单片机原理及应用 教学课件 ppt 作者 张兰红 第1章 单片机基础知识

1、03:13,1,第一章 单片机基础知识,03:13,2,内容,单片机概述,1.1,微型计算机系统组成,1.2,微型计算机的运算基础知识,1.3,03:13,3,1.1 单片机概述,1.1.1 什么是单片机? 单片机是指在一块半导体芯片上，集成了微处理器、存储器、输入/输出接口、定时器/计数器以及中断系统等功能部件，构成一台完整的微型计算机。,单片机实物图1,03:13,4,单片机实物图(2),单片机芯片 AT89C51 AT89S51 AT89S52 AT89C2051,双列直插式DIP40 (Dual In-line Package)封装,03:13,5,单片机实物图(3),单片机芯片STC89C52,塑料扁平式PQFP/TQFP (Plastic Quad Flat Package)封装,带引线的塑料芯片封装 PLCC44(Plastic Leaded Chip Carrier),03:13,6,1.1.2 单片机与微型计算机的关系,计算机的发展经历了从电子管、晶体管、集成电路到大规模集成电路四代的演变。微型计算机属于第四代计算机。 微型计算机的发展以微处理器的发展为特征，主要表现

2、： 芯片集成度的提高(从最初的约2000个晶体管/片发展到目前的几百万个晶体管/片)； 处理器位数的增加（从4位增加到64位）； 时钟频率的加快(从1MHz到约几个GHz)； 价格的逐渐降低等方面。,03:13,7,1.1.2 单片机与微型计算机的关系,微型计算机有两个主要发展方向： 一是向高速度、高性能、大容量的高档微型计算机方向发展； 二是向稳定可靠、小而廉、能适应各种控制领域需要的单片机方向发展。 单片机是微型计算机发展的一个重要分支！,03:13,8,1.1.3 常用的单片机系列,MCS-51系列及与之兼容的80C51系列单片机 Atmel公司的AVR系列 Microchip公司的PIC系列 Motorola公司的单片机 TI公司MSP430系列单片机 基干ARM核的32位单片机,03:13,9,MCS-51系列及与之兼容的80C51系列单片机 MCS-51系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的高性能单片机。 型号：8051、8751、8031、8032、8052等。 其中8051是最典型的产品，其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减改变而来的，所以人们习惯

3、于用8051来称呼MCS-51系列单片机。 20世纪80年代中期Intel公司将MCS-51的核心技术授权给了很多其他公司，如：Atmel、Philips、STC、Siemens、Winbond等，这些厂商生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机，这些单片机的系统结构与8051相同，并且都采用CHMOS工艺，因而常用80C51系列来称呼它们。,03:13,10,Atmel公司的AVR系列 AVR系列单片机是1997年Atmel公司为了充分发挥其Flash的技术优势，而推出的全新配置的精简指令集(Reduced Instruction Set Computer ，简称RISC)单片机。该系列单片机一进入市场，就以其卓越的性能而大受欢迎。通过这几年的发展，AVR单片机已形成系列产品，其Attiny系列、AT90S系列与Atmega系列分别对应为低、中、高档产品(高档产品含JTAG ICE仿真功能)。,03:13,11,Microchip公司的PIC系列 Microchip单片机是市场份额增长最快的单片机。它的主要产品是PIC系列8位单片机，它的C

4、PU采用了精简指令集(RISC)结构的嵌入式微控制器，其高速度、低电压、低功耗、大电流LCD驱动能力和低价位OTP技术等都体现出单片机产业的新趋势。 PIC 8位单片机产品共有3个系列，即基本级、中级和高级。用户可根据需要选择不同档次和不同功能的芯片。,03:13,12,Motorola公司的单片机 (现在的飞思卡尔公司) Motorola公司是世界上最大的单片机厂商，该公司的特点是品种全、选择余地大、新产品多，在8位机方面有68HC05和升级产品68HC08，68HC05有30多个系列，200多个品种，产量已超过20亿片。8位增强型单片机68HC11也有30多个品种，年产量在1亿片以上。升级产品有68HC12。16位机68HC16也有10多个品种。32位单片机的683XX系列也有几十个品种。 Motorola单片机特点之一是在同样速度下所用的时钟频率较Intel类单片机低很多，因而使得高频噪声低，抗干扰能力强，更适合用于工控领域及恶劣的环境。Motorola 8位单片机过去的策略是以掩膜为主，最近推出了OTP计划以适应单片机发展新趋势。在32位机上，M.CORE在性能和功耗方面都胜过

5、ARM7。 由于Motorola单片机产品以前主要是以掩膜为主，不太适合于教学，所以没有被选做教学用机型。,03:13,13,TI公司MSP430系列单片机 TI公司MSP430系列单片机是超低功耗Flash型单片机，有“绿色微控制器(Green MCUs)”称号，是目前单片机业界所有内部集成闪速存储器(Flash ROM)产品中功耗最低的，消耗功率仅为其他闪速微控制器(Flash MCUs)的1/5。在3V工作电压下其耗电电流低于350A/MHz，待机模式仅为1A/MHz，具有5种节能模式。 该系列产品的工作温度范围为-40oC85oC，可满足工业应用要求。 MSP430 微控制器可广泛地应用于煤气表、水表、电子电度表、医疗仪器、火警智能探头、通信产品、家庭自动化产品、便携式监视器及其他低耗能产品。由于MSP430微控制器的功耗极低，可设计出只需一块电池就可以使用长达10年的仪表应用产品。MSP430 Flash系列的确是不可多得的高性价比单片机。,03:13,14,基于ARM核的32位单片机 ARM ( Advanced RISC Machine )是一种通用的32位RISC处理器

6、。32位是指处理器的外部数据总线是32位的，与8位和16位的相同主频处理器相比性能更强大。 ARM是一种功耗很低的高性能处理器，如ARM7 TDMI具有每瓦生产690MIPS(Millions Instruction Per Second，百万条指令/秒)的能力，已被证明在工业界处于领先水平。 ARM公司并不生产芯片，而是将ARM的技术授权其他公司生产。ARM本质并不是一种芯片，而是一种芯片结构技术，不涉及芯片生产工艺。 授权生产ARM结构芯片的公司采用不同的半导体技术，面对不同的应用进行扩展和集成，标有不同的系列号。 目前可以提供含ARM核CPU芯片的著名半导体公司有：Intel、TI、三星半导体、摩托罗拉、飞利浦半导体、意法半导体、亿恒半导体、科胜讯、ADI公司、安捷伦、高通公司、Atmel、Intersil、Alcatel、Altera、Cirrus Logic、Linkup、Parthus、LSI Logic、Micronas等。ARM的应用范围非常广泛，如嵌入式控制汽车、电子设备、保安设备、大容量存储器、调制解调器、打印机，数字消费产品数码相机、数字式电视机、游戏机、GPS、

7、机顶盒、便携式产品手提式计算机、移动电话、PDA、灵巧电话。,03:13,15,1.1.4 单片机的应用,单片机属于控制类数字芯片，目前其应用领域已非常广泛，典型应用如下： 1. 工业自动化。如数据采集、测控技术。 2. 智能仪器仪表。如数字示波器、数字信号源、数字万用表、感应电流表等。 3. 消费类电子产品。如洗衣机、电冰箱、空调机、电视机、微波炉、IC卡、汽车电子设备等。 4. 通信方面。如调制解调器、程控交换技术、手机、小灵通等。 5. 武器装备。如飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、鱼雷制导、智能武器等。,03:13,16,(1) 单片机 (2) 电源 (3) 晶振 (4) 复位电路 就构成了真正可使用的单片机最小应用系统,1.1.5 一个简单的单片机控制系统实例,系统硬件设计,点亮一个发光二极管的单片机控制系统,03:13,17,系统软件设计 /*点亮一个发光二极管的程序*/ #include /包含52系列单片机头文件 sbit led1=P10; /声明单片机P1口的第一位，P1.0的位名称位led1 void main() /主程序 led1=0; /* P1.0口输出低

8、电平，点亮LED发光二极管 while(1); /程序运行到此处停止 ,03:13,18,配套教材,单片机原理及应用 张兰红等编 机械工业出版社 2012.7,03:13,19,预备知识：元器件实物图,单片机芯片 AT89C51 AT89S51 AT89S52 AT89C2051,03:13,20,通信芯片MAX232CPE 时钟芯片 DS1302,03:13,21,EEPROM 24C02 温度传感器18B20,AD变换器0832,稳压片78L05,03:13,22,晶 振 电阻和排电阻,03:13,23,瓷片小电容,零压力插座,万用焊接板,仪器盒,03:13,24,步进电机,03:13,25,液晶字符显示屏 液晶图形点阵显示屏,03:13,26,拨动开关,03:13,27,红外遥控用 发射接受一体管 继电器,03:13,28,03:13,29,各类接插件,03:13,30,遥控组件,超声波发射接受头,03:13,31,双路遥控组件,03:13,32,长距离遥控器30004000M,03:13,33,88二极管点阵 八段数码管,03:13,34,B电气05-吴欣-单片机控制的GPS定

9、位信息显示器系统,03:13,35,B电气06-张新文-单片机控制的超声波测距器,03:13,36,BMZ电气061-邵 轩-单片机控制的交通灯系统,03:13,37,BMZ电气061-于祥键-单片机控制的步进电机系统,03:13,38,B电气07-单片机课程设计作品,03:13,39,1.2 微型计算机系统组成,计算机的基本结构 微型计算机系统组成,03:13,40,1.2 微型计算机系统组成,1.2.1 计算机的基本结构,计算机的基本结构,运算器：是计算机处理信息的主要部件。,控制器：产生一系列控制命令，控制计 算机各部件自动地、协调一致地工作。,存储器：是存放程序与数据的部件。,输入设备：用来输入程序与数据，常用的 输入设备有键盘、鼠标、光电输入机等。,输出设备：将计算机的处理结果用数字、图形等形式表示出来。常用的输出设备有显示终端、数码管、打印机、绘图仪等。,03:13,41,1.2 微型计算机系统组成,1.2.1 计算机的基本结构,计算机的基本结构,中央处理单元CPU：运算器、控制器合称为中央处理单元CPU(Central Processing Unit) 。,主机：通常把运算器、控制器、存储器这三部分称为计算机主机。,外设：输入、输出设备称为计算机的外围设备(简称“外没”)。,03:13,42,1.2.2 微型计算机的结构,随着大规模集成电路技术的发展，已经将运算器、控制器集成在一块硅片上，成为独立的器件，该芯片称为微处理器或微处理机(Micro-processor)。 存储器(Memory)也已经成为一块独立的芯片。 微处理器芯片、存储器芯片与输入输出接口 (Input/Output，简称IO接口) 电路芯片构成了微型计算机(Micro-computer)，芯片之间用总线(Bus)连接。,微型计算机结构,03:13,43,1.微处理器 微处理器是微型计算机的核心，它通常包括3个部分： (1) 算术逻辑部件 (Arithmetic Logic Unit，简称ALU)：对传送到微处理器的数据进行算术运算或逻辑运算，如执行加法、减法运算，逻辑与、逻辑或运算等。 (2) 工作寄存器组。 CPU中有多个工作寄存器，用来

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