单片机控制系统.ppt

测量与机电控制核心课程,单片机控制系统,（1）单片机概述及主要结构,测量与机电控制核心课程,本章知识点,1、单片机的特点及分类2、单片机的组成部分及主要结构3、51单片机的引脚功能,测量与机电控制核心课程,单片机发展历程,1947年 贝尔实验室William Shockley 博士和另外两位物理学家发明晶体管（1956年获诺贝尔奖，20世纪最伟大的发明之一）后来8人在硅谷成立“肖克利半导体实验室”（“8人帮”）8人不满Shockley的老大作风，诺宜斯领头，一齐离开，在Fairchild的资助下，成立仙童半导体公司（纽约）。不久，诺宜斯发明集成电路技术，仙童半导体平步青云。（1967年，营业额196000000）,测量与机电控制核心课程,单片机发展历程（续）,1967年，史波克与罗蒙离开仙童，创立国民半导体（National Simeconductor）公司；1968年，桑德斯（行销经理）离职，创立超微半导体（AMD）公司。1968年，诺宜斯、摩尔、葛洛夫离开，创立英特尔（Intel）（Integrated Electronics）1965年，摩尔定律：集成电路上可容纳的零件数量每18个月增长一倍，性能提升一倍。40年来验证了。1969年，日本一家计算机公司Busicom找上门，希望为他们程序化的计算机开发几颗特制芯片，意外促成为微处理器的诞生。,测量与机电控制核心课程,单片机发展历程（续）,1971年，举世第一颗4位微处理器诞生。费根，Intel 4004。同时诞生的有4001（RAM）4002（ROM）4003（REGISTER）EPROM1972年，费根，8008微处理器诞生；1974年，费根，8080诞生；1975年，Altair公司用8080设计出第一台微电脑：Altair。盖茨为8080编了BASIC编译程序。后来发展为微软公司。费根团队中，安则曼，“如果将微处理器与EPROM结合”,测量与机电控制核心课程,单片机发展历程（续）,1976年，INTEL推出8748，世界上第一颗可程序化的微电脑控制器。同时诞生8085。后来，8048，8031，8051，8751，89C51后来，费根离开INTEL，创立ZILOG，推出Z8，Z80（8085的改良版），Z8000（16位）Z80与INTEL8085并驾齐驱后来，艾克森企业派人接管ZILOG，外行，慢慢消亡。1978年，INTEL8086诞生，1979年8088，性能稍低。1982年，802861985年，803861989年，804861992年，Pentium.,测量与机电控制核心课程,单片机发展历程（续）,DSP，ARMMotorola，ZILOG，IBM，康柏，苹果竞争风起云涌现在：INTEL，WINBOND，MICROCHIP ATMEL,NEC，PHILIPS，TI.更多的故事在上演,测量与机电控制核心课程,单片机发展历程（续）,INTEL 公司单片机有MCS-48、MCS-51、MCS-96三大系列；1976年推出8位MCS-48系列中的8748/8048/8035，改进型8749/8049/8039（RAM和ROM扩大一倍）；继续改进型8750/8050/8040（RAM和ROM再扩大一倍）；1980年推出了高档8位MCS-51系列中的8751/8051/8031,不久也推出了改进型的8752/8052/8032，应用日益扩大；,测量与机电控制核心课程,1.1 单片机概述,一、微处理器（Microprocessor，简称：P）组成：小型计算机或微型计算机的控制和处理部分(CPU)发展历史：问世于70年代，历经了4、8、16、32、64位不断升级的发展过程,二、微机（Microcomputer,简称：C)是具有完整运算与控制功能的计算机组成：中央处理单元（CPU)、存储器、I/O接口电路及I/O设备,1.1.1 什么是单片机,测量与机电控制核心课程,1.1 单片机概述,三、单片机（SCM）(MCU)即单片微型计算机Singl Chip Microcomputer组成：P、RAM、ROM以及I/O口、定时器/计数器、AD/DA等集成在一块芯片上，具有一台计算机的功能又称：嵌入式微控制器,1.1.1 什么是单片机,测量与机电控制核心课程,1.1.2 单片机的发展,发展历程：4位、8位、16位,1.1 单片机概述,自单片机诞生以来的近30年中，单片机已有70多个系列的近500 个机种。国际上较有名、影响较大的公司及他们的产品：Intel公司的MCS48、MCS51、MCS96系列；Motorola公司的6801、6802、6803、6805、68HCll系列产品；Zilog公司的Z8、Super8系列产品；Fairchild（仙童）公司和Mostek公司的F8、3870系列产品；NEC公司的COM87系列产品；Rockwell公司的6500、6501系列产品。PHILIPS、LG等公司的51兼容机。,测量与机电控制核心课程,1.1.3 单片机的特点,1、集成度高、抗干扰能力较强、有较高的可靠性。2、体积小、重量轻、功耗小，易于产品化；3、控制功能强、运算速度快；4、硬件通用化、应用灵活化，单片机的系统扩展、系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。5、应用系统的研制周期短。6、价格便宜。,1.1 单片机概述,测量与机电控制核心课程,1.1.3 单片机的种类,70多个系列、500个机种1、Intel MCS-48 MCS-51 MCS-962、Motorla 6801 6802 68033、Zilog super84、Fairchild F8 38705、Microchip PIC16xx,1.1 单片机概述,测量与机电控制核心课程,Intel单片机按功能可分8种类型,1、基本型(51子系列）8031（无片内ROM）8051（4KROM)8751(片内4KRAM);2、增大片内存储容量（52子系列）片内存储容量扩大一倍，定时器为3个、中断源6个；3、低功耗基本型：80C51/87C51/80C31，有三种功耗控制方式；4、A/D型 83C51GA、80C51GA/87C51GA带有8路8位A/D，半双工同步串行接口；,1.1 单片机概述,测量与机电控制核心课程,5、DMA型 83C452，它有两个DMA通道；6、多并行接口型83C451，增加2个8位的准双向口P4/P5和一个内部具有上拉电阻的8位双向口；7、可编程计数阵列型83C51FA，它有5个比较/捕捉模块、16位高速输出、8位脉冲宽度调制等功能；8、高级语言型 8052AH 片内固化有BASIC52解释程序。,测量与机电控制核心课程,1.1.4 单片机的应用领域,1、工业自动化（过程控制、数据采集和测控、机器人技术、机电一体化产品）；2、仪器仪表（测试仪表和医疗仪器-数字化、智能化、高精度、小体积、低成本、便于增加显示报警和自诊断功能）；3、家用电器（冰箱、洗衣机、空调机、微波炉、电视机、音像设备等）；4、商业营销（电子秤、收款机、条形码识别、报警系统等）；5、信息和通信产品（打印机、磁盘驱动器；传真机、复印机、考勤机）；6、军事方面（导弹导航系统等）。,1.1 单片机概述,测量与机电控制核心课程,1.1.5 单片机的发展趋势,1、CPU的改进采用双CPU：Rockwell 公司的 R6500/21;增加数据总线宽度：NEC公司的PD7800（16位）；采用流水线结构：TMS公司的TMS320，指令以队列形式出现在CPU中，从而有很高的运算速度；串行总线结构：菲利浦公司的MAB8420采用I2C总线和DDB总线。2、存储器的发展增大存储容量、片内EPROM开始 EEPROM化、编程保密化等。3、多功能4、低电压、低功耗,测量与机电控制核心课程,1.1.6 单片机产品的分级,民用级产品主要是用于机房、办公环境，其工作环境温度为070；军用级产品工作环境有求较高，其工作环境温度要求在-65+125；工业级产品工作环境在-4085，生产流程控制：1、采用密封式封装；2、在规定的温度范围内进行电气特性测试；3、产品经过125 温度下44小时老化；4、老化后100%进行电气特性测试及最终质量检查。,测量与机电控制核心课程,中央处理器程序存储器数据存储器定时/计数器并行接口串行接口中断系统,1.2.1 单片机的组成,数据总线（Data Bus）地址总线（Address Bus）控制总线（Control Bus）,1.2 单片机的硬件结构,测量与机电控制核心课程,测量与机电控制核心课程,测量与机电控制核心课程,1、中央处理器(CPU)：CPU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。,（1）算术逻辑部件ALU（Arithmetic Logic Unit）ALU是一个运算器，进行四则运算、逻辑运算，还具有数据传送、移位、判断和程序转移等功能。（2）定时控制部件 定时控制部件起着控制器作用，由定时控制逻辑、指令寄存器IR和振荡器OSC（Oscillator）等电路组成。指令寄存器IR用于存放从程序存储器中取出的指令码，定时控制逻辑用于在OSC配合下产生指令的时序脉冲，以执行相应的指令。（3）专用寄存器组,1.2.1 单片机的组成,测量与机电控制核心课程,2、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，运算的中间结果等。SRAM/DRAM/iRAM。掉电后数据消失。,1.2.1 单片机的组成,8051有4K的8位掩膜ROM，存放用户程序，原始数据或表格。EPROM、EEPROM,3、程序存储器(ROM)：,测量与机电控制核心课程,4、定时/计数器(Timer/Counter）：8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数,并产生中断用于控制程序转向。,1.2.1 单片机的组成,5、并行输入输出(I/O)口：8051共有4组8位并行I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。,6、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，也可以当同步移位寄存器使用。,测量与机电控制核心课程,1.2.1 单片机的组成,7、中断系统：8051具有相对完善的中断功能，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。,8、时钟电路：8051内置频率12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡器和振荡电容。,测量与机电控制核心课程,测量与机电控制核心课程,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，80C31、80C51除DIP封装外，还有44引脚的方形（QFP）封装形式（4个NC）。40个引脚分类如下：电源引脚：VCC、VSS；输入/输出引脚：P0、P1、P2、P3各8根；时钟电路引脚：XTAL1、XTAL2；控制引脚：RST、EA、ALE、PSEN。,1.3 MCS-51的引脚说明,测量与机电控制核心课程,测量与机电控制核心课程,测量与机电控制核心课程,Pin20：VSS，接地脚。,Pin40：VCC，正电源脚，正常工作或对片内EPROM烧写程序时，接+5V电源。,2、输入输出(I/O)引脚：Pin39-Pin32：P0.0-P0.7输入输出脚，当作为通用I/O口使用时,是漏极开路型的准双向I/O口，数据/地址（低8位）复用总线；Pin1-Pin8：P1.0-P1.7输入输出脚，准双向I/O口；Pin21-Pin28：P2.0-P2.7输入输出脚；准双向I/O口，地址高8位；Pin10-Pin17：P3.0-P3.7输入输出脚。准双向I/O口。,1.3 MCS-51的引脚说明,1、电源引脚：,测量与机电控制核心课程,P3口具有第二功能：P3.0串行输入端、P3.1串行输出端、P3.2、P3.3外部中断输入端、P3.4、P3.5外部计数脉冲输入端、P3.6外部RAM写信号，P3.7外部RAM读信号。注意：对于8031的应用系统来说，P0口和P2口仅用作外部ROM、RAM和I/O电路的扩展接口，它们相当于总线口。所以，它们不能直接用作输出口来外接I/O设备。,1.3 MCS-51的引脚说明,测量与机电控制核心课程,Pin19：时钟XTAL1脚，片内振荡电路反相器的输入端。,Pin18：时钟XTAL2脚，片内振荡电路的反相器输出端。8051的时钟有两种方式：片内时钟振荡方式，需在18和19脚外接石英晶体(2-12MHz)和振荡电容，（10p-30p）；外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入。,1.3 MCS-51的引脚说明,3、时钟电路引脚：,测量与机电控制核心课程,Pin9：RST/V PD 复位信号复用脚 当8051通电，时钟电路开始工作，如果在RST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，堆栈指针SP写入07H，其它专用寄存器被清“0”。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，RST由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。,1.3 MCS-51的引脚说明,4、控制引脚：,测量与机电控制核心课程,8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位。RST/V PD 还可作为复用引脚，在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。,1.3 MCS-51的引脚说明,测量与机电控制核心课程,Pin30：ALE/PROG 地址锁存信号 在访问片外存储器时，P0口输出低8位地址，由控制信号ALE将其锁存到片外地址锁存器（如373）中，即锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出，每次有效对应一次读指令操作。具有第二功能，单片机在对EPROM编程固化时，该引脚将用于输入编程脉冲。,1.3 MCS-51的引脚说明,测量与机电控制核心课程,Pin29：PSEN,片外程序存储器读选通信号 当访问外部程序存储器时，此引脚输出负脉冲选通信号，16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。Pin31：EA/VPP，程序存储器的内外部选通线。8051和8751单片机，内置有4KB的程序存储器，当EA=1（高电平）并且程序地址小于4KB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4KB地址则读取外部指令数据。如EA=0（低电平），则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。显然，对内部无程序存储器的8031，EA端必须接地。在编程时，EA/VPP 脚还需加上21V的编程电压。,1.3 MCS-51的引脚说明,测量与机电控制核心课程,Thank You!,