2013级电子信息工程《单片机原理及应用》课件.ppt

单片机原理及应用,主讲人：刘炜,E-mail：liuweicdt@,第1章 单片机概述,本章重点： 1、什么是单片机2、单片机的分类及特点3、 什么是嵌入式系统,1.1 单片机概况,1.1.1 什么是单片机,单片机 是单片微型计算机的简称将计算机的CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种I／O接口集成在一片芯片上，形成了芯片级的计算机单片机早期的含义称为单片微型计算机(single chip microcomputer)，直译为单片机准确反映单片机本质的叫法应该是微控制器－MicroController Unit （MCU）或MicroProcesser Unit（MPU）,单片机也称为嵌入式微处理器（Embedded MicroProcesser) 或嵌入式微控制器(Embedded MicroController),1.1.2 单片机的发展简史及未来,初级阶段：1974-1978年代表芯片Intel公司的MCS-48系列，Motorola公司的6801系列和Zilog公司的Z8系列高性能阶段：1978-1983年代表芯片Intel公司的MCS－51系列8位单片机巩固提高阶段：1983年-现今。

这一阶段一方面不断完善8位单片机，另一方面发展16位、32位机单片机的发展趋势：8位机是主流，未来是8位机与32位机共同发展的时代单片机从结构功能上的发展趋势： 1、大容量高性能化 2、小容量低价格化 3、外围电路内装化 4、RISC结构取代CISC结构,1.1.3 单片机的分类及特点,1、分类,（1）按指令集分类复杂指令集（CISC）结构－普林斯顿结构精简指令集（RISC）结构－哈佛结构,（2）按半导体工艺分高密度短沟道MOS工艺－HMOS互补金属氧化物HMOS工艺－CHMOS,（3）按片内程序存储器类型分无ROM型、QTP型、EPROM型、OTP型和Flash型,（4）按字长分1位、4位、8位、16位、32位、64位,2、单片机的特点,（1）优异的性价比,（2）集成度高、体积小、可靠性高,（3）控制功能强,（4）低电压、低功耗,1.1.4 单片机的应用,1、在智能仪器仪表中的应用,2、在工业方面的应用,3、在电信中的应用,4、在军用导航方面的应用,5、在日常生活中的应用,6、在其它方面的应用,1.2 常用8位系列单片机简介,1.2.1 Intel公司8位系列单片机,1.2.2 89系列单片机,1、AT89系列（美国Atmel公司）,2、P89系列（Philiips公司）,特点：12／6时钟模式，支持ISP,1.2.3 W78E51系列（台湾华邦公司）,1.2.4 M68HC08系列（Motorola公司）,Motorola公司单片机命名方法,指令系统与MCS-51不同,1.2.5 PIC系列（美国Microchip公司）,1.3 单片机与嵌入式系统简介,1.3.1 什么是嵌入式系统,嵌入式系统就是将计算机系统按特定的要求嵌入到实际应用系统中。

嵌入式系统一般是指非PC机系统，它由硬件和软件两大部分组成硬件包括微处理器MCU、存储器、I/O端口及外设、图形控制器等；软件包括操作系统（OS或实时多任务操作系统）、应用程序系统、或称监控程序系统等1.3.2 嵌入式计算机系统与通用型计算机的特点,1. 嵌入式系统是面向特定的应用,2. 嵌入式系统是知识集成系统,3. 嵌入式系统的硬、软件必须具有高效率,4. 嵌入式系统和实际应用有机地结合在一起,5. 嵌入式系统的软件固化于内部存储器中,6. 嵌入式系统本身无自举开发能力,1.3.3 嵌入式系统的发展趋势,1. 嵌入式系统应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持,2. 联网成为发展的必然趋势,3. 支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本,4. 应能提供精巧的多媒体人机界面,1.4 常用单片机开发工具,1.4.1 Keil51 集成开发环境,目前常用版本μVision3 V3.31，最新版μVision4 V9.0 特点： 1、集成开发环境，源程序编辑、编译、链接、调试均在集成环境下 2、支持多种处理器（包括ARM） 3、支持C语言和汇编语言 4、支持源程序调试 5、支持硬件仿真器 6、支持软件仿真器,Keil 软件的启动画面,利用Keil 集成开发环境调试程序,1.4.2 Proteus仿真软件,目前版本 V8.4SP0，用的较多的版本是V7.12和V7.72特点：1、可以实现单片机、接口芯片的电路仿真，非常适用于教学和产品开发的前期阶段。

2、与Mutsim／EWB功能相当，但比其小巧，V6.7SP3压缩包仅18.5M并且可以实现多种单片机（MCS-51、PIC系列、ARM系列）的仿真和程序调试3、对计算机的硬件要求非常低（如V6.7SP3版可以在赛扬2.0 、256M内存的计算机上运行）利用Proteus软件在进行数字电压表的调试和仿真,1.4.3 有关网站和参考书,阿莫的电子论坛： 成都力源单片机技术有限公司： 周立功单片机： 电子发烧友论坛： 电子爱好者： ,参考书：《单片机原理及应用》 万文略主编 重庆大学出版社《单片机原理及接口技术》 李朝青编著 北京航空航天大学出版社《Proteus入门实用教程 》周润景 张丽娜 刘印群 编著 机械工业出版社,小 结,单片机，是单片微型计算机的简称将计算机的CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种I／O接口集成在一片芯片上，形成了芯片级的计算机嵌入式系统就是将计算机系统按特定的要求嵌入到实际应用系统中。

嵌入式系统一般是指非PC机系统，它由硬件和软件两大部分组成思 考 题,教材：P17 1-41-4、单片机主要应用在哪些方面？,第二章 单片机内部结构及原理,本章要点MCS－51／52系列CPU内部结构特点MCS－51／52系列单片机存储器的结构MCS-51／52系列单片机I/O端口结构及驱动能力，使用时的注意事项MCS－51／52系列单片机存储器空间结构及位寻址空间,2.1 Intel公司的MCS-51/52系列单片机内部结构原理,2.1.1 MCS-51/52系列单片机CPU的结构,MCS-51/52系列单片机内部由一个8位CPU、128／256B数据存储器、程序存储器、2／3个16位定时器、4个8位的可编程I/O端口和可编程全双工UART串行口等组成1． 控制器,控制器由程序计数器 （PC，16位）、指令寄存器（IR，8位） 、指令译码器（ID）、定时控制与条件转移逻辑电路等组成它的功能是对来自存储器中的指令进行译码，通过定时控制电路，在规定的时刻发出各种操作所需的全部内部和外部的控制信号，使各部分协调工作，完成指令所规定的功能2． 运算器,运算器由算术逻辑单元ALU、累加器ACC、暂存器、程序状态字寄存器PSW、BCD码运算调整电路等组成。

1） 累加器ACCACC是一个8位的寄存器，简称为A，它通过暂存器与ALU相连它是CPU执行指令时使用最频繁的寄存器，用来存一个操作数或中间结果2） 算术逻辑单元ALUALU是由加法器和其它逻辑电路等组成的，它用于对数据进行算术四则运算和逻辑运算、移位操作、位操作等功能ALU的两个操作数，一个由A通过暂存器2输入，另一个由暂存器1输入，运算结果的状态送PSW3） 程序状态字寄存器PSWPSW是一个8位的专用寄存器，用于存程序运行中的各种状态信息它可以进行位寻址PSW各位的定义如下:,PSW位地址 字节地址D0H,•CY(PSW. 7)： 进位标志，在进行加或减运算时，如果操作结果最高位有进位或借时，CY由硬件置“1”，否则清“0”在进行位操作时，CY又可以被认为是位累加器，它的作用相当于CPU中的累加器A•AC(PSW.6)： 辅助进位标志（又称半进位），在进行加或减运算时，低四位数向高四位产生的进位或借位，将由硬件置“1”，否则清“0”AC位可用于BCD码调整时的判断位•F0(PSW.5)： 用户标志位，由用户置位或复位它可作为用户自行定义的一个状态标记•RS1 RS0(PSW.4 PSW.3)： 工作寄存器组指针，用以选择CPU当前工作的寄存器组。

RS1 RS0与工作寄存器组的对应关系,•OV(PSW.2)： 溢出标志，当进行算术运算时，如果产生溢出，则由硬件将OV位置1，否则清“0” 当执行有符号数的加法指令ADD或减法指令SUBB时，当D6位有向D7位的进位或借位时 D6CY=1时，而D7位没有向CY位的进位或借位D7CY =0时，则OV=1或D6CY =0，D7CY=1则OV=1所以溢出的逻辑表达式为:OV= D6CY⊕ D7CY•F1(PSW.1)： 用户标志位，同F0•P(PSW.0)： 奇偶标志位，该位始终跟踪累加器A内容中“1”的奇偶性当累加器A内容中有奇数个“1”时，P置1；否则，P置“0”改变累加器A中内容的指令均会影响P标志位2.1.2 MCS-51/52单片机存储器结构,1． MCS-51/52单片机存储器划分方法,2． 程序存储器MCS-51/52单片机的程序存储器一般用于存放编好的程序、表格和常数8051片内有4KB的ROM，8751片内有4KB的EPROM，8031片内无程序存储器，8052片内有8KB的ROM，8752片内有8KB的EPROM，8032片内无程序存储器当EA=1时，PC在0～0FFFH范围内执行片内ROM中的程序；PC在1000H～0FFFFH范围内执行片外ROM中的程序。

当EA＝0时，PC在0～0FFFFH，64k范围内执行片外ROM中的程序MCS-51/52单片机的程序存储器中有7个特殊地址单元0000H: MCS-51／52单片机复位后PC=0000H，即程序从0000H开始执行指令0003H: 外部中断0入口地址000BH: 定时器0溢出中断入口地址0013H: 外部中断1入口地址001BH: 定时器1溢出中断入口地址0023H: 串行口中断入口地址002BH: 定时器2溢出，T2EX(P1.1)端负跳变时的入口地址(仅对52子系列单片机所具有)3． 数据存储器数据存储器用于存放运算中间结果、数据暂存和缓冲、标志位、待调试的程序等数据存储器在物理上和逻辑上都分为两个地址空间：一个是片内128/256字节的RAM，另一个是片外最大可扩充64K字节的RAM访问片内RAM使用MOV指令，访问片外RAM使用MOVX指令对片外RAM只能采用间接寻址方式，用R0、R1和DPTR作为间址寄存器；前两者是低8位地址指针，寻址范围为256B，而DPTR是16位地址指针，故寻址范围可达64K字节片内数据存储器在物理上又可分为二个不同的区:,（1）00H～7FH(0～127)单元组成低128字节的片内RAM区，对其访问可采用直接寻址或间接寻址的方式 。

其中：0～1FH共32个单元分为4组，每组8个单元组成工作寄存器R0～R7；20H～2FH共16个字节、128个位的地址为00～7FH；30H～7FH共80个单元，为用户RAM区，做为堆栈或数据缓冲2）80H～FFH(128～256)单元组成高128字节的专用寄存器(SFR)区，只能采用直接寻址方式来访问3）MCS-52子系列中的片内RAM增大了128字节，其地址范围也是从80H～FFH ；为了与SFR区分，对此段的范围只能采用间接寻址方式来访问。