第1讲 单片机基础知识概述

1.1什么是单片机？——从微型计算机技术发展谈起通用微型计算机（UniversalComputerSystem或PersonalComputer）PC主要功能部件：CPU+存储器+端口+显卡+声卡+网卡+显示器+鼠标+键盘基本功能部件接口外设386486PentiumPentiumProPentiumMMXPentiumⅡPentiumⅢPentiumⅣConroeIIINTEL架构CPU的发展历程技术要求:高速计算+海量存储发展方向:总线速度不断提升，存储容量不断扩大PC→电气加固、机械加固，并配置各种外围接口板卡→IPC（工控机）→嵌入到大型工控系统中（实现了智能化）工业计算机（IndustrialPersonalComputer）船舶驾驶室集中控制台自动配料控制系统电站锅炉控制系统板卡：CPU卡、存储器卡、数据采集卡、通讯卡…嵌入式计算机众多小型对象系统（如家电、仪器、工控单元…）无法使用IPC→需要发展一类特殊的嵌入式计算机系统。70年代中期，为满足广泛应用的需要，微型计算机向着两个不同的方向发展：分支一：高速度、大容量、高性能的高档微机方向分支二：功能完善、稳定可靠、体积小、价格低廉、面向控制的方向—PC机—单片机什么是单片机？把CPU、RAM、ROM、输入、输出接口(I/O)和中断系统、定时器/计数器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而“完善”的计算机系统，称为单片微型计算机，简称单片机(Single-Chip-Microcomputer)。不同的是单片机的这些部件性能相对微型计算机来讲弱很多，不过价钱也低。主要应用于测控领域。单片机使用时，通常是处于测控系统的核心地位并嵌入其中，所以也称为嵌入式控制器（EMCU，EmbeddedMicroControllerUnit），或微控制器（MCU，MicroControllerUnit）。我国习惯于使用“单片机”这一名称。通用计算机与单片机在硬件结构上的比较微型计算机系统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）所有基本单元都组装在一个IC芯片上数据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）MCS-51单片机单片机系统按照其用途可分为通用型和专用型两大类。（1）通用型单片机就是其内部可开发的资源（如存储器、I/O等各种外围功能部件等）可以全部提供给用户。用户根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核心，再配以外围接口电路及其它外围设备，并编写相应的软件来满足各种不同需要的测控系统。通常所说的和本书介绍的是指通用型单片机。（2）专用型单片机是专门针对某些产品的特定用途而制作的单片机。例如，各种家用电器中的控制器等。由于用于特定用途，单片机芯片制造商常与产品厂家合作，设计和生产“专用”的单片机芯片。由于在设计中，已经对“专用”单片机的系统结构最简化、可靠性和成本的最佳化等方面都做了全面的综合考虑，所以“专用”单片机具有十分明显的综合优势。无论“专用”单片机在用途上有多么“专”，其基本结构和工作原理都是以通用单片机为基础的。工业自动化控制智能仪器仪表通信设备汽车电子家用电器军事领域1.2单片机能做什么单片机在哪里?电磁炉与单片机•输入设备（箭头指向单片机）：加、减按钮•输出设备（箭头指向设备）：4个指示灯、电磁线圈的驱动电路1.3怎样学习单片机?掌握单片机原理与应用系统设计教学内容硬件系统（RAM，IO，T/C，INT，UART）存储器输入/输出单元定时/计数器中断系统串行通信软件系统C51语言程序汇编语言程序接口系统（LED，KEY，AD，DA，IO扩展）键盘电路数码管键盘模数转换数模转换可编程接口AD接口电路显示电路单片机发展的状况当前流行8位、16位和32位三大类产品1.8位单片机：使用数量最大的一类单片机。特点：成本低，性能又能满足大多要求。如MCS-51、PIC和AVR系列；2.16位单片机：适合数据运算的场合。但由于价格的居高，其数据运算功能又不如32位机，所以发展处于停滞状态。具有代表性有MCS-96系列、台湾的“凌阳”16位单片机；3.32位单片机：当前高档次单片机发展的一个方向，具有超强的数据处理能力、合理的价格。其核心技术基本被美国ARM公司所垄断。具有代表性的产品是ARM系列（ARM-7、ARM-9）。AT89系列单片机的产品分类：1.商业用产品。用“C”标注。温度范围0～70℃；2.工业用产品。用“I”标注。温度范围-40～85℃；3.汽车用产品。用“A”标注。温度范围-40～125℃；4.军用产品。用“M”标注。温度范围-55～150℃；例如：AT89C51-24PI1.5预备知识电平特性2进制与16进制的表示及转换二进制数的逻辑运算8051单片机介绍关于电平特性数字电路中只有两种电平：高和低TTL电平：标称逻辑电平：高+5V低0V实际TTL电平标准：输出L：0.4V；H：2.4V。输入L：0.8V；H：2.0V二进制十进制数和二进制的对应关系十进制二进制十进制二进制0091001101101010210……31125511111111410051016110711181000十六进制是二进制的简短表示形式。十进制中的0-15分别表示为十六进制的0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F熟练掌握二进制与十六进制之间的转换。规律：由低到高，把四个二进制数放在一起转换成一个十六进制数。如：0001B-1HB表示为二进制，H为十六进制1001B-9H1010B-AH00101100-2CH各种进位制的对应关系十进制二进制十六进制十进制二进制十六进制000000910019100011101010A200102111011B300113121100C401004131101D501015141110E601106151111F701117161000010810008MCS是Intel公司单片机的系列符号，如MCS-48、MCS-51、MCS-96系列单片机。MCS-51系列单片机主要包括基本型：8031/8051/8751（低功耗型80C31/80C51/87C51）增强型：8032/8052/8752。MCS-51系列是在我国应用最为广泛的单片机机型之一。MCS-51系列品种丰富，经常使用的是基本型和增强型。MCS-51系列单片机Intel公司以专利形式把8051内核技术转让给ATMEL、Philips、Cygnal、ANALOG、LG、ADI、Maxim、DALLAS等公司。生产的兼容机与8051兼容，采用CMOS工艺，因而常用80C51系列单片机来称呼所有这些具有8051指令系统的单片机，这些兼容机的各种衍生品种统称为51系列单片机或简称为51单片机。1.6开发工具KeilC51是51单片机软件开发的C语言和汇编语言环境，可以进行纯软件仿真；也可以与Proteus软件联合进行仿真。软件工具——KeilC集成开发环境软件硬件工具之一：面包板在面包板上观察电路的现象是否与设计的一致，以验证电路图设计的正确性。硬件工具之一：面包板硬件工具之一：面包板电阻1，它一支管脚插在电源正极排孔上，与电路的电源正极导通；另一支管脚插在下半部分的插孔中，而该插孔下方用一根导线跨接到第3列插孔中，而三极管1的e极插于同列插孔中，这样就实现了电阻1与三极管1的e极的电气连接。硬件工具之二：万用板和印刷电路板元器件插在万用板的一面，元器件管脚穿过万用板上的过孔，在万用板另一面使用电烙铁焊接管脚与万用板上的焊盘，然后焊接导线并通过导线实现元器件之间的电气连接。元器件一般都安装在万用板的同一面，导线可以焊接在万用板的任意一面。硬件工具之二：万用板和印刷电路板电路原理图可生成印刷电路板图。把印刷电路板图交给电路板生产厂家就可以把印刷电路板加工出来。电子产品的电路板已经具备工作的基本条件了。