單片機(jī)概述課件

單片機(jī)原理與技術(shù)

單片機(jī)概述匯報(bào)人：某某某匯報(bào)時(shí)間：2024.X.X一、什么是單片機(jī)？其發(fā)展概況如何？1、單片機(jī)的定義：

◆單板機(jī)將CPU芯片、存儲(chǔ)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(tái)單板微型計(jì)算機(jī)（簡稱單板機(jī)）。單板機(jī)◆單片機(jī)在一片半導(dǎo)體硅片上：集成中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）、并行I/O、串行I/O、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、系統(tǒng)時(shí)鐘電路及系統(tǒng)總線的微型計(jì)算機(jī)。具有微型計(jì)算機(jī)的屬性，因而被稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡稱單片機(jī)。單板機(jī)單片機(jī)

主要應(yīng)用于測(cè)控領(lǐng)域。單片機(jī)使用時(shí)，通常是處于測(cè)控系統(tǒng)的核心地位并嵌入其中，所以國際上通常把單片機(jī)稱為嵌入式控制器（EMCU，EmbeddedMicroControllerUnit），或微控制器（MCU，MicroControllerUnit）。我國習(xí)慣于使用“單片機(jī)”這一名稱。按照其用途可分為通用型和專用型兩大類。單片機(jī)的分類：通用型單片機(jī)：其內(nèi)部可開發(fā)的資源（如存儲(chǔ)器、I/O等各種外圍功能部件等）可全部提供給用戶。用戶根據(jù)需要，設(shè)計(jì)一個(gè)以通用單片機(jī)芯片為核心，再配以外圍接口電路及其它外圍設(shè)備，并編寫相應(yīng)的軟件來滿足各種不同需要的測(cè)控系統(tǒng)。通常所說的和本書介紹的是指通用型單片機(jī)。專用型單片機(jī)：專門針對(duì)某些產(chǎn)品的特定用途而制作的單片機(jī)。（例如：各種家用電器中的控制器等。）2、單片機(jī)的發(fā)展歷史第一階段（1974年～1976年）：初級(jí)階段。因工藝限制，采用雙片的形式,且功能較簡單。1974年12月，仙童公司推出了8位的F8單片機(jī)，實(shí)際上只包括了8位CPU、64BRAM和2個(gè)并行口。第二階段（1976年～1978年）：低性能單片機(jī)階段。1976年Intel的MCS-48單片機(jī)（8位）極大地促進(jìn)了單片機(jī)的變革和發(fā)展，1977年GI公司推出了PIC1650，但這個(gè)階段仍處于低性能階段。第三階段（1978年～1983年）：高性能單片機(jī)階段。推出的單片機(jī)普遍帶有串行I/O口、多級(jí)中斷系統(tǒng)、16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，片內(nèi)ROM、RAM容量加大，且尋址范圍可達(dá)64KB，有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換器。

1978年，Zilog公司推出Z8單片機(jī)，1980年，Intel公司在MCS-48系列基礎(chǔ)上推出MCS-51系列，Mortorola推出6801單片機(jī)。使單片機(jī)的性能及應(yīng)用躍上新的臺(tái)階。第四階段（1983年～現(xiàn)在）：8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)、32位單片機(jī)推出階段。16位典型產(chǎn)品Intel公司的MCS-96系列單片機(jī)。而32位單片機(jī)除了具有更高的集成度外，其數(shù)據(jù)處理速度比16位單片機(jī)提高許多，性能比8位、16位單片機(jī)更加優(yōu)越。3、單片機(jī)的特點(diǎn)單片機(jī)是集成電路技術(shù)與微型計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物。由于單片機(jī)本身就是一個(gè)微型計(jì)算機(jī)，因此只要在單片機(jī)的外部適當(dāng)增加一些必要的外圍擴(kuò)展電路，就可以靈活地構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)，如工業(yè)自動(dòng)檢測(cè)監(jiān)視系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、智能儀器儀表等。單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：（1）簡單方便，易于普及。（2）功能齊全，應(yīng)用可靠，抗干擾能力強(qiáng)。（3）發(fā)展迅速，前景廣闊。（4）嵌入容易，用途廣泛，體積小、性價(jià)比高，應(yīng)用靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。4、單片機(jī)的應(yīng)用工業(yè)檢測(cè)與控制：機(jī)電一體化技術(shù)將發(fā)揮愈來愈重要的作用（如機(jī)器人技術(shù)）。儀器儀表：目前對(duì)儀器儀表的自動(dòng)化和智能化要求越來越高。（如電表）消費(fèi)類電子產(chǎn)品（如：各種家用電器）通信：（如：各類手機(jī)、傳真機(jī)、程控電話交換機(jī)、信息網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備。）武器裝備：（在現(xiàn)代化的武器裝備中，如飛機(jī)、軍艦、坦克、導(dǎo)彈、智能武器裝備、航天飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)，都有單片機(jī)嵌入其中。）各種終端及計(jì)算機(jī)外設(shè)：（如打印機(jī)、硬盤驅(qū)動(dòng)器、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)及ATM機(jī)等）汽車電子設(shè)備：（如汽車安全系統(tǒng)、智能自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、衛(wèi)星汽車導(dǎo)航系統(tǒng)等。）分布式多機(jī)系統(tǒng)：在較復(fù)雜多節(jié)點(diǎn)的測(cè)控系統(tǒng)中，常采用分布式多機(jī)系統(tǒng)。5、單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)將是向大容量、高性能化，外圍電路內(nèi)裝化等方面發(fā)展。1．CPU的改進(jìn)（1）增加CPU數(shù)據(jù)總線寬度。（2）采用雙CPU結(jié)構(gòu)，以提高數(shù)據(jù)處理能力。2．存儲(chǔ)器的發(fā)展（1）片內(nèi)程序存儲(chǔ)器普遍采用閃爍（Flash）存儲(chǔ)器?？刹挥猛鈹U(kuò)展程序存儲(chǔ)器，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。目前有的單片機(jī)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器容量可達(dá)128KB甚至更多。（2）加大片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，以滿足動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)的需要。3．片內(nèi)I/O的改進(jìn)（1）增加并行口驅(qū)動(dòng)能力，以減少外部驅(qū)動(dòng)芯片。（2）有些單片機(jī)設(shè)置了一些特殊的串行I/O功能，為構(gòu)成分布式、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)提供方便條件。（3）引入數(shù)字交叉開關(guān)，改變了以往片內(nèi)外設(shè)與外部I/O引腳的固定對(duì)應(yīng)關(guān)系。交叉開關(guān)是一個(gè)大的數(shù)字開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，可通過編程設(shè)置交叉開關(guān)控制寄存器，將片內(nèi)的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、串行口、中斷系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器等片內(nèi)外設(shè)靈活配置出現(xiàn)在端口I/O引腳。這就允許用戶根據(jù)自己的特定應(yīng)用，將內(nèi)部外設(shè)資源分配給端口I/O引腳。

4．低功耗化CMOS化，功耗小，配置有等待狀態(tài)、睡眠狀態(tài)、關(guān)閉狀態(tài)等工作方式。消耗電流僅在μA或nA量級(jí)，適于電池供電的便攜式、手持式的儀器儀表以及其它消費(fèi)類電子產(chǎn)品。5．外設(shè)電路內(nèi)裝化

6．編程及仿真的簡單化支持程序的在線編程，也稱在系統(tǒng)編程（ISP—InSystemProgram），只需一條ISP并口下載線，就可以把仿真調(diào)試通過的程序從PC寫入單片機(jī)的Flash存儲(chǔ)器內(nèi)，省去編程器。綜上所述，單片機(jī)正在向多功能、高性能、高速度、低電壓、低功耗、低價(jià)格（幾元錢）、外設(shè)電路內(nèi)裝化以及片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量不斷增大的方向發(fā)展。7．實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的使用51單片機(jī)可配置實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTX51。RTX51是一個(gè)針對(duì)8051系列的多任務(wù)內(nèi)核。從本質(zhì)上簡化了對(duì)實(shí)時(shí)事件反應(yīng)速度要求較高的復(fù)雜應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試。RTX51實(shí)時(shí)內(nèi)核完全集成到C51編譯器中，使用簡單方便。6、MCS-51系列與AT89C5x系列單片機(jī)6.1、MCS-51系列單片機(jī)Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)是一款設(shè)計(jì)成功、易于掌握得到廣泛使用的機(jī)型。MCS-51系列單片機(jī)是最早進(jìn)入我國，并在我國應(yīng)用最為廣泛的單片機(jī)機(jī)型之一，也是單片機(jī)應(yīng)用的主流品種。MCS-51系列單片機(jī)基本型增強(qiáng)型:對(duì)應(yīng)以上三種型號(hào)推出52子系列8032、8052、8752。內(nèi)部RAM

增到256B，8052、8752片內(nèi)程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展到8KB，16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器增至3個(gè)，6個(gè)中斷源，串行口通信速率大大提高。

8031：1個(gè)8位CPU、128BRAM，21個(gè)特殊功能寄存（SFR）、4個(gè)8位并行I/O口、1個(gè)全雙工串行口，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源，但片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器，需外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器芯片。8051：在8031基礎(chǔ)上集成4KBROM作為程序存儲(chǔ)器8751：片內(nèi)集成4KBEPROM,其內(nèi)容可反復(fù)擦寫修改。綜上：MCS-51系列單片機(jī)的代表性產(chǎn)品為8051，其他單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行了功能的增減。表1-1MCS-51系列單片機(jī)的片內(nèi)硬件資源型號(hào)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（B）I/O?線（位）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（個(gè)）中斷源個(gè)數(shù)（個(gè)）基本型8031無128322580514KBROM128322587514KBEPROM1283225增強(qiáng)型8032無256323680528KBROM256323687528KBEPROM25632366.2、AT89系列單片機(jī)

20世紀(jì)80年代中期以后，Intel公司已把精力集中在高檔CPU芯片的研發(fā)上，逐漸淡出單片機(jī)芯片的開發(fā)和生產(chǎn)。因此，Intel公司以專利轉(zhuǎn)讓或技術(shù)交換的形式把8051的內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了許多半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)廠家，如ATMEL、Philips、Cygnal、ANALOG、LG、ADI、Maxim、DALLAS等公司。各種衍生品種統(tǒng)稱為51單片機(jī)。ATMEL公司Intel公司E2PROM技術(shù)80C51內(nèi)核的使用權(quán)80C51內(nèi)核閃爍存儲(chǔ)ATMELAT89C5x系列：AT89S5x系列：與MCS-51系列單片機(jī)在原有功能、引腳以及指令系統(tǒng)方面完全兼容，該系列單片機(jī)中的某些品種又增加了一些新的功能，如看門狗定時(shí)器WDT、ISP（在系統(tǒng)編程，也稱在線編程）及SPI串行接口技術(shù)等。片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器允許在線（+5V）電擦除、使用編程器或串行下載寫入對(duì)其重復(fù)編程。還支持由軟件選擇的兩種節(jié)電工作方式，片內(nèi)的4KBFlash存儲(chǔ)器可在線編程或使用編程器重復(fù)編程，且其價(jià)格較低。AT89S5x的“S”檔系列機(jī)型是ATMEL公司的新機(jī)型，“S”表示含有串行下載的Flash存儲(chǔ)器，代表性產(chǎn)品為AT89S51和AT89S52。AT89S5x系列的時(shí)鐘頻率以及運(yùn)算速度有了較大的提高。AT89S51單片機(jī)十分重要，因?yàn)樗鼈兪蔷哂?051內(nèi)核的各種型號(hào)單片機(jī)的基礎(chǔ)，最具典型性和代表性，同時(shí)也是各種增強(qiáng)型、擴(kuò)展型等衍生品種的基礎(chǔ)。

6.3、AT89系列單片機(jī)的型號(hào)說明AT89S5x系列單片機(jī)編碼由三部分組成，它們是前綴、型號(hào)和后綴。1．前綴由字母“AT”組成，表示該器件是ATMEL公司的產(chǎn)品。2．型號(hào)由“89C××××”或“89LV××××”或“89S××××”等表示。8表示單片，9表示內(nèi)部含有Flash存儲(chǔ)器，C表示CMOS產(chǎn)品。LV表示低電壓產(chǎn)品，可在2.5V電壓下工作，其他的產(chǎn)品在5V下工作。S表示含有串行下載的Flash存儲(chǔ)器。后4位的“××××”表示器件的型號(hào)，如51、52、2051、8052等。格式為：AT89C××××××××3．后綴由最后的“××××”4個(gè)參數(shù)組成，每個(gè)參數(shù)的表示意義不同。在型號(hào)與后綴部分由“—”號(hào)隔開。后綴中的第1個(gè)“×”表示速度，意義如下：

x=12，表示速度為12MHz；x=16，表示速度為16MHz；x=20，表示速度為20MHz；x=24，表示速度為24MHz。后綴中的第2個(gè)“×”表示封裝，意義如下：

x=P，表示塑料雙列直插DIP封裝；x=D，表示陶瓷封裝；x=Q，表示PQFP封裝；x=J，表示PLV封裝；x=A，表示TQFP封裝；

x=S，表示SOIC封裝；x=W，表示裸芯片。后綴中的第3個(gè)“×”表示芯片的溫度范圍，意義如下：

x=C，表示商業(yè)用產(chǎn)品，溫度范圍為0～+70℃；x=I，表示工業(yè)用產(chǎn)品，溫度范圍為?40～+85℃；x=A，表示汽車用產(chǎn)品，溫度范圍為?40～+125℃；x=M，表示軍用產(chǎn)品，溫度范圍為?55～+150℃；后綴中的第4個(gè)“×”用于說明產(chǎn)品的工藝，意義如下：

x為空，表示處理工藝是標(biāo)準(zhǔn)工藝；

x=/883，表示處理工藝采用MIL-STD-883標(biāo)準(zhǔn)。例如：某一單片機(jī)型號(hào)為“AT89C51-12PI”，試對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行說明表示該單片機(jī)是ATMEL公司的Flash單片機(jī)，CMOS產(chǎn)品，速度12MHz，塑料雙列直插DIP封裝，工業(yè)級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)處理工藝生產(chǎn)。二、學(xué)習(xí)方法

重點(diǎn)掌握基本概念、單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)與各部分（I/O口原理、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等）的功能特點(diǎn)、C51語言編程基礎(chǔ)及相關(guān)設(shè)計(jì)方法。學(xué)單片機(jī)需要什么基礎(chǔ)？只需要掌握很基本的數(shù)電模電知識(shí)；對(duì)各種器件的概念基本上是從0開始；如果要用C語言編程，需具備簡單的C語言基礎(chǔ)；實(shí)際操作、編程序、進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。三、學(xué)習(xí)任務(wù)四、成績?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

總成績=平時(shí)成績*40%+考試成績*60%

平時(shí)成績：考勤、作業(yè)、課堂表現(xiàn)20%+實(shí)驗(yàn)20%

考試成績：筆試成績

五、教學(xué)參考書

《51單片機(jī)C語言教程》，電子工業(yè)出版社

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》，電子工業(yè)出版社

目錄4AT89S51片內(nèi)并行端口的原理及編程（重點(diǎn)）2AT89S51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)（掌握）1單片機(jī)概述（了解）3C51語言編程基礎(chǔ)（掌握）5AT89S51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)（掌握）6AT89S51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（掌握）7AT89S51單片機(jī)的串行口（了解）9單片機(jī)的I/O擴(kuò)展（了解）10單片機(jī)與外設(shè)的接口（掌握）11單片機(jī)與轉(zhuǎn)換器的接口（掌握）核心單片機(jī)的應(yīng)用12擴(kuò)展技術(shù)、應(yīng)用設(shè)計(jì)與調(diào)試（掌握）關(guān)于電平特性數(shù)字電路中只有兩種電平：高和低（本課程中）定義單片機(jī)為TTL電平：高+5V低0VRS232電平：計(jì)算機(jī)的串口 高-12V低+12V

所以計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間通訊時(shí)需要加電平轉(zhuǎn)換芯片max232。補(bǔ)充知識(shí)二進(jìn)制數(shù)字電路中的兩種電平特性決定了它0