1、单片机应用技术,教师： 贾 磊 手机： 13837811504 邮箱： 2010年9月1日,目 录,一、单片机概述 二、80C51单片机硬件结构 三、单片机开发系统 四、单片机的程序设计 五、定时/计数器与中断系统 六、单片机系统的扩展 七、单片机接口技术 八、串行通信技术 九、单片机应用系统设计 十、单片机的C语言应用设计,单片机应用技术,黄河水利职业技术学院机电工程系,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,第一章 单片机概述,1.1 单片机简介,单片机（Single-Chip-Microcomputer）又称微控制器（Microcontroller），其最基本的结构是将CPU和
2、计算机外围功能单元如存储器、I/O口、定时器/计数器、中断系统等集成在一个芯片上构成的。,微处理器MPU 中央处理器CPU单片微型计算机SCM 微控制器MCU,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,1.2 单片机的应用领域,控制性能和可靠性高可对I/O端口直接操作，位操作能力更是其它计算机无法比拟的。由于CPU、存储器及I/O接口集成在同一芯片内，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。,体积小、价格低、易于产品化 应用系统的印
3、制板减小、接插件减少、安装简单方便。,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,智能仪器仪表,机电一体化产品,实时工业控制,分布式系统的前端模块,家用电器,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,1.3 单片机的发展趋势,CMOS化低电压、低功耗化（MSP430）大容量化 高速化（AVR系列）低噪声和高可靠性小容量、低价格化（PIC系列）集成多种外设功能,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,1.4 单片机MCS-51系列,1946年2月15日，第一台电子数字计算机问世，标志着计算机时代的到来。,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 。,
4、冯诺依曼提出“程序存储”和“二进制运算”的思想，构建了计算机经典结构：,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,电子计算机经历了五个时代：,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,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,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,1.2.2 微型计算机的组成及其应用形态,1971年1月，INTEL公司的特德霍夫在与日本商业通讯公司合作研制台式计算器时，将原始方案的十几个芯片压缩成三个集成电路芯片。其中的两个芯片分别用于存储程序和数据，另一芯片集成了运算器和控制器及一些寄存器，称为微处理器
5、（即Intel 4004）。,4004微处理器,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,微处理器、存储器加上I/O接口电路组成微型计算机,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,微型计算机的应用形态可以分为3种：,多板机（系统机） 工业PC机 也属于多板机。,单板机,单片机: 集成了CPU、存储器、I/O接口电路的单芯片微型计算机。,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,三种应用形态的比较 ：,单板机,单片机,系统机（多板机）,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,系统机（桌面应用）属于通用计算机，主要用于数据处理、办公自动化及辅助设计。,单片机（嵌入式应用
6、）属于专用计算机，主要用于智能仪表及传感器、智能家电、智能办公设备、汽车及军事电子设备等系统。,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。,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,1.3 单片机的发展过程及产品近况,1.4.1 单片机的发展过程,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：存储器容量小，寻址范围小（不大于4K），无串行接口，指令系统功能不强。,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应
7、用技术,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 。,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。,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,微控制器化阶段,特点：片内面向测控系统电路增强，使之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
8、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。,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,1.3.2 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
9、产品繁多，主流地位已形成，已推出的与80C51兼容的主要产品有：,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,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,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,1.5 单片机应用系统开发简介,1.4.2 单片机应用系统的开发,单片机自身没有开发功能，必须借助开发机来完成如下任务：排除硬件故障和软件错误程序固化到程序存储器芯片中。,正确的硬件设计和良好的
10、软件功能设计是一个实用的单片机应用系统的设计目标。完成该目标的过程称为单片机应用系统的开发。,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,指令的表示形式 指令是让单片机执行某种操作的命令。指令按一定的顺序以二进制码的形式存放于程序存储器中。如：,04H:累加器A的内容加1，难记！ INC A，记忆容易。称为符号指令。,0000 0100B,04H,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,汇编或编译将符号指令转换成机器码的过程称为汇编。常用的汇编方法有三种：,手工汇编利用开发机的驻留汇编程序进行汇编交叉汇编,现在常采用高级语言（如C51）进行单片机应用程序的设计。,黄河水利职业技术学
11、院机电工程系,单片机应用技术,仿真开发,1.5.2 单片机应用系统传统开发方式,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,SST公司推出的SST89C54和SST89C58芯片有SuperFLASH存储器，利用这种存储器可以进行高速读写的特点，能够实现：在系统编程（ISP）在应用编程（IAP）。,1.5.3 单片机开发方式的发展,应用程序的编辑、汇编（或编译）、模拟运行，然后实现目标程序的串行下载。,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,Microchip公司推出的PIC16F87X中内置有在线调试器ICD功能,还配置了具有ICSP功能的简单仿真器和烧写器。通过PC机串行电缆就
12、可以完成对目标系统的仿真调试 。,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,复习：数制与编码,十进制（D）：二进制（B）：十六进制（H）:8421BCD码： 四位B表示一位D（0-9）,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,数制之间的转换,R进制 十进制 D按位权展开求和 十进制 D R进制整数部分: 除R取余法小数部分: 乘R取整法然后相加,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,数制之间的转换,二进制 B 十六进制 H四位变一位 十六进制 H 二进制 B一位变四位,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,8位机器数的编码,1. 原码：符号位（1位）+真值（7位）最高位: 0-正数 1-负数取值范围：-127+127正数的补码=反码=原码 2. 反码：负数的反码= 正数的原码 3. 补码：负数的补码= 正数的原码 + 1（求反加一）负数的补码=00H-正数的原码取值范围：-128+127,一个数的补码的补码等于原码,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,带符号二进制数运算法则,公 式： X+Y补X补+Y补 X -Y补X补+-Y补 运算规则： 按二进制运算规则运算，即逢二进一； 两个数的符号位参加运算； 由符号位产生的进位自然舍掉。,黄河水利职业技术学院机电工程系,单片机应用技术,
