![点击分享此内容可以赚币 分享](/master/images/share_but.png)
单片机讲义.doc
《单片机讲义.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《单片机讲义.doc(151页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、河南工业大学信息科学与工程学院教案 嵌入式系统 主讲教师: 金广锋 所在单位:信息科学与工程学院课程代码: 106211 课程性质: 限选 课程学时: 44 授课对象: 电子信息技术专业本科 开课时间:20072008学年2学期使用教材:李群芳单片机原理、接口及应用嵌入式系统技术基础 出版社: 清华大学出版社 序论 1. 单片机的作用单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点,近几年得到迅猛发展和大范围推广,广泛应用于工业控制系统,数据采集系统、智能化仪器仪表,及通讯设备、日常消费类产品、玩具等。并且已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各层次中,如车间流水线控制、自动化系统
2、等、智能型家用电器(冰箱、空调、彩电)等,无不含有CPU 控制器,即单片机。2. 单片机定义:何谓单片机:一台能够工作的计算机要有这样几个部份构成:CPU(进行运算、控制)、RAM(数据存储)、ROM(程序存储)、输入/输出设备(例如:串行口、并行输出口等)。在个人计算机上这些部份被分成若干块芯片,安装一个称之为主板的印刷线路板上。而在单片机中,这些部份,全部被做到一块集成电路芯片中了,所以就称为单片(单芯片)机,而且有一些单片机中除了上述部份外,还集成了其它部份如A/D,D/A 等。3.单片机的分类:一般分为: 51 系列单片机:MCS 是Intel 公司单片机的系列符号。Intel 推出有
3、MCS-48、MCS-51、MCS-96 系列单片机。MCS-51 系列单既包括三个基本型80C31、8051、8751,以及对应的低功耗型号80C31、8051、87C51,因而MCS-51 特指Intel 的这几种型号。在计算机领域,系列机是指同一厂家生产的具有相同系统结构的机器。20 世纪80 年代中期以后,Intel 以专利转让的形式把8051 内核给了许多半导体厂家,如AMTEL、PHILIPS、ANANOG DEVICES、DALLAS 等。这些厂家生产的芯片是MCS-51 系列的兼容产品,准确地说是与MCS-51 指令系统兼容的单片机。这些单片机与8051 的系统结构(只要是指令
4、系统)相同,采用CMOS工艺,因而常用80C51 系列来称呼所有具有8051 指令系统的单片机。他们对8051 一般都作了一些扩充,更有特点、功能更强、市场竞争力更强,不应该把他们成为MCS-51 系列单片机。MCS 只是Intel 公司专用的。具有51 内核的单片机 比如:AT 系列 (AT89C51/52、AT89C1051/2051/4051、AT89S51/52、AT89LP2051、AT89S/LS53、AT89S/LS8252 等)、Intel 公司、SST 系列、STC、菲利普PHILIPS(LPC900 系列、P87C 系列等)、华邦(W77、W78)、CYPRESS 公司、M
5、OTOROLA 等 AVR 单片机:AVR 单片机是ATMEL 公司研制开发的一种新型单片机,它与51、PIC 单片机相比具有一系列的优点,用通俗的说法来说,AVR 的优点主要体现在以下几个方面:1:在相同的系统时钟下AVR 运行速度最快;2: 芯片内部的Flsah、EEPROM、SRAM 容量较大;3:所有型号的Flash、EEPROM 都可以反复烧写、全部支持在线编程烧写(ISP);4:多种频率的内部RC 振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能,使得电路设计变得非常简单;5:每个IO 口都可以以推换驱动的方式输出高、低电平,驱动能力强;6:内部资源丰富,一般都集成A/D、D/A 模数
6、器;PWM;SPI、USART、TWI、I2C 通信口;丰富的中断源等。 PIC 单片机:1、PIC 最大的特点是不搞单纯的功能堆积,而是从实际出发,重视产品的性能与价格比,靠发展多种型号来满足不同层次的应用要求。就实际而言,不同的应用对单片机功能和资源的需求也是不同的。比如,一个摩托车的点火器需要一个I/O 较少、RAM 及程序存储空间不大、可靠性较高的小型单片机,若采用40 脚且功能强大的单片机,投资大不说,使用起来也不方便。PIC 系列从低到高有几十个型号,可以满足各种需要。其中,PIC12C508 单片机仅有8 个引脚,是世界上最小的单片机。该型号有512 字节ROM、25 字节RAM
7、、一个8 位定时器、一根输入线、5 根I/O 线,市面售价在36 元人人民币。这样一款单片机在象摩托车点火器这样的应用无疑是非常适合。PIC 的高档型号,如PIC16C74(尚不是最高档型号)有40 个引脚,其内部资源为ROM 共4K、192字节RAM、8 路A/D、3 个8 位定时器、2 个CCP 模块、三个串行口、1 个并行口、11 个中断源、33 个I/O 脚。这样一个型号可以和其它品牌的高档型号媲美。第一课:MCS-51 单片机主要应用特性MCS-51 单片机是美国INTE 公司于1980 年推出的产品,与MCS-48 单片机相比,它的结构更先进,功能更强,在原来的基础上增加了更多的电
8、路单元和指令,指令数达111 条,MCS-51 单片机可以算是相当成功的产品,一直到现在,MCS-51 系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品,各高校及专业学校的培训教材仍与MCS-51 单片机作为代表进行理论基础学习。我们也以这一代表性的机型进行系统的讲解。MCS-51 系列单片机主要包括8031、8051 和8751 等通用产品,其主要功能如下:8 位CPU4kbytes 程序存储器(ROM)128bytes 的数据存储器(RAM)32 条I/O 口线111 条指令,大部分为单字节指令21 个专用寄存器2 个可编程定时/计数器5 个中断源,2 个优先级一个全双工串行通信口外部数据存储器寻址
9、空间为64kB外部程序存储器寻址空间为64kB逻辑操作位寻址功能双列直插40PinDIP 封装单一+5V 电源供电MCS-51 以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理,众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统,堪称为一代“名机”,为以后的其它单片机的发展奠定了基础。正因为其优越的性能和完善的结构,导致后来的许多厂商多沿用或参考了其体系结构,有许多世界大的电气商丰富和发展了MCS-51 单片机,象PHILIPS、Dallas、ATMEL 等著名的半导体公司都推出了兼容MCS-51 的单片机产品,就连我国的台湾WINBOND 公司也发展了兼容C51(人们习惯将MCS-51 简称C51
10、,如果没有特别声明,二者同指MCS-51 系列单片机)的单片机品种。近年来C51 获得了飞速的发展,C51 的发源公司INTEL 由于忙于开发PC 及高端微处理器而无精力继续发展自己的单片机,而由其它厂商将其发展,最典型的是PHILIPS 和ATML 公司,PHILIPS 公司主要是改善其性能,在原来的基础上发展了高速I/O口,A/D 转换器,PWM(脉宽调制)、WDT 等增强功能,并在低电压、微功耗、扩展串行总线(I2C)和控制网络总线(CAN)等功能加以完善。PHILIPS 公司在发展C51 的低功耗,高速度和增强型功能上作了不少贡献,当初主要由其来发展C51 单片机,他们的83Cxx和8
11、7Cxx 系列省去了并行扩展总线,适合于作为家用电器类控制的经济型单片机。ATMEL 公司推出的AT89Cxx 系列兼容C51 的单片机,完美地将Flash(非易失闪存技术)EEPROM 与80C51 内核结合起来,仍采用C51 的总体结构和指令系统,Flash 的可反擦写程序存储器能有效地降低开发费用,并能使单片机作多次重复使用。Siemens 公司也沿用C51 的内核,相继推出了C500 系列单片机,在保持了与C51 指令兼容的前提下,其产品的性能得到了进一步的提升,特别是在抗干扰性能,电磁兼容和通信控制总线功能上独树一帜,其产品常用于工作环境恶劣的场合。亦适用于通信和家用电器控制领域。还
12、有台湾的WINBOND 公司亦开发了一系列兼容C51 的单片机,其产品通常具备丰富的功能特性,而且与其质优价廉在市场也占有一定的分额。下表是80C51 系列单片机的主要分类及功能特性:系列典型芯片I/O 口定时/计数器中断源串行通信口片内RAM片内ROM51 系列80C314x8 位2x16 位51128 字节无80C514x8 位2x16 位51128 字节4k掩膜ROM87C514x8 位2x16 位51128 字节4kBEPROM89C514x8 位2x16 位51128字节4kBEEPROM52 系列80C324x8 位2x16 位61256 字节无80C514x8 位2x16 位61
13、256 字节8k掩膜ROM87C524x8 位2x16 位61256字节4kBEPROM89C524x8 位2x16 位61256 字节4kBEEPROM8051 是MCS-51 系列单片机中的代表产品,它内部集成了功能强大的中央处理器,包含了硬件乘除法器、21 个专用控制寄存器、4kB 的程序存储器、128 字节的数据存储器、4 组8 位的并行口、两个16 位的可编程定时/计数器、一个全双工的串行口以及布尔处理器。MCS-51 具有比较大的寻址空间,地址线宽达16 条,即外部数据存储器和程序存储器的寻址范围达216=64kB,这作为单片机控制来说已是比较大的,这同时具备对I/O 口的访问能力
14、。此外,MCS-51 采用模块化结构,可方便地增删一个模块就可引脚和指令兼容的新产品。从而容易使产品形成系列化。由于MCS-51 集成了几乎完善的8 位中央处理单元,处理功能强,中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器,硬件的加、减、乘、除法器和布尔处理机及各种逻辑运算和转移指令,这给应用提供了极大的便利。MCS-51 的指令系统近乎完善,指令系统中包含了全面的数据传送指令、完善的算术和逻辑运算指令、方便的逻辑操作和控制指令、对于编程来说,是相当灵活和方便的。MCS-51 单片机的工作频率为2-12MHz,当振荡频率为12MHz 时,一个机器周期为1us,这个速度应该说是比较快的。8051 中
15、集成了完善的各种中断源,用户可十分方便地控制和使用其功能,使得它的应用范围加大,可以说它可以满足绝大部分的应用场合。MCS-51 把微型计算机的主要部件都集成在一块心片上,使得数据传送距离大大缩短,可靠性更高,运行速度更块。由于属于芯片化的微型计算机,各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化,抗干扰能力加强,工作亦相对稳定。因此,在工业测控系统中,使用单片机是最理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统,所以它是低端控制系统最佳器件。MCS-51 的开发环境要求较低,软件资源十分丰富,介绍其功能特性书籍和开发软件随处可取,只需配备一台PC(个人电脑对电脑的配置基本上无要求),一台仿真编程器即可实现产
16、品开发,早期的开发软件多使用DOS 版本,随着Windows 视窗软件的普及,现在几乎都使用Windows 版本,并且软件种类繁多,琳琅满目,在众多的单片机品种中,C51 的环境资源是最丰富的,这给C51 用户带来极大的便利。第二课:MCS-51 单片机内部结构 MCS-51 单片机内部结构:8051 是MCS-51 系列单片机的典型产品,我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。8051 单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,现在我们分别加以说明:中央处理器:中央处理器(CP
17、U)是整个单片机的核心部件,是8 位数据宽度的处理器,能处理8 位二进制数据或代码,CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。数据存储器(RAM):8051 内部有128 个8 位用户数据存储单元和128 个专用寄存器单元,它们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而不能用于存放用户数据,所以,用户能使用的的RAM 只有128 个,可存放读写的数据,运算的中间结果或用户定义的字型表。程序存储器(ROM):8051 共有4096 个8 位掩膜ROM,用于存放用户程序,原始数据或表格。定时/计数器(ROM):8051 有两个16
18、 位的可编程定时/计数器,以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。并行输入输出(I/O)口:8051 共有4 组8 位I/O 口(P0、 P1、P2 或P3),用于对外部数据的传输。全双工串行口:8051 内置一个全双工串行通信口,用于与其它设备间的串行数据传送,该串行口既可以用作异步通信收发器,也可以当同步移位器使用。中断系统:8051 具备较完善的中断功能,有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断,可满足不同的控制要求,并具有2 级的优先级别选择。时钟电路:8051 内置最高频率达12MHz 的时钟电路,用于产生整个单片机运行的脉冲时序,但8051 单片机需外置振荡电容。单片机的
19、结构有两种类型,一种是程序存储器和数据存储器分开的形式,即哈佛(Harvard)结构,另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构,即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL 的MCS-51 系列单片机采用的是哈佛结构的形式,而后续产品16 位的MCS-96 系列单片机则采用普林斯顿结构。下图是MCS-51 系列单片机的内部结构示意图。 MCS-51 的引脚说明:MCS-51 系列单片机中的8031、8051 及8751 均采用40Pin 封装的双列直接DIP 结构,右图是它们的引脚配置, 40 个引脚中,正电源和地线两根,外置石英振荡器的时钟线两根,4组8 位共
20、32 个I/O 口,中断口线与P3 口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明:Pin20:接地脚。Pin40:正电源脚,正常工作或对片内EPROM 烧写程序时,接+5V 电源。Pin19:时钟XTAL1 脚,片内振荡电路的输入端。Pin18:时钟XTAL2 脚,片内振荡电路的输出端。8051 的时钟有两种方式,一种是片内时钟振荡方式,但需在18 和19 脚外接石英晶体(2-12MHz)和振荡电容,振荡电容的值一般取10p-30p。另外一种是外部时钟方式,即将XTAL1接地,外部时钟信号从XTAL2 脚输入。输入输出(I/O)引脚:Pin39-Pin32 为P0.0-P0.7 输入输出脚,Pi
21、n1-Pin1 为P1.0-P1.7 输入输出脚,Pin21-Pin28 为P2.0-P2.7 输入输出脚,Pin10-Pin17 为P3.0-P3.7 输入输出脚,这些输入输出脚的功能说明将在以下内容阐述。Pin9:RESET/Vpd 复位信号复用脚,当8051 通电,时钟电路开始工作,在RESET 引脚上出现24 个时钟周期以上的高电平,系统即初始复位。初始化后,程序计数器PC 指向0000H,P0-P3 输出口全部为高电平,堆栈指钟写入07H,其它专用寄存器被清“0”。RESET 由高电平下降为低电平后,系统即从0000H 地址开始执行程序。然而,初始复位不改变RAM(包括工作寄存器R0
22、-R7)的状态,8051 的初始态如下表:特殊功能寄存器初始态特殊功能寄存器初始态ACC00HB00HPSW00HSP07HDPH00HTH000HDPL00HTL000HIPxxx00000BTH100HIE0xx00000BTL100HTMOD00HTCON00HSCONxxxxxxxxBSBUF00HP0-P31111111BPCON0xxxxxxxB8051 的复位方式可以是自动复位,也可以是手动复位,见下图。此外,RESET/Vpd 还是一复用脚,Vcc掉电期间,此脚可接上备用电源,以保证单片机内部RAM 的数据不丢失。Pin30:ALE/ 当访问外部程序器时,ALE(地址锁存)的输
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 单片机 讲义
![提示](https://www.zixin.com.cn/images/bang_tan.gif)
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【可****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【可****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。