第1章_单片机概述及基础知识

2020年2月24日1时38分1单片机原理及应用2020年2月24日1时38分2一、微型计算机的应用形态从应用形态上，微机可以分成三种：◆多板机（系统机）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。2020年2月24日1时38分3一、微型计算机的应用形态◆单板机将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片和简单的I/O设备（小键盘、LED显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序（固化在ROM中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）单板机2020年2月24日1时38分4一、微型计算机的应用形态单板机的I/O设备简单，软件资源少，使用不方便。早期主要用于微型计算机原理的教学及简单的测控系统，现在已很少使用。2020年2月24日1时38分5一、微型计算机的应用形态◆单片机在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机。三种应用形态的比较：系统机（多板机）单板机单片机2020年2月24日1时38分6成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology单片机SCM（SingleChipMicroComputer）——属于微型机的一种——具有一般微机的基本组成和功能又称为微控制器MCU（MicroControllerUnit）。其基本结构是将微型计算机的基本功能部件：中央处理器CPU、存储器，输入输出接口、定时/计数器、中断系统等全部集成在一个半导体芯片上。一、微型计算机的应用形态2020年2月24日1时38分7单片机的发展过程单片机技术发展过程可分为三个主要阶段：◆单芯片微机形成阶段1976年，Intel公司推出了MCS-48系列单片机。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（不大于4K），无串行接口，指令系统功能不强。二、单片机的发展过程及产品近况2020年2月24日1时38分8◆性能完善提高阶段1980年，Intel公司推出了MCS-51系列单片机：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。特点是：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出。现在，MCS-51已成为公认的单片机经典机种。二、单片机的发展过程及产品近况2020年2月24日1时38分9◆微控制器化阶段特点是：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。“微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。1982年，Intel推出MCS-96系列单片机。芯片内集成：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。二、单片机的发展过程及产品近况2020年2月24日1时38分10单片机产品近况﹡ATMEL公司融入Flash存储器技术的AT89系列；﹡Philips公司的80C51、80C552系列；﹡华邦公司的W78C51、W77C51高速低价系列；﹡ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列；﹡LG公司的GMS90/97低压高速系列；﹡Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列；﹡Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机。﹡宏晶公司的STC系列◆80C51系列单片机产品繁多，主流地位已经形成，近年来推出的与80C51兼容的主要产品有：二、单片机的发展过程及产品近况2020年2月24日1时38分11◆非80C51结构单片机新品不断推出，给用户提供了更为广泛的选择空间，近年来推出的非80C51系列的主要产品有：﹡Intel的MCS-96系列16位单片机；﹡Microchip的PIC系列RISC单片机；﹡TI的MSP430F系列16位低功耗单片机。二、单片机的发展过程及产品近况读懂单片机型号，见附件资料2020年2月24日1时38分12成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology三、单片机的特点系统扩展配置典型规范控制能力强集成度高体积小有很高的可靠性优异的性能价格比2020年2月24日1时38分13四、单片机的应用领域家电产品，如电视、电话、冰箱、空调，洗衣机、家用防盗报警器，在这类产品中主要用于功能控制；随身影音设备，如MP3、MP4、录音笔等，在这些设备中主要用于系统控制和智能管理；电子玩具，如各种电动玩具、玩具机器人，遥控电动车，遥控航模等。在这类设备中，单片机实现核心功能的控制和智能人机接口。2020年2月24日1时38分14四、单片机的应用领域测控设备，如数据采集、示波器、智能仪表，在这类设备中依靠单片机强大的控制和通信能力，实现测试、测量和控制。机电一体化设备，如车床、数控机床等，在这类设备中单片机作为机电一体化设备的控制器，可以简化机械产品的结构设计，实现智能的生产和操作控制，并扩展原有的功能。数据通信，如无线数据传输，大容量存储设备等。在这类设备中，单片机依靠串口、并口或者高速USB接口，实现计算机之间、计算机与外围设备之间的控制盒数据传输。总的来说，需要控制、通信和智能的领域，便可以找到单片机的身影和应用市场。2020年2月24日1时38分15成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology工业自动化仪器仪表家用电器军事信息通信产品四、单片机的应用领域2020年2月24日1时38分16五、单片机的发展方向高速，从最初的几MHz，到现在的几十MHz.缩短周期指令。低功耗。高度集成性。单片机集成的功能越来越多，如A/D转换、D/A转换、I2C接口，USB接口，CAN总线等，在有些设计项目中，甚至仅靠单片机就可以完成所有的工作。小尺寸，单片机的封装体积在逐步减小，这样可以减小电路板的使用面积，使得最终产品小型化。目前，手机，笔记本的日益小型化便是很好的体现。2020年2月24日1时38分17成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology六、单片机的结构框图2020年2月24日1时38分18成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnologyAT89C52单片机的引脚分布读懂IC的封装，见附件资料2020年2月24日1时38分19成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology七、单片机最小系统的组成MCUEA复位电路电源振荡电路2020年2月24日1时38分20成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology七、单片机最小系统电路VCC等于+5V2020年2月24日1时38分21成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology七、最小系统电路解析——电源部分单片机与TTL电平是兼容的，因此单片机的供电电源一般为+5V，随着各种工业上的要求不断提高，单片机也可以在低电压下工作，本学期所学的电路中，如果没有作特殊说明，VCC都代表+5V电压。单片机的电源部分电路直接将40脚接VCC，20脚接GND就可以了，注意，最高电压虽然不同型号的单片机有所不同，但是，一般的电路中电源电压都不能超过+5V。2020年2月24日1时38分22成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology七、最小系统电路解析——复位电路复位电路有两种形式，一种称为上电复位，一种称为按键复位，这里画出的是按键复位的电路，上电复位只有在单片机电源接通时才能进行复位，通常情况下我们都采用按键复位的方式对单片机进行复位。复位电路高电平复位电容的作用：按键按下时电容器通过R1放电。2020年2月24日1时38分23七、最小系统电路解析——复位电路RST/VPD:RST是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持2个机器周期的高电平时，就可以完成复位操作。RST引脚的第二功能是备用电源的输入端。2020年2月24日1时38分24成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology七、最小系统电路解析——振荡电路振荡电路有三种形式，一般我们采用外接晶体振荡的方式进行，因为在大多数情况下，我们要外接一个振荡信号会大大增加电路的复杂程度。晶振接电容器的容量要相等，一般20-50pF.主要作用：稳定晶振的输出。串口通信时，一般用11.0592MHz2020年2月24日1时38分25ChengduUniversityofInformationTechnology七、最小系统电路解析—程序存储器的选择EA管脚是用来选择程序存储器的位置的，在后面的单片机的内存结构中我们会再具体讲解它的作用，在这里该管脚要么接高电平，要么接低电平，但是一般不可以悬空。可以直接将该管脚接到VCC上，也可以通过一个电阻接到VCC上。EA必须要接高电平！！（存储器的选择，选片内为低）2020年2月24日1时38分26八、单片机工作的基本时序（1）振荡周期:也称时钟周期,是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。（2）状态周期:每个状态周期为时钟周期的2倍,是振荡周期经二分频后得到的。（3）机器周期:一个机器周期包含12个时钟周期。在一个机器周期内,CPU可以完成一个独立的操作。（4）指令周期:它是指CPU完成一条操作所需的全部时间。每条指令执行时间都是有一个或几个机器周期组成。MCS-51系统中,有单周期指令、双周期指令和四周期指令。2020年2月24日1时38分27九、学单片机需要具备的条件与以前所学的知识关联很少；对器件的概念基本上是从0开始；如果要用C语言编程，需具备一定的C语言基础；所有人都站在了同一起跑线上；2020年2月24日1时38分28九、学单片机需要具备的条件#includereg52.hunsignedcharFlag=0x3f;main(){P1=0x55;While(1){if(Flag––==0){Flag=0x3f;P1=~P1;}}}2020年2月24日1时38分29九、学单片机需要具备的条件org0000hjmpmainorg0100hmain:movp1,#55hamain:movr0,#3fhloop:djnzr0,loopcplamovp1,ajmpamainend2020年2月24日1时38分30十、学单片机到底学什么？1、对I/O口的控制，无论单片机对外界进行何种控制，都是通过I/O口进行的。2、接受外部的控制，通过I/O口感受外部的电压。3、51系列单片机总共有4个8位双向输入输出端口。每个I/O口都有锁存器、输出驱动器和输入缓冲器。4个I/O口都能作输入/输出口用。2020年2月24日1时38分31十一、单片机怎么学？1、结合书本理论，动手练习。2、补充必要的理论知识，需要什么补什么。3、大胆实践，通过项目来积累经验。2020年2月24日1时38分32十二、单片机基础知识-码计算机只能处理二进制数，因此除了数值本身需要用二进制数形式表示外，字符，包括数码(如0，1，2，3，4，5，6，7，8，9)、字母(如A，B，C，D，…，X，Y，Z及a，b，c，d，…，x，y，z)、特殊符号(如%，!，+，-，=等)也必须用二进制数表示，即在计算机中需将数码、字母、特殊符号等代码化——ASCII码。America