产品工作环境在工作环境在-4085,在生产流程上具有:,在生产流程上具有:1、采用密封式封装;、采用密封式封装;2、在规定的温度范围内进行电气特性测试;、在规定的温度范围内进行电气特性测
10、试;3、产品经过、产品经过125 温度下温度下44小时老化;小时老化;4、老化后、老化后100%进行电气特性测试及最终质量检查。进行电气特性测试及最终质量检查。151.1.2 MCS-512 MCS-51单片机单片机lMCS-51MCS-51单片机系列产品单片机系列产品资源配置子系列片内ROM形式片内ROM容量片内RAM容量定时器/计数器中断源无ROMEPROME2PROMMCS-51子系列80318051875189514KB128B2165MCS-52子系列80328052875289528KB256B316616微型计算机与单片机在硬件结构上的比较微型计算机与单片机在硬件结构上的比较 微
11、型计算机微型计算机 单片机单片机数据RAMCPU并行I/O程序ROM定时/计数器串型端口中断控制器扩展I/O端口系统总线(DB、AB、CB)微型计算机的组成框图(由多个IC芯片组装在一个主电路板上)MCS-51单片机所有单元都组装在一个IC芯片上返回17嵌入式系统与单片机嵌入式系统与单片机l什么是嵌入式系统什么是嵌入式系统 Embedded system 个人电脑嵌入式系统 简单的讲,嵌入式系统是指操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中。广义的讲,可以认为凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可以称为嵌入式系统1819嵌入式系统的定义l以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用
12、系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统20嵌入式系统的基本组成嵌入式系统的基本组成l嵌入式系统主要由嵌入式系统主要由嵌入式处理器嵌入式处理器、相关支撑硬件相关支撑硬件、嵌入式操作系统嵌入式操作系统及及应用软件系统应用软件系统等组成,它是集软等组成,它是集软硬件于一体的可独立工作的硬件于一体的可独立工作的“器件器件”21嵌入式系统的组成要素(嵌入式系统的组成要素(4 4个个)l嵌入式处理器及其硬件平台嵌入式处理器及其硬件平台l嵌入式软件系统嵌入式软件系统l嵌入式操作系统(可选嵌入式系统的组成要素(嵌入式操作系统(可选嵌入式系统的组成要素(4个)个)-实时操作系统实时操作系统
13、RTOSlI/O接口系统接口系统22嵌入式系统的组成要素(嵌入式系统的组成要素(4 4个)个)以嵌入式处理器为核心的硬件平台嵌入式操作系统嵌入式应用软件系统应用系统的I/O接口23嵌入式微处理器的分类l嵌入式微处理器的分类24数字式测角仪数字式测角仪交直流电压电流表交直流电压电流表位移传感器位移传感器单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,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
14、加强大。例如精密的测量设备(功率计,示波器,各种分析仪)。25数控车床数控车床数控线切割机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、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。261.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、再到电子秤量设备,五花八门,无所不在。27 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
15、智能控制。手机电话机程控交换机楼宇自动通信呼叫系统列车无线通信日常工作中随处可见的移动电话集群移动通信,无线电对讲机等。28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 医用呼吸机医用呼吸机麻醉信息管理系统麻醉信息管理系统29单片机的发展趋势l1 1、低功耗、低功耗CMOSCMOS化化l2 2、微型单片化、微型单片化l3 3、主流与多品种共存、主流与多品种共存30第二章第二章.MCS-51.MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构a.40a.40脚的双列直插脚的双列直插DIPDIP封装;封装;b.44b.44脚的脚的PLCCPLCC。31MCS-51单片机内部方框图 时
16、钟电路4KROM程序存储器256BRAM数据存储器2X16位定时/计数器CPU处理器64KB总线扩展控制器可编程I/O端口P0-3可编程串行口32第二章第二章.MCS-51.MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构33第二章第二章.MCS-51.MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构(1)8(1)8位中央处理器(位中央处理器(CPUCPU)运算器运算器+控制器控制器=中央处理器中央处理器 中央处理器简称CPU,是单片机的核心,完成运算和控制操作。中央处理器包括运算器和控制器两部分电路。l(1)运算器电路l 运算器电路是单片机的运算部件,用于实现算术和逻辑运算。图2.1中的ALU(算术
17、逻辑单元)、ACC(累加器)、B寄存器、程序状态字和两个暂存寄存器等属于运算器电路。运算器电路以ALU为核心,基本的算术运算和逻辑运算均在其中进行,包括加、减、乘、除、增量、减量、十进制调整、比较等算术运算,与、或、非等逻辑运算,左、右移位和半字节交换等操作。运算和操作结果的状态由状态寄存器(PSW)保存。34第二章第二章.MCS-51.MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构(2 2)控制电路)控制电路 控制电路是单片机的指挥控制部件,保证各部分能自动而协调地工控制电路是单片机的指挥控制部件,保证各部分能自动而协调地工作。图作。图2.12.1中的中的PCPC(程序计数器)、(程序计数器)
18、、PCPC加加1 1寄存器、指令寄存器、指令寄存器、指令寄存器、指令译码器、定时和控制电路等均属于控制电路。译码器、定时和控制电路等均属于控制电路。(2)(2)内部程序存储器内部程序存储器 内部程序存储器中包括4KB/8KB的存储器(ROM或EPROM),对于8051、80C51内部共有4KB的掩膜ROM,用于存放程序和原始数据。35第二章第二章.MCS-51.MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构(3)(3)内部数据存储器内部数据存储器(4)(4)并行的并行的I/OI/O口口(5)(5)定时器定时器/计数器计数器(6)串行口串行口(7)(7)时钟电路时钟电路(8)(8)位处理器位处理器
19、(9)(9)总线总线36第二章第二章.MCS-51.MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构下面将这下面将这4040条引脚按功能分为四部分叙述其功能。条引脚按功能分为四部分叙述其功能。1.1.主电源引脚主电源引脚VccVcc和和VssVss VccVcc(4040脚):接脚):接+5V+5V电压电压 VssVss(2020脚):接地脚):接地2.2.外接晶体引脚外接晶体引脚XTAL1XTAL1和和XTAL2XTAL237第二章第二章.MCS-51.MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构TTL(a)内部振荡器方式XTAL1R外部振荡器XTAL2VCCXTAL2XTAL1VSS(b)80
20、51外时钟源接法8051NC外部振荡器XTAL1XTAL2VSS(c)80C51外时钟源接法80C51C1C2 时钟信号的产生C1C1、C2 30pFC2 30pF左右,晶体振荡器的频率范围通常是左右,晶体振荡器的频率范围通常是1.21.212MHz12MHz。383.3.控制或其他电源复用引脚控制或其他电源复用引脚RST/VPDRST/VPD、ALE/PROGALE/PROG、PSENPSEN、EA/VPPEA/VPP RST/VPDRST/VPD(9 9脚)脚):振荡器运行时,在此引脚上出现两个机器:振荡器运行时,在此引脚上出现两个机器周期的高电平使单片机复位。建议在此引脚与周期的高电平使
21、单片机复位。建议在此引脚与VssVss之间连接一个约之间连接一个约8.2k8.2k的下拉电阻,与的下拉电阻,与VccVcc引脚之间连接一个约引脚之间连接一个约1010F F的电容,以的电容,以保证可靠的复位(详见复位电路内容)。保证可靠的复位(详见复位电路内容)。VccVcc掉电期间,此引脚可掉电期间,此引脚可接上备用电源,以保持内部接上备用电源,以保持内部RAMRAM的数据不丢失。的数据不丢失。39l在复位状态下:所有在复位状态下:所有SFRSFR的内容全变为的内容全变为“0”,0”,端口输出端口输出“1”1”。RAMRAM内容内容不变。不变。MCS-51RSTVccMCS-51RSTVcc
22、1K10tVT延长上电复位时间的电路和RST端上电电压曲线具有手动复位功能 的复位电路RC4087 46 3 52 1 VoVcc触发触发信号VoVc87 46 3 52 1 VoRSTVccP1.0VccP1.0VoV备用使用使用555555电路构成的掉电保护电路电路构成的掉电保护电路由555构成的单稳态电路、波形 单稳态单路构成的掉电保护电路、波形41ALE/PROG(30脚):当访问外部存储器时,ALE(允许地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器,ALE端仍然以不变的频率周期性地出现正脉冲信号,此频率为振荡器的1/6。因此,它可以用作对外输出的时钟,或用于定时。对于
23、EPROM型的单片机(如8751),在EPROM编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。42 PSENPSEN(2929脚)脚):此引脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部此引脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令(或常数)期间,每个机器周期它二次有效。但在此期间,每当程序存储器取指令(或常数)期间,每个机器周期它二次有效。但在此期间,每当访问外部数据存储器时,这二次有效信号将不出现。它同样可以驱动(吸收或输出访问外部数据存储器时,这二次有效信号将不出现。它同样可以驱动(吸收或输出电流)电流)8 8个个LSLS型的型的TTLTTL输入电路。输入电路。EA/VPPEA/
24、VPP(3131脚)脚):当这引脚保持高电平时,访问内部程序存储器,但在当这引脚保持高电平时,访问内部程序存储器,但在PCPC(程序计数器)值超过程序计数器)值超过0FFFH0FFFH(对对8051/87518051/8751)或)或1FFFH1FFFH(对对80528052)时将自动转向执)时将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当这引脚保持低电平时,则只访问外部程序存储器。行外部程序存储器内的程序。当这引脚保持低电平时,则只访问外部程序存储器。对于对于80318031来说,无内部程序存储器,端口必须保持低电平,即接地,才能只选来说,无内部程序存储器,端口必须保持低电平,即接地,才能只选择外
展开阅读全文