单片机概述总结ppt课件.ppt
单片机原理与接口技术,电子信息工程教研室,邓小玲 ,课程安排,理论课（30学时）实验课（10学时）,教材及参考教材：,1教材：王卫星.2012.单片机原理与应用开发技术（第2版）.中国水利水电出版社2参考资料： 李朝青. 2005. 单片机原理与接口技术. 北京航空航天大学出版社胡汉才.2004.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社一些网站,课程要求,先修课程：模电、数电、微机原理掌握单片机的内部资源（硬件），掌握编程语言（软件）手、脑并用，学、做结合。后续环节：课程设计、毕业设计，竞赛,什么叫单片机？单片机的应用单片机的发展单片机的分类如何学习单片机单片机的开发思路常用单片机系列介绍初学单片机几个不易掌握的概念,单片机原理及接口技术,1 、什么叫单片机？,常见的微机外形,单片微型计算机,1 、什么叫单片机？,Single Chip Microcomputer (Microcontroller)计算机单板机同一块板单片机同一块芯片,2、 单片机的应用,（面广量大）,1. 智能冰箱,2智能饭煲,3智能食品配料机,可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。,2.1 家用电器上的应用,数字式测角仪,交直流电压电流表,结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。,2.2 智能仪器仪表上的应用,数控车床,数控线切割机床,用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。,2.3 机电一体化,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、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机等。,2.4 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，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。,现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制。,手机电话机程控交换机调制解调器楼宇自动通信呼叫系统列车无线通信无线电对讲机等。,2.5 计算机网络和通信领域上的应用,医用呼吸机各种分析仪监护仪超声诊断设备病床呼叫系统等等,电池分析仪,医用呼吸机,2.6 医用设备上的应用,2.7 汽车电子与航空航天电子系统,通常在这些电子系统中的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驭系统、通信系统以及运行监视器（黑匣子）等，都要构成冗余的网络系统。比如一台BMW-7系列宝马轿车就用了63个单片机。,2.8 农业工程中应用,3.1 单片机的发展过程,单片机技术发展过程可分为三个主要阶段： 1）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。,特点是：存储器容量较小，寻址范围小（不大于4K），无串行接口，指令系统功能不强。,3 单片机的发展过程及产品近况,2）性能完善提高阶段 1980年，Intel公司推出了8051单片机，80-82年，INTEL陆续推出和8051指令系统完全相同、内部结构基本相同的8031、8052和8032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”。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。,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 。,84年intel出售了8051的核心技术PHILIPSATMELADICYGNALMAXIM&DALLS SEMICONDUCTOR发展至今形成一个有近千种型号的庞大的51单片机家族。,3）微控制器化阶段,特点是：片内面向测控系统外围电路增强，使单片机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。,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新华龙公司的C8051F系列高速SOC单片机。, MCS-51系列单片机产品繁多，主流地位已经形成，近年来推出的主要产品有：,非51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51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 。,制造工艺更新为CHMOS工艺(型号中含C)。特点：低功耗、高速、电平兼容TTL和CMOS，比如：89C51、80C51采用Pipeline(流水线)进一步提高运算速度 8051：1MIPS ；C8051Fxx：25MIPS片内植入A/D、D/A、PCA(可编程计数器/定时器阵列)等功能模块，向SOC(System On Chip)发展片内存储器扩展和改型FlashROM、OTPROM引入更多的通信方式如SPI、SCI、I2C等采用更小的封装和功耗,3.3 51单片机的改进方向,OTPROM:One Time Programmable Read-Only Memory.,MCS-51系列生产工艺有：HMOS工艺（高密度短沟道MOS工艺）和CHMOS工艺（互补金属氧化物的HMOS工艺）。,4、单片机的分类,器件厂家美国：Intel 、Motorola、Zilog 、Microchip 、Atmel、TI、SST 荷兰: Philips 德国： Siemens日本：Nec、东芝、松下等中国台湾：凌阳、华邦（Winbond）STC（宏晶科技）,5、如何学习单片机,单片机学习过程：,熟悉和了解单片机的内部资源。如ROM、RAM、地址、IO口等，以及看一些厂家的MCU资料（Data Sheet），来加强MCU所提供各项资源的印象。 掌握二进位数字、十六进位数和软件方面的内容。 按照编程环境的使用手册，熟悉使用编程环境。依靠实验板，学习掌握单片机的汇编语言指令系统和简单编程。,网络资源,http:/ （ http:/ ），这是目前国内最热门的电子技术社区。 C51bbs （ http:/ ）是国内最为成功的单片机类个人网站之一。水木清华电子爱好者网站http:/ 电子报网络版 http:/周立功单片机 http:/,单片机主要掌握以下几点,最小系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 1.输出控制电平高低2.输出检测电平高低。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,ISP-4单片机实验开发板,单片机芯片,电源模块,开关输入,音乐输出,彩灯显示,数码管显示,下载接口,红外遥控,继电控制,串行模块,采用何种语言编程？,汇编语言：机器代码生成效率很高但可读性却并不强，复杂一点的程序就更是难读懂，C语言：可读性和可移植性强，还可以嵌入汇编来解决高时效性的代码编写问题。,#includeunsigned char Flag = 0 x3f;main( ) P1 = 0 x55;While(1)if(Flag = 0)Flag = 0 x3f;P1 = P1;,org0000h jmpmain org0100hmain:movp1,#55hamain:mov r0,#3fhloop:djnzr0,loop cpla movp1,a jmpamain end,建立项目选择所要的单片机 编写程序编译运行生成HEX文件 烧写芯片,单片机c语言基本步骤,KEIL uVISION2软件环境,51单片机c语言举例,调试运行程序,项目选项窗口,6、常用单片机系列介绍,MCS-51系列MC68系列PIC16系列Philips单片机AVR系列凌阳单片机华邦单片机,AT89C51与AT89S51的区别,89C51和89S51内核相同，89S51针对89C51的明显的几个升级如下：程序存储器写入方式：二者的写入程序的方式不同，89C51只支持并行写入，同时需要VPP烧写高压。89S51则支持ISP在线可编程写入技术！串行写入、速度更快、稳定性更好，烧写电压也仅仅需要45V即可。电源范围：89S5*电源范围宽达45.5V，而89C5*系列在低于4.8V和高于5.3V的时候则无法正常工作。工作频率：目前89S5*的性能远高于89C5*,89S5*系列支持最高高达33MHZ的工作频率，而89C51工作频率范围最高只支持到24M。市场价格：由于89C51已经全面停产,所以在市场价格方面，库存的89C5*的批发价格要比89S5*贵将近一倍！兼容型：89S5*向下兼容89C5*，就是说用89S5*可以替代89C5*使用，同样的程序，运行结果相同。加密功能：89S5*系列全新的加密算法使得程序的保密性大大加强。抗干扰性：内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。烧写寿命更长：89S5*标称的1000次，实际最少是1000次10000次。,Motorola单片机,世界上最大的单片机厂商。8位机:有68HC05和升级产品68HC08,68HC05有30多个系列200多个品种,产量超过20亿片.8位增强型单片机68HC11也有30多个品种,年产量1亿片以上,升级产品有68HC12.16位单片机68HC1632位单片机683XX系列近年来以PowerPC,Codfire,M.CORE等作为CPU,用DSP作为辅助模块集成的单片机也纷纷推出，目前仍是单片机的首选品牌.Motorola单片机特点之一是在同样的速度下所用的时钟较Intel类单片机低的多因而使得高频噪声低,抗干扰能力强,更适合用于工控领域以及恶劣环境.Motorola 8位单片机过去策略是掩膜为主,最近推出OTP计划以适应单片机的发展,在32位机上,M.CORE在性能和功耗上都胜过ARM7.,MC68系列,Motorola公司的8位单片机M6801M6804MC6805MC68HC05MC68HC08MC68HC1168HC11,速度更快，功耗更低、功能更强,约占8位机市场的30%份额,Microchip 单片机,Microchip 单片机是市场份额增长最快的单片机.他的主要产品是16C系列8位单片机,CPU采用RISC结构,仅33条指令,运行速度快,且以低价位著称,一般单片机价格都在1美元以下.Microchip 单片机没有掩膜产品,全部都是OTP器件(现已推出FLASH型单片机)。 Microchip强调节约成本的最优化设计,是使用量大,档次低,价格敏感的产品.,PIC系列,美国Microchip公司生产，价格低、体积小、速度高、功耗低、C语言编程、程序保密性强、开发方便，率先采用RISC（精简指令集），现已成为嵌入式单片机的主流产品之一。,Philips 80C51系列单片机,Philips 8位8051单片机系列提供完整的产品类型，包括Flash、OTP(一次性编程)、ROM和无ROM器件。由于为实时应用而设计，这些80C51器件可以广泛应用于从消费类产品、计算机外设到自动化系统的各种领域。,Philips公司的P87LPC7XX系列OTP单片机,P87LPCXX是20脚以下小型封装的单片机。采用加速80C51处理器结构，指令执行速度是标准80C51 CPU的两倍，有内部看门狗定时器，提供高速和低速的晶振和RC振荡方式，可编程选择。,P89LPC90X是一系列8脚的单片封装的微控制器。器件内部集成了许多系统级的功能，可大大减少元件的数目和电路板面积并降低系统的成本。内部Flash同时用作E2PROM使用，内含RTC日历时钟功能。,Philips公司的P89LPC90X系列单片机,AVR系列,美国ATMEL公司推出的全新配置精简指令集（RISC）的单片机系列。高速度、高保密性、低功耗。片内程序存储器采用Flash大多数指令仅用1个晶振周期采用C语言编程CMOS工艺生产ATMEL公司的单片机可分为AT89、AT90、AT91和智能IC卡等系列，AT90系列属于增强型RISC内载Flash新型嵌入式8位单片机，通常简称为AVR单片机。,凌阳单片机,Sunplus Technology CO. LTD致力于8位和16位机的开发。SPMC65系列单片机是凌阳主推产品,采用8位SPMC65 CPU 内核，并围绕这个通用的CPU内核，形成了不同的片内资源的一系列产品。在系列芯片中相同的片内硬件功能模块具有相同的资源特点；不同型号的芯片只是对片内资源进行删减.其最大的特点就是超强抗干扰。SPMC75系列单片机内核采用凌阳科技自主知识产权的nSP（Microcontroller and Signal Processor）16位微处理器。SPMC75系列单片机具有很强的抗干扰能力，广泛应用于变频家电、变频器、工业控制等控制领域.,华帮单片机,华帮单片机属于8051类单片机,它们的W78系列与标准的8051兼容,W77系列为增强型51,对8051的时序做了改进，同样时钟下速度快了不少。在4位机上华帮有921系列,带LCD驱动的741系列.在32位机方面,华帮使用了惠普公司PA-RISC单片机技术,生产低位32位RISC单片机,7、 附录初学单片机几个不易掌握的概念,7.1 总线,模拟电路：单独连线微处理机：总线，即共享连线数据总线：器件的数据线。控制总线：器件所有的控制线 。地址总线：存储单元要被分配地址，才能使用，用于地址分配的线被称为地址总线。,这三者都是一串0和1组成的序列。指令：由单片机芯片的设计者规定的一种数字，不可由单片机的开发者更改。地址：单片机内部、外部的存储单元、输入输出口数据：1.地址（如MOV DPTR，#1000H），即地址1000H送入DPTR。2.方式字或控制字（如MOV TMOD，#3），3即是控制字。3.常数（如MOV TH0，#10H）10H即定时常数。4.实际输出值 （如MOV P1，#00H）,7.2 数据、地址、指令,7.3 堆栈,堆栈：内部RAM的一部份 先进后出，后进先出 PUSH和POP 堆栈指针SP程序开始阶段可更改SP的值,单片机在通电复位后8051内的程序计数器（PC）中的值为0000，所以程序总是从0000单元开始执行，也就是说：在系统的ROM中一定要存在0000这个单元，并且在0000单元中存放的一定是一条指令。,7.4 程序的执行过程,7.5 仿真、仿真机,仿真是单片机开发过程中非常重要的一个环节，除了一些极简单的任务，一般产品开发过程中都要进行仿真。仿真的主要目的是进行软件调试，当然借助仿真器，也能进行一些硬件排错。 仿真分软件模拟仿真和利用仿真器仿真两类。,软件模拟仿真 是指用仿真软件来模拟单片机运行情况，一般我们学习指令系统时常用这种方式，它不能进行硬件系统的调试和故障诊断。利用仿真器仿真 利用仿真器以及微机可以进行软硬件系统的调试和故障诊断。,开发单片机应用不再需要仿真器 （片内flash的使用）,
