单片机原理与应用_第一讲.ppt

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1、单片机原理与应用_第一讲第一页，共123页。单片机是一种集成单片机是一种集成CPU、存储器、定时器、存储器、定时器、I/O、为一体的微电脑、为一体的微电脑芯片芯片,具有体积小、性能好、控制功能强、开发周期短等许多优点，具有体积小、性能好、控制功能强、开发周期短等许多优点，广泛应用于智能化的产品中。因此学习和掌握单片机原理和开发广泛应用于智能化的产品中。因此学习和掌握单片机原理和开发是计算机应用技术的一个重要教学环节。是计算机应用技术的一个重要教学环节。与与组成组成学过的知识联系起来学过的知识联系起来第二页，共123页。物联网技术是新一代的信息技术，物联网是在国际互联网的基础物联网技术是新一代的

2、信息技术，物联网是在国际互联网的基础上，利用嵌入式技术和物品电子编码技术，构造的一个覆盖世界上，利用嵌入式技术和物品电子编码技术，构造的一个覆盖世界上万事万物的实物互联网。上万事万物的实物互联网。1、课程在物联网专业中的地位、课程在物联网专业中的地位第三页，共123页。 嵌入式技术是物联网技术的最为关键的底层技术嵌入式技术是物联网技术的最为关键的底层技术。嵌入式技嵌入式技术，就是将具有计算机功能的微控制器芯片术，就是将具有计算机功能的微控制器芯片“嵌入嵌入”到专用设到专用设备中，并发挥专用功能的技术。而单片机是最典型的嵌入式微备中，并发挥专用功能的技术。而单片机是最典型的嵌入式微控制器，单片机

3、开创了嵌入式系统独立发展道路。控制器，单片机开创了嵌入式系统独立发展道路。1、课程在物联网专业中的地位、课程在物联网专业中的地位第四页，共123页。在单片机技术成熟发展的今天，物联网的兴起，给单片机技术提供了个在单片机技术成熟发展的今天，物联网的兴起，给单片机技术提供了个更为广大和宏伟的舞台，同时也给单片机技术发展提更为广大和宏伟的舞台，同时也给单片机技术发展提供供了新的方向。了新的方向。1、课程在物联网专业中的地位、课程在物联网专业中的地位第五页，共123页。 单片机技术已经发展得相当完善，它已成为计算机技术的单片机技术已经发展得相当完善，它已成为计算机技术的一个独特而又重要的分支。单片机的

4、应用领域也日益广泛，一个独特而又重要的分支。单片机的应用领域也日益广泛，特别是在电信、家用电器、工业控制、仪器仪表、汽车电特别是在电信、家用电器、工业控制、仪器仪表、汽车电子等领域的智能化方面，扮演着极其重要的角色。子等领域的智能化方面，扮演着极其重要的角色。2、课程的重要性、课程的重要性第六页，共123页。 一般美国家用系统中应用单片机的数量就增加到了一般美国家用系统中应用单片机的数量就增加到了226个；个；自动化办公室内有自动化办公室内有42个，典型的汽车电子系统中装有个，典型的汽车电子系统中装有35个。个。2、课程的重要性、课程的重要性第七页，共123页。 目前，单片机的产量正以每年目前

5、，单片机的产量正以每年27%的速度递增；世界单片的速度递增；世界单片机产量已经高达机产量已经高达70亿片；中国大陆的单片机年需求量约亿片；中国大陆的单片机年需求量约为为6亿片；亿片；2、课程的重要性、课程的重要性第八页，共123页。 一台微机系统中约嵌入了一台微机系统中约嵌入了10片单片机；片单片机； 一辆一辆BMW-7系列宝马轿车中嵌入了系列宝马轿车中嵌入了63片单片机片单片机2、课程的重要性、课程的重要性第九页，共123页。物联网控制技术物联网控制技术 数字逻辑数字逻辑单片机原理及应用单片机原理及应用前期课程前期课程 后续课程后续课程电工电子电工电子技术基础技术基础计算机组成计算机组成与体

6、系结构与体系结构程序设计程序设计基础基础嵌入式软件开发嵌入式软件开发第十页，共123页。课程类型：课程类型：专业核心课程 总学时：总学时：课程总学时64学时，其中课内讲授46学时，上机实验18学时。1、基本描述、基本描述第十一页，共123页。涉及面广 与实际应用紧密结合 实践性要求高2、课程特点、课程特点第十二页，共123页。 基本知识要求基本知识要求掌握单片机硬件的组成和特点，掌握单片机系统的扩展和配置方法，了解单片机应用系统的设计方法，能独立地应用这些基本理论、基本方法来分析设计小型的单片机应用系统。 能力培养要求能力培养要求使学生对典型单片机应用系统有初步的设计和调试能力，并具有一定的工

7、程设计能力、实际系统分析和维修能力。 3、教学要求教学要求第十三页，共123页。4、教学目标教学目标第十四页，共123页。1. 课堂讲授课堂讲授+实践教学实践教学2. 案例教学（教师讲授案例，与实际应用相结合）案例教学（教师讲授案例，与实际应用相结合）3.实验布置设计题目实验布置设计题目+学生完成学生完成+分组小组互评答辩分组小组互评答辩+教师总结（充教师总结（充分发挥学生的主观能动性）分发挥学生的主观能动性）考虑：不布置书面作业考虑：不布置书面作业 用项目设计替代期末考试用项目设计替代期末考试5、教学方式、教学方式第十五页，共123页。1.单片机原理及接口技术(C51编程)张毅刚主编,人民邮

8、电出版社.20142.51单片机C语言教程-入门、提高、开发、拓展全攻略 郭天祥主编, 电子工业出版社.20093.普通高等教育十一五国家级规划教材:单片机原理及接口技术(第4版) 李朝青主编, 北京航空航天大学出版社.20134.单片机原理及应用及C51程序设计谢维成、杨加国主编, 清华大学出版社.20105. 在线视频教程网站 http:/四、参考教材四、参考教材第十六页，共123页。 学单片机需要什么基础？ 什么是单片机、单片机能做什么、怎么开始学习单片机。 学单片机需要的一些预备知识 C51基础知识。 PROTEUS绘制电路图 KEIL工程建立详细介绍及KEIL软件使用方法 从点亮实验

9、板上的一个发光二极管开始第十七页，共123页。学单片机需要什么基础？需要掌握很基本的数电模电知识，以及需要掌握很基本的数电模电知识，以及二进制、十进制、十六进制之间的转换，二进制、十进制、十六进制之间的转换，与、或、非逻辑关系等；与、或、非逻辑关系等；了解基本器件；了解基本器件；一般用一般用C语言编程，需具备简单的语言编程，需具备简单的C语言语言基础；基础；所有人都站在了同一起跑线上所有人都站在了同一起跑线上;第十八页，共123页。 什么是单片机？什么是单片机？单片机单片机 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、器、I/O接口电路，从而构成了接口电路，

10、从而构成了单芯片微型计算单芯片微型计算机，即单片机机，即单片机。 Intel公司推出了公司推出了MCS-51系列单系列单片机：片机：集成集成 8位位CPU、4K字节字节ROM、128字节字节RAM、4个个8位并口、位并口、1个全双工串行口、个全双工串行口、2个个16位定时位定时/计数器。寻址范围计数器。寻址范围64K，并有控制功能，并有控制功能较强的布尔处理器。较强的布尔处理器。第十九页，共123页。5/22/2022第二十页，共123页。5/22/2022第二十一页，共123页。5/22/2022第二十二页，共123页。第二十三页，共123页。第二十四页，共123页。第二十五页，共123页。

11、第二十六页，共123页。凡是与控制或简单计算有关的电子设备都可以用单片机来实现，再根据具体实际情况选择不同性能的单片机如：手持粮库温度寻检设备、自动感应水龙头第二十七页，共123页。第二十八页，共123页。 第二十九页，共123页。第三十页，共123页。第三十一页，共123页。第三十二页，共123页。5/22/2022第三十三页，共123页。 实践第一。 补充必要的理论知识，即缺什么补什么。 做工程项目积累经验。（可在网络上搜集题目，也可自己有什么想法大胆的去试验）第三十四页，共123页。 电平特性电平特性 8051单片机介绍单片机介绍 C51基础知识基础知识第三十五页，共123页。 数字电路

12、中只有两种电平：高和低 （本课程中）定义单片机为TTL电平： 高 +5V 低 0V RS232电平：计算机的串口 高 -12V 低+12V 所以计算机与单片机之间通讯时需要加电平转换芯片max232（实验板上左下角）。第三十六页，共123页。 80C51 80C51系列介绍系列介绍 Intel的：的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等；等； ATMEL的：的：89C51、89C52、89C2051等；等； Philips、华邦、华邦、Dallas 、STC、Siemens(Infineon)等公司等公司的许多产品的许多产品 。关于型号的介绍（自己阅读）关于

13、型号的介绍（自己阅读） 80C51是是MCS-51系列中的一个典型品种；其系列中的一个典型品种；其它厂商它厂商以以8051为基核为基核开发出的开发出的CMOS工艺单片机产工艺单片机产品品统称为统称为80C51系列系列。当前常用的。当前常用的80C51系列单系列单片机主要产品有：片机主要产品有：Go!第三十七页，共123页。第三十八页，共123页。 CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器；中断系统和部分外部特殊功能寄存器； RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数

14、据；中间结果、最终结果以及欲显示的数据； ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格；：用以存放程序、一些原始数据和表格； I/O口：四个口：四个8位并行位并行I/O口，既可用作输入，口，既可用作输入，也可用作输出；也可用作输出； T/C：两个定时：两个定时/记数器，既可以工作在定时记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式；模式，也可以工作在记数模式；第三十九页，共123页。 五个中断源的中断控制系统；五个中断源的中断控制系统； 一个全双工一个全双工UART（通用异步接收发送器）的（通用异步接收发送器）的串行串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与口，用于实现单片机之间或单片机与微机

15、之间的串行通信；微机之间的串行通信； 片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最高振荡频率取决于单片调电容需要外接。最高振荡频率取决于单片机型号及性能。机型号及性能。第四十页，共123页。80C5180C51的引脚封装的引脚封装*具体的引脚功能暂不具体的引脚功能暂不介绍，等需要用到它们介绍，等需要用到它们的时候再来学习的时候再来学习Go!第四十一页，共123页。第四十二页，共123页。 Go!第四十三页，共123页。 机器周期和指令周期机器周期和指令周期 （1） 振荡周期振荡周期: 也称时钟周期也称时钟周期, 是指为单片机提供时是指为单片机提

16、供时钟脉冲信号的振荡源的周期，钟脉冲信号的振荡源的周期，TX实验板上为实验板上为11.0592MHZ。 （2） 状态周期状态周期: 每个状态周期为时钟周期的每个状态周期为时钟周期的 2 倍倍, 是振是振荡周期经二分频后得到的。荡周期经二分频后得到的。 （3） 机器周期机器周期: 一个机器周期一个机器周期包含包含 6 个状态周期个状态周期S1S6, 也就是也就是 12 个时钟周期个时钟周期。 在一个机器周期内在一个机器周期内, CPU可以完成可以完成一个独立的操作。一个独立的操作。 （4） 指令周期指令周期: 它是指它是指CPU完成一条操作所需的全部完成一条操作所需的全部时间。时间。 每条指令执

17、行时间都是有一个或几个机器周期组每条指令执行时间都是有一个或几个机器周期组成。成。MCS - 51 系统中系统中, 有单周期指令、双周期指令和四周有单周期指令、双周期指令和四周期指令。期指令。 Go!第四十四页，共123页。 C C语言作为一种非常方便的语言而得到广泛的语言作为一种非常方便的语言而得到广泛的支持，很多硬件开发都用支持，很多硬件开发都用C C语言编程，如：各语言编程，如：各种单片机、种单片机、DSPDSP、ARMARM等等. . C C语言程序本身不依赖于机器硬件系统，基本语言程序本身不依赖于机器硬件系统，基本上不作修改就可将程序从不同的单片机中移上不作修改就可将程序从不同的单片

18、机中移植过来。植过来。 C C提供了很多数学函数并支持浮点运算，开发提供了很多数学函数并支持浮点运算，开发效率高，故可缩短开发时间，增加程序可读效率高，故可缩短开发时间，增加程序可读性和可维护性。性和可维护性。第四十五页，共123页。 目前，使用C语言进行程序设计已经成为软件开发的一个主流。 用C语言开发系统可以大大缩短开发周期，明显增强程序的可读性，便于改进、扩充和移植。 而针对8051的C语言日趋成熟，成为了专业化的实用高级语言。第四十六页，共123页。C C5151的的基本基本数据类型数据类型数据类型关键字所占位数表示数范围字符型char8-128127无符号字符型unsigned ch

19、ar80255整型int16-3276832767无符号整型unsigned int16065535长整型long32-231231-1无符号长整型unsigned long320232-1单精度型float323.4e-383.4e38双精度型double641.7e-3081.7e308位类型位类型bit101无void0无第四十七页，共123页。C C5151的数据类型扩充定义的数据类型扩充定义MCS-51有很多特殊功能寄存器，当我们在程序中使用这些特殊寄存器的时候，必须对它们进行声明，这些特殊的数据类型分别是bit, sbit, sfr及sfr16。sfr:sfr:特殊功能寄存器（特殊

20、功能寄存器（8 8位）位）声明声明sfr16:sfr16:特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（1616位）位）声明声明sbit:sbit:特殊功能位声明特殊功能位声明bitbit: :位变量声明位变量声明第四十八页，共123页。MCS-51单片机中，除了程序计数器PC和4组工作寄存器组外，其它所有的寄存器均为特殊功能寄存器(SFR)，其中很多寄存器都可位寻址可通可位寻址可通过名字进行引用过名字进行引用。SFR分散在片内RAM区的高128字节中，地址范围为80H0FFH。SFR中有11个寄存器具有位寻址能力，它们的字节地址都能被8整除，即字节地址是以8或0为尾数的。SFR不是一个寄存器而是一组寄存器

21、的总称，SFR的特殊功能寄存器如表1-5所示。第四十九页，共123页。可按位寻址可按位寻址Go!第五十页，共123页。为了能直接访问这些SPR，Franklin C51提供了一种自主形式的定义方法，这种定义方法与标准C语言不兼容，只适合与对MCS51系列单片机进行C语言编程，特殊的能寄存器C51定义的一般语法格式如下：sfr sfr-name = int constant；“sfr”是定义语句的关键字，其后是MSC-51单片机真实存在的特殊功能寄存器名，“”后面必须是一个整型常数，不允许带有运算符的表达式，是特殊功能寄存器。第五十一页，共123页。例如： sfr SCON=0 x98； /串口

22、控制寄存在器地址98H / sfr TMOD=0 x89； /定时器计数器方式控制寄存 器地址89H/ sfr16 T2=0 xCC； /定时器/计数器2；T2低8位地址 为0CCH，T2高8位地址为0CDH / sbit OV=0 xD02； /定义OV位地址是D0 H字节中 的第2位 / sbit OV=0 xD2； /定义OV位地址为D2H /第五十二页，共123页。C-51C-51的包含的头文件的包含的头文件通常有通常有: :reg51.hreg51.h、reg52.hreg52.h、math.hmath.h、ctype.hctype.h、stdio.hstdio.h、stdlib.h

23、stdlib.h、absacc.habsacc.h常用有常用有: :reg51.hreg51.h、reg52.hreg52.h（定义特殊功能寄存器和位寄存器）（定义特殊功能寄存器和位寄存器）math.hmath.h（定义常用数学运算）（定义常用数学运算） 第五十三页，共123页。C-51C-51的运算符的运算符与与C C语言基本相同：语言基本相同：+ - + - * * / / （加（加 减减 乘乘 除）除） = = （位右移（位右移 位左移）位左移）& |& | ( (按位与按位与 按位或按位或) ) ( (按位异或按位异或 按位取反按位取反) )第五十四页，共123页。 C-51C-51的

24、基本语句的基本语句 与标准与标准C C语言基本相同：语言基本相同： if if 选择语言选择语言 while while 循环语言循环语言 for for 循环语言循环语言 switch/case switch/case 多分支选择语言多分支选择语言 do-while do-while 循环语言循环语言 第五十五页，共123页。中断服务程序中断服务程序函数名（）函数名（）interrupt interrupt n n using using m m 函数内部实现函数内部实现 . . I/OI/O口定义口定义sbit beep=P23;sbit beep=P23;第五十六页，共123页。 最小系

25、统能够运行起来的必要条件。 1.电源 2.晶振3.复位电路 对单片机任意IO口的随意操作 定时器：重点掌握最常用的方式2 中断：外部中断、定时器中断、串口中断 串口通信：单片机之间、单片机与计算机间第五十七页，共123页。 PROTEUS的安装、配置与使用； KEIL的安装、配置与使用； STC-ISP的使用；第五十八页，共123页。 单片机最小系统：面包板制作自己动手实践需要硬件材料：DIP40脚座一个。杜邦线，单头带冒，40根。单排针 两排。小电路板一块。DS12C887 一片（旧10元，新22元）。1. 焊锡Go!第五十九页，共123页。 单片机最小系统：在PROTEUS搭建单片机最小系

26、统电路电路元件名称型号数量Proteus关键字单片机AT89C511AT89C51晶振11.0592MHz1CRYSTAL电容22pF2CAP电解电容10uF1CAP-ELEC复位按键 1BUTTON电阻2201RES电阻7001RES电阻10k1RES二极管蓝色1LED-BLUEPROTEUSPROTEUS元件列表：元件列表：第六十页，共123页。 搭建环境：安装配置Keil、Proteus 在Proteus中绘制最小系统电路图，然后在最小系统上连接一个发光二极管 在Keil中创建工程，编写程序：点亮第一个发光管、点亮最后一个发光管，生成hex文件 将hex文件下载到Proteus中运行 将

27、hex文件通过STC-ISP下载到实验电路板上运行源程序源程序第六十一页，共123页。完成以下题目（要求给出电路图、程序流程图、源程序）1.让第一个发光管闪烁2.点亮1、3、5、73.点亮2、4、6、8第六十二页，共123页。第六十三页，共123页。 主流单片机型号主流单片机型号第六十四页，共123页。 第六十五页，共123页。第六十六页，共123页。 5/22/2022第六十七页，共123页。 5/22/2022第六十八页，共123页。 第六十九页，共123页。第七十页，共123页。 第七十一页，共123页。 第七十二页，共123页。 第七十三页，共123页。 第七十四页，共123页。 第七

28、十五页，共123页。 第七十六页，共123页。 第七十七页，共123页。第七十八页，共123页。 第七十九页，共123页。 第八十页，共123页。 第八十一页，共123页。 第八十二页，共123页。 第八十三页，共123页。 Back!第八十四页，共123页。第八十五页，共123页。第八十六页，共123页。第八十七页，共123页。 第八十八页，共123页。 第八十九页，共123页。第九十页，共123页。Back!第九十一页，共123页。第九十二页，共123页。 第九十三页，共123页。第九十四页，共123页。第九十五页，共123页。第九十六页，共123页。第九十七页，共123页。第九十八页，共

29、123页。第九十九页，共123页。第一百页，共123页。第一百零一页，共123页。第一百零二页，共123页。 第一百零三页，共123页。第一百零四页，共123页。 第一百零五页，共123页。第一百零六页，共123页。第一百零七页，共123页。第一百零八页，共123页。Back!第一百零九页，共123页。第一百一十页，共123页。第一百一十一页，共123页。第一百一十二页，共123页。第一百一十三页，共123页。Back!第一百一十四页，共123页。第一百一十五页，共123页。第一百一十六页，共123页。第一百一十七页，共123页。第一百一十八页，共123页。第一百一十九页，共123页。第一百二十页，共123页。第一百二十一页，共123页。 第一百二十二页，共123页。谢谢！第一百二十三页，共123页。