第1章 单片微型计算机概述2

第1章单片微型计算机概述第1章单片微型计算机概述课程性质、任务和目的单片机是计算机家族的一个重要分支，它具有体积小、价格低、面向控制的特点，适用于各种工业控制、仪器仪表装置，在人类生产和生活中的各个领域都有极为广泛的应用。本课程讲授了单片机的应用概述，单片机的内部结构及指令系统，单片机的程序设计，中断系统和定时器，串行口和系统的扩展，测试接口，80c51兼容单片机等，以培养学生应用单片机的能力。•基本要求•通过本课程的教学，应使学生达到下列要求：•初步获得单片机基础知识•熟悉单片机的内部结构及指令系统•能够进行单片机的程序设计•熟悉其中断系统和定时器•了解串行口和系统的扩展•掌握工程应用•了解80c51兼容单片机第1章单片微型计算机概述如何申请免费芯片•http：//•http：//•http：//章单片微型计算机概述需要掌握的软件工具•ProteusISIS软件使用•Keil软件使用•ISP写入器的使用第1章单片微型计算机概述[学习目的][学习重点和难点]1、了解微型计算机的组成及应用形态。1、微型计算机的组成及应用形态。2、80C51单片机系列。2、了解单片机的发展过程及产品近况3、了解单片机的特点及应用领域。4、掌握微型计算机的组成及应用形态5、掌握80C51单片机系列第1章单片微型计算机概述1.1微型计算机概述1.2单片机的发展过程及产品近况1.3单片机的特点及应用领域1.4单片机的发展趋势1.1.1微型计算机的组成及应用形态1.1.2单片机内部结构及单片机应用系统组成1.1.380C51单片机系列1.2.1单片机的发展过程1.2.2单片机产品近况1.3.1单片机的特点1.3.2单片机的应用领域思考题与习题本章小结第1章单片微型计算机概述1.1.1微型计算机的组成及应用形态一、微型计算机系统的组成微型计算机系统是由硬件和软件组成。1.硬件是指组成计算机的物理实体，是看得见摸得着的部分，如图1-1所示。它是由微处理器CPU、存储器（RAM、ROM）、基本输入/输出（I/O）接口电路和总线接口等组成。2.软件简单地说就是程序，指专业软件开发者开发的系统软件和应用软件等。返回第1章单片微型计算机概述第1章单片微型计算机概述1、微型计算机将微处理器CPU、存储器（RAM、ROM）、基本输入/输出（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（卡）插在主机板的扩展槽上并与电源、软/硬盘驱动器和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。微型计算机硬件组成如图1-2所示。图1-2二、微型计算机的应用形态第1章单片微型计算机概述将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）。单板微型计算机组成如图1-3所示。主要应用于工业控制器、家用电器等。2、单板微型计算机图1-3第1章单片微型计算机概述单片机：在一片大规模集成电路芯片上集成微处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、I/O接口电路。单片微型计算机如图1.4所示。主要应用：智能仪表、智能传感器、智能家电、智能办公设备、汽车及军事电子设备等应用系统。特点：体积小、价格低、可靠性高。图1.4单板微型计算机3、单片微型计算机第1章单片微型计算机概述软件系统+微机系统CPU(CentralProcessingUnit)第1章单片微型计算机概述CPU输入设备输出设备软件系统+微型微型计算机系统硬件系统单片微型计算机是指集成在一个芯片上的微型计算机，简称单片机——单片机实质上就是一个芯片第1章单片微型计算机概述一、单片机内部结构单片机内部结构示意图如图1.5所示，它由微处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、基本输入/输出(I/O)接口电路、定时器/计数器和中断系统等部件组成，并把它们制作在一块大规模集成电路芯片上，就构成一个完整的单片微型计算机。1.1.2单片机内部结构及单片机应用系统组成返回第1章单片微型计算机概述二、单片机应用系统的组成单片机应用系统是以单片机为核心，再加上接口电路及外设等硬件电路和软件，就构成了单片机应用系统。单片机应用系统的组成如图1.6所示。单片机硬件系统单片机软件系统单片机应用系统图1.6单片机应用系统的组成单片机应用系统单片机软件系统单片机硬件系统第1章单片微型计算机概述Intel公司生产的MCS系列单片机，尽管单片机型号很多，但从目前来看，使用最为广泛的应该MCS-51单片机。本书主要研究MCS-51系列8位单片机80C51。80C51系列单片机如表1-1所示。1.1.380C51单片机系列返回第1章单片微型计算机概述表1-180C51系列单片机分类表分类芯片型号存储器类型及字节数/B片内其他功能单元数量ROMRAM并口串口定时/计数器中断源总线型基本型80C31－1284个1个2个5个80C514K掩膜1284个1个2个5个87C514K1284个1个2个5个★89C514KFlash1284个1个2个5个89S514KISP1284个1个2个5个增强型80C32－2564个1个3个6个80C528K掩膜2564个1个3个6个87C528K2564个1个3个6个★89C528K2564个1个3个6个89S528KISP2564个1个3个6个非总线型89C20512KFlash1282个1个2个5个★89C40514KFlash2个1个2个5个注意：1、表中加★的被ATMEL公司的AT89S51/89S52新产品所取代，新产品具有ISP（在系统编程）功能，使用非常方便，实际应用时应首选。2、89C51已停产。第1章单片微型计算机概述一、基本型和增强型80C51系列又分为基本型（51子系列）和增强型（52子系列）两个子系列，并以芯片型号的最末位数字是1还是2来区别。从表1-1所列内容中可以看出增强型增强的功能具体方面如下：(1)片内ROM从4KB增加到8KB;(2)片内RAM从128B增加到256B;(3)定时/计数器从2个增加到3个;(4)中断源从5个增加到6个。第1章单片微型计算机概述•2.芯片中“C”和“S”的含义•MCS-51系列单片机采用两种半导体工艺生产。一种是采用高速度、高密度和短沟道HMOS工艺。另外一种是采用高速度、高密度和低功耗的互补金属氧化物的CHMOS工艺。表1-1中芯片型号中带有字母“C”的，为CHMOS芯片，不带“C”的为一般的HMOS芯片。•带“C”的芯片具有低功耗（例如8051的功耗为630mW，而80C51的功耗只有120mW）的特点之外，还具有各I/O口电平既与TTL电平兼容，也与CMOS电平兼容。•AT89S51/89S52带“S”系列产品最大的特点是具有在“系统可编程”功能。用户只要连接好下载电路，就可以在不拔下51芯片的情况下，直接在系统中进行编程。编程期间系统是不能运行程序的。第1章单片微型计算机概述•5.80C51与AT89C51的区别•Intel公司在1980年推出80C51系列单片机，由于80C51单片机应用早，影响面很大，已经成为工业标准。后来很多著名厂商如Atmel，philps等公司申请了版权，生产了各种与80C51兼容的单片机系列。虽然制造工艺在不断地改进，但内核却没有变化，指令系统完全兼容，而且大多数管脚也兼容。因此，我们称这些与80C51内核相同的单片机为80C51系列单片机或51系列单片机。•AT89C51单片机是Atmel公司1989年生产的产品，Atmel率先把80C51内核与Flash技术相结合，推出了轰动业界的AT89系列单片机。AT89C51单片机指令系统、管脚完全与80C51兼容。第1章单片微型计算机概述•6.AT89C51与AT89S51的区别•AT89S51相对与AT89C51曾加的新功能主要有：ISP在线编程功能、最高工作频率提升为33MHz、具有双工UART串行通道、内部集成看门狗计时器、双数据指示器、电源关闭标识、全新的加密算法，程序的保密性大大加强等。•注意，向AT89C51单片机写入程序与向AT89S51单片机的写入程序的方法有所不同，所以，购买的编程器，必须具有写入AT89S51单片机的功能，以适应产品的更新。Atmel公司现已停止生产AT89C51型号的单片机，被其AT89S51型号的单片机所代替第1章单片微型计算机概述单片机产品已达60多个系列，600多个品种。但近年来推出的与80C51兼容的主要产品有：1、ATMEL公司E2PROM、Flash存储器技术的AT89系列单片机。2、Philips公司的80C51、80C550、80C552系列。3、Motorola公司M68HC05系列。4、Microchip公司PIC系列。5、ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列。6、LG公司的GMS90/97低压高速系列。7、Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列。8、Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机。1.2.2、单片机产品近况第1章单片微型计算机概述1.3单片机的特点及应用领域1.3.1单片机的特点单片机芯片的集成度非常高，它将微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，因此，具有如下特点：1、体积小、重量轻、价格低、耗电少、易于产品化。2、控制性能。实时控制功能强、运行速度快。因为CPU可以对I/O端口直接进行指令操作，而且位指令操作能力更是其它计算机无法比拟的。3、可靠性高。由于CPU、存储器及I/O接口集成在同一芯片内，各部件间的连接紧凑，数据在传送时受干扰的影响较小，且不易受环境条件的影响，所以单片机的可靠性非常高。返回第1章单片微型计算机概述1.3.2单片机的应用领域1、家用电器。家用电器是单片机的重要应用领域之一，前景广阔。如微波炉、电视机、电饭煲、空调器、电冰箱、洗衣机等。2、在交通领域中。如交通灯、汽车、火车、飞机等均有单片机的广泛应用。3、智能仪器仪表。如各种智能电气测量仪表、智能传感器等。4、机电一体化产品。如医疗设备（B超）、机人、数控机床、自动包装机、打印机、复印机等。5、实时工业控制。如温度控制、电机转速控制、生产线控制等。第1章单片微型计算机概述1.4单片机的发展趋势20世纪80年代以来，单片机有了新的发展，各半导体器件厂商也纷纷推出自己的产品系列。根据市场的需求要求，未来单片机的发展趋势有如下几个方面：1、单片机的字长由4位、8位、16位发展到32位。目前8位的单片机仍然占主流地位，只有在精度要求特别高的场合如图像处理等，才采用16位或32位的单片机，用户可以根据需要进行字长的选择。2、运行速度不断提高。单片机的使用最高频率由6MHz、12MHz、24MHz、33MHz发展到40MHz和更高，用户可以根据产品的需要进行速度的选择。第1章单片微型计算机概述3、单片机内的RAM、ROM存储容量越来越大。单片机内的RAM、ROM存储容量由1KB、2KB、4KB、8KB、16KB、32KB、64KB发展到128KB等，用户可以根据程序和数据量的大小来选择。4、单片机程序存储器ROM的编程越来越方便。单片机程序存储器有ROM型（掩模型）、OTP型（一次性编程）、EPROM（紫外线擦除编程）、E2PROM（电擦除编程）及FLASH（闪速编程）。编程方式越来越方便，目前有脱机编程、在系统编程（ISP）、在应用编程（IAP）等。可供用户选择。5、输入/输出端口多功能化。单片机内除集成有并行接口、串行接口外，还集成有A/D、D/A、LED/LCD显示驱动、DMA控制、PWM（脉宽调制输出）、PLC（锁相环控制）、PCA(逻辑阵列）WDT（看门狗）等。用户可以根据需要进行选择。第1章单片微型计算机概述6、功耗低、电压范围宽单片机采用CHMOS制作工艺使单片机的功耗降低，设立空闲和掉电两种工作方式；电压范围从2.6～6V，变得