单片机应用系统设计：第1章概述

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1、单片机应用系统设计单片机应用系统设计专业基础课专业基础课Seminar教学模式教学模式：理论教学和实践教学相结合理论教学和实践教学相结合 研讨教学和自主研学相结合研讨教学和自主研学相结合课程成绩课程成绩 =平时平时10%+10%+考核考核50%+50%+研究报告研究报告20%+20%+实验实验20%20%课程教学模式课程教学模式考试形式考试形式第第 1周周单片机简介及内部结构单片机简介及内部结构第第 3周周指令系统指令系统汇编语言设计（格式）汇编语言设计（格式）编程举例（编程举例（1）第第 4周周中断系统中断系统（结构、控制寄存器工作过程）（结构、控制寄存器工作过程）第第 5周周 定时器与串行

2、口通信定时器与串行口通信（结构、控制寄存器工作过程）（结构、控制寄存器工作过程）第第 6周周编程举例（编程举例（2）（数据处理、（数据处理、I/O输入输出、中断定时器输入输出、中断定时器编程应用、串行口编程应用）编程应用、串行口编程应用）第第 7周周存储器扩展；（外数据存储器）存储器扩展；（外数据存储器）外部接口扩展（外部接口扩展（1）（8255、键盘、显示器、键盘、显示器、A/D、D/A）第第 8周周外部接口扩展（外部接口扩展（2）（串行总线、总线扩展器）（串行总线、总线扩展器）第第 9周周实验一实验一.数据传送实验数据传送实验多字节十进制加法实验多字节十进制加法实验第第 10周周实验二实验

3、二键盘和键盘和LED显示实验显示实验第第 11周周实验三实验三 字符型液晶显示实验字符型液晶显示实验第第12周周实验四实验四.D/A,A/D转换实验转换实验 第第13周周研讨教学研讨教学(一一)第第14周周研讨教学研讨教学(二二)第第15周周研讨教学研讨教学(三三)第第16周周研讨教学研讨教学(四四)及及考试考试第第1 1章章 概概 述述1.1 1.1 单片机的基本概念单片机的基本概念1.2 1.2 单片机的特点及应用单片机的特点及应用1.3 1.3 常用单片机系列介绍常用单片机系列介绍1.4 1.4 怎样设计、调试单片机应用系统怎样设计、调试单片机应用系统(1)(1)微型计算机微型计算机：微

4、处理器：微处理器(CPU)(CPU)、存储器、存储器、I/OI/O接口电路由总线接口电路由总线有机地连接在一起的整体，称为微型计算机。有机地连接在一起的整体，称为微型计算机。(2)(2)单片机：单片机：将微处理器将微处理器(CPU)(CPU)、存储器、存储器、I/OI/O接口电路和相应接口电路和相应实时控制器件实时控制器件集成在一块芯片上，称其为单片微型计算机，简称集成在一块芯片上，称其为单片微型计算机，简称单片机。单片机。(3)(3)微型计算机系统微型计算机系统：微型计算机与外围设备、电源、系统软：微型计算机与外围设备、电源、系统软件一起构成的系统，称为微型计算机系统。件一起构成的系统，称为

5、微型计算机系统。1.1 单片机的基本概念单片机的基本概念图1.1 微机组成结构框图 图1.2 单片机组成框图 （1 1）CPUCPU数据处理功能、计算速度和精度：浮点运算，数据处理功能、计算速度和精度：浮点运算，CPUCPU的的振荡频率、字长，串并行处理、多级高速缓冲等技术。振荡频率、字长，串并行处理、多级高速缓冲等技术。（2 2）内存容量、）内存容量、CPUCPU对数据的存取速度：对数据的存取速度：微机：多体、并读技术和段、也多种管理模式微机：多体、并读技术和段、也多种管理模式 单片机：单片机：CPUCPU对存储器的读写按直接物理地址来寻址存储器单元对存储器的读写按直接物理地址来寻址存储器单

6、元 （3 3）I/OI/O接口：标准与非标准外设接口：标准与非标准外设 单片机与微机构造中的主要不同点：1.2 单片机的特点及应用单片机的特点及应用1.2.1 单片机的特点单片机的特点(1)(1)单片机的存储器单片机的存储器ROMROM和和RAMRAM是严格区分的。是严格区分的。ROMROM称为程序称为程序 存存储器，只存放程序、固定常数及数据表格。储器，只存放程序、固定常数及数据表格。RAMRAM则为数据存储则为数据存储器，用作工作区及存放用户数据。器，用作工作区及存放用户数据。(2)(2)采用面向控制的指令系统。采用面向控制的指令系统。(3)(3)单片机的单片机的I/OI/O引脚通常是多功

7、能的。引脚通常是多功能的。(4)(4)单片机的外部扩展能力强。单片机的外部扩展能力强。1.2.2 单片机的应用单片机的应用 (1)体积小，成本低，运用灵活，易于产品化，它能方便地体积小，成本低，运用灵活，易于产品化，它能方便地组成各种智能化的控制设备和仪器，做到机电一体化。组成各种智能化的控制设备和仪器，做到机电一体化。(2)面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳的性能价格比。务，因而能获得最佳的性能价格比。(3)抗干扰能力强，适用温度范围宽，在各种恶劣的环境下抗干扰能力强，适用温度范围宽，在各种恶劣的环境下都能可靠地

8、工作，这是其它类型计算机无法比拟的。都能可靠地工作，这是其它类型计算机无法比拟的。(4)可以方便地实现多机和分布式控制，使整个控制系统的可以方便地实现多机和分布式控制，使整个控制系统的效率和可靠性大为提高。效率和可靠性大为提高。单片机的应用范围十分广泛，主要的应用领域有：单片机的应用范围十分广泛，主要的应用领域有：(1)工业控制。单片机可以构成各种工业控制系统、数据采工业控制。单片机可以构成各种工业控制系统、数据采集系统等。如数控机床、自动生产线控制、电机控制、温度控集系统等。如数控机床、自动生产线控制、电机控制、温度控制等。制等。(2)仪器仪表。如智能仪器、医疗器械、数字示波器等。仪器仪表。

9、如智能仪器、医疗器械、数字示波器等。(3)计算机外部设备与智能接口。如图形终端机、传真机、计算机外部设备与智能接口。如图形终端机、传真机、复印机、打印机、绘图仪、磁盘复印机、打印机、绘图仪、磁盘/磁带机、智能终端机等。磁带机、智能终端机等。(4)商用产品。如自动售货机、电子收款机、电子秤等。商用产品。如自动售货机、电子收款机、电子秤等。(5)家用电器。如微波炉、电视机、空调、洗衣机、录像机、家用电器。如微波炉、电视机、空调、洗衣机、录像机、音响设备等。音响设备等。1.3 常用单片机系列介绍常用单片机系列介绍1.3.1 MCS系列产品系列产品 第一阶段(19711976年)：单片机发展的初级阶段

10、。1971年11月，Intel公司首先设计出集成度为2000只晶体管/片的4位微处理器Intel 4004，并配有RAM、ROM和移位寄存器，构成了第一台MCS-4微处理器。它的推出拉开了单片机研制的序幕。第二阶段(19761980年)：低性能单片机阶段。这一阶段以1976年Intel公司推出的MCS-48系列系列为代表产品。第三阶段(19801983年)：高性能单片机阶段。这一阶段以1980年Intel公司推出的MCS-51系列系列为代表产品。第四阶段(1983年至今)：16位单片机阶段。这一阶段以1983年Intel公司推出的MCS-96系列系列为代表产品。MCS-51系列单片机可分为两大

11、系列：51子系列和52子系列。表1.1 INTEL主要单片机系列16bit msp430,PIC24系列系列32bit 基本都是基于基本都是基于ARM51系列系列 atmel的网站的网站 1.3.2 MCS-511.3.2 MCS-51系列单片机的结构特点系列单片机的结构特点1 1工作寄存器区、特殊功能寄存器工作寄存器区、特殊功能寄存器SFRSFR2 2把程序存储器和数据存储器分成两个独立的地址空间，采用不把程序存储器和数据存储器分成两个独立的地址空间，采用不同的寻址方式，使用两个不同的地址指针，同的寻址方式，使用两个不同的地址指针，PCPC指向程序存储器，指向程序存储器，DPTRDPTR指向

12、数据存储器指向数据存储器3 3输入输出接口引线在程序的控制下都可有第二功能输入输出接口引线在程序的控制下都可有第二功能 4.4.内部有一个全双工串行口，即可同时发送和接收；有两个物理内部有一个全双工串行口，即可同时发送和接收；有两个物理上独立的接收、发送缓冲器上独立的接收、发送缓冲器 ，实现多机通信、分布控制系统。，实现多机通信、分布控制系统。5 5内部有一个功能相对独立的位处理机，具有较强的位处理功能内部有一个功能相对独立的位处理机，具有较强的位处理功能1.4 1.4 怎样设计、调试单片机应用系统怎样设计、调试单片机应用系统 1 1、设计、设计 根据功能、根据功能、技术指标、技术指标、对象对

13、象设计原理图设计原理图 确定芯片、确定芯片、各种元器件、各种元器件、尺寸尺寸画出印制板图画出印制板图 加工厂加工厂制作印制板制作印制板软件设计：编辑汇编语言、编译通过软件设计：编辑汇编语言、编译通过硬件设计硬件设计初学者用初学者用protel的升级版本的升级版本altium正规一点的公司用正规一点的公司用cadence的的allegro汇编语言编辑、编译汇编语言编辑、编译机器语言机器语言单片机单片机仿真开仿真开发器发器PCPC单片机单片机应用系应用系统统2 2、调试、调试设计电路设计电路单片机仿真器必须具有以下基本功能：单片机仿真器必须具有以下基本功能：（1 1）、能输入和修改用户的应用程序；）、能输入和修改用户的应用程序；（2 2）、能对用户系统硬件电路进行检查与诊断；）、能对用户系统硬件电路进行检查与诊断；（3 3）、能将用户源程序编译成目标码并固化到）、能将用户源程序编译成目标码并固化到EEPROMEEPROM中去；中去；（4 4）、能以单步、断点、连续方式运行用户程序，正）、能以单步、断点、连续方式运行用户程序，正确反映用户程序执行的中间结果。确反映用户程序执行的中间结果。编译仿真编译仿真IAR系列系列3 3、构成系统、构成系统程序写入单片机构成独立系统程序写入单片机构成独立系统