1、单片机原理及应用 （C语言版） 第1章 单片机概述,中国水利水电出版社,第1章 单片机概述,目 录1.1 单片机的基本概念1.2 单片机的发展概况1.3 单片机的特点及应用1.4 常用单片机简介1.5 单片机系统的开发方法,本章主要介绍了单片机的基本概念，单片机的发展概况，单片机的应用及其特点，以及一些常用的单片机。通过本章的学习，我们可以了解到什么是单片机，单片机的发展历史。并且对单片机的应用和开发方法有个初步的认识。,第1章 单片机概述,1.1 单片机的基本概念,单片机：将CPU、随机存储器、只读存储器、中断系统、定时器/计数器以及I/O接口电路等，微型计算机的主要部件集成在一块芯片上，使
2、其具有计算机的基本功能。此就是“单片微型计算机”（Single Chip Micro Computer，SCMC或SCM），简称为“单片微机”、或“单片机”。微控制器概念：芯片上除了具有微机的功能部件之外，还集成有外部设备，如A/D、D/A、RTC、PWM 、USB、Watchdog等。,地址总线,数据总线,控制总线,图1-1 微机的组成,1.1 单片机的基本概念,1.2 单片机的发展概况,主要内容1.2.1 单片机的历史 1.2.1 单片机技术的发展,1.2.1 单片机的历史,一 、4位单片机阶段1971年Intel公司首先开发出了第一片4位微处理器4004，主要用于家用电器、计算器、高级玩
3、具中。4004的问世，既标志着微处理器的诞生，也标志着单片机、嵌入式系统的诞生。1975年美国德克萨斯仪器公司（TI）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。,二、 8位单片机阶段1976年9月，美国Intel公司首先推出了MCS-48系列8位单片机，其增强型便是MCS-51。8位单片机由于功能强大，被广泛用于工业控制、智能接口、仪器仪表等各个领域。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。16位单片机可用于高速复杂的控制系统。四、32位单片机近几年，更高性能的32位单片机得到广泛的应用，典型的机型有ARM、DSP等系列。
4、,1.2.1 单片机的历史,1.2.2 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ROMEPROME2PROMFLASH ROM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。,1.2.2 单片机技术的发展,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有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
5、量，或者增加了新型的接口，如IIC、SPI等。,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。,1.2.2 单片机技术的发展,1.3 单片机的特点及应用,主要内容 1.3.1 单片机的特点1.3.2 单片机的应用,一、ROM和RAM存储器区分使用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
6、是具有很强的位处理能力。,1.3.1 单片机的特点,三、I/O引脚通常多功能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。四、单片机外部扩展能力强在内部的各种功能部分不能满足应用需求时，均可在外部进行扩展（如扩展ROM、RAM，I/O接口，定时器/计数器，中断控制器等），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。,1.3.1 单片机的特点,五、体积小、价格低易于产品化，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、抗干扰、可靠性高在各种恶劣的环境下都能
7、可靠地工作，这是其它类型计算机无法比拟的。七、易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,1.3.1 单片机的特点,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、轮船、飞机等大型运输工具 交通控制设备,1.3.2 单片机的应用,单片机的应用（2）,当前我国嵌入式系统的主要应用领域客户分布：主要在电信、医疗、汽车、安全、工业控制和消费类等行业。产品分布：主要在消费类电子、通信、医疗、安全等行业。 其中在消费类电子领域占最大的市场份额。发展重点：移动多媒体、数字
8、娱乐、手机终端、汽车电子、医疗成为嵌入式系统应用市场的发展重点。,1.4 常用单片机简介,主要内容1.4.1 MCS-51系列单片机1.4.2 STC89/12系列单片机1.4.3 ATMEL89系列单片机1.4.4 常见的其它系列单片机,1.4.1 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”。 8031：片内无ROM 8051：片内有掩膜PROM 8751：片内有紫外线擦除的PROM,MCS-51增强型单片机： M
9、CS-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。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、8751等）称为基本型，其他的型号称为增强型。,1.4.1 MCS-51系列单片机,1.4.2 STC89/12系列单片机,一、STC 89C5xRC/RD系列单片机STC 89C5xRC/
10、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。,1.4.2 STC89/12系列单片机,STC 89C51RC/RD系列单片机特点如下： 增强型6或12时钟/机器周期8051 CPU； 工作电压：5.5V3.4V（5V单片机）/ 3.8V2.0V（3V 单片机）； 工作频率范围：040MHz，相当于普通8051 的080MHz； 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 / 36 个； ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编
11、程），无需专用编程器/仿真器；,内部E2PROM 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 75，4085； 封装：LQFP-44 ,PDIP-40 , PLCC -44 , PQFP-44 。（QFP：4面扁平封装）,1.4.2 STC89/12系列单片机,1.4.3 ATMEL 89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
12、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-XXXX1、前缀前缀由字母“AT”组成，它表示该器件是ATMEL公司的产品。,1.4.2 ATMEL89系列单片机,2、型号型号由“89CXXXX”或“89LVXXXX”或“89SXXXX”等表示。 “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。 “XXXX”为表示型号的数字，如：51、52、2051、8252等。,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“
13、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” 说明产品的处理情况如AT89S52-24PC，后缀表示24MHz、塑料封装、商业级（I为工业级）,1.4.2 ATMEL89系列单片机,二、AT89C51单片机AT89C51单片机特点： 与MCS-51产品完全兼容； 具有4K字节的Flash内部程序存储器，可写/擦1000次； 全静态操作：0Hz24MHz； 三级程序存储器加密； 128字节内部RAM；,1.4.2 ATMEL89系列单片机,32根可编程I/O线； 2个16位定时器/计数器； 6个中断源； 可编程串行UART通道； 低功耗空闲和
14、掉电方式。CMOS工艺，低功耗,1.4.2 ATMEL89系列单片机,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，可写/擦1000次； 4.0V5.5V的工作电压范围； 全静态操作：0Hz24MHz； 三级程序存储器加密； 256字节内部RAM；,1.4.2 ATMEL89系列单片机,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。,1.4.2 ATMEL89系列单片机,LQFP也就是薄型QFP（Low-profile Quad Flat Package
15、）指封装本体厚度为1.4mm的QFP，是日本电子机械工业会根据制定的新QFP外形规格所用的名称。 PQFP(Plastic Quad Flat Package，塑料方块平面封装)一种芯片封装形式。PQFP封装的芯片的四周均有引脚，其引脚总数一般都在100以上，而且引脚之间距离很小，管脚也很细，一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式。 LCC(Leadless chip carrier): 无引脚芯片载体.指陶瓷基板的四个侧面只有电极接触而无引脚的表面贴装型封装. QFN(quad flat non-leaded package) 四侧无引脚扁平封装。表面贴装型封装之一。现在多称为LCC,
16、1.4.3 STC89/12系列单片机,1.4.4 常见的其它系列单片机,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,1.5 单片机系统的开发方法,主要内容1.5.1 单片机系统的设计要求1.5.2 单片机系统的开发特点1.5.3 单片机系统的开发工具及环境1.5.4 单片机系统设计中芯片的选择,1.5 单片机系统的开发方法,单片机系统是软件和硬件的逻辑结合体，必须根据对系统功能、性能参数的要求，对软件和硬件统一考虑进行设计开发，以求达到最佳效果
17、。,1.5.1 单片机系统的设计要求,单片机系统设计开发非常受制于功能和具体的应用环境，所以单片机系统的设计具有一些特殊的要求：,接口方便、操作容易稳定可靠、维护简便功耗管理、降低成本并发处理、及时响应,1.5.2 单片机系统的开发特点,需要软硬件综合开发，二者密切相关。因为任何一个单片机系统产品都是软件和硬件的结合体。一旦单片机系统产品研发完成，软件就固化在硬件环境中，单片机软件是针对相应的单片机硬件系统开发的，是专用的。,1.5.3 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 C51Keil 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
18、。提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具Vision2，全Windows界面，生成的目标代码效率非常高。,1.5.3 单片机系统的开发工具及环境,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。,1.5.4 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，89C5
19、1只是个基本型。虽然在本课程中我们主要是以89C52为例来组织教学的，但是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。,本章小结,本章首先给出了单片机的概念，单片机即单片微机，也叫微控制器。然后介绍了单片机的发展概况，使我们基本了解了单片机的历史及发展。接着讨论了单片机的特点及应用，使我们树立起学习单片机的目标。接下来对常见及常用的单片机作了一个总体介绍，使我们了解了单片机更多的功能和特点。最后简单地介绍了单片机开发的一些问题，如开发环境与工具、芯片选择与设计要求等。,思考题与习题,1. 什么是单片机？什么是微控制器？2. 单片机有哪些特点？3. 单片机的应用有哪些？4. 常见的单片机有哪些类型？,
