51单片机及其应用课件

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,*,51单片机及其应用,1,51单片机及其应用1,1.1,电子计算机的发展概述,1.1.1,电子计算机的问世及其经典结构,1946,年,2,月,15,日,，第一台电子数字计算机问世，这标志着计算机时代的到来。,（,CALCULATOR,）,ENIAC,（,“埃尼阿克”,）,2,1.1 电子计算机的发展概述1.1.1 电子计算机的问世,与现代的计算机相比，有许多不足，但,它的问世开创了计算机科学技术的新纪元，,对人类的生产和生活方式产生了巨大的影响。,ENIAC,是电子管计算机，时钟频率仅有,100 KHz,，但能在,1,秒钟的时间内完成,5000,次加法运算。,3,与现代的计算机相比，有许多不足，但它的问世开创了计算机科学,匈牙利籍数学家,冯,诺依曼,在方案的设计上做出了重要的贡献。,1946,年,6,月，他又提出了“程序存储”和“二进制运算”的思想，进一步构建了,计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成,这一计算机的经典结构。,（,EDVAC,-ELECTRONIC DISCRETE VARIABLE AUTOMATIC,COMPUTER,）,4,匈牙利籍数学家冯诺依曼在方案的设计上做出了重要的贡献。1,电子计算机技术的发展，相继经历了五个时代：,电子管计算机；,晶体管计算机；,集成电路计算机；,大规模集成电路计算机；,超大规模集成电路计算机。,计算机的结构仍然没有突破冯,诺依曼提出的计算机的经典结构框架。,5,电子计算机技术的发展，相继经历了五个时代：电子管计算机；计,二、微型计算机的应用形态,从应用形态上，微机可以分成三种：,多板机（系统机）,将,CPU,、存储器、,I/O,接口电路和总线接口等组装在一块主机板（即微机主板）。各种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、软,/,硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内，再配上系统软件，就构成了一台完整的微型计算机系统（简称系统机）。,工业,PC,机,也属于多板机。,6,二、微型计算机的应用形态 多板机（系统机）6,单板机,将,CPU,芯片、,存储器,芯片、,I/O,接口,芯片和简单的,I/O,设备,（小键盘、,LED,显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上,监控程序,（固化在,ROM,中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。,单板机,7,单板机单板机7,单板机的,I/O,设备简单，软件资源少，使用不方便。早期主要用于微型计算机原理的,教学,及,简单的测控系统,，现在已很少使用。,8,单板机的I/O设备简单，软件资源少，使用不方便。早期主要用于,单片机,在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、,I/O,接口电路，从而构成了,单芯片微型计算机，即单片机,。,三种应用形态的比较,：,单板机,单片机,系统机（多板机）,9,单片机单板机单片机系统机（多板机）9,系统机,（,桌面应用,）属于通用计算机，主要应用于数据处理、办公自动化及辅助设计。,单片机,（,嵌入式应用,）属于专用计算机，主要应用于智能仪表、智能传感器、智能家电、智能办公设备、汽车及军事电子设备等应用系统。,单片机,体积小,、,价格低,、,可靠性高,，,其非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。,10,系统机（桌面应用）属于通用计算机，主要应用于数据处理,1.2,单片机的发展过程及产品近况,1.2.1,单片机的发展过程,单片机技术发展过程可分为三个主要阶段：,单芯片微机形成阶段,1976,年，,Intel,公司推出了,MCS-48,系列单片机。,8,位,CPU,、,1K,字节,ROM,、,64,字节,RAM,、,27,根,I/O,线和,1,个,8,位定时,/,计数器,。,特点是,：存储器容量较小，寻址范围小（不大于,4K,），无串行接口，指令系统功能不强。,11,1.2 单片机的发展过程及产品近况1.2.1 单片机的,性能完善提高阶段,1980,年，,Intel,公司推出了,MCS-51,系列单片机：,8,位,CPU,、,4K,字节,ROM,、,128,字节,RAM,、,4,个,8,位并口、,1,个全双工串行口、,2,个,16,位定时,/,计数器。寻址范围,64K,，并有控制功能较强的布尔处理器。,特点是,：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出。现在，,MCS-51,已成为公认的单片机经典机种,。,12,性能完善提高阶段 特点是：结构体系完善,微控制器化阶段,特点是,：片内面向测控系统外围电路增强，使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。,“微控制器”的称谓更能反应单片机的本质,。,1982,年，,Intel,推出,MCS-96,系列单片机。,芯片内集成：,16,位,CPU,、,8K,字节,ROM,、,232,字节,RAM,、,5,个,8,位并口、,1,个全双工串行口、,2,个,16,位定时,/,计数器。寻址范围,64K,。片上还有,8,路,10,位,ADC,、,1,路,PWM,输出及高速,I/O,部件等。,13,微控制器化阶段 特点是：片内面向测控系统外围电路增强，使,1.2.2,单片机产品近况,ATMEL,公司融入,Flash,存储器技术的,AT89,系列；,Philips,公司的,80C51,、,80C552,系列；,华邦公司的,W78C51,、,W77C51,高速低价,系列；,ADI,公司的,ADC8xx,高精度,ADC,系列；,LG,公司的,GMS90/97,低压高速,系列；,Maxim,公司的,DS89C420,高速（,50MIPS,）,系列；,Cygnal,公司的,C8051F,系列高速,SOC,单片机。,80C51,系列,单片机产品繁多，,主流地位已经形成，,近年来推出的,与,80C51,兼容,的主要产品有：,14,1.2.2 单片机产品近况 ATMEL公司融入Flas,非,80C51,结构单片机新品,不断推出，给用户提供了更为广泛的选择空间，近年来推出的非,80C51,系列的主要产品有：,Intel,的,MCS-96,系列,16,位单片机；,Microchip,的,PIC,系列,RISC,单片机；,TI,的,MSP430F,系列,16,位,低功耗,单片机。,15,非80C51结构单片机新品不断推出，给用户提供了更为广,1.3,单片机的特点及应用领域,1.3.1,单片机的特点,近期推出的单片机产品，内部集成有高速,I/O,口、,ADC,、,PWM,、,WDT,等部件，并在低电压、低功耗、串行扩展总线、控制网络总线和开发方式（如在系统编程,ISP,）等方面都有了进一步的增强。,控制性能和可靠性高,实时控制功能特别强，其,CPU,可以对,I/O,端口直接进行操作，,位操作能力,更是其它计算机无法比拟的。另外，由于,CPU,、存储器及,I/O,接口,集成在同一芯片内,，各部件间的连接紧凑，数据在传送时,受干扰的影响较小,，且不易受环境条件的影响，所以单片机的,可靠性非常高,。,16,1.3 单片机的特点及应用领域1.3.1 单片机的特点,体积小、价格低、易于产品化,单片机芯片即是一台完整的微型计算机,，对于批量大的专用场合，一方面可以在众多的单片机品种间进行匹配选择；同时还可以专门进行芯片设计，使芯片的功能与应用具有良好的对应关系；在单片机产品的引脚封装方面，有的单片机引脚已减少到,8,个或更少。,从而使应用系统的,印制板减小、接插件减少、安装简单方便。,17,体积小、价格低、易于产品化 17,1.3.2,单片机的应用领域,智能仪器仪表,单片机用于各种仪器仪表，一方面提高了仪器仪表的使用功能和精度，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表的硬件结构，从而可以方便地完成仪器仪表产品的升级换代。如,各种智能电气测量仪表、智能传感器,等。,18,1.3.2 单片机的应用领域 智能仪器仪表 单片,机电一体化产品,机电一体化产品是集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的各种机电产品。单片机在机电一体化产品的开发中可以发挥巨大的作用。,典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机,等。,19,机电一体化产品机电一体化产品是集机械技术、微电子技术、自动,实时工业控制,单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应用如,电机转速控制、温度控制、自动生产线,等。,20,实时工业控制单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流、,分布式系统的前端模块,在较复杂的工业系统中，经常要采用分布式测控系统完成大量的分布参数的采集。在这类系统中，采用单片机作为分布式系统的前端采集模块，系统具有,运行可靠，数据采集方便灵活，成本低廉,等一系列优点。,21,分布式系统的前端模块 在较复杂的工业系统中，经常要采用分,家用电器,家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广阔。如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等。,另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子等,。,22,家用电器家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广阔。,2.1 80C51,系列概述,2.1.1 MCS-51,系列,（,1,）,MCS-51,是,Intel,公司生产的一个单片机系列名称。属于这一系列的单片机有多种，如：,8051/8751/8031,；,8052/8752/8032,；,80C51/87C51/80C31,80C52/87C52/80C32,等,。,23,2.1 80C51系列概述2.1.1 MCS-51系列,（,2,）该系列生产工艺有两种：,CHMOS,是,CMOS,和,HMOS,的结合，既保持了,HMOS,高速度和高密度的特点，还具有,CMOS,的低功耗的特点。,在产品型号中凡带有字母“,C”,的即为,CHMOS,芯片,，,CHMOS,芯片的电平既与,TTL,电平兼容，又与,CMOS,电平兼容。,一是,HMOS,工艺,（高密度短沟道,MOS,工艺）。,二是,CHMOS,工艺,（互补金属氧化物的,HMOS,工艺）。,24,（2）该系列生产工艺有两种：CHMOS是CMOS和HMOS的,（,3,）在功能上，该系列单片机有基本型和增强型两大类：,增强型,：,805,2,/875,2,/803,2,80C5,2,/87C5,2,/80C3,2,基本型,：,805,1,/875,1,/803,1,80C5,1,/87C5,1,/80C3,1,25,（3）在功能上，该系列单片机有基本型和增强型两大类：增强型：,（,4,）在片内程序存储器的配置上，该系列单片机有三种形式，即掩膜,ROM,、,EPROM,和,ROMLess(,无片内程序存储器,),。如：,80C51,有,4K,字节的掩膜,ROM,；,8,7,C51,有,4K,字节的,EPROM,；,80C,3,1,在芯片内无程序存储器。,26,（4）在片内程序存储器的配置上，该系列单片机有三种形式，即掩,2.1.2 80C51,系列,Intel,的：,80C31,、,80C51,、,87C51,，,80C32,、,80C52,、,87C52,等；,ATMEL,的：,89C51,、,89C52,、,89C2051,等；,Philips,、华邦、,Dallas,、,Siemens(Infineon),等公司的许多产品。,80C51,是,MCS-51,系列中,CHMOS,工艺的一个典型品种；其它厂商,以,8051,为基核,开发出的,CMOS,工艺单片机产品,统称为,80C51,系列,。当前常用的,80C51,系列单片机主要产品有：,27,2.1.2 80C51系列 Intel的：80C,2.1.3 80C