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1、单片机原理与应用第一章第1页，本讲稿共31页单片机原理及应用课程的性质、任务及目标：性性质质：本课程是电子类、计算机类专业选修的专业技术基础课；是一门实践性和实用性都很强的课程。目标与任务：目标与任务：通过本课程的学习，使学生掌握单片机的工作原理、基本性能和使用单片机构成应用系统的基本方法、设计原理。为以后从事单片机的应用、系统分析和设计、开发提供必要的技术基础。第2页，本讲稿共31页单片机原理及应用先修课：微机原理与接口技术数字电子技术模拟电子技术第3页，本讲稿共31页单片机原理及应用参考教材：胡汉才编著 单片机原理及其接口技术 清华大学出版社何立民编著 MCS-51系列单片机应用系统设计
2、北京航空航天大学出版社第4页，本讲稿共31页单片机原理及应用课时安排：总学时：30理论教学：24 上机实验：6第5页，本讲稿共31页考核方式及成绩评定：采用期末考查、平时考核及上机实验相结合的考核方式期末考查：理论测验占60%平时考核：考勤、作业、上课等占25%上机实验：上机考勤、实验报告占15%单片机原理及应用第6页，本讲稿共31页第一章 概 述第二章 MCS-51系列单片机组成原理第三章 MCS-51系列单片机存储器第四章 MCS-51系列单片机指令系统第五章 MCS-51系列单片机汇编语言程序设计第六章 MCS-51系列单片机的扩展应用第七章 人 机 接 口单片机原理及应用第7页，本讲稿
3、共31页1.1 单片机的概念单片机的概念1.2 单片机的分类单片机的分类1.3 单片机的特点单片机的特点1.4 单片机的应用单片机的应用1.5 单片机应用系统的开发单片机应用系统的开发1.6 单片机的发展单片机的发展第一章第一章 概概 述述 第8页，本讲稿共31页1.1 单片机的概念 大、中、小型计算机的组成框图1.1.1 计算机的组成第9页，本讲稿共31页 微 处 理 器 MPU AB DB CB 内 存 I/O接口 1 I/O接口 n 外设 1 外设 n 主机 微机系统 微型计算机的组成框图 1.1.2 微型计算机的组成第10页，本讲稿共31页计算机系统的硬件部分通常由五部分组成:输入设备
4、输入设备运算器运算器输出设备输出设备控制器控制器存储器存储器第11页，本讲稿共31页这种计算机系统通常由多块印刷电路板制成：多板机 主板显卡声卡存储器接口网卡输入输出接口内存条内存条第12页，本讲稿共31页CPU芯片内存条内存条存储器接口存储器芯片输入输出接口输入输出接口芯片定时计数器芯片A/D、D/A芯片单板机 印 刷 电 路 板这种计算机系统也可做在一块印刷电路板上：第13页，本讲稿共31页1.1.3 单片微型计算机的组成单片机单片机系统第14页，本讲稿共31页 单 硅 晶 片 CPU存储器控制电路定时器时钟电路I/O口单片机第15页，本讲稿共31页第16页，本讲稿共31页 所谓单片机，就
5、是指将微处理器（MPU）、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）以及输入/输出接口（I/O口）、中断逻辑、定时器/计数器等部件集成在一片大规模集成电路芯片上的超微型计算机。所以，单片机也就是单片微型计算机的简称。单片机的定义：第17页，本讲稿共31页 有的单片机还集成了有的单片机还集成了A/D、D/A转换器等电路。转换器等电路。单片机主要应用于测控领域，用以实现各种测量和单片机主要应用于测控领域，用以实现各种测量和控制功能，为了强调其控制属性，国际上多把单片机控制功能，为了强调其控制属性，国际上多把单片机称为称为微控制器微控制器MCU（MicroController Unit）由于单片机在
6、使用时，通常是处于测控系统的核由于单片机在使用时，通常是处于测控系统的核心地位并嵌入其中，所以也将其称为心地位并嵌入其中，所以也将其称为嵌入控制器嵌入控制器EMCU（Embedded MicroController Unit）。）。但国内大多数人习惯于使用但国内大多数人习惯于使用“单片机单片机”这一名称。这一名称。第18页，本讲稿共31页1.1.4 MCS-51系列单片机的组成 中断控制逻辑 M PU 总线控制 振荡电路 并行接口 4个 ROM RAM 定时器/计数器 串行接口 1个 第19页，本讲稿共31页单片机组成框图第20页，本讲稿共31页1.2 单片机的分类 1、4位单片机 4位单片机
7、主要用于控制诸如洗衣机、微波炉等家用电器及高档电子玩具。2、8位单片机 8位单片机是目前单片机中的主流机型。由于8位单片机的功能强、价格低廉、品种齐全，因而被广泛应用于各个领域。3、16位单片机 4、32位单片机 5、64位单片机 1.2.1 按字长分类主要面向一些高端应用，如：嵌入式系统数字图像处理等第21页，本讲稿共31页 1、通用型单片机：将资源全部提供给用户使用，如片内寄存器、存储器、中断系统、定时器/计数器、I/O接口等。通常具有丰富的内部资源，性能全面且适应性强，可满足多种应用需求。1.2.2 按用途分类第22页，本讲稿共31页2、专用型单片机：、专用型单片机：针对各种特殊应用场合
8、而专门针对各种特殊应用场合而专门设计的单片机。如打印机、家用电器以及各种通信设计的单片机。如打印机、家用电器以及各种通信设备中的单片机等。设备中的单片机等。由于由于“专专”，在设计中已经使，在设计中已经使系统结构最简化系统结构最简化、可靠性和成本最佳化可靠性和成本最佳化，因此，专，因此，专用单片机具有十分明显的综合优势，也是今后单片用单片机具有十分明显的综合优势，也是今后单片机发展的一个重要方向。但是，无论它有多么机发展的一个重要方向。但是，无论它有多么“专专”，其，其基本结构和工作原理都是以通用单片机为基本结构和工作原理都是以通用单片机为基础基础的。的。第23页，本讲稿共31页1.3 单片机
9、的特点 1形小、体轻、功耗低 2控制功能强，运算速度快，性价比高 3应用系统研制周期短，软、硬件开发灵活方便4 可靠性高，运行速度快，抗干扰能力强5 受集成度限制，片内存储器容量较小，一般 内ROM在8KB以下，内部RAM在256B以内第24页，本讲稿共31页1.4 单片机的应用 1.工业控制：各种测控系统等。2.仪器仪表：智能仪器仪表等。3.家电、玩具：全自动家用电器等。4.计算机外设和通讯设备：磁盘驱动器控制等。5.数据处理：图形处理、数字信号处理等。6.汽车控制：点火系统控制等。7.国防应用：导弹控制。第25页，本讲稿共31页1.5 单片机应用系统的开发 单片机应用系统是指根据具体应用的
10、需要，以单片机为核心，连接外部电路或设备所构成的具有特定功能的系统。图1-5是一个基于单片机的函数发生器原理框图，是一个实际的应用系统。单 片 机 锁存器 显示电路 D/A转换器 译码电路 放大驱动器 模拟信号输出 图 1-5 基于单片机的函数发生器原理框图 单片机第26页，本讲稿共31页单片机应用系统的开发过程：系统硬件设计 系统软件设计 系统仿真调试 系统程序固化 脱机运行调试第27页，本讲稿共31页下图是一个基于单片机的某工厂自动控制系统。厂长办公室监控机，一般为PC机充当串行通信线输入通道单片机模/数转换模/数转换数/模转换数/模转换信号放大信号放大信号放大整形信号放大整形受控器件受控
11、器件传感器传感器车间单片机系统输出通道第28页，本讲稿共31页运算器寄存器组控制器单片机应用系统硬件部分软件部分单片机芯片外围器件CPU内存中断控制逻辑通用接口并行I/O口串行UART定时/计数器ADC0809、DAC0832825382518255A、81552764、6264指令系统应用程序第29页，本讲稿共31页第一阶段第一阶段（1974年年1976年）年）单片机的初级阶段单片机的初级阶段第二阶段第二阶段（1976年年1979年）年）低性能单片机阶段低性能单片机阶段第三阶段第三阶段（1979年年1982年）年）高性能单片机阶段高性能单片机阶段第四阶段第四阶段（1982年年1990年）年）16位单片机和位单片机和8位位 单片机并行开发阶段单片机并行开发阶段第五阶段第五阶段（1990年至今）年至今）超性能单片机阶段超性能单片机阶段1.6 单片机的发展单片机的发展1.6.1 单片机的发展历程第30页，本讲稿共31页1.6.1 单片机的发展趋势1.大容量：内存容量进一步扩大2.高性能：处理速度加快、精度提高、可靠性更好3.低价格：成本越来越低4.外围电路内装化：将更多的器件集成到片内5.低功耗：采用CHMOS工艺制造，降低功耗6.增强I/O接口功能：增强并口的驱动能力和传输速度第31页，本讲稿共31页