微机原理及应用绪论

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1、00 课程介绍01 绪论1微机原理及应用Principle and Applications of Micro-Computers课程介绍教材和参考书教材和参考书,基础知识的要求基础知识的要求,授课计划授课计划,作业和实验要求作业和实验要求,考核方法考核方法绪论(第一章)单片机和嵌入式系统单片机和嵌入式系统,单片机的发展趋势单片机的发展趋势,常见的单片机介绍常见的单片机介绍,MCS-51单片机及其应用单片机及其应用本讲的主要内容1.教材和参考书教材和参考书2.先修课程和相关参考书先修课程和相关参考书3.课时分配和授课计划课时分配和授课计划4.作业和实验的要求作业和实验的要求5.考核方法考核方法

2、课程介绍教材和参考书 教材 王忠飞,胥芳 编著.MCS-51单片机原理及嵌入单片机原理及嵌入式系统应用式系统应用.西安:西安电子科技大学出版社 主要参考书 张毅刚,彭喜源,谭晓昀 编著.MCS-51单片机单片机应用设计应用设计.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1997 Ken Arnold,Embedded controller hardware design,LLH Technology Publishing,2001 Users Guides of IAR System(见教材refs.1012)李全利,迟荣强 编著.单片机原理及接口技术.北京:高等教育出版社,2004先修课程/基础知识和相

3、关参考书数制及它们的关系计算机基础计算机基础,数字电路等参考书数字电路等参考书数字电路和模拟电路康华光康华光 主编主编.电子技术基础电子技术基础:数字部分和模拟部数字部分和模拟部分分(2卷卷).北京北京:高等教育出版社高等教育出版社,xxxx(任意版任意版)C编程语言(不强制要求)介绍介绍C语言的任意参考书都可以语言的任意参考书都可以课程目的:掌握嵌入式系统的基本设计方法掌握嵌入式系统的基本设计方法课时分配:授课授课28学时学时课程介绍和第课程介绍和第1章章(第第1周周,本次本次)第第2章内部结构章内部结构(分分3讲讲)第第3章汇编语言程序设计章汇编语言程序设计(分分1讲讲)(安排安排1次次/

4、2学时课内实验学时课内实验)第第4章章C语言介绍语言介绍(分分3讲讲)第第5章三个重要功能单元章三个重要功能单元(分分4讲讲)第第6章章(分分2讲讲)(安排安排1次次/2学时课内实验学时课内实验)第第7章章(分分1讲讲)课时分配和授课计划作业教材每章后的习题教材每章后的习题,交作业时间为每章内容授课交作业时间为每章内容授课完毕后的一周内完毕后的一周内实验必须的实验按必须的实验按“机电综合实验课机电综合实验课”的要求的要求,单独单独考核考核,不作为本课程要求的内容不作为本课程要求的内容作业和实验要求方法:由下面几部分成绩组成由下面几部分成绩组成闭卷笔试成绩闭卷笔试成绩(占占50%)实验成绩实验成

5、绩(占占15%)平时成绩平时成绩(课堂交互课堂交互+点名点名+作业占作业占15%)项目报告项目报告(占占20%)日常答疑时间:每次课后考核方法本课程讲义本课程的讲义是公开的,为了便于下载和打开浏览,授课过程中的讲义以及相关的资料都按pdf格式放在百度云中供大家下载当然,您有任何问题也可以发到1.通用计算机通用计算机(PC)系统系统 vs 嵌入式嵌入式(计算机计算机)系系统统 2.嵌入式系统核心嵌入式系统核心单片机的分类单片机的分类3.应用的需求推动单片机的发展应用的需求推动单片机的发展4.目前常见的单片机介绍目前常见的单片机介绍5.为什么学为什么学MCS-51单片机单片机?6.MCS-51单片

6、机的嵌入式系统和开发单片机的嵌入式系统和开发绪论MCS-51单片机的封装(常见的形式)DIP40(40-pins Dual In-line Package,脚距2.54mm)PLCC44(44-lead Plastic Leaded Chip Carrier,脚距1.27mm)PQFP44(Plastic Quad Flat Package 脚距0.8mm)1标记标记202140DIP40实物和引脚排列实物和引脚排列1标记标记71718282939PLCC44实物和引脚排列实物和引脚排列1标记标记111222233334PQFP44实物和引脚排列实物和引脚排列2022-7-31计算机的结构仍然

7、没有突破冯诺依曼提出的计算机的经典结构框架。1946年6月，匈牙利籍数学家冯诺依曼提出了“程序存储”和“二进制运算”的思想，进一步构建了计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成这一计算机的经典结构。冯诺依曼2022-7-31微型计算机从应用形态上可分成两种系统机（多板机）将CPU、存储器、I/O接口电路和总线接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、软/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算机系统（简称系统机）。工业PC机 也属于多板机。单片机 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口、中断系

8、统和定时器等计算机必备部件，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机。具有一台计算机的属性。也称为：微控制器 MCU(MicroController Unit)或嵌入式控制器 EMCU（Embedded icroControllerUnit）。通用计算机系统 vs 嵌入式系统 Embedded System(ES)CPU(or MCU,单片机单片机)Processor/Controller 集成有集成有Memory和和I/O无主板无主板无固定外设无固定外设软件软件特点特点 高集成度高集成度,低成本低成本,低功耗低功耗 特殊结构特殊结构,难开发难开发 应用开发应用开发:硬件和软件硬件和软件PC Sy

9、stem(PCS)nCPUProcessorn主板主板CPU和和Memory、I/O的通道的通道n有固定外设和开放总线有固定外设和开放总线n软件软件n特点特点高性能高性能,高成本高成本,高功耗高功耗通用体系通用体系,易开发易开发(根据应用根据应用)工业应用开发工业应用开发:接口和软件接口和软件一般的PC系统的组成FDD&HDD&CD-ROMIntel CPU(x86)PCI busDRAM/EDO/DDR NorthBridgeCachePCIController South BridgeGraph DriverRTCPIODMACGP BusPIntUARTsSound DriverNET

10、MACUSB ControllerKeypadMouseISA BUSPrinterRS232CRT/LCDSPK/MIC10/100MEthernetUSB PortPCI BUSMemory ControllerPower SupplyOpen Bus 8/16bits BUSExpandable Peripheral 32bits BUSExpandableLocal Bussocket详见详见“计算机计算机接口及应用接口及应用”课程的内容课程的内容 一般的嵌入式系统的组成Off-chip ExpandMicro-processor/controller in the single ch

11、ipControl UnitRegisterALURAMROMProgrammableI/O PortADC/DAC(AI/O)Special Function UnitTimer,IRQ,UARTLCD/LED driverRAMROMLCD/LED modulePower SupplyDI/OAI/OKeyboard2022-7-31单片机的发展过程单芯片微机形成阶段 1976年（Intel）MCS-48：8位CPU、1K字节ROM、64字节RAM、27根I/O线和1个8位定时/计数器。特点是：存储器容量较小，寻址范围小（4K），无串行接口，指令系统功能不强性能完善提高阶段 1980年（I

12、ntel）MCS-51：8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K，并有控制功能较强的布尔处理器。微控制器化阶段 1982年（Intel）MCS-96：16位CPU、8K字节ROM、232字节RAM、5个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K。片上还有8路10位ADC、1路PWM输出及高速I/O部件等。特点是：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系统及设备。嵌入式系统的优点和缺点优点优点元件少元件少体积小体积小低成本低成本低功耗低功耗高可靠性高可靠性多多I/O

13、缺点缺点n灵活性差灵活性差n性能有限性能有限n扩展能力有限扩展能力有限n开发周期长开发周期长嵌入式系统核心单片机的分类嵌入式系统的核心(心脏)是一个集成有CPU,存储器和I/O单元的芯片,具有一般计算机的基本功能,所以称之为单单芯片片计算机机单片机分类:根据其基本根据其基本操作处理的位数操作处理的位数分为分为1位的位的,4位的位的,8位的位的,16位的和位的和32位的单片机位的单片机其它分类方法:如按如按应用应用分类分类控制类的控制类的,信号处理类的和混合信号类的单片机信号处理类的和混合信号类的单片机单片机的发展趋势 应用需求推动单片机的发展n为了满足越来越多的需要以及特殊应用为了满足越来越多

14、的需要以及特殊应用,单单片机的发展趋势片机的发展趋势增强处理性能增强处理性能:执行指令的速度执行指令的速度,寻址范围寻址范围增加功能增加功能:更多的特殊功能单元更多的特殊功能单元提高集成度提高集成度降低功耗降低功耗,更宽的供电范围更宽的供电范围目前常见的单片机(8位的)采用复杂指令集采用复杂指令集(CIS)的单片机的单片机Intel公司的MCS-51系列及其衍生的单片机Zilog公司的Z系列(Z80,Z180,eZ80)及其衍生的单片机Motorola公司的MC68系列(HC05,HC08,HC11)8位单片机 采用精简指令集采用精简指令集(RIS)的单片机的单片机Atmel公司的AVR,AT

15、Mega系列单片机Microchip公司的PIC(PIC16,17,18)系列8位单片机其它(更多的请大家在图书馆或网络上查找更多的请大家在图书馆或网络上查找)目前常见的单片机(16位的)Intel公司的MCS-96/196系列单片机Intel公司的80186微控制器及其衍生的“单片机”(Intel已停产,有台湾金丽科技(RDC,.tw)生产的R系列替代)Motorola公司的HC(/S)12系列,HC16系列和DSP56F8系列单片机Infineon公司的C166系列单片机TI公司的MSP430系列单片机其它 目前常见的单片机(32位的)ARM公司开发的ARM系列32位单片机ARM7系列及其

16、衍生类型系列及其衍生类型ARM9/9E系列系列ARM10系列系列Motorola公司的32位单片机M68K系列系列Coldfire系列系列M.Core系列系列MPC500系列系列其它问题问题 如此多的单片机为什么学51?从学习和掌握的角度最具代表性的单片机最具代表性的单片机,8051已经成为标准结构已经成为标准结构资源适合于小型系统资源适合于小型系统(单片应用单片应用)和中型系统和中型系统(易扩展易扩展)无须操作系统无须操作系统(非计算机专业学生容易掌握非计算机专业学生容易掌握)应用开发角度大量性能各异的衍生类型满足特殊应用大量性能各异的衍生类型满足特殊应用相互兼容的相互兼容的MCS-51单片

17、机有数百家半导体公司供货单片机有数百家半导体公司供货开发工具开发工具(包括硬件和软件包括硬件和软件)齐全齐全,稳定稳定2022-7-31单片机的应用领域智能仪器仪表提高了仪器仪表的使用功能和精度，同时还简化了仪器仪表的硬件结构。如各种智能电气测量仪表、智能传感器等军事技术 汽车电子 汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子等2022-7-31单片机的应用领域 机电一体化产品 集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的各种机电产品。单片机在机电一体化产品的开发中可以发挥巨大的作用。典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、复印机等。2022-7-

18、31智能控制2022-7-31单片机在工业上的应用数控车床数控车床2022-7-31家用电器2022-7-31单片机系统的开发过程 通常开发一个单片机系统可按以下几个步骤进行。明确系统设计任务，完成单片机及其外围电路的选型工作。运用PROTEL、POWERPCB等软件设计系统原理图和PCB板，经仔细检查PCB板后送工厂制作。完成器件的安装焊接。根据硬件设计和系统要求编写应用程序。在线调试软硬件。使用编程器烧写单片机应用程序，独立运行单片机系统。2022-7-31110592GNDC930pC830pGNDGNDMPURXDMPUTXDC51uFC61uFC71uFC41uFVCCGND1627

19、38495J1DB9C1+1V+2C1-3C2+4C2-5V-6T2OUT7R2IN8R2OUT9T2IN10T1IN11R1OUT12R1IN13T1OUT14GND15Vcc16U3MAX232MPURXDMPUTXDPCTXDPCRXDD034D133D232D331D430D529D628D727PA04PA13PA22PA31PA440PA539PA638PA737PB018PB119PB220PB321PB422PB523PB624PB725PC317PC216PC115PC014PC413PC512PC611PC710RD5WR36A09A18RESET35CS6U58255AP

20、A0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PC3PC2PC1PC0PC4PC5PC6PC7VCCGNDRDRDWRWR123456789J2 D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D0GND1213U2FC122UFC3103VCCC1447UFC16103VCCVCCC15103VCCXTAL232768C1720p12345678910J7P17123DS18B20R114.7KR131kVCCGNDGNDVCCD1D2USBMUSBC18100uFVCCGNDK2IN1GND2OUT3W17805D7R29510J11S3123J

21、18HWGNDVCCR28100C20104P16P3.2abcdefgIN1COM10OUT18IN2IN3IN4IN5IN6IN7IN8OUT17OUT16OUT15OUT14OUT13OUT12OUT11U6AULN2803R2GNDA0A1A7P3.512J3D11N4148Q109012C10103dpOC1C111D22D33D44D55D66D77D88D91Q192Q183Q174Q165Q156Q147Q138Q12U4573P3.3VCCR151.5KGNDVCCGNDC2104EA31RST9XTAL119XTAL218AD039AD138AD237AD336AD435A

22、D534AD633AD732A821A922A1023A1124A1225A1326A1427A1528P01P12P23P34P45P56P67P78TXD11RXD10ALE30PSEN29T014T115INT012INT113RD17WR16U189S51VCCGNDP3.2P3.4GNDOSC11OSC22INT3Vss4SDA5SCL6clkout7Vcc8U8856312J6GNDP3.4P3.312345PR15.1KP3.2P3.4R141kQ18050P3.5VCCK1D81N4148123J8GNDPA1PA2PA3PA5PA4Q29013Q39013Q49013Q590

23、13Q69013VCCK14K9K5K18K16K10K7K6K4K8K12K11PC0PC1D15D11D16D17D12D13D18D141234567891K12PR2VCCRST12345678910JP1P17P16P10P15P11P12P13P14P15P16P17VCCGNDRSTPA0R181kR211kR221kR231kR241kR251kSPK1234J91E2D3Dp4C5G6C47B8C39C210F11A12C1DS11E2D3Dp4C5G6C47B8C39C210F11A12C1DS2PA7PA6Q79013Q89013Q99013K15K17K13R261kR

24、271kDS1DS2DS3DS4DS5DS6DS7DS8AAFFBBCCDDEEGGDpDpDS1DS2DS3DS4DS5DS6DS7DS81234D2w10C1147uFC13103P17P16P15P14P13P12P11P10P20P21P22P23P24P25P26P27123U9A74LS00456U9B74LS008910U9C74LS00111213U9D74LS00R344.7kR354.7kR362kR3110kR3010kR321kR331kR37470C21103C22103VCCGNDGNDGNDVCCD3(H)(L)VCCVCCS1GND123J5T1INT1J10D

25、412J15GND123J16VCC12J4GND12J12VCCISP编程插座无线遥控插座P1口插座串行通信接口IIC存储器IIC时钟交、直流、USB供电电路继电器控制电路1、2短接蜂鸣器3、4外接喇叭单总线温度传感器红外遥控接口负脉冲发生器逻辑笔电路电平输入PC口输出插座动态显示、行列键盘电路LED显示电路电源滤波外接+5V电源A01A12A23VSS4SDA5SCL6WP7Vcc8U724C021234567891011121314151617181920J17P20P21P22P23P24P25P26P27GNDALEVCCVCCD0D1D2D3D4D5D6D712345678J14A

26、0A1A7A2A3A4A5A612J13数据线、高8位地址线低8位地址线2022-7-31通常是C语言或者汇编语言，在特定的集成开发环境（IDE）中编程调试2022-7-31单片机应用系统开发调试硬件仿真器硬件仿真器目标系统开发软件2022-7-31单片机应用系统开发调试使用SoftICE仿真目标系统通信数据线开发软件2022-7-31单片机应用系统开发程序下载使用并行编程器编程器驱动软件单片机或单独存储器并行编程器2022-7-31单片机应用系统开发程序下载使用ISP（In System Program在系统编程）ISP软件下载线目标系统总结对比通用计算机系统和嵌入式系统单片机及其分类单片机及其分类单片机的发展趋势常见的常见的8,16和和32位单片机位单片机MCS-51单片机的嵌入式系统结构MCS-51单片机的开发步骤和工具单片机的开发步骤和工具问题和讨论38说出你周围哪些是嵌入式系统?在你的系统中,哪些技术/需要是最关键的?MCS-51单片机的嵌入式系统需要扩展资源时一定需要“译码器和控制逻辑电路”吗?为什么?下课下课