单片机原理及应用：第1章 基本知识

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1、单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用1、单片机原理及其内部资源2、汇编语言及程序设计3、并行总线应用系统接口设计主要内容：主要内容：MCS-51系列系列与前课程关系：与前课程关系：模拟电子技术、数字电子技术、微机原理及模拟电子技术、数字电子技术、微机原理及接口、接口、EDA设计、传感器原理及应用等设计、传感器原理及应用等4、C语言及程序设计主要参考书、期刊、网站：参考参考教材：教材：1 1、单片微机原理系统设计与应用，万福君，清华大学出版社，、单片微机原理系统设计与应用，万福君，清华大学出版社，20082008（第（第1 1版）版）2 2、单片机应用程序设计技术，、单片机应用程序设

2、计技术，周航慈，北京航空航天大学出版社，周航慈，北京航空航天大学出版社，200220023 3、单片机应用系统抗干扰技术，王幸之，北京航空航天大学出版社，、单片机应用系统抗干扰技术，王幸之，北京航空航天大学出版社，200620064 4、单片机程序设计基础（修订版）（含光盘），周航慈，北京航空航天大学出版、单片机程序设计基础（修订版）（含光盘），周航慈，北京航空航天大学出版社，社，20042004 期刊期刊：电子技术应用、单片机与嵌入式系统应用：电子技术应用、单片机与嵌入式系统应用网站网站：搜索引擎中关键字：搜索引擎中关键字“单片机单片机”课时安排课时安排：共：共48学时学时理论课时理论课时:

3、32 实验课时实验课时:16课程特点课程特点：具有从指令到程序、从芯片到系统；：具有从指令到程序、从芯片到系统；软、硬件设计密切结合的特点。软、硬件设计密切结合的特点。学习目的学习目的：掌握：掌握系统设计系统设计的基本概念、基本结的基本概念、基本结构、设计方法。构、设计方法。闭卷考试。集体出题，流水阅卷。闭卷考试。集体出题，流水阅卷。第第1章章 基本知识基本知识1.1 计算机的基本结构计算机的基本结构1.2 单片机的含义、分类、发展趋势单片机的含义、分类、发展趋势1.3 单片机的应用构成及应用领域单片机的应用构成及应用领域1.1 1.1 计算机的基本结构计算机的基本结构 微处理器微处理器 存储

4、器存储器 I/O 接口接口 系统总线系统总线 微机微机 外设、电源机箱等外设、电源机箱等 程序设计语言：机器语言程序设计语言：机器语言 汇编语言汇编语言 高级语言高级语言 系统软件：操作系统、监控程序系统软件：操作系统、监控程序 与编译解释程序等与编译解释程序等 应用软件：数据库、软件包应用软件：数据库、软件包 和窗口软件等和窗口软件等 图图 1-7 微机系统示意图微机系统示意图 微机系统微机系统 硬件系统硬件系统 软件系统软件系统 一、微处理器一、微处理器把运算器、控制器集成在一块硅片上，成为独立的器把运算器、控制器集成在一块硅片上，成为独立的器件，称之为微处理器，简称件，称之为微处理器，简

5、称CPU.是计算机的核心。是计算机的核心。1.1.1 硬件基本结构硬件基本结构二、微型计算机二、微型计算机微型计算机由微型计算机由CPU、存储器、输入、存储器、输入/输出（输出（I/O)接接口构成，芯片间通过总线连接。口构成，芯片间通过总线连接。CPU微处理器微处理器RAMI/OROMCBUSDBUSABUSCBUS：控制总线：控制总线，不确定，不确定DBUS：数据总线，双向三态：数据总线，双向三态ABUS：地址总线，单向三态：地址总线，单向三态三、微型计算机系统三、微型计算机系统以微型计算机为主体，配上输入输出设备、外以微型计算机为主体，配上输入输出设备、外围设备、电源、系统软件一起构成应用

6、系统。围设备、电源、系统软件一起构成应用系统。1.1.2、软件系统、软件系统 1.1.程序设计语言程序设计语言 （2 2）汇编语言）汇编语言 （3 3）高级语言）高级语言（1 1）机器语言）机器语言2.2.系统软件系统软件3.3.应用软件应用软件4 4、衡量计算机性能的主要技术指标、衡量计算机性能的主要技术指标 1、字长、字长3、指令系统、指令系统2、存储容量、存储容量4、指令的执行时间、指令的执行时间5.5.外设扩展能力及配置外设扩展能力及配置单片机单片机=CPU+M+I/O单片机的概念单片机的概念 外部设备外部设备地址总线地址总线 AB图图1-1 1-1 微型计算机组成微型计算机组成DB数

7、据总线数据总线 CPU微处理器微处理器 M存储器存储器I/O 接口电路接口电路 控制总线控制总线CB将中央处理单元将中央处理单元CPU、一定容量的数据存储器一定容量的数据存储器RAM、一定容量的程序存储器一定容量的程序存储器ROM、定时定时/计数器计数器T/C、并行输入输出接口并行输入输出接口I/O、串行通讯接口串行通讯接口UART、等多个功能部件集成在一等多个功能部件集成在一块芯片上，是块芯片上，是一块一块具有完具有完整计算功能的大规模集成整计算功能的大规模集成电路电路。1.2 单片机单片机一、单片机分类一、单片机分类根据根据CPU 字长来划分字长来划分1位机位机4位机位机用于玩具、家用电器

8、、计算器等用于玩具、家用电器、计算器等 8 位机位机16位机位机工业控制器、智能仪表、计算机工业控制器、智能仪表、计算机外设、通用测控单元、通讯设备外设、通用测控单元、通讯设备32位机位机高性能图形工作站、高级机器人等高性能图形工作站、高级机器人等二、二、单片机的发展史单片机的发展史第一阶段（第一阶段（19741976）：）：单片机的初级阶段单片机的初级阶段第二阶段（第二阶段（19761979）：）：低性能单片机阶段低性能单片机阶段例如：例如：MCS 48 系列系列特点：特点：小而全小而全结构：结构：MCS 488位位CPURAMI/OROMT/C第三阶段（第三阶段（19791982）：）：高

9、性能单片机阶段高性能单片机阶段例如：例如：Intel 公司的公司的MCS 51 系列、系列、Motorola公司公司6801系列、系列、Zilog公司的公司的Z8系列。系列。特点：特点：品种多、功能强品种多、功能强8位位CPURAMI/OROMUARTINT中断系统中断系统 通用异步串行接口通用异步串行接口数据存储器数据存储器程序存储器程序存储器通用输入输出接口通用输入输出接口20世纪世纪90年代中后期，各公司强化并增加了许多年代中后期，各公司强化并增加了许多新的功能，形成了规格、品种繁多的新一代的单新的功能，形成了规格、品种繁多的新一代的单片机。片机。例如：例如：Ietel、Philips、

10、Atmel公司的公司的8XC5X系列，系列，Motorola公司公司68HC5X系列系列Microchip公司的公司的PIC16C系列等等。系列等等。以增强型以增强型MCS-51为内核的为内核的8X5X系列目系列目前已成为主流单片机芯片。前已成为主流单片机芯片。第四阶段（第四阶段（1982 ）：）：16位、位、32位单片机阶段位单片机阶段例如：例如：MCS 96 系列系列特点：特点：增加了内部资源、实时处理能力更强、增加了内部资源、实时处理能力更强、除了具有除了具有16位位CPU和存储器和存储器外又增加了部分内部资源，如：外又增加了部分内部资源，如：MCS 9610位位A/D转换器转换器高速输

11、入输出高速输入输出HSIO脉宽调制输出装置脉宽调制输出装置PWM8XC196增强型增强型之后又推出：之后又推出：三三、单片机的发展趋势、单片机的发展趋势1、高档单片机性能不断提高、高档单片机性能不断提高速度：速度：是原来单片机的是原来单片机的515倍倍精度：精度：CPU字长增加，字长增加，16位、位、32位单片机问世位单片机问世指令系统丰富、效率高指令系统丰富、效率高 CPU功能的增强功能的增强数据存储器：数据存储器：RAM达几达几KB I/O口：口：并口、串口、串行扩展口并口、串口、串行扩展口定时定时/计数器：计数器：定时输出、捕捉输入、监视器定时输出、捕捉输入、监视器WatchdogA/D

12、转换器：转换器：脉宽调制输出：脉宽调制输出：寻址范围的增加寻址范围的增加 内部资源的增加内部资源的增加程序存储器：程序存储器：ROM、EPROM、E2PROM或或FLASH。达几十。达几十KBPWM，可代替，可代替D/A输出输出8位、位、12位、位、16位、位、24位，多通道输入位，多通道输入2、超小型、低功耗、价廉、超小型、低功耗、价廉3、微巨机单片化、微巨机单片化 如如:ATMEL公司的公司的 89C 1051/2051 20引脚，工作电压（引脚，工作电压（26V），电流仅几个），电流仅几个mA如：如：Microchip 公司的公司的PIC 16/17系列系列18引脚、引脚、20引脚、引脚

13、、28引脚，有的仅引脚，有的仅5个引脚个引脚工作电压（工作电压（26V），电流仅），电流仅2个个mA国产单片机的基本情况：国产单片机的基本情况：ISP：in-system programming 在线系统编程在线系统编程一种无需将存储芯片（如一种无需将存储芯片（如EPROM）从嵌入式设备上取出）从嵌入式设备上取出就能对其进行编程的过程，缩略为就能对其进行编程的过程，缩略为ISP。在系统编程需要。在系统编程需要在目标板上有额外的电路完成编程任务。其优点是，即使在目标板上有额外的电路完成编程任务。其优点是，即使器件焊接在电路板上，仍可对其（重新）进行编程。在系器件焊接在电路板上，仍可对其（重新）进

14、行编程。在系统可编程是统可编程是Flash存储器的固有特性（通常无需额外的电存储器的固有特性（通常无需额外的电路），路），Flash几乎都采用这种方式编程。几乎都采用这种方式编程。ARM7处理器核外设控制器RAMBootBlockFLASHJTAGUART0串口 在系统编程（ISP）在系统编程是通过Boot装载程序和UART0对片内Flash存储器进行擦除/编程的方法。UART0ARM7处理器核CPU运行Boot代码通过ISP对Flash编程 IAPIAP（InIn AppplicationAppplication ProgramProgram），即在应用中编），即在应用中编程。顾名思义，就是

15、在系统运行的过程中动态编程，程。顾名思义，就是在系统运行的过程中动态编程，对程序执行代码的动态修改。对程序执行代码的动态修改。IAPIAP技术应用于嵌入式系统的数据存储和在线升级。技术应用于嵌入式系统的数据存储和在线升级。例如在程序运行工程中产生例如在程序运行工程中产生4k4k字节数据表，为了避免字节数据表，为了避免占用占用SRAMSRAM空间，用户可以使用空间，用户可以使用IAPIAP技术将此表写入片技术将此表写入片内内FlashFlash。又如用户在开发完一个系统后要增加新的。又如用户在开发完一个系统后要增加新的软件功能，可以使用软件功能，可以使用IAPIAP技术在线升级程序，避免重技术在

16、线升级程序，避免重新拆装设备。新拆装设备。一、单片机应用系统构成一、单片机应用系统构成1、基本系统、基本系统单单片片机机复位复位电路电路电源电源输入输入/输出输出设设 备备时时 钟钟电电 路路图图 1-14 单片机的基本系统结构图单片机的基本系统结构图辅助电路辅助电路控制对象控制对象最小系统最小系统1.3 单片机的应用构成及应用领域单片机的应用构成及应用领域2、扩展系统、扩展系统EPROM程序存储器程序存储器串行串行接口接口A/D单单片片机机复位复位电路电路时钟时钟电路电路电源电源RAM数据存储器数据存储器并行并行接口接口D/A外部扩展总线外部扩展总线单片机扩展系统结构图单片机扩展系统结构图

17、通过总线来扩展一些部件，以弥补单片机内部资通过总线来扩展一些部件，以弥补单片机内部资源的不足。这样可满足一些应用系统的特殊需要。源的不足。这样可满足一些应用系统的特殊需要。二、二、单片机的应用单片机的应用1、单片机的应用特性、单片机的应用特性 体积小体积小 可靠性高可靠性高 控制功能强控制功能强 使用方便使用方便 性能价格比高性能价格比高(6)(6)开发应用快捷开发应用快捷2、单片机的应用领域、单片机的应用领域 广泛应用于智能仪表广泛应用于智能仪表 如电阻电感电容测量仪、如电阻电感电容测量仪、智能压力（温度、流量）变送器等智能压力（温度、流量）变送器等 在机电一体化中的应用在机电一体化中的应用

18、 机电一体化产品是指集机电一体化产品是指集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品。例：数控机床等体，具有智能化特征的机电产品。例：数控机床等 在实时控制中的应用在实时控制中的应用 在分布式多机系统中的应用在分布式多机系统中的应用在民用电子产品中应用在民用电子产品中应用高档的家用电器、电子玩具等。如全自动洗衣机、热高档的家用电器、电子玩具等。如全自动洗衣机、热水器、电子游戏机水器、电子游戏机以单片机为核心组成的智能化仪器各自完成特定任务，以单片机为核心组成的智能化仪器各自完成特定任务，再通过通信相互联系，协调完成整个任务。再通过通信相互联系，协调完成整个任务。第1章总结主要内容 单片机概念 单片机内部结构和资源 单片机应用系统结构形式 了解增强型51系列单片机片内资源情况