單片機(jī)原理及應(yīng)用C語言版課件

1、2022/7/241單片機(jī)應(yīng)用技術(shù) （C語言版）第1章 單片機(jī)基礎(chǔ)知識概述2022/7/2422022/7/244參考書：1、胡漢才 編著單片機(jī)原理及其接口技術(shù)清華大學(xué)出版社2、郭天祥 編著新概念51單片機(jī)C語言教程電子工業(yè)出版社3、彭偉 編著單片機(jī)C語言程序設(shè)計實訓(xùn)100例基于8051+Proteus仿真電子工業(yè)出版社2022/7/2452022/7/2462022/7/2472022/7/2482022/7/249第1章 單片機(jī)基礎(chǔ)知識概述目 錄 1.1 單片機(jī)概述 1.2 單片機(jī)的特點及應(yīng)用領(lǐng)域 1.3 單片機(jī)學(xué)習(xí)的預(yù)備知識 1.4 電平2022/7/24101.1 單片機(jī)基礎(chǔ)知識概述

2、1946年由美國賓夕法尼亞大學(xué)研制 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And calculator），運算速度 5000次/秒，功耗150kw/h，占地170m2 ,造價100萬美元。1.1.1 什么是單片機(jī)2022/7/2411微機(jī)是微型計算機(jī)的簡稱，它是由主機(jī)和外部設(shè)備等組成的。如圖1.1所示。單片機(jī)就是把微機(jī)的主機(jī)部分（圖1.1虛線框內(nèi)的）集成到一塊集成電路芯片上所得到的。2022/7/2412微處理器 存儲器 外部設(shè)備 接口適配器 地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線圖1-1 微機(jī)的組成2022/7/2413微型計算機(jī)組成結(jié)構(gòu)微型計算機(jī)系統(tǒng)硬件微型計算機(jī)（

3、主機(jī)）微處理器 (CPU)軟件外圍設(shè)備運算器控制器存儲器 (內(nèi)存)RAMROM外部設(shè)備輔助設(shè)備 輸入設(shè)備(鍵盤、掃描儀、語音識別儀) 輸出設(shè)備(顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、) 輔助存儲器(磁帶、磁盤、光盤)輸入/輸出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC) (I/O接口) 總線 (AB、DB、CB)系統(tǒng)軟件(操作系統(tǒng)，編輯、編譯程序，故障診斷,監(jiān)控程序)應(yīng)用軟件(科學(xué)計算，工業(yè)控制，數(shù)據(jù)處理)程序設(shè)計語言(機(jī)器語言、匯編語言、高級語言)電源電路時鐘電路2022/7/2414 單片機(jī)：將中央處理器（CPU）、隨機(jī)存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器以及I/O接口電路

4、等主要微型計算機(jī)的部件集成在一塊芯片上，使其具有計算機(jī)的基本功能。 叫做單片微型計算機(jī)（Single Chip Microcomputer，SCM），簡稱單片機(jī)。 單片機(jī)為工業(yè)測控而設(shè)計，又稱微控制器 (MCU)。 2022/7/24152022/7/24161.1.2 單片機(jī)的發(fā)展歷史 一 、4位單片機(jī)階段 1975年美國德克薩斯儀器公司（TI）首次推出4位單片機(jī)TMS-1000。 4位單片機(jī)主要用于家用電器、電子玩具等。2022/7/2417二、 8位單片機(jī)階段 1976-1978 初級8位單片機(jī) Intel MCS-48 系列1978-1982 高檔8位單片機(jī) Intel MCS-51系

5、列：-51子系列：8031/8051/8751-52子系列：8032/8052/8752低功耗型80C31高性能型80C252廉價型89C2051/1051 8位單片機(jī)由于功能強(qiáng)，被廣泛用于工業(yè)控制、智能接口、儀器儀表等各個領(lǐng)域。2022/7/2418 三、16位單片機(jī)階段 1983 年Intel公司推出了16位單片機(jī)MCS-96系列。8098/8096、80C198/80C196, DSP 如：凌陽16位單片機(jī)、AVR16位單片機(jī)、PIC16位單片機(jī)等 16位單片機(jī)可用于高速復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 2022/7/2419四、32位單片機(jī) 近年來，各個計算機(jī)生產(chǎn)廠家已進(jìn)入更高性能的32位單片機(jī)研制、

6、生產(chǎn)階段。 應(yīng)用于電子收款機(jī)、機(jī)頂盒、保安系統(tǒng)、自動售貨機(jī)、醫(yī)療系統(tǒng)、航空系統(tǒng)等。2022/7/24201.2 單片機(jī)的特點及應(yīng)用領(lǐng)域主要內(nèi)容 1.2.1 單片機(jī)的特點 1.2.2 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 1.2.3 單片機(jī)發(fā)展趨勢 2022/7/2421 一、單片機(jī)的存儲器ROM和RAM是嚴(yán)格區(qū)分的 ROM稱為程序存儲器，只存放程序、固定常數(shù)及數(shù)據(jù)表格。 RAM則為數(shù)據(jù)存儲器，用作工作區(qū)及存放用戶數(shù)據(jù)。二、采用面向控制的指令系統(tǒng) 為滿足控制的需要，單片機(jī)有更強(qiáng)的邏輯控制能力，特別是具有很強(qiáng)的位處理能力。1.2.1 單片機(jī)的特點2022/7/2422三、單片機(jī)的I/O引腳通常是多功能的 由于單片機(jī)芯

7、片上引腳數(shù)目有限，為了解決實際引腳數(shù)和需要的信號線的矛盾，采用了引腳功能復(fù)用的方法。引腳處于何種功能，可由指令來設(shè)置或由機(jī)器狀態(tài)來區(qū)分。 2022/7/2423四、單片機(jī)的外部擴(kuò)展能力強(qiáng) 擴(kuò)展ROM、RAM，I/O接口，定時器/計數(shù)器，中斷系統(tǒng)等，與許多通用的微機(jī)接口芯片兼容，給應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計帶來極大的方便和靈活性。2022/7/2424 五、體積小，成本低，運用靈活 易于產(chǎn)品化，它能方便地組成各種智能化的控制設(shè)備和儀器，做到機(jī)電一體化。 六、面向控制 能針對性地解決從簡單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)，因而能獲得最佳的性能價格比。 七、適應(yīng)性強(qiáng)、抗干擾 在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠地工作，這是其它類型計算

8、機(jī)無法比擬的。 八、方便實現(xiàn)多機(jī)和分布式控制 使整個控制系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高2022/7/2425單片機(jī)的應(yīng)用范圍十分廣泛，主要的應(yīng)用領(lǐng)域有：工業(yè)控制儀器儀表計算機(jī)外部設(shè)備與智能接口商用產(chǎn)品家用電器消費類電子產(chǎn)品通訊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備兒童智能玩具汽車，建筑機(jī)械，飛機(jī)等大型機(jī)械設(shè)備交通控制設(shè)備1.2.2 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域2022/7/24261.2.3 單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展 一、片內(nèi)程序存儲器的發(fā)展單片機(jī)的程序存儲器（ROM）經(jīng)歷了ROMEPROME2PROMFLASH MEMORY的發(fā)展，容量也由小變大。 二、看門狗定時器 單片機(jī)在運行時由于干擾等原因，可能會出現(xiàn)軟件混亂。 看門狗電路就是用于在

9、CPU處于軟件混亂時使系統(tǒng)正常工作的一種恢復(fù)方法。 2022/7/2427 三、節(jié)電模式 在節(jié)電模式下，CPU和部分部件進(jìn)入睡眠狀態(tài)，但片內(nèi)RAM和寄存器等部件保持工作狀態(tài)，以達(dá)到節(jié)能的目的。 四、加強(qiáng)輸入輸出功能 某些單片機(jī)具備大功率的輸入/輸出接口，可直接驅(qū)動熒光顯示器、LCD和LED。 還有一些增加了接口或定時器的數(shù)量，或者增加了新型的接口。2022/7/2428 五、單片機(jī)制造工藝提高 半導(dǎo)體制作工藝的提高，使單片機(jī)的體積可以做的更小，時鐘頻率更高?？梢约筛嗟拇鎯ζ骱筒考?。降低產(chǎn)品的價格。 六、在線編程和調(diào)試技術(shù) 一些新型的單片機(jī)實現(xiàn)了在系統(tǒng)編程（ISP）和在應(yīng)用編程（IAP）功能

10、。2022/7/2429補(bǔ)充：常用單片機(jī)簡介主要內(nèi)容1 MCS-51系列單片機(jī)2 ATMEL89系列單片機(jī)3 STC89/12系列單片機(jī)4 常見的其它系列單片機(jī)介紹2022/7/24301 MCS-51系列單片機(jī) MCS-51系列單片機(jī)：Intel在1980-1982年陸續(xù)推出了指令系統(tǒng)完全相同、內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同的8031、8051和8751等型號單片機(jī)，初步形成MCS-51系列，被奉為“工業(yè)控制單片機(jī)標(biāo)準(zhǔn)”。2022/7/2431 MCS-51增強(qiáng)型單片機(jī)： MCS-51系列單片機(jī)除了89C51之外，主要包括89C52、89C54、89C58、89C516等型號。 它們的區(qū)別主要是三個方面：

11、一是片內(nèi)RAM由128B增加到256B；二是多一個定時器/計數(shù)器；三是片內(nèi)Flash ROM由4KB分別增加到了 8KB、16KB、32KB和64KB。 2022/7/2432 不同廠家的產(chǎn)品可能還增加有其它外設(shè)或功能，但引腳和指令都是完全兼容的。 為了討論方便起見，我們將89C51（包括8031、8051等）稱為基本型，其他的型號稱為增強(qiáng)型。2022/7/24332022/7/24342 ATMEL89系列單片機(jī) Atmel公司生產(chǎn)的89系列單片機(jī)是市場上比較具有代表性的MCS-51單片機(jī)。一、ATMEL89系列單片機(jī)型號說明 AT89系列單片機(jī)型號由三個部分組成，它們分別是前綴、型號、后綴

12、，其格式如下： AT89C（LV、S）XXXX-XXXX 2022/7/24351、前綴 前綴由字母“AT”組成，它表示該器件是ATMEL公司的產(chǎn)品。2022/7/24362、型號 型號由“89CXXXX”或“89LVXXXX”或“89SXXXX”等表示?！?”表示該芯片為8051內(nèi)核芯片“9”表示芯片內(nèi)部含F(xiàn)lash存儲器；“C”表示是CMOS產(chǎn)品；“LV”表示低電壓產(chǎn)品；“S”表示含可下載的Flash存儲器,具有ISP可在線編程功能?！癤XXX”為表示型號的數(shù)字，如：51、52、2051、8252等。2022/7/2437 3、后綴 后綴由“XXXX”四個參數(shù)組成，與產(chǎn)品型號間用“-”號隔

13、開。 后綴中第一個參數(shù)“X”表示速度后綴中第二個參數(shù)“X”表示封裝 后綴中第三個參數(shù)“X”表示溫度范圍 后綴中第四個參數(shù)“X” 說明產(chǎn)品日期2022/7/24382022/7/2439 二、AT89C51單片機(jī) AT89C51單片機(jī)特點：與MCS-51產(chǎn)品完全兼容；具有4K字節(jié)可在系統(tǒng)編程的Flash內(nèi)部程序存儲器（ROM）；全靜態(tài)操作：0Hz24MHz；128字節(jié)內(nèi)部RAM；2022/7/244032根可編程I/O線；2個16位定時器/計數(shù)器；5個中斷源；可編程串行UART通道；低功耗空閑和掉電方式；2022/7/2441 三、AT89S52單片機(jī) AT89S52單片機(jī)特點：與MCS-51產(chǎn)

14、品兼容；具有8K字節(jié)可在系統(tǒng)編程的Flash內(nèi)部程序存儲器（ROM），可寫/擦1000次；4.0V5.5V的工作電壓范圍；全靜態(tài)操作：0Hz24MHz；三級程序存儲器加密；256字節(jié)內(nèi)部RAM；2022/7/2442全雙工異步串行通信通道；低功耗空閑和掉電方式；通過中斷中止掉電方式；看門狗定時器；兩個數(shù)據(jù)指針。2022/7/24433 STC89/12系列單片機(jī) 一、STC 89C51RC/RD系列單片機(jī) STC 89C51RC/RD系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗的單片機(jī)。指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051 單片機(jī)，12時鐘/機(jī)器周期和6時鐘/機(jī)器周期可任意選擇。2022/

15、7/2444 STC 89C51RC/RD系列單片機(jī)特點如下：增強(qiáng)型6/12時鐘/機(jī)器周期8051 CPU；工作電壓：5.5V3.4V（5V單片機(jī)）/ 3.8V2.0V（3V 單片機(jī)）；工作頻率范圍：040MHz；用戶應(yīng)用程序空間 4K 64K 字節(jié)；片上集成1280字節(jié)/512字節(jié)RAM；通用I/O口32 個；ISP（在系統(tǒng)可編程）無需專用編程器/仿真器；2022/7/2445內(nèi)部E2PROM 功能；硬件看門狗；內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（D版本才有）,外部晶體20M以下時，可省外部復(fù)位電路； 共3個16位定時器/計數(shù)器； 外部中斷4路； 通用異步串行口，還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UAR

16、T； 工作溫度范圍：0 75，4085； 封裝：LQFP-44 ,PDIP-40 , PLCC -44 , PQFP-44 。2022/7/24464 常見的其它系列單片機(jī)介紹AVR單片機(jī) Motorola單片機(jī) MicroChip單片機(jī)Scenix單片機(jī) EPSON單片機(jī) 東芝單片機(jī) GMS90單片機(jī) 華邦單片機(jī) Zilog單片機(jī) NS單片機(jī) AX1001單片機(jī)2022/7/24471.2.4 單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)工具及環(huán)境一、單片機(jī)C語言開發(fā)工具Keil C51Keil C51是Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工

17、具Vision4，全Windows界面，生成的目標(biāo)代碼效率非常高。2022/7/24482022/7/2449 二、Proteus嵌入式系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺 Proteus：Proteus是一個嵌入式系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺，是英國Labcenter Electronics公司出版的EDA工具軟件。 Proteus的功能：它不僅具有仿真數(shù)字、模擬電路的功能，還具備由微控制器及外圍器件組成的混合電路的仿真功能。 Proteus的先進(jìn)性：它是目前世界上最先進(jìn)、最完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與仿真平臺。 2022/7/24502022/7/24512022/7/24522022/7/2453單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計中芯片的選擇 現(xiàn)在市場上的單片機(jī)品種很豐富，89C51只是個基本型。在進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的時候就要根據(jù)系統(tǒng)的需求，靈活地選用具有不同特性的單片機(jī)。2022/7/24542022/7/24552022/7/24562022/7/24571.3 單片機(jī)學(xué)習(xí)的預(yù)備知識（一） 十進(jìn)制ND 有十個數(shù)碼09、逢十進(jìn)一。十進(jìn)制用于計算機(jī)輸入輸出，人機(jī)交互