1、片機Introdu課件1The 8051 The 8051 MicrocontrollerMicrocontroller Xiaobin Hong （洪曉斌）（洪曉斌）Office: 10-418片機Introdu課件2單片機原理與應用單片機原理與應用課程介紹課程介紹課程學時學時：40學時 ；適用專業：機械工程及自動化專業及各方向：機電一體化、數控技術、模具設計與制造 先修課程：計算機應用基礎、高級語言程序設計、電工與電子技術課程性質和任務：課程性質和任務： 單片機原理及應用是機械工程及自動化專業各方向重要的的專業基礎課程。也是學習微機控制技術的入門課程。從應用出發，通過對本課程的學習，使學生

2、對微機系統的結構原理，及其在工業測控方面的應用有一個全面的了解。為應用微機技術解決實際工程問題打下理論基礎。 課程的內容與基本要求：課程的內容與基本要求： 單片微機是專門為工業測控、智能化領域而設計的，從硬件結構到指令系統都突出了其控制功能，甚至將一些典型的控制功能器件都集成在單片機芯片中，故單片機亦稱為微控制器。它在工業測控、智能儀器儀表、機電產品等方面均得到廣泛的應用。所以本課程選用單片機作為教學內容。片機Introdu課件3單片機原理與應用單片機原理與應用課程介紹課程介紹課程基本要求：n了解微型計算機的基礎知識、基本結構及工作原理 ；n熟悉單片機的硬件結構及主要功能部件的應用特性 ；n熟

3、悉單片機的指令系統，掌握匯編語言程序設計的基本方法；n了解單片機的存儲器的結構持點及其地址空間的分配，掌握存儲器的并行擴展方法；n了解單片機并行I/O口的結構原理和幾種常用的通用I/O接口芯片，掌握I/O接口的擴展方法；n熟悉單片機內部資源：中斷系統，定時/記數和串行口的結構原理，掌握應用程序的設計方法；n了解單片機幾種常用外設接口結構原理，掌握其應用程序的設計方法。片機Introdu課件4單片機原理與應用單片機原理與應用課程介紹課程介紹課程內容及學時安排：總學時40課程考核方式： 考試成績 + 平時成績 其中：考試占70%+平時（出勤、作業）占30%使用教材：單片機原理及應用,李全利等, 清

4、華大學出版社 The 8051 Microcontroller 課程實驗：4個（3個階段實驗，1個綜合實驗）片機Introdu課件5單片機原理與應用課程介紹有關本課程學習的幾點建議有關本課程學習的幾點建議 本課程是一門實踐性、應用性很強的學科本課程是一門實踐性、應用性很強的學科僅僅聽懂還不夠僅僅聽懂還不夠, ,重在培養動手能力重在培養動手能力硬件硬件/ /軟件同樣重要、不可偏廢軟件同樣重要、不可偏廢 硬件是骨架，軟件是皮肉器臟及思想硬件是骨架，軟件是皮肉器臟及思想本課程的前期基礎課程是數字電路與電子技術本課程的前期基礎課程是數字電路與電子技術這方面知識掌握得不夠好的請自己補上這方面知識掌握得不

5、夠好的請自己補上預習、聽課、復習、作業、實驗環環都重要預習、聽課、復習、作業、實驗環環都重要用科學的方法學習用科學的方法學習請各班去實驗室買本課程的請各班去實驗室買本課程的實驗指導書實驗指導書片機Introdu課件6知識基礎與后繼課程知識基礎與后繼課程電工電子技術數字電路計算機基礎和程序設計微機原理匯編語言接口技術單片機原理嵌入式系統高 性能微型計算機系統計算機控制系統片機Introdu課件7n第第1 1章章 緒論緒論( (計算機基礎知識計算機基礎知識) ) 44n第第2 2章章 80C5180C51的結構和原理的結構和原理 44n第第3 3章章 80C5180C51的指令系統的指令系統 10

6、10n第第4 4章章 80C5180C51的中斷系統的中斷系統 33n第第5 5章章 80C5180C51的定時的定時/ /計數器計數器 5 5 n第第6 6章章 80C5180C51的串行口的串行口 66n第第7 7章章 80C5180C51的系統擴展的系統擴展 44n第第8 8章章 80C5180C51的測控接口的測控接口 44n第第9 9章章 80C5180C51的的C C語言程序設計語言程序設計 自學自學n第第1010章章 80C5180C51應用系統設計方法應用系統設計方法 自學自學課堂授課時間分配課堂授課時間分配: (40: (40學時學時) )片機Introdu課件8參考資料參考

7、資料l1、 單片機原理及其接口技術單片機原理及其接口技術 -胡漢才胡漢才 清華大學出版社清華大學出版社l2、單片微機原理及應用單片微機原理及應用第第2版版 -丁元杰丁元杰 等等 機械工業出版社機械工業出版社l3、單片機原理及接口技術單片機原理及接口技術 - 李朝青李朝青 北京航空航天大學出版社北京航空航天大學出版社l4、電子世界電子世界 -中國電子學會主辦（期刊中國電子學會主辦（期刊 6.00元元/期）期）片機Introdu課件9學習資源學習資源n網站：http:/http:/n期刊：單片機與嵌入式系統應用，北京航空航天大學單片機應用技術選編等片機Introdu課件10LAB6000U（USB

8、接口）單片機接口）單片機/微控制器仿真實微控制器仿真實驗系統驗系統片機Introdu課件11單元一單元一 單片機概述單片機概述返回主目錄1.1 1.1 微型計算機概述微型計算機概述1.3 1.3 單片機發展概述單片機發展概述1.4 1.4 單片機的應用領域單片機的應用領域1.5 1.5 單片機的發展趨勢單片機的發展趨勢1.6 1.6 嵌入式系統嵌入式系統1.7 1.7 學習單片機技術的方法學習單片機技術的方法1.2 1.2 單片機簡介單片機簡介片機Introdu課件121.1 1.1 微型計算機概述微型計算機概述l計算機的發展及分類l微型計算機的發展概況片機Introdu課件13（一）計算機的

9、發展及分類計算機的發展：計算機的發展：n電子管計算機（電子管計算機（1946-1956）n晶體管計算機（晶體管計算機（1957-1964）n中小規模集成電路計算機（中小規模集成電路計算機（1965-1970）計算機按其性能分類：計算機按其性能分類：n超大規模集成電路計算機（超大規模集成電路計算機（1971-今）今）n大型計算機大型計算機/巨型計算機（巨型計算機（Mainframe Computer）n中型計算機中型計算機n小型計算機（小型計算機（Minicomputer）n微型計算機（微型計算機（Microcomputer）n單片單片計算機（計算機（Single-Chip Microcompu

10、ter）片機Introdu課件14（二）微型計算機的發展概況（二）微型計算機的發展概況l重要的名詞定義重要的名詞定義l微型計算機的發展階段微型計算機的發展階段l微型計算機的分類微型計算機的分類片機Introdu課件15（二）微型計算機的發展概況（二）微型計算機的發展概況v五個重要的名詞術語五個重要的名詞術語l微處理器l微型計算機l微型計算機系統l單片機l嵌入式系統片機Introdu課件16微型計算機組成結構微型計算機系統硬件微型計算機（主機）計算機處計算機處理單元理單元 (CPU)軟件外圍設備運算器控制器存儲器存儲器 (內存)RAMROM外部設備輔助設備 輸入設備(鍵盤、掃描儀、語音識別儀)

11、輸出設備(顯示器、打印機、繪圖儀、) 輔助存儲器(磁帶、磁盤、光盤)輸入輸入/ /輸出接口輸出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC) (I/O接口接口) 總線 (AB、DB、CB)系統軟件(操作系統，編輯、編譯程序，故障診斷,監控程序)應用軟件(科學計算，工業控制，數據處理)程序設計語言(機器語言、匯編語言、高級語言)電源電路時鐘電路片機Introdu課件17微處理器、微型計算機和微處理器、微型計算機和微型計算機系統的關系微型計算機系統的關系算術邏輯部件累加器、寄存器控制部件內部總線微處理器微型計算機系 統 總 線存儲器（R O M , RAM）輸入/ 輸出 接口外 圍 設 備系 統

12、軟 件微型計算機系統片機Introdu課件18n單片微型計算機簡稱單片微型計算機簡稱單片機。由于它的結構及功能均按工單片機。由于它的結構及功能均按工業控制要求設計，所以又稱業控制要求設計，所以又稱單片微控制器（單片微控制器（single chip single chip MicrocontrollerMicrocontroller）。）。n它是將組成微型計算機機所必須的部件（它是將組成微型計算機機所必須的部件（中央處理器中央處理器CPUCPU、程序存貯器（、程序存貯器（ROM)ROM)、數據存貯器（、數據存貯器（RAM)RAM)、輸入、輸入/ /輸出（輸出（I/O)I/O)接口、定時接口、定時

13、/ /計數器、串行口、系統總線等計數器、串行口、系統總線等）集成在一）集成在一個超大規模集成電路芯片上。個超大規模集成電路芯片上。n只要外加少許電子零件便可以構成一套簡易的計算機控制只要外加少許電子零件便可以構成一套簡易的計算機控制系統，故又稱系統，故又稱單片微型計算機（單片微型計算機（single chip single chip MicrocomputerMicrocomputer）片機Introdu課件191.2 MCS-51單片機簡介單片機簡介 1 1、MCS-51MCS-51單片機內部組成單片機內部組成片機Introdu課件20MCS-51系列單片機內部組成系列單片機內部組成 中央處

14、理器（片機Introdu課件21微型計算機與單片機在硬件結構上的比較微型計算機與單片機在硬件結構上的比較 微型計算機微型計算機 單片機單片機數據RAMCPU并行I/O程序ROM定時/計數器串型端口中斷控制器擴展I/O端口系統總線（DB、AB、CB）微型計算機的組成框圖（由多個IC芯片組裝在一個主電路板上）MCS-51單片機所有單元都組裝在一個IC芯片上片機Introdu課件22MCS-51單片機的主要產品單片機的主要產品型型 號號制造技術制造技術片內程序存儲器片內程序存儲器片內數據存儲器片內數據存儲器8051AHH MOSROM (4k)128字節字節8031AHAH MOS無無128字節字節

15、8751HH MOSEPROM（4K）128字節字節AT89C51/ AT89S51CHMOSFLASHROM （4K）128字節字節80C31CHMOS無無128字節字節8051H MOSROM （8K）256字節字節8031H MOS無無256字節字節片機Introdu課件23幾種單片機封裝形式片機Introdu課件241946: 第一臺電子計算機誕生第一臺電子計算機誕生 單片機仍處在初級的發展階段，元件集成規模還比較小，功能比較簡單，一般均把CPU、RAM有的還包括了一些簡單的I/O口集成到芯片上，象Farichild公司就屬于這一類型，它還需配上外圍的其他處理電路方才構成完整的計算系統

16、。類似的單片機還有Zilog公司的Z80微處理器。 1973: TI公司注冊了世界上第一個單片機專利公司注冊了世界上第一個單片機專利片機Introdu課件25TI 公司推出公司推出 TMS1000單片機單片機TI 公司高速反雷達導航器公司高速反雷達導航器片機Introdu課件26 DALLAS (June 11, 1978) 一種新一種新的單片集成電路電子語音合成器由的單片集成電路電子語音合成器由Texas Instruments 開發開發. 片機Introdu課件271982年以后，16位單片機問世，代表產品是INTEL公司的MCS-96系列，16位單片機比起8位機，數據寬度增加了一倍，實時

17、處理能力更強，主頻更高，集成度達到了12萬只晶體管，RAM增加到了232字節，ROM則達到了8kB，并且有8個中斷源，同時配置了多路的A/D轉換通道，高速的I/O處理單元，適用于更復雜的控制系統。 片機Introdu課件28（4）九十年代以后，單片機獲得了飛速的發展）九十年代以后，單片機獲得了飛速的發展 世界各大半導體公司相繼開發了功能更為強大的單片機。美國Microchip公司發布了一種完全不兼容MCS-51的新一代PICPIC系列單片機系列單片機，引起了業界的廣泛關注，特別它的產品只有33條精簡指令集吸引了不少用戶，使人們從INTEL的111條復雜指令集中走出來。PIC單片機獲得了快速的發

18、展，在業界中占有一席之地。片機Introdu課件29 在工業、農業、軍事、保安、金融、儀器在工業、農業、軍事、保安、金融、儀器儀表、航空航天、醫療、通訊、辦公設備、儀表、航空航天、醫療、通訊、辦公設備、娛樂休閑、健身、體育競賽、服務領域娛樂休閑、健身、體育競賽、服務領域, ,大量大量單片機單片機- -嵌入式嵌入式技術已經無處不在。正技術已經無處不在。正迅速改變著人們傳統的生產和生活方式。迅速改變著人們傳統的生產和生活方式。 請稍微留心一下我們的周圍，看看身邊到請稍微留心一下我們的周圍，看看身邊到底發生了什么變化？底發生了什么變化？1.4 1.4 單片機廣泛應用單片機廣泛應用片機Introdu課

19、件30單片機技術的應用遍布國民經濟與人民生活的各個領域片機Introdu課件31數字式測角儀數字式測角儀交直流電壓電流表交直流電壓電流表位移傳感器位移傳感器單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同類型的傳感器，可實現諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數字電路更加強大。例如精密的測量設備（功率計，示波器，各種分析儀）。 片機Introdu課件32數控車床數控車床數控線切割機床數控線切割機床用單片機可以構成

20、形式多樣的控制系統、數據采集系統。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統，與計算機聯網構成二級控制系統等。 片機Introdu課件331. 智能冰箱 2智能飯煲 3智能食品配料機 可以這樣說，現在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備，五花八門，無所不在。 片機Introdu課件34 現代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數據通信，為在計算機網絡和通信設備間的應用提供了極好的物質條件，現在的通信設備基本上都實現了單片機智能控制。手機電話機程控交換機樓宇自動通信呼叫系統列車無線通信日常工作中

21、隨處可見的移動電話集群移動通信，無線電對講機等。片機Introdu課件35醫用呼吸機各種分析儀監護儀超聲診斷設備病床呼叫系統等等電池分析儀 醫用呼吸機醫用呼吸機麻醉信息管理系統麻醉信息管理系統片機Introdu課件36RSC-300/364應用于玩具狗（特定人/非特定人）RSC-4128應用于語音對話娃娃SC-691應用于語音智能電子書片機Introdu課件37工業控制中智能家用電器、智工業控制中智能家用電器、智能儀器設備、數控機床、自動能儀器設備、數控機床、自動生產線、智能玩具、相關的數生產線、智能玩具、相關的數據采集處理顯示等等。據采集處理顯示等等。日常生活中常見的霓虹燈日常生活中常見的霓

22、虹燈顯示、比賽搶答器、報警顯示、比賽搶答器、報警器、電子時鐘、點陣和液器、電子時鐘、點陣和液晶顯示屏等等。晶顯示屏等等。片機Introdu課件38單片機的發展趨勢單片機的發展趨勢1、低功耗、低功耗CMOS化化nMCS-51系列的8031推出時的功耗達630mW，而現在的單片機普遍都在100mW左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS(互補金屬氧化物半導體工藝)。n象80C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導體工藝)和CHMOS(互補高密度金屬氧化物半導體工藝)。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低

23、功耗的特點，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發展的主要途徑。 片機Introdu課件39單片機的發展趨勢單片機的發展趨勢2、微型單片化、微型單片化n現在常規的單片機普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機存取數據存儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了如A/D轉換器、PMW(脈寬調制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機將LCD(液晶)驅動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。n甚至單片機廠商還可以根據用戶的要求量身定做

24、，制造出具有自己特色的單片機芯片。n現在的產品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機除了功能強和功耗低外，還要求其體積要小。n現在的許多單片機都具有多種封裝形式，其中SMD(表面封裝)越來越受歡迎，使得由單片機構成的系統正朝微型化方向發展。片機Introdu課件40單片機的發展趨勢單片機的發展趨勢3、主流與多品種共存、主流與多品種共存n現在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機占主流，兼容其結構和指令系統的有PHILIPS公司的產品，ATMEL公司的產品和中國臺灣的Winbond系列單片機。所以C8051為核心的單片機占據了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡

25、指令集(RISC)也有著強勁的發展勢頭，中國臺灣的HOLTEK公司近年的單片機產量與日俱增，與其低價質優的優勢，占據一定的市場分額。此外還有MOTOROLA公司的產品，日本幾大公司的專用單片機。在一定的時期內，這種情形將得以延續，將不存在某個單片機一統天下的壟斷局面，走的是依存互補，相輔相成、共同發展的道路。 片機Introdu課件41目前在我國比較流行的機型nMC68HC05/11 系列系列 Motorola n51系列系列 Inteln Philipsn Atmeln WinbondnPIC16Cxx系列系列 MicrochipnZ8系列系列 Zilogn COM87系列系列 NECnH4

26、/H8系列系列 Hitachin片機Introdu課件42表表11 Philips公司公司80C51系列的部分單片微機系列的部分單片微機片機Introdu課件43表表12 ATMEL公司公司89C51系列的部分單片微機系列的部分單片微機 片機Introdu課件44 表表13 華邦公司華邦公司W78C51和和W77C51系列的部分單片微機系列的部分單片微機 片機Introdu課件451.6 嵌入式系統n 把面向測控對象，嵌入到實際應用系統中，把面向測控對象，嵌入到實際應用系統中，實現嵌入式應用的計算機稱之為嵌入式計算機實現嵌入式應用的計算機稱之為嵌入式計算機系統，簡稱嵌入式系統（系統，簡稱嵌入式

27、系統（Embedded SystemEmbedded System）。）。n從總體上說，通用計算機系統主要用于式計算從總體上說，通用計算機系統主要用于式計算機系統主要用于控制領域，兼顧數值計算、信機系統主要用于控制領域，兼顧數值計算、信息處理兼顧控制功能而嵌入數據處理。息處理兼顧控制功能而嵌入數據處理。n在一個綜合系統中會出現通用計算機系統與嵌在一個綜合系統中會出現通用計算機系統與嵌入式計算機系統的結合，各自扮演不同的角色，入式計算機系統的結合，各自扮演不同的角色，共同完成系統任務。共同完成系統任務。片機Introdu課件461.6 單片機與嵌入式系統的關系n嵌入式系統是面向側控對象、嵌入到實

28、際應用系統中嵌入式系統是面向側控對象、嵌入到實際應用系統中的計算機系統的統稱。的計算機系統的統稱。n嵌入式系統通常有嵌入式系統通常有工控機工控機、通用通用CPUCPU模塊模塊、嵌入式微處嵌入式微處理器（理器（Embedded ProcessorEmbedded Processor）和和嵌入式微控制器嵌入式微控制器（Embedded Microcontroller UnitEmbedded Microcontroller Unit。n前兩者是基于通用計算機系統。即將通用計算機系統前兩者是基于通用計算機系統。即將通用計算機系統用于測控對象。用于測控對象。n后兩者是基于芯片形態的計算機系統，其中嵌入

29、式微后兩者是基于芯片形態的計算機系統，其中嵌入式微處理器是在通用處理器是在通用CPUCPU基礎上發展，增加滿足測控對象要基礎上發展，增加滿足測控對象要求的外圍接口電路，用于測控領域。求的外圍接口電路，用于測控領域。n而而嵌入式微控制器嵌入式微控制器則是在嵌入式系統的概念廣泛使用則是在嵌入式系統的概念廣泛使用后，給傳統單片機定位的稱呼。因此說后，給傳統單片機定位的稱呼。因此說單片機是典型單片機是典型的嵌入式系統。的嵌入式系統。片機Introdu課件471.7 學習單片機技術的方法學習單片機技術的方法 硬件準備 計算機：普通計算機一臺。安裝WIN98和WIN2000雙操作系統。編程器：用于對單片機

30、進行編程。（使用S51芯片可以使用下載線）實驗板：用來進行單片機開發設計實踐，能完成的項目較多為好仿真器：進行較復雜設計時用來調試單片機。方便實用，但價高。 軟件準備源程序編輯軟件：記事本、UltraEdit等其它編輯軟件。匯編軟件：INTEL的51匯編器masm51/DOS等。集成開發軟件：偉福軟件WAV6000，Keil C51等。仿真軟件：Debug8051/WIN98， WAV6000。其它工具軟件：參數計算設置軟件、串口調試、PCB設計等軟件。1 1、學習條件和學習環境、學習條件和學習環境片機Introdu課件48 知識準備 C語言（或其它基礎語言）：打好編程基礎。電子技術：特別是數字電子技術，是必備的電路基礎。微機原理：對計算機基礎知識有較好的準備。 初學者推薦的軟件硬件準備計算機一臺：無特殊要求，可選用經濟型電腦。能上網最佳。開發實驗板一塊：學校統一提供，可完成多個實用課題。ISP下