单片机课程绪论.ppt
单片机接口与技术,2023/3/22,2,课程说明：,学时：48(理论)+16(实验)成绩：平时成绩10%（考勤+5次作业）实验成绩20%（5个实验项目）小测试10%期末考试成绩60%,2023/3/22,3,第1章 绪论,电子计算机概述,1.1,单片机的发展过程及产品近况,1.2,单片机的特点及应用领域,1.3,单片机应用系统开发过程,1.4,Vision 集成开发环境简介,1.5,2023/3/22,4,1.1 电子计算机概述,1.1.1 电子计算机的经典结构,1946年2月15日，第一台电子数字计算机问世。,标志着计算机时代的到来，对人类的生产和生活方式产生了巨大的影响。,ENIAC,2023/3/22,5,冯诺依曼提出“程序存储”和“二进制运算”的思想，构建了计算机经典结构：,2023/3/22,6,微处理器,+存储器,+I/O接口,=微型计算机,微型计算机,2023/3/22,7,问：单片机是什么?,1、单片机是微型计算机的一种（一个分支）。,微型计算机,2023/3/22,8,它是一块芯片，故为“单片”，又有计算机的基本功能，故为“单片机”。全称：单片微型计算机（微控制器MCU：Micro controller Unit微电脑),2、单片机的结构,2023/3/22,9,很多同学一定打开主机箱看过。主机箱里除了硬盘和电源部份外，最主要的是一块主机板。那上面有中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、定时器/计数器能各种输入、输出接口（I/O接口）及地址、信号、控制线等。,2023/3/22,10,而单片机，实验上是将微型计算机主机板上的这几个基本元件高密度地集成在一块芯片上，它具有微型计算机的主要的基本功能。我们说单片机是“机”，实际上已经不是什么“机”了，它只是一块芯片，故称“单片”，又因为它由微机“浓缩”而成（浓缩了的是“精华”），且具有微机的功能，故称为“单片机”如果考虑单片机的用途主要用于在线实时系统，它在所有的控制电路中起着核心控制作用，所以称它为“微控制器”更恰当些，或者说单片机才是名符其实的“微电脑”。,2023/3/22,11,3、微型计算机的应用形态 从应用形态上，微机可以分成三种：,多板机（系统机）将CPU、存储器、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）。各种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、软/硬盘驱动器及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（简称系统机）。工业PC机 也属于多板机。,2023/3/22,12,这种计算机系统通常由多块印刷电路板制成：,2023/3/22,13,单板机 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）。,早期的单板机,当代的单板机,CPU,存储器,I/O接口,CPU,存储器,I/O接口,I/O接口,2023/3/22,14,CPU,CPU芯片,内存条,存储器接口,存储器芯片,输入输出接口,输入输出接口芯片,定时计数器芯片,A/D、D/A芯片,单板机,印 刷 电 路 板,2023/3/22,15,单板机的I/O设备简单，软件资源少，使用不方便。早期主要用于微型计算机原理的教学及简单的测控系统，现在已很少使用。,2023/3/22,16,单片机 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机。,2023/3/22,17,单片机,单片机,单片机,内含：CPU存储器I/O接口,2023/3/22,18,单 硅 晶 片,CPU,存储器,控制电路,定时器,时钟电路,I/O口,单片机,2023/3/22,19,2023/3/22,20,2023/3/22,21,三种应用形态的比较：,单板机,单片机,系统机（多板机）,2023/3/22,22,系统机（桌面应用）属于通用计算机，主要用于数据处理、办公自动化及辅助设计。,单片机（嵌入式应用）属于专用计算机，主要用于智能仪表及传感器、智能家电、智能办公设备、汽车及军事电子设备等系统。,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。,系统机与单片机比较,2023/3/22,23,1.2 单片机的发展过程及产品近况,1.2.1 单片机的发展过程,1、1971年.Intel公司 8004 4位机 试验阶段,在单片机的发展历史中，Intel公司代表了时代渐流，当前MCS-51是主流主品，因此，我们的课程以MCS-51为基本内容，举一反三、触类旁通，其他的单片机也基本了解了。,2023/3/22,24,单片机技术发展过程可分为三个主要阶段：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。,2023/3/22,25,性能完善提高阶段 1980年，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。,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。,2023/3/22,26,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。,2023/3/22,27,一、单片机的发展趋势：,CPU的发展：准16位（外部总线8位，内部总线16位）提高字长：81632位 频率：6MHZ12MHZ20MHZ,1.2.2 单片机的发展趋势和产品近况,提高数据处理能力，8位机中算逻部件（ALV）用16位,双CPU,2023/3/22,28,2、片内存储器的发展。、扩大存储器容量ROM：1KB2KB4KB8KB RAM：64B128B256B,、片内EPROM开始E2PROM化 EPROM可擦试只读存储器（高压编程，紫外线擦除）E2PROM电擦除可编程只读存储器（常压读写，断电保护）,、片内程序的保密措施（加锁技术）,2023/3/22,29,3、加强片内I/O接口功能：把很多经前的外围设备的电路，通过高集成技术“集成”到单片机芯片上去，从而提高了单片机的功能，简化了系统的总体结构。,2023/3/22,30,工艺上的提高：、制造工艺：PMOSNMOSHMOSCMOSCHMOS、扩展工作电源：4.5V5.5V46.5V、增加引脚,改进封装,5、片内ROM中固化应用软件和系统软件,2023/3/22,31,6、单片机硬件系统的三个层次：,、单片机系统当单片机内的计算机外围功能单元（除CPU外的ROM，RAM，I/O口，定/计等）不能满足对象要求，而通过系统扩展，在外部并行总线上扩展相应的计算机外围功能单元后所形成的系统。单片机扩展的外围功能单元都属于CPU的外围器件，故称之为单片机系统（能完成计算机的主要功能）,、单片机单片机芯片本身,2023/3/22,32,、单片机应用系统通过系统配置，给单片机系统按控制对象、环境要求，配置相应的外部接口电路，如数据采集的传感器接口，控制系统的伺服驱动接口单元及满足人、机对话，多机通讯接口后就构成了能满足对象全部要求的单片机硬件环境，这就是单片机应用系统，实际上它就是具有某一具体功能的电器产品。,2023/3/22,33,单片机、单片机系统及单片机应用系统是单片机硬件系统的三个层次。系统扩展是构成单片机系统的手段。系统配置是构成单片机应用系统的手段。但在实际应用中，由于环境、对象的不同，这三个层次的区分有时并不明显。,2023/3/22,34,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公司的C8051F系列高速SOC单片机。,80C51系列单片机产品繁多，主流地位已经形成，近年来推出的与80C51兼容的主要产品有：,二、单片机产品近况,2023/3/22,35,非80C51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80C51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。,2023/3/22,36,特点(优点)：集成度高、体积小、功能强、价格低、速度快、功耗低、使用方便、性能稳定、抗干扰能力强（可靠性高）、控制性能好、可编程,1.3 单片机的特点及应用领域,1.3.1 单片机的特点,单片机温度适应范围：民用级：0 70 工业级：-40+80 军用级：-65+125,2023/3/22,37,最主要的特点：可编程逐步取代模拟控制（不可编程）单片机控制电路：一机多用（改变程序，可不改变硬件）模拟(数字)控制电路：一机一用（改变功能必须改变硬件）,2023/3/22,38,功能：实时在线控制功能离线控制利用计算机实现对控制系统的分析、设计、仿真、建模等工作，也可由控制系统辅助设计CAD。（常用微机、小型机）,1.3.2 单片机的应用领域,在线控制以计算机代替常规的模拟数字电路，使其成为控制系统电路中的一部份，能及时分析、处理、控制系统的工作（非单片机莫属）。,2023/3/22,39,智能仪器仪表,单片机用于各种仪器仪表，一方面提高了仪器仪表的使用功能和精度，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表的硬件结构，从而可以方便地完成仪器仪表产品的升级换代。如各种智能电气测量仪表、智能传感器等。,2023/3/22,40,机电一体化产品,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。,2023/3/22,41,实时工业控制,单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应用如电机转速控制、温度控制、自动生产线等。,2023/3/22,42,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。,2023/3/22,43,家用电器,家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广阔。如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等。,另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子等。,2023/3/22,44,1.4 单片机应用系统开发简介,1.4.1 单片机应用系统的开发 正确无误的硬件设计和良好的软件功能设计是一个实用的单片机应用系统的设计目标。完成这一目标的过程称为单片机应用系统的开发。,单片机作为一片集成了微型计算机基本部件的集成电路芯片，与通用微机相比，它自身没有开发功能，必须借助开发机（一种特殊的计算机系统）来完成如下任务：排除应用系统的硬件故障和软件错误；程序固化到内部或外部程序存储器芯片中。,2023/3/22,45,指令的表示形式 指令是让单片机执行某种操作的命令，按一定的顺序以二进制码的形式存放于程序存储器。如：,04H:累加器A的内容加1，难记！,0000 0100B,04H,INC A，记忆容易。称为符号指令。,2023/3/22,46,汇编或编译，将符号指令转换成机器码的过程称为汇编。常用的汇编方法有三种：,手工汇编 驻留汇编（利用开发机的驻留汇编程序）交叉汇编（利用普通的PC机）,现在还常采用高级语言（如C51）进行单片机应用程序的设计。,2023/3/22,47,1.4.2 开发过程,电路板制作,使用Protel99SE软件设计,制版、安装器件、焊接,2023/3/22,48,目标文件生成,利用Vision生成目标文件,仿真：软件仿真、硬件仿真,软件界面,硬件仿真器,2023/3/22,49,目标程序烧写,利用编程器,编程器,1.4.3 单片机开发技术的进展,在系统编程技术,单片机可以先焊在电路板上。如：AT89S52,在应用编程技术,具有ISP及IAP能力。如：SST89E58,2023/3/22,50,1.5 Vision集成开发环境简介,1.5.1 Vision的界面,2023/3/22,51,1.5.2 目标程序的生成,建立工程、配置工程、编译工程,2023/3/22,52,1.5.3 仿真调试,软件模拟-用于算法模拟,硬件仿真-用于硬件调试,调试步骤：,Debug菜单，单击Start/Stop Debug Session 选择Debug菜单的Run或Step等命令 观察存储器、寄存器、片内外设等状态,*灵活利用虚拟串口与单片机串口交互信息,2023/3/22,53,1.5.4 示例步骤,建立文件夹lx1 编辑以下文件，lx1.asm存盘 ORG 0000H MAIN:MOV A,#0FEH;LOOP:MOV P2,A AJMP LOOP END 建立工程，以lx1存盘（工程扩展名自动添加）在project菜单，单击Options for Target Target 1 设置器件、晶振频率，选EXE选项和Simulator选项 单击Rebuild all Target files完成汇编，然后调试。,Thank You!,
