1、,一、课程的性质和目的,本课程的性质 单片机是微型计算机应用技术的一个重要分支，在工业控制、智能仪器仪表、光机电设备、自动检测、信息处理、家电等电子设备中得到广泛应用，并迅速发展。 该课程是为电子信息工程、测控技术及计算机应用、机电一体化等专业的学生开设的专业基础必修课或专业基础选修课。,本课程的教学目的通过理论学习与实验，正确理解单片机的基本概念、基本原理，掌握单片机程序设计和微机接口应用的基本方法，并能综合运用单片机的软、硬件技术分析和解决实际问题，为以后单片机的应用与开发打下良好的基础，也是进一步掌握计算机原理和有关接口知识重要环节。,二、课程教学内容, 本课程共48学时，其中课堂教学2
2、4学时，实验24学时。,单片机概述（2学时） 主要介绍单片机的发展概况（现状、未来的发展）、特点、分类、应用、当前单片机的系列产品和常用工具软件。,单片机的内部结构及工作原理（12学时，4学时讲授，8学时实验）掌握MCS-51单片机的内部结构及基本工作原理；单片机并行I/O口的结构、功能、特点；单片机的存储器；单片机的时钟电路与CPU时序。,单片机的寻址方式和指令系统（4学时，4学时讲授） MCS-51单片机指令的格式、分类和寻址方式； 汇编语言的各种指令类型；,程序设计（共2学时，2学时讲授） 伪指令的使用及汇编语言程序的完整格式。 MCS-51单片机汇编语言程序设计的一般步骤；,单片机的中
3、断系统（共4学时，2学时讲授，2学时实验） MCS-51单片机中断源类型及工作方式； 外部中断的结构及原理 中断控制寄存器IE、中断优先级寄存器IP及定时器/计数器及外部中断控制寄存器TCON的使用方法；,单片机的定时器/计数器(共4学时，2学时讲授，2学时实验）单片机定时器/计数器的结构、原理、工作方式及使用方法。,单片机的串行通信（共6学时，2学时讲授，4学时实验）单片机串行通信I/O接口的结构及工作方式；串行通信控制寄存器的使用方法；MCS-51单片机串行通信波特率的设置方法；MCS-51单片机的双机通信和多机通信的基本原理。,单片机的系统扩展（共4学时，2学时讲授，2学时实验）存储器的
4、扩展原理与方法。 单片机的接口技术（共10学时，4学时讲授，6学时实验） 单片机与LED显示器接口技术； DACA接口,三、课程特点 知识点既分散又连贯，结构和指令系统是基础； 与电子线路尤其是数字电子线路关系密切；四、学习方法 预习、复习； 多动手（硬件、软件实验）； 多看参考书(包括利用网上资料)； 其它（上课、作业、答疑）。,五、课程的教学基本要求,课程教学要求分为掌握、理解和了解三个层次 ，闭卷考试。 掌握内容： 8051单片机的的应用领域、系统结构、指令系统、程序设计方法、系统扩展方法。 理解内容：单片机常用接口等应用技术。 了解内容：通过查资料读懂较为复杂的接口原理图及编写相应的控
5、制程序。,六、网上资源,1. http:/www.bol- 中国单片机公共实验室 2. http:/ 单片机世界 广州站 3. http:/ 乐清单片机联盟 4. http:/ 科宇单片机工作室 5. http:/ 51单片机世界 ,1.1 单片机的概念,1.2 单片机的发展,1.3 MCS-51单片机系列,第1章 单片机概述,1.1.1 单片机的名称1.1.2 单片机和PC机的区别1.1.3 单片机与单片机系统1.1.4 单片机应用系统与单片机开发系统1.1.5 单片机的程序设计语言和软件,1.1 单片机的概念,单片机是单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer）的简
6、称，也称微控制器（Micro Controller UnitMCU）。它是把组成单片机的各功能部件：中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时/计数器、中断系统以及串行通信接口等制作在一块集成芯片中构成一个完整的微型计算机。,1.1.1 单片机的名称,1.1.2 单片机与PC机的区别,PC机： 将CPU、存储器、I/O接口电路和总线接口等若干电路或芯片组装在一块主机板（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，就构成了一台完整的微型计算机。再配上系统软件，就构成微型计算机系统（简称系统机）。单片机： 是一个
7、集成电路，其内部集成了微机的基本功能部件。,单片机通常是指芯片本身，集成一些基本功能部件。是典型的嵌入式系统的主要构成单元，只能作为嵌入式应用，即嵌入到对象环境、结构、体系中作为其中的一个智能化控制单元。 如：洗衣机、电视机等家用电器，打印机、复印机、通信设备、智能仪表、现场总线中的控制单元等。 单片机系统是在单片机芯片的基础上扩展其它电路或芯片构成具有一定应用功能的计算机系统。,1.1.3 单片机与单片机系统,1.1.4 单片机应用系统与单片机开发系统,单片机应用系统：以单片机为电路系统的主机构成各种嵌入式应用的电路系统统称为单片机应用系统。一个完整的单片机应用系统包括满足对象（如洗衣机）要
8、求的全部硬件电路和应用软件。 单片机开发系统是单片机开发调试的工具，实现单片机应用系统的软、硬件开发。有单片单板机和仿真器。,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。,单板机,仿真器应用,编程器,指令：控制计算机进行各种操作的命令。MOV A, 40H 操作码：表示该指令执行何种操作；操作数：表示运算的数据或数据所在的地址。 程序：为
9、了实现一个算法或控制一个过程，需要事先制定计算机的计算步骤或操作步骤，这些步骤由一条条指令来实现。这种一系列指令的有序集合称为程序。 软件：使用和管理计算机的各种程序。,1.1.5 单片机的程序设计 语言和软件,汇编语言： 用助记符（指令功能的英文单词缩写）表示操作码，字符（字母、数字、符号）表示操作数的指令称为汇编指令。用汇编指令编写的程序称为汇编语言程序。是面向机器的语言。MCS-51两个寄存器相加汇编语言指令：ADD A，R0,汇编语言 (Assemble)高级语言 (High Level Language)机器语言（Machine Language),高级语言：面向过程的语言，常用的V
10、B、VC、C+等，高级语言编写的程序主要着眼于算法，而不别了解单片机的硬件结构和指令系统。是独立于机器的。一般同一程序可在任何种类的机器中使用。机器语言：直接用二进制代码指令表达的计算机语言,单片机应用系统只使用二进制代码。这种二进制代码形式的程序就是机器语言程序。二进制代码形式指令又称机器指令或机器码。MCS-51两个寄存器相加的机器语言指令：00101000,源程序通过编译得到机器能执行的目标程序。,汇编语言程序可以高效率利用计算机资源，目标程序占用内存少，执行速度快，适合于自动测控系统反应快速、结构紧凑的要求。特别适应于实时控制。 高级语言程序容易掌握，通用性好，但编译程序系统开销大，目
11、标程序占用内存多，且执行时间比较长，多用于科学计算、工业设计、企业管理。,1.2.1 单片机发展概述 1.2.2 单片机的特点和应用 1.2.3 单片机应用案例 1.2.4 单片机分类,1.2 单片机的发展,一、电子计算机的发展历史 1、第一代（19461958）：电子管计算机。用于：科学计算 2、第二代（19581964）：晶体管计算机。用于：科学计算、数据处理、工业控制 3、第三代（19641971）：集成电路计算机、网络。用于：科学计算、数据处理、工业控制、事务管理。 4、第四代（1971 ）：大规模集成电路计算机。用于：计算量极大的高尖技术及国民经济领域出现了微型机。 5、第五代：智能
12、型计算机。用于：模拟人的智能，识别图像、语言和物体，联想、推理、解答问题，使用自然语言进行会话处理。,1.2.1 单片机发展概述,二、单片微型计算机的发展历史,单片机的核心部分：微处理器的发展已经历了五代。 第一代（19711976）：萌芽阶段，发展各种4位单片机； 第二代（19761980）：初级8位机阶段；Intel MCS48系列单片机 第三代（19801983）：高档8位单片机阶段；Intel MCS51系列单片机 第四代（1983）：16位及更高位单片机阶段； Intel MCS96,1976- ：初级8位单片机 Intel MCS-48系列 1980- ：高档8位单片机 Intel
13、 MCS-51系列：51子系列：8031/8051/875152子系列：8032/8052/8752低功耗型80C31 高性能型80C252 廉价型89C2051/1051 1983- ：16位单片机 Intel MCS-96 系列：8098/8096、80C198/80C19632位单片机 80960,低档型：8021、8022MCS48 基本型：8048、8748、8038 （从1976年起） 改进型：8049、8749、8039和8050、 8750、8040基本型：8051、8751、8031MCS51 改进型：8052、8752、8032（从1980年起） 低功耗型：80C51、87
14、C51、80C31强性能型：83C252、87C252、80C252 早期产品： 8X9X（8096）MCS96 改进型： 8X9XBH、8X9XJF（从1983年起） 新产品： 8098（准）强功能型：80C196、80C198（准）,三、单片机技术的发展方向,（1）内部结构 （2）功耗和电源电压方面 （3）工艺的进步及抗干扰能力的提高 （4）存储能力和Internet连接,1.2.2 单片机的特点和应用,一、单片机的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强；（2）控制功能强，运行速度快，使用灵活，速度快；（3）体积小、重量轻、价格低、功耗小；（4）受集成度限制，片内存储器容量较小，一般ROM在8K
15、B以下，内RAM在256B以内。但易扩展，易于开发。单片机是应工业测控的需要而诞生的,它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的,故又称单片微控制器。,二、单片机的应用,以单片机为核心的应用系统广泛应用于：家用电器；仪器仪表；网络与通信的智能接口；工业过程控制；航空、汽车等领域。,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。 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
16、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、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机、智能终端等。 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,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
17、，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。,1.2.3 单片机应用案例,1.2.4 单片机的分类,单片机的总类很多，主要有INTEL系列MOTOLORA系列 PHLIPS系列等其中INTEL公司的8051是比较流行的单片机系列，因此，我们讲述INTEL公司的8051系列，8051系列主要有三种芯片。它们是8031、8051、8751，称为MCS-51子系列。,1.2.5 MCS-51单片机系列,MCS-51系列基本产品型号： 8051、8031、8751称为 51子系列不同型号MCS-51单片机CPU处理能力和指令系统完全兼容，只是存储器和I/O接口的配置有所不同。,硬件基本
18、配置： 1. 8位CPU 2. 片内ROM/EPROM、RAM 3. 片内并行 I/O接口 4. 片内16位定时器/计数器 5. 片内中断处理系统 6. 片内全双工串行I/O口,其中：,8051：片内含有掩膜ROM型程序存储器；只能由生产厂家代为用户固化程序；批量大、永久保存、不修改时用。 8751：片内含EPROM型程序存储器； 用户可固化，可用紫外线光照射擦除；但价格高。 8031：片内无程序存储器，可在片外扩展；方便灵活，价格便宜。,由表可见： 增强型与基本型在以下几点不同：,片内ROM字节数：从4K增加到8K； 片内RAM字节数：从128增加到256； 定时/计数器从2个增加到3个； 中断源由5个增加到6个。,本章主要介绍单片机的发展概况（现状、未来的发展）、特点、应用、当前单片机的系列产品和单片机系统开发中常用到的软硬件工具。,本章小结,
