单片机原理及应用C语言版1

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单片机原理及应用,（C语言版）,第1章 单片机概述,主 编：,本章,制作：,中国水利水电出版社,1,第1章 单片机概述,目 录,1.1 单片机的基本概念,1.2 单片机的发展概况,1.3 单片机的特点及应用,1.4 常用单片机简介,1.5 单片机系统的开发方法,2,本章主要介绍了单片机的基本概念，单片机的发展概况，单片机的应用及其特点，,以及一些常用的单片机。,通过本章的学习，我们可以了解到什么是单片机，单片机的发展历史。并且对单片机的应用和开发方法有个初步的认识。,第1章 概述,3,1.1 单片机的基本概念,微机,是微型计算机的简称，它是由主机和外部设备等组成的。,如图1.1所示。,单片机,就是把微机的主机部分（图1.1虚线框内的）集成到一块集成电路芯片上所得到的。,4,微处理器,存储器,外部设备,接口适配器,地址总线,数据总线,控制总线,图1-1 微机的组成,1.1 单片机的基本概念,5,单片机：,将中央处理器，随机存储器，只读存储器，中断系统，定时器/计数器以及I/O接口电路等主要微型计算机的部件集成在一块芯片上，使其具有计算机的基本功能。,就叫做单片微型计算机,（,Single Chip Micro Computer，SCMC,），,简称单片机。,1.1,单片机的基本概念,6,1.2,单片机的发展概况,主要内容,1.2.1 单片机的历史,1.2.1 单片机技术的发展,7,1.2.1,单片机的历史,一 、4位单片机阶段,1975年美国德克萨斯仪器公司（TI）首次推出4位单片机TMS-1000。,4位单片机主要用于家用电器、电子玩具等。,二、 8位单片机阶段,1976年9月，美国Intel公司首先推出了MCS-48系列8位单片机。,8位单片机由于功能强，被广泛用于工业控制、智能接口、仪器仪表等各个领域。,8,三、16位单片机阶段,1983 年Intel公司推出了16位单片机MCS-96系列。,16位单片机可用于高速复杂的控制系统。,四、,32,位单片机,近年来，各个计算机生产厂家已进入更高性能的32位单片机研制、生产阶段。,1.2.1 单片机的历史,9,1.2.2,单片机技术的发展,一、片内程序存储器的发展,单片机的程序存储器（ROM）经历了,ROMEPROME,2,PROMFLASH MEMORY,的发展，容量也由小变大。,二、看门狗定时器,单片机在运行时由于干扰等原因，可能会出现软件混乱。,看门狗电路就是用于在CPU处于软件混乱时使系统正常工作的一种恢复方法。,10,1.2.2,单片机技术的发展,三、节电模式,在节电模式下，CPU和部分部件进入睡眠状态，但片内RAM和寄存器等部件保持工作状态，以达到节能的目的。,四、加强输入输出功能,某有些单片机具备大功率的输入/输出接口，可直接驱动荧光显示器、LCD和LED。,还有一些增加了接口或定时器的数量，或者增加了新型的接口。,11,五、单片机制造工艺提高,半导体制作工艺的提高，使单片机的体积可以做的更小，时钟频率更高。可以集成更多的存储器和部件。降低产品的价格。,六、在线编程和调试技术,一些新型的单片机实现了在系统编程（ISP）和在应用编程（IAP）功能。,1.2.2,单片机技术的发展,12,1.3,单片机的特点及应用,主要内容,1.3.1,单片机的特点,1.3.2,单片机的应用,13,一、单片机的存储器ROM和RAM是严格区分的,ROM,称为程序存储器，只存放程序、固定常数及数据表格。,RAM,则为数据存储器，用作工作区及存放用户数据。,二、采用面向控制的指令系统,为满足控制的需要，单片机有更强的逻辑控制能力，特别是具有很强的位处理能力。,1.3.1,单片机的特点,14,三、单片机的I/O引脚通常是多功能的,由于单片机芯片上引脚数目有限，为了解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾，采用了引脚功能复用的方法。引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。,四、单片机的外部扩展能力强,在内部的各种功能部分不能满足应用需求时，均可在外部进行扩展（如扩展ROM、RAM，I/O接口，定时器/计数器，中断系统等），与许多通用的微机接口芯片兼容，给应用系统设计带来极大的方便和灵活性。,1.3.1,单片机的特点,15,五、体积小，成本低，运用灵活,易于产品化，它能方便地组成各种智能化的控制设备和仪器，做到机电一体化。,六、,面向控制,能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳的性能价格比。,七、适应性强、抗干扰,在各种恶劣的环境下都能可靠地工作，这是其它类型计算机无法比拟的。,八,、,方便实现多机和分布式控制,使整个控制系统的效率和可靠性大为提高,1.3.1 单片机的特点,16,单片机的应用范围十分广泛，主要的应用领域有：,工业控制,仪器仪表,计算机外部设备与智能接口,商用产品,家用电器,消费类电子产品,通讯设备和网络设备,儿童智能玩具,汽车，建筑机械，飞机等大型机械设备,交通控制设备,1.3.2 单片机的应用,17,1.4,常用单片机简介,主要内容,1.4.1 MCS-51系列单片机,1.4.2 ATMEL89系列单片机,1.4.3 STC89/12系列单片机,1.4.4 常见的其它系列单片机介绍,18,1.4.1 MCS-51系列单片机,MCS-51,系列单片机：,Intel在1980-1982年陆续推出了指令系统完全相同，内部结构基本相同的8031、8051和8751等型号单片机，初步形成MCS-51,系列，被奉为“,工业控制单片机标准,”,。,19,MCS-51增强型单片机：,MCS-51系列单片机除了89C51之外，主要包括89C52、89C54、89C58、89C516等型号，,它们的区别主要是三个方面：一是片内RAM,由128B增加到256B；,二是多一个定时器/计数器,；,三是片内Flash ROM,由4KB分别,增加,到,了,8KB、16KB、32KB和64KB。,不同厂家的产品可能还增加有其它外设或功能，但引脚和指令都是完全兼容的。,为了讨论方便起见，,我们将89C51,（包括8031、8051等）,称为基本型,，,其他的型号称为增强型,。,1.4.1 MCS-51系列单片机,20,1.4.2 ATMEL89系列单片机,Atmel公司生产的89系列单片机是市场上比较具有代表性的MCS-51单片机。,一、ATMEL89系列单片机型号说明,AT89系列单片机型号由三个部分组成，它们分别是,前缀、型号、后缀,，其格式如下：,AT89C（LV、S）XXXX-XXXX,1、前缀,前缀由字母“AT”组成，它表示该器件是ATMEL公司的产品。,21,1.4.2 ATMEL89系列单片机,2、型号,型号由“89CXXXX”或“89LVXXXX”或“89SXXXX”等表示。,“9”表示芯片内部含Flash存储器；,“C”表示是CMOS产品；,“LV”表示低电压产品；,“S”表示含可下载的Flash存储器。,“XXXX”为表示型号的数字，,如：51、52、2051、8252等。,22,3、后缀,后缀由“XXXX”四个参数组成，与产品型号间用“-”号隔开。,后缀中第一个参数“X”表示速度,后缀中第二个参数“X”表示封装,后缀中第三个参数“X”表示温度范围,后缀中第四个参数“X” 说明产品的处理情况,1.4.2 ATMEL89系列单片机,23,二、AT89C51单片机,AT89C51单片机特点：,与,MCS-51,产品完全兼容；,具有,4K,字节可在系统编程的,Flash,内部程序存储器，可写,/,擦,1000,次；,全静态操作：,0Hz,24MHz,；,三级程序存储器加密；,128,字节内部,RAM,；,1.4.2 ATMEL89系列单片机,24,32,根可编程,I/O,线；,2,个,16,位定时器,/,计数器；,6,个中断源；,可编程串行,UART,通道；,低功耗空闲和掉电方式；,1.4.2 ATMEL89系列单片机,25,三、AT89S52单片机,AT89S52单片机特点：,与,MCS-51,产品兼容；,具有,8K,字节可在系统编程的,Flash,内部程序存储器，可写,/,擦,1000,次；,4.0V,5.5V,的工作电压范围；,全静态操作：,0Hz,24MHz,；,三级程序存储器加密；,256,字节内部,RAM,；,1.4.2 ATMEL89系列单片机,26,全双工异步串行通信通道；,低功耗空闲和掉电方式；,通过中断中止掉电方式；,看门狗定时器；,两个数据指针。,1.4.2 ATMEL89系列单片机,27,1.4.3 STC89/12系列单片机,一、,STC 89C51RC/RD系列单片机,STC 89C51RC/RD系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机。,指令代码完全兼容传统8051 单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择。,28,1.4.3 STC89/12系列单片机,STC 89C51RC/RD系列单片机特点如下：,增强型,6/12,时钟,/,机器周期,8051 CPU,；,工作电压：,5.5V,3.4V,（,5V,单片机）,/ 3.8V,2.0V,（,3V,单片机）；,工作频率范围：,0,40MHz,，相当于普通,8051,的,0,80MHz,；,用户应用程序空间,4K,64K,字节；,片上集成,1280,字节,/512,字节,RAM,；,通用,I/O,口,32 / 36,个；,ISP,（在系统可编程）,/IAP,（在应用可编程），无需专用编程器,/,仿真器；,29,内部,E,2,PROM,功能；,硬件看门狗；,内部集成,MAX810,专用复位电路（,D,版本才有）,外部晶体,20M,以下时，可省外部复位电路；,共,3,个,16,位定时器,/,计数器；,外部中断,4,路；,通用异步串行口，还可用定时器软件实现多个,UART,；,工作温度范围：,0,75,，,40,85,；,封装：,LQFP-44 ,PDIP-40 , PLCC -44 ,PQFP-44,。,1.4.3 STC89/12系列单片机,30,1.4.4 常见的其它系列单片机介绍,AVR,单片机,Motorola,单片机,MicroChip,单片机,Scenix,单片机,EPSON,单片机,东芝单片机,GMS90,单片机,华邦单片机,Zilog,单片机,NS,单片机,AX1001,单片机,31,1.5 单片机系统的开发方法,主要内容,1.5.1 单片机系统的设计要求,1.5.2 单片机系统的开发特点,1.5.3 单片机系统的开发工具及环境,1.5.4 单片机系统设计中芯片的选择,32,1.5 单片机系统的开发方法,单片机系统是软件和硬件的逻辑结合体，必须根据对系统功能、性能参数的要求，对软件和硬件统一考虑进行设计开发，以求达到最佳效果。,33,1.5.1 单片机系统的设计要求,单片机系统设计开发非常受制于功能和具体的应用环境，所以单片机系统的设计具有一些特殊的要求：,接口方便、操作容易,稳定可靠、维护简便,功耗管理、降低成本,并发处理、及时响应,34,1.5.2 单片机系统的开发特点,需要,软硬件综合开发,，二者密切相关。因为任何一个单片机系统产品都是软件和硬件的结合体。,一旦单片机系统产品研发完成，,软件就固化在硬件环境中，单片机软件是针对相应的单片机硬件系统开发的，是专用的。,35,1.5.3 单片机系统的开发工具及环境,一、单片机C语言开发工具Keil C51,Keil C51是Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。,提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具Vision2，全Windows界面，生成的目标代码效率非常高。,36,1.5.3 单片机系统的开发工具及环境,二、Proteus嵌入式系统仿真与开发平台,Proteus：,Proteus是一个嵌入式系统仿真与开发平台，是英国Labcenter Electronics公司出版的EDA工具软件。,Proteus的功能：,它不仅具有仿真数字、模拟电路的功能，还具备由微控制器及外围器件组成的混合电路的仿真功能。,Proteus的先进性：,它是目前世界上最先进、最完整的嵌入式系统设计与仿真平台。,37,1.5.4 单片机系统设计中芯片的选择,现在市场上的单片机品种很丰富，89C51只是个基本型。虽然在本课程中我们主要是以89C52为例来组织教学的，但是在进行单片机系统设计的时候就要,根据系统的需求，灵活地选用具有不同特性的单片机。,38,本章小结,本章首先给出了单片机的概念，单片机即单片微机，也叫微控制器。,然后介绍了单片机的发展概况，使我们基本了解了单片机的历史及发展。,接着讨论了单片机的特点及应用，使我们树立起学习单片机的目标。,接下来对常见及常用的单片机作了一个总体介绍,，,使我们了解了单片机更多的功能和特点,。,最后简单地介绍了单片机开发的一些问题,，,如开发环境与工具、芯片选择与设计要求等。,39,思考题与习题,1. 什么是单片机？,2. 单片机有哪些特点？,3. 单片机的应用有哪些？,4. 常见的单片机有哪些类型？,40,