單片機(jī)技術(shù)概述

單片機(jī)技術(shù)概述第一頁，共四十四頁，2022年，8月28日一、課程的性質(zhì)和目的

本課程的性質(zhì)單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的一個重要分支，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、光機(jī)電設(shè)備、自動檢測、信息處理、家電等電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，并迅速發(fā)展。該課程是為電子信息工程、測控技術(shù)及計(jì)算機(jī)應(yīng)用、機(jī)電一體化等專業(yè)的學(xué)生開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課或?qū)I(yè)基礎(chǔ)選修課。第二頁，共四十四頁，2022年，8月28日本課程的教學(xué)目的通過理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)，正確理解單片機(jī)的基本概念、基本原理，掌握單片機(jī)程序設(shè)計(jì)和微機(jī)接口應(yīng)用的基本方法，并能綜合運(yùn)用單片機(jī)的軟、硬件技術(shù)分析和解決實(shí)際問題，為以后單片機(jī)的應(yīng)用與開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)，也是進(jìn)一步掌握計(jì)算機(jī)原理和有關(guān)接口知識重要環(huán)節(jié)。第三頁，共四十四頁，2022年，8月28日二、課程教學(xué)內(nèi)容本課程共48學(xué)時，其中課堂教學(xué)24學(xué)時，實(shí)驗(yàn)24學(xué)時。單片機(jī)概述（2學(xué)時）

主要介紹單片機(jī)的發(fā)展概況（現(xiàn)狀、未來的發(fā)展）、特點(diǎn)、分類、應(yīng)用、當(dāng)前單片機(jī)的系列產(chǎn)品和常用工具軟件。第四頁，共四十四頁，2022年，8月28日單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理（12學(xué)時，4學(xué)時講授，8學(xué)時實(shí)驗(yàn)）掌握MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及基本工作原理；單片機(jī)并行I/O口的結(jié)構(gòu)、功能、特點(diǎn)；單片機(jī)的存儲器；單片機(jī)的時鐘電路與CPU時序。第五頁，共四十四頁，2022年，8月28日

單片機(jī)的尋址方式和指令系統(tǒng)

（4學(xué)時，4學(xué)時講授）MCS-51單片機(jī)指令的格式、分類和尋址方式；匯編語言的各種指令類型；

程序設(shè)計(jì)（共2學(xué)時，2學(xué)時講授）偽指令的使用及匯編語言程序的完整格式。MCS-51單片機(jī)匯編語言程序設(shè)計(jì)的一般步驟；

第六頁，共四十四頁，2022年，8月28日單片機(jī)的中斷系統(tǒng)（共4學(xué)時，2學(xué)時講授，2學(xué)時實(shí)驗(yàn)）MCS-51單片機(jī)中斷源類型及工作方式；外部中斷的結(jié)構(gòu)及原理中斷控制寄存器IE、中斷優(yōu)先級寄存器IP及定時器/計(jì)數(shù)器及外部中斷控制寄存器TCON的使用方法；單片機(jī)的定時器/計(jì)數(shù)器(共4學(xué)時，2學(xué)時講授，2學(xué)時實(shí)驗(yàn)）

單片機(jī)定時器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)、原理、工作方式及使用方法。第七頁，共四十四頁，2022年，8月28日單片機(jī)的串行通信（共6學(xué)時，2學(xué)時講授，4學(xué)時實(shí)驗(yàn)）單片機(jī)串行通信I/O接口的結(jié)構(gòu)及工作方式；串行通信控制寄存器的使用方法；

MCS-51單片機(jī)串行通信波特率的設(shè)置方法；MCS-51單片機(jī)的雙機(jī)通信和多機(jī)通信的基本原理。第八頁，共四十四頁，2022年，8月28日單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展（共4學(xué)時，2學(xué)時講授，2學(xué)時實(shí)驗(yàn)）存儲器的擴(kuò)展原理與方法。單片機(jī)的接口技術(shù)（共10學(xué)時，4學(xué)時講授，6學(xué)時實(shí)驗(yàn)）單片機(jī)與LED顯示器接口技術(shù)；DACA接口第九頁，共四十四頁，2022年，8月28日三、課程特點(diǎn)知識點(diǎn)既分散又連貫，結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)是基礎(chǔ)；與電子線路尤其是數(shù)字電子線路關(guān)系密切；四、學(xué)習(xí)方法預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)；多動手（硬件、軟件實(shí)驗(yàn)）；多看參考書(包括利用網(wǎng)上資料)；其它（上課、作業(yè)、答疑）。第十頁，共四十四頁，2022年，8月28日五、課程的教學(xué)基本要求課程教學(xué)要求分為掌握、理解和了解三個層次，閉卷考試。掌握內(nèi)容：8051單片機(jī)的的應(yīng)用領(lǐng)域、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)方法、系統(tǒng)擴(kuò)展方法。理解內(nèi)容：單片機(jī)常用接口等應(yīng)用技術(shù)。了解內(nèi)容：通過查資料讀懂較為復(fù)雜的接口原理圖及編寫相應(yīng)的控制程序。第十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日

六、網(wǎng)上資源1.

中國單片機(jī)公共實(shí)驗(yàn)室2.單片機(jī)世界廣州站3.樂清單片機(jī)聯(lián)盟4.科宇單片機(jī)工作室5./~dz200051單片機(jī)世界……第十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日

1.1單片機(jī)的概念

1.2單片機(jī)的發(fā)展

1.3MCS-51單片機(jī)系列第1章單片機(jī)概述

第十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日

1.1.1單片機(jī)的名稱

1.1.2單片機(jī)和PC機(jī)的區(qū)別

1.1.3單片機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)

1.1.4單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)1.1.5單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)語言和軟件1.1單片機(jī)的概念第十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)（Single-ChipMicrocomputer）的簡稱，也稱微控制器（MicroControllerUnit—MCU）。它是把組成單片機(jī)的各功能部件：中央處理器CPU、隨機(jī)存取存儲器RAM、只讀存儲器ROM、I/O接口電路、定時/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)以及串行通信接口等制作在一塊集成芯片中構(gòu)成一個完整的微型計(jì)算機(jī)。1.1.1 單片機(jī)的名稱第十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日第十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日1.1.2單片機(jī)與PC機(jī)的區(qū)別

PC機(jī)：將CPU、存儲器、I/O接口電路和總線接口等若干電路或芯片組裝在一塊主機(jī)板（即微機(jī)主板）。各種適配板卡插在主機(jī)板的擴(kuò)展槽上并與電源、軟/硬盤驅(qū)動器及光驅(qū)等裝在同一機(jī)箱內(nèi)，就構(gòu)成了一臺完整的微型計(jì)算機(jī)。再配上系統(tǒng)軟件，就構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)機(jī)）。

單片機(jī)：是一個集成電路，其內(nèi)部集成了微機(jī)的基本功能部件。第十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日單片機(jī)通常是指芯片本身，集成一些基本功能部件。是典型的嵌入式系統(tǒng)的主要構(gòu)成單元，只能作為嵌入式應(yīng)用，即嵌入到對象環(huán)境、結(jié)構(gòu)、體系中作為其中的一個智能化控制單元。

如：洗衣機(jī)、電視機(jī)等家用電器，打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、通信設(shè)備、智能儀表、現(xiàn)場總線中的控制單元等。單片機(jī)系統(tǒng)是在單片機(jī)芯片的基礎(chǔ)上擴(kuò)展其它電路或芯片構(gòu)成具有一定應(yīng)用功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。1.1.3 單片機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)第十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日1.1.4單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)：以單片機(jī)為電路系統(tǒng)的主機(jī)構(gòu)成各種嵌入式應(yīng)用的電路系統(tǒng)統(tǒng)稱為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。一個完整的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)包括滿足對象（如洗衣機(jī)）要求的全部硬件電路和應(yīng)用軟件。單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)是單片機(jī)開發(fā)調(diào)試的工具，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟、硬件開發(fā)。有單片單板機(jī)和仿真器。第十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日

◆單板機(jī)

將CPU芯片、存儲器芯片、I/O接口芯片和簡單的I/O設(shè)備（小鍵盤、LED顯示器）等裝配在一塊印刷電路板上，再配上監(jiān)控程序（固化在ROM中），就構(gòu)成了一臺單板微型計(jì)算機(jī)（簡稱單板機(jī)）。單板機(jī)的I/O設(shè)備簡單，軟件資源少，使用不方便。早期主要用于微型計(jì)算機(jī)原理的教學(xué)及簡單的測控系統(tǒng)，現(xiàn)在已很少使用。單板機(jī)第二十頁，共四十四頁，2022年，8月28日仿真器應(yīng)用編程器第二十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日指令：控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種操作的命令。MOVA,40H操作碼：表示該指令執(zhí)行何種操作；操作數(shù)：表示運(yùn)算的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)所在的地址。程序：為了實(shí)現(xiàn)一個算法或控制一個過程，需要事先制定計(jì)算機(jī)的計(jì)算步驟或操作步驟，這些步驟由一條條指令來實(shí)現(xiàn)。這種一系列指令的有序集合稱為程序。軟件：使用和管理計(jì)算機(jī)的各種程序。

單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)

語言和軟件第二十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日

匯編語言：

用助記符（指令功能的英文單詞縮寫）表示操作碼，字符（字母、數(shù)字、符號）表示操作數(shù)的指令稱為匯編指令。用匯編指令編寫的程序稱為匯編語言程序。是面向機(jī)器的語言。MCS-51兩個寄存器相加匯編語言指令：ADDA，R0匯編語言

(Assemble)

高級語言

(HighLevelLanguage)

機(jī)器語言（MachineLanguage)第二十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日

高級語言：面向過程的語言，常用的VB、VC、C++等，高級語言編寫的程序主要著眼于算法，而不別了解單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。是獨(dú)立于機(jī)器的。一般同一程序可在任何種類的機(jī)器中使用。

機(jī)器語言：直接用二進(jìn)制代碼指令表達(dá)的計(jì)算機(jī)語言,單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)只使用二進(jìn)制代碼。這種二進(jìn)制代碼形式的程序就是機(jī)器語言程序。二進(jìn)制代碼形式指令又稱機(jī)器指令或機(jī)器碼。MCS-51兩個寄存器相加的機(jī)器語言指令：00101000第二十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日源程序通過編譯得到機(jī)器能執(zhí)行的目標(biāo)程序。

匯編語言程序可以高效率利用計(jì)算機(jī)資源，目標(biāo)程序占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，適合于自動測控系統(tǒng)反應(yīng)快速、結(jié)構(gòu)緊湊的要求。特別適應(yīng)于實(shí)時控制。高級語言程序容易掌握，通用性好，但編譯程序系統(tǒng)開銷大，目標(biāo)程序占用內(nèi)存多，且執(zhí)行時間比較長，多用于科學(xué)計(jì)算、工業(yè)設(shè)計(jì)、企業(yè)管理。匯編語言程序高級語言程序機(jī)器語言程序匯編程序編譯程序源程序目標(biāo)程序第二十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日1.2.1單片機(jī)發(fā)展概述1.2.2單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用1.2.3單片機(jī)應(yīng)用案例1.2.4單片機(jī)分類1.2單片機(jī)的發(fā)展第二十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日一、電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史

1、第一代（1946—1958）：電子管計(jì)算機(jī)。用于：科學(xué)計(jì)算2、第二代（1958—1964）：晶體管計(jì)算機(jī)。用于：科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制3、第三代（1964—1971）：集成電路計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)。用于：科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制、事務(wù)管理。4、第四代（1971—）：大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。用于：計(jì)算量極大的高尖技術(shù)及國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域—出現(xiàn)了微型機(jī)。5、第五代：智能型計(jì)算機(jī)。用于：模擬人的智能，識別圖像、語言和物體，聯(lián)想、推理、解答問題，使用自然語言進(jìn)行會話處理。1.2.1 單片機(jī)發(fā)展概述第二十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日二、單片微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史單片機(jī)的核心部分：微處理器的發(fā)展已經(jīng)歷了五代。第一代（1971—1976）：萌芽階段，發(fā)展各種4位單片機(jī)；第二代（1976—1980）：初級8位機(jī)階段；

IntelMCS—48系列單片機(jī)第三代（1980—1983）：高檔8位單片機(jī)階段；

IntelMCS—51系列單片機(jī)第四代（1983—）：16位及更高位單片機(jī)階段；

IntelMCS—96第二十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日1976-：初級8位單片機(jī)IntelMCS-48系列1980-：高檔8位單片機(jī)IntelMCS-51系列：

—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89C2051/10511983-

：16位單片機(jī)IntelMCS-96系列：

8098/8096、80C198/80C19632位單片機(jī)80960第二十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日低檔型：8021、8022MCS—48基本型：8048、8748、8038

（從1976年起）改進(jìn)型：8049、8749、8039和8050、

8750、8040

基本型：8051、8751、8031MCS—51改進(jìn)型：8052、8752、8032（從1980年起）低功耗型：80C51、87C51、80C31

強(qiáng)性能型：83C252、87C252、80C252

早期產(chǎn)品：8X9X（8096）MCS—96改進(jìn)型：8X9XBH、8X9XJF（從1983年起）新產(chǎn)品：8098（準(zhǔn)）強(qiáng)功能型：80C196、80C198（準(zhǔn)）第三十頁，共四十四頁，2022年，8月28日三、單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向（1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)（2）功耗和電源電壓方面（3）工藝的進(jìn)步及抗干擾能力的提高（4）存儲能力和Internet連接第三十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日1.2.2單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用

一、單片機(jī)的特點(diǎn)（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；（2）控制功能強(qiáng)，運(yùn)行速度快，使用靈活，速度快；（3）體積小、重量輕、價格低、功耗小；（4）受集成度限制，片內(nèi)存儲器容量較小，一般ROM在8KB以下，內(nèi)RAM在256B以內(nèi)。但易擴(kuò)展，易于開發(fā)。單片機(jī)是應(yīng)工業(yè)測控的需要而誕生的,它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的,故又稱單片微控制器。第三十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日二、單片機(jī)的應(yīng)用

以單片機(jī)為核心的應(yīng)用系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于：家用電器；儀器儀表；網(wǎng)絡(luò)與通信的智能接口；工業(yè)過程控制；航空、汽車等領(lǐng)域。第三十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日◆智能儀器儀表單片機(jī)用于各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能化，同時還簡化了儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，從而可以方便地完成儀器儀表產(chǎn)品的升級換代。如各種智能電氣測量儀表、智能傳感器等?！魴C(jī)電一體化產(chǎn)品機(jī)電一體化產(chǎn)品是集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的各種機(jī)電產(chǎn)品。單片機(jī)在機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。第三十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日典型產(chǎn)品如機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、點(diǎn)鈔機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、智能終端等?！魧?shí)時工業(yè)控制單片機(jī)還可以用于各種物理量的采集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)的采集和控制均可以利用單片機(jī)方便地實(shí)現(xiàn)。在這類系統(tǒng)中，利用單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器，可以根據(jù)被控對象的不同特征采用不同的智能算法，實(shí)現(xiàn)期望的控制指標(biāo)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。典型應(yīng)用如。電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動生產(chǎn)線等第三十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日◆分布式系統(tǒng)的前端模塊在較復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用分布式測控系統(tǒng)完成大量的分布參數(shù)的采集。在這類系統(tǒng)中，采用單片機(jī)作為分布式系統(tǒng)的前端采集模塊，系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠，數(shù)據(jù)采集方便靈活，成本低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)。第三十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日第三十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日1.2.3單片機(jī)應(yīng)用案例第三十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日1.2.4單片機(jī)的分類單片機(jī)的總類很多，主要有INTEL系列MOTOLORA系列PHLIPS系列等其中INTEL公司的8051是比較流行的單片機(jī)系列，因此，我們講述INTEL公司的8051系列，8051系列主要有三種芯片。它們是8031、8