单片微型计算机概述.ppt
第1章 单片微型计算机概述,学习目的,学习重点和难点,1、了解微型计算机的组成及应用形态。,1、微型计算机的组成及应用形态。,2、80C51单片机系列。,2、了解单片机的发展过程及产品近况,3、了解单片机的特点及应用领域。,4、掌握微型计算机的组成及应用形态,5、掌握80C51单片机系列,1.1 微型计算机概述,1.2 单片机的发展过程及产品近况,1.3 单片机的特点及应用领域,1.4 单片机的发展趋势,1.1.1 微型计算机的组成及应用形态1.1.2 单片机内部结构及单片机应用系统组成1.1.3 80C51单片机系列,1.2.1 单片机的发展过程1.2.2 单片机产品近况,1.3.1 单片机的特点1.3.2 单片机的应用领域,思考题与习题,本章小结,微型计算机的组成及应用形态,一、微型计算机系统的组成 微型计算机系统是由硬件和软件组成。1.硬件是指组成计算机的物理实体，是看得见摸得着的部分，如图1-1所示。它是由微处理器CPU、存储器（RAM、ROM）、基本输入/输出（I/O）接口电路和总线接口等组成。2.软件简单地说就是程序，指专业软件开发者开发的系统软件和应用软件等。,返回,1、微型计算机 将微处理器CPU、存储器（RAM、ROM）、基本输入/输出（I/O）接口电路和总线接口等组装在一块主机板（即微机主板）。各种适配（卡）插在主机板的扩展槽上并与电源、软/硬盘驱动器和光驱等装在同一机箱内，再配上系统软件，就构成了一台完整的微型计算机系统。微型计算机硬件组成如图1-2所示。,图1-2,二、微型计算机的应用形态,微型计算机,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）。单板微型计算机组成如图1-3所示。主要应用于工业控制器、家用电器等。,2、单板微型计算机,单板微型计算机,图1-3,在一片大规模集成电路芯片上集成微处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、I/O接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，简称单片机。单片微型计算机如图1.4所示。单片机主要应用于智能仪表、智能传感器、智能家电、智能办公设备、汽车及军事电子设备等应用系统。单片机体积小、价格低、可靠性高，其非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。,图1.4单板微型计算机,3、单片微型计算机,一、单片机内部结构 单片机内部结构示意图如图1.5所示，它由微处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、基本输入/输出(I/O)接口电路、定时器/计数器和中断系统等部件组成，并把它们制作在一块大规模集成电路芯片上，就构成一个完整的单片微型计算机。,单片机内部结构及单片机应用系统组成,返回,二、单片机应用系统的组成 单片机应用系统的组成如图1.6所示。单片机应用系统是以单片机为核心，再加上接口电路及外设等硬件电路和软件，就构成了单片机应用系统。因此，单片机应用系统的设计人员必须从硬件和软件角度来研究单片机，这样才能研究和开发出单片机应用系统和产品。,单片机硬件系统,单片机软件系统,单片机应用系统,图1.6 单片机应用系统的组成,单片机应用系统,单片机软件系统,单片机硬件系统,Intel公司生产的MCS系列单片机，尽管单片机型号很多，但从目前来看，使用最为广泛的应该MCS-51单片机。本书主要研究MCS-51系列8位单片机80C51。分析和研究80C51的硬件结构、工作原理、软件及工程应用系统的设计。80C51系列单片机如表1-1所示。表1-1中列出了80C51单片机系列的芯片型号及主要技术指标，由此可对80C51单片机系列有一个全面的了解。下面我们就在这个表的基础上进一步对80C51系列单片机作一些说明。,1.1.3 80C51单片机系列,返回,表1-1 80C51系列单片机分类表,注意：1、表中加 的被ATMEL公司的AT89S51/89S52新产品所取代，新产品具有ISP（在系统编程）功能，使用非常方便，实际应用时应首选。2、89C51已停产。,一、基本型和增强型 80C51系列又分为基本型（51子系列）和增强型（52子系列）两个子系列，并以芯片型号的最末位数字是1还是2来区别。从表1-1所列内容中可以看出增强型增强的功能具体方面如下：(1)片内ROM从4KB增加到8KB;(2)片内RAM从128B增加到256B;(3)定时/计数器从2个增加到3个;(4)中断源从5个增加到6个。,二、芯片中“C”和“S”的含义 MCS-51系列单片机采用两种半导体工艺生产。一种是采用高速度、高密度和短沟道HMOS工艺。另外一种是采用高速度、高密度和低功耗的互补金属氧化物的CHMOS工艺。表1-1中芯片型号中带有字母“C”的，为CHMOS芯片，不带“C”的为一般的HMOS芯片。带“C”的芯片具有低功耗（例如8051的功耗为630 mW，而80C51的功耗只有120 mW）的特点之外，还具有各I/O口电平既与TTL电平兼容，也与CMOS电平兼容。AT89S51/89S52带“S”系列产品最大的特点是具有在系统可编程功能。用户只要连接好下载电路，就可以在不拔下51芯片的情况下，直接在系统中进行编程。编程期间系统是不能运行程序的。,5.80C51与AT89C51的区别Intel公司在1980年推出80C51系列单片机，由于80C51单片机应用早，影响面很大，已经成为工业标准。后来很多著名厂商如Atmel，philps等公司申请了版权，生产了各种与80C51兼容的单片机系列。虽然制造工艺在不断地改进，但内核却没有变化，指令系统完全兼容，而且大多数管脚也兼容。因此，我们称这些与80C51内核相同的单片机为80C51系列单片机或51系列单片机。由于80C51单片机是早期产品，用户无法将自己编写的应用程序烧写到单片机内的存储器，只能将程序交由芯片厂商代为烧写，并且是一次性的。8751单片机的内部存储器有了改进，用户可以将自己编写的程序写入单片机的内部存储器中，但需要用紫外线灯照射25分钟以上再烧写，烧写次数和电压也是有一定限制的。AT89C51单片机是Atmel公司1989年生产的产品，Atmel率先把80C51内核与Flash技术相结合，推出了轰动业界的AT89系列单片机。AT89C51单片机指令系统、管脚完全与80C51兼容。,6.AT89C51与AT89S51的区别AT89S51单片机是在对AT89C51单片机进行了很多改进，新增加了很多功能，性能有了较大提升，价格基本不变，甚至比AT89C51更低，使用上与80C51单片机完全兼容。AT89S51相对与AT89C51曾加的新功能主要有：ISP在线编程功能、最高工作频率提升为33MHz、具有双工UART串行通道、内部集成看门狗计时器、双数据指示器、电源关闭标识、全新的加密算法，程序的保密性大大加强等。注意，向AT89C51单片机写入程序与向AT89S51单片机的写入程序的方法有所不同，所以，购买的编程器，必须具有写入AT89S51单片机的功能，以适应产品的更新。Atmel公司现已停止生产AT89C51型号的单片机，被其AT89S51型号的单片机所代替,80C51单片机片内程序存储器有4种配置形式，即掩膜ROM、EPROM、FlashROM和没有（无ROM）。这4种配置形式对应4种不同的单片机芯片,它们各有特点，也各有其适用场合，在使用时应根据需要进行选择。具体说明如下：（1）无ROM（即ROMLess）型，应用时要在片外扩展程序存储器；（2）掩膜ROM（即MaskROM）型，用户程序由芯片生产厂写入；（3）EPROM型，用户程序通过写入装置写入，通过紫外线照射擦除；（4）Flash ROM型，用户程序可以电写入或电擦除（当前常用方式）。,三、片内ROM程序存储器配置形式,注意：但是在实际应用时，应首选ATMEL公司AT89系列产品，因为使用方面。,单片机应用中的环境温度问题，是指单片机应用中的抗干扰特性和温度特性。由于单片机的应用是面向工业现场，因此，它应具有很强的抗干扰能力，这是其他计算机无法相比的。单片机的温度特性，与其他集成电路芯片一样，按所能适应的环境温度，可分为如下三个等级：民用级：0+70 工业级：-40+85 军用级：-65+125 因此，在工业应用中应根据现场环境温度来选择单片机芯片。,四、单片机环境温度问题,1.2 单片机的发展过程及产品近况,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：第一阶段（19471978年）为初级单片机形成阶段。其典型产品是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。第二阶段（19781983年）为高性能单片机阶段。其典型产品是Intel公司推出了MCS-51系列单片机：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。,返回,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。第三阶段（1983年以后）微控制器化阶段。其典型产品是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。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。,单片机产品已达60多个系列，600多个品种。但近年来推出的与80C51兼容的主要产品有：1、ATMEL公司E2PROM、Flash存储器技术的AT89 系列单片机。2、Philips公司的80C51、80C550、80C552系列。3、Motorola公司M68HC05系列。4、Microchip公司PIC系列。5、ADI公司的ADC8xx高精度ADC系列。6、LG公司的GMS90/97低压高速系列。7、Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系 列。8、Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机。,、单片机产品近况,1.3单片机的特点及应用领域,单片机的特点 单片机芯片的集成度非常高，它将微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，因此，具有如下特点：1、体积小、重量轻、价格低、耗电少、易于产品化。2、控制性能。实时控制功能强、运行速度快。因为CPU可以对I/O端口直接进行指令操作，而且位指令操作能力更是其它计算机无法比拟的。3、可靠性高。由于CPU、存储器及I/O接口集成在同一芯片内，各部件间的连接紧凑，数据在传送时受干扰的影响较小，且不易受环境条件的影响，所以单片机的可靠性非常高。,返回,单片机的应用领域 1、家用电器。家用电器是单片机的重要应用领域之一，前景广阔。如微波炉、电视机、电饭煲、空调器、电冰箱、洗衣机等。2、在交通领域中。如交通灯、汽车、火车、飞机等均有单片机的广泛应用。3、智能仪器仪表。如各种智能电气测量仪表、智能传感器等。4、机电一体化产品。如医疗设备（B超）、机人、数控机床、自动包装机、打印机、复印机等。5、实时工业控制。如温度控制、电机转速控制、生产线控制等。,1.4单片机的发展趋势,20世纪80年代以来，单片机有了新的发展，各半导体器件厂商也纷纷推出自己的产品系列。根据市场的需求要求，未来单片机的发展趋势有如下几个方面：1、单片机的字长由4位、8位、16 位发展到32位。目前8位的单片机仍然占主流地位，只有在精度要求特别高的场合如图像处理等，才采用16位或32位的单片机，用户可以根据需要进行字长的选择。2、运行速度不断提高。单片机的使用最高频率由6MHz、12MHz、24MHz、33MHz发展到 40MHz和更高，用户可以根据产品的需要进行速度的选择。,3、单片机内的RAM、ROM存储容量越来越大。单片机内的RAM、ROM存储容量由1KB、2KB、4KB、8KB、16KB、32KB、64KB发展到 128KB等，用户可以根据程序和数据量的大小来选择。4、单片机程序存储器ROM的编程越来越方便。单片机程序存储器有 ROM型（掩模型）、OTP型（一次性编程）、EPROM（紫外线擦除编程）、E2PROM（电擦除编程）及FLASH（闪速编程）。编程方式越来越方便，目前有脱机编程、在系统编程（ISP）、在应用编程（IAP）等。可供用户选择。5、输入/输出端口多功能化。单片机内除集成有并行接口、串行接口外，还集成有A/D、D/A、LED/LCD显示驱动、DMA控制、PWM（脉宽调制输出）、PLC（锁相环控制）、PCA(逻辑阵列）WDT（看门狗）等。用户可以根据需要进行选择。,6、功耗低、电压范围宽 单片机采用CHMOS制作工艺使单片机的功耗降低，设立空闲和掉电两种工作方式；电压范围从2.66V，变得更宽，可供用户选择更广。7、单片机结合专用集成电路ASIC、精简指令集（RISC）技术，使单片机发展成为嵌入式的处理器，深入到数字信号处理、图象处理、人工智能、机器人等领域。8、工作温度范围广、可靠性高、抗干扰能力强、内部资源丰富。,1、微型计算机由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件主要是由CPU、存储器、I/O接口和I/O设备组成，采用总线结构形式。软件包括系统软件和应用软件两大类，程序设计语言分为三级，分别是机器语言、汇编语言和高级语言。2、单片机是将CPU、RAM、ROM、基本输入/输出接口电路、定时器/计数器和中断系统等部件组制作在一块大规模集成电路芯片上。3、单片机应用系统是由单片机、接口电路及外设等硬件电路和软件构成。4、80C51单片机技术指标：4K ROM、128B RAM、4个并行口、1个串行口、定时/计数器2个、5个中断源。,本章小结：,思考题与习题,1.什么叫单片机？其主要特点有哪些？,2.微型计算机有哪些应用形式？各适于 什么场合？,3.80C51单片机的主要技术指标有哪些？,4.简述单片机应用系统？,5.单片机的发展趋势有哪几个方面？,再见,
