单片机原理及应用C语言版课件

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,*,*,2024/9/17,1,单片机应用技术,（,C,语言版）,第,1,章 单片机基础知识概述,2024/9/17,2,2024/9/17,4,参考书：,1,、胡汉才 编著,单片机原理及其接口技术,清华大学出版社,2,、郭天祥 编著,新概念,51,单片机,C,语言教程,电子工业出版社,3,、彭伟 编著,单片机,C,语言程序设计实训,100,例,基于,8051+Proteus,仿真,电子工业出版社,2024/9/17,5,2024/9/17,6,2024/9/17,7,2024/9/17,8,2024/9/17,9,第,1,章 单片机基础知识概述,目 录,1.1,单片机概述,1.2 单片机,的特点及应用领域,1.3 单片机,学习的预备知识,1.4,电平,2024/9/17,10,1.1,单片机基础知识概述,1946,年由美国宾夕法尼亚大学研制,ENIAC,（,Electronic Numerical Integrator And calculator,），运算速度,5000,次,/,秒，功耗,150kw/h,，占地,170m,2,造价,100,万美元。,1.1.1,什么是单片机,2024/9/17,11,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。,2024/9/17,12,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,2024/9/17,13,微型计算机组成结构,微型计算机系统,硬件,微型计算机,（,主机,）,微处理器,(,CPU,),软件,外围设备,运算器,控制器,存储器,(,内存,),RAM,ROM,外部设备,辅助设备,输入设备,(,键盘、扫描仪、语音识别仪,),输出设备,(,显示器、打印机、绘图仪、,),辅助存储器,(,磁带、磁盘、光盘,),输入,/,输出接口,(PIO,、,SIO,、,CTC,、,ADC,、,DAC),(,I/O,接口,),总线,(AB,、,DB,、,CB),系统软件,(,操作系统，编辑、编译程序，故障诊断,监控程序,),应用软件,(,科学计算，工业控制，数据处理,),程序设计语言,(,机器语言、汇编语言、高级语言,),电源电路,时钟电路,2024/9/17,14,单片机：,将中央处理器（,CPU,）、随机存储器（,RAM,）、只读存储器（,ROM,）、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,。,叫做单片微型计算机（,Single Chip Microcomputer,，,SCM,），简称单片机。,单片机为工业测控而设计，又称微控制器,(MCU),。,2024/9/17,15,2024/9/17,16,1.1.2,单片机的发展历史,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。,2024/9/17,17,二、,8,位单片机阶段,1976-1978,初级,8,位单片机,Intel MCS-48,系列,1978-1982,高档,8,位单片机,Intel MCS-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,廉价型,89C2051/1051,8,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。,2024/9/17,18,三、,16,位单片机阶段,1983,年,Intel,公司推出了,16,位单片机,MCS-96,系列。,8098/8096,、,80C198/80C196, DSP,如：凌阳,16,位单片机、,AVR16,位单片机、,PIC16,位单片机等,16,位单片机可用于高速复杂的控制系统。,2024/9/17,19,四、,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。,应用于电子收款机、机顶盒、保安系统、自动售货机、医疗系统、航空系统等。,2024/9/17,20,1.2,单片机的特点及应用领域,主要内容,1.2.1,单片机的特点,1.2.2,单片机的应用领域,1.2.3,单片机发展趋势,2024/9/17,21,一、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。,1.2.1,单片机的特点,2024/9/17,22,三、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。,2024/9/17,23,四、单片机的外部扩展能力强,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。,2024/9/17,24,五、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,2024/9/17,25,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,1.2.2,单片机的应用领域,2024/9/17,26,1.2.3,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,ROM,EPROM,E,2,PROM,FLASH 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。,2024/9/17,27,三、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。,2024/9/17,28,五、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。,2024/9/17,29,补充：常用单片机简介,主要内容,1 MCS-51,系列单片机,2 ATMEL89,系列单片机,3 STC89/12,系列单片机,4,常见的其它系列单片机介绍,2024/9/17,30,1 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,”,。,2024/9/17,31,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,。,2024/9/17,32,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,。,2024/9/17,33,2024/9/17,34,2 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,2024/9/17,35,1,、前缀,前缀由字母,“,AT,”,组成，它表示该器件是,ATMEL,公司的产品。,2024/9/17,36,2,、型号,型号由,“,89CXXXX,”,或,“,89LVXXXX,”,或,“,89SXXXX,”,等表示。,“,8,”,表示该芯片为,8051,内核芯片,“,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,具有,ISP,可在线编程功能。,“,XXXX,”,为表示型号的数字，,如：,51,、,52,、,2051,、,8252,等。,2024/9/17,37,3,、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,”,说明产品日期,2024/9/17,38,2024/9/17,39,二、,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（,ROM,）；,全静态操作：,0Hz,24MHz,；,128,字节内部,RAM,；,2024/9/17,40,32,根可编程,I/O,线；,2,个,16,位定时器,/,计数器；,5,个中断源；,可编程串行,UART,通道；,低功耗空闲和掉电方式；,2024/9/17,41,三、,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（,ROM,），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,；,2024/9/17,42,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。,2024/9/17,43,3 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。,2024/9/17,44,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,；,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,个；,ISP,（在系统可编程）无需专用编程器,/,仿真器；,2024/9/17,45,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,。,2024/9/17,46,4,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,2024/9/17,47,1.2.4,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,Vision4,，全,Windows,界面，生成的目标代码效率非常高。,2024/9/17,48,2024/9/17,49,二、,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。,2024/9/17,50,2024/9/17,51,2024/9/17,52,2024/9/17,53,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。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。,2024/9/17,54,2024/9/17,55,2024/9/17,56,2024/9/17,57,1.3,单片机学习的预备知识,（一）,十进制,N,D,有十个数码,0,9,、逢十进一。,十进制用于计算机输入输出，人机交互,。,（二）,二进制,N,B,两个数码,:0,、,1,逢二进一,。,二进制为机器中的数据形式。,（三）,十六进制,N,H,十六个数码,:0,9, A,F,逢十六进一,。,十六进制用于表示二进制数。,不同进位制数以下标或后缀区别,十进制数可不带下标。,如,:101,、,101,D,、,101,B,、,101,H,、,101H,1.3.1,数制及转换,1.,数制,2024/9/17,58,1.4,电平,电平,：电压的高低。（,0,1,）,5V TTL,：,输出：大于,2.4V,为高，小于,0.4V,为低；输入：大于,2V,为高，小于,0.8V,为低。,5V COMS,：,输出：大于,4.99V,为高，小于,0.01V,为低；输入：大于,3.5V,为高，小于,1.5V,为低。,