单片机原理与接口技术(第3版)-第1章概述.ppt.ppt

1、1,21:45,单片机原理与接口技术,第1章 概 述,2,21:45,本章教学要求,(1)了解单片机与微型计算机的区别。(2)熟悉单片机的结构组成。(3)了解单片机的特点与指标。(4)了解单片机的发展历史、常用产品及应用领域。(5)了解单片机基本应用系统的组成。,3,21:45,本 章 目 录,1.1 单片机的结构组成、特点和指标1.1.1 微型计算机的基本结构1.1.2 单片机的基本结构1.1.3 单片机的特点1.1.4 单片机的重要指标1.2 单片机的发展历史和产品类型1.2.1 单片机的发展历史,1.2.2 单片机的产品类型1.2.3 80C51系列单片机1.2.4 其他系列单片机1.3

2、 单片机的应用1.3.1 单片机应用领域1.3.2 单片机应用举例1.4 单片机技术相关网站习题与思考题,4,21:45,1.1 单片机的结构组成、特点和指标,微处理器-把运算器与控制器封装在一小块芯片上，称该芯片为微处理器，也称为中央处理器（CPU）。微型计算机-微处理器与存储器、输入/输出接口电路在印制电路板上用总线连接起来，再配以适当的输入/输出设备（如磁盘存储器、键盘和显示器等），就构成了微型计算机。,5,21:45,1.1 单片机的结构组成、特点和指标,单片机-在一块芯片上，集成一台微型计算机的运算器、控制器、存储器、输入/输出接口四个基本组成部分，则这种芯片称为单片微型计算机，简称

3、单片机。单片机系统-以单片机为核心的系统称为单片机系统。,6,21:45,1.1.1 微型计算机基本结构,7,21:45,它由控制器、运算器、存储器、输入/输出接口电路、输入设备和输出设备几部分组成，它们之间由总线连接进行信息传输。控制器和运算器综合起来称中央处理器（CPU），也称为微处理器。,1.1.1 微型计算机基本结构,8,21:45,控制器是计算机的控制核心，它负责从内部存储器中,1.1.1 微型计算机基本结构,取出指令并对指令进行分析、根据指令发出控制信号，指挥输入、输出、运算器、存储器等功能部件协调工作。,-控制器,9,21:45,运算器（Aithmctieal Logic Uni

4、t，ALU）,1.1.1 微型计算机基本结构,运算器又称算术逻辑部件，主要完成算术运算和逻辑运算。,-运算器,10,21:45,存储器用于存储程序和数据。存储器根据其位置不同可分为两类：内部存储器和外部存储器。,1.1.1 微型计算机基本结构,内部存储器(简称内存)和CPU直接相连，存放当前要运行的程序和数据，故称主存储器(简称主存)。外部存储器(简称外存)，主要用于保存暂时不用但又需长时间保留的数据和程序。存放在外存的程序必须调入内存才能运行。,-存储器,11,21:45,输入/输出接口又称I/O接口，是CPU与外设之间相连的逻辑电路，外设必须通过接口才能和CPU相连。,1.1.1 微型计算

5、机基本结构,-I/O接口,12,21:45,输入和输出设备如：键盘、鼠标、显示器、打印机等。用于完成和计算机进行信息交流的输入和输出操作。,1.1.1 微型计算机基本结构,-输入和输出设备,13,21:45,总线是控制器、运算器、存储器、I/O接口之间相连的一组线。,1.1.1 微型计算机基本结构,数据总线 Data Bus，DB地址总线 Address Bus，AB控制总线 Control Bus，CB,-总线,14,21:45,1.1.2 单片机的基本结构,15,21:45,1.1.2 单片机的基本结构,中央处理器 程序存储器 数据存储器 并行输入/输出端口 串行输入/输出端口 定时/计数

6、器 系统时钟,16,21:45,1.1.2 单片机的基本结构,现代的单片机又加入了许多新的功能部件，如：模拟/数字转换器（ADC）数字/模拟转换器（DAC）温度传感器液晶驱动电路电压监控“看门狗”电路低压检测电路,17,21:45,1.1.3 单片机的特点,存储器ROM和RAM严格分工采用面向控制的指令系统输入/输出端口引脚具有复用功能品种规格的系列化硬件功能具有广泛的通用性,18,21:45,1.1.4 单片机的几个重要指标,位数存储器I/O口速度工作电压功耗温度,19,21:45,1.2 单片机的发展历史和产品类型,1.2.1 单片机的发展历史,1976年，Intel公司首先推出了MCS-

7、48系列的单片微型计算机。单片机的发展历史大致可分为三个阶段。,第一阶段（19761978年）：以Intel公司的MCS-48系列为代表，此单片微型计算机具有8位CPU、并行I/O端口、8位时序同步计数器，寻址范围不大于4KB，但没有串口。,20,21:45,1.2.1 单片机的发展历史,第二阶段（19781982年）：高性能单片微型计算机阶段，如Intel公司的MCS-51系列、Motorola公司的6801和Zilog公司的Z-8等。该类单片微型计算机具有串口、多级中断处理系统和16位时序同步计数器，RAM、ROM容量加大，寻址范围可达64KB，有的芯片还有A/D转换接口。第三阶段（198

8、2至今）：8位单片微型计算机改良型及16与32位单片微型计算机阶段，如Intel公司的16位单片机MCS-96系列，32位单片机ARM系列。,21,21:45,Intel公司开发的MCS-51系列单片机，其代表芯片包括8051/8751/8031和增强型8052/8752/8032，随后几年又相继推出了80C51/87C51/80C31和80C52/87C52/80C32，这些统称为51系列单片机。到目前为止，世界各地厂商研制出大约50个系列、300多个各具特色的单片机产品。尽管目前单片机的品种繁多，但其中最具典型性的仍当属Intel公司的MCS-51系列单片机和以51技术为内核的众多派生单片

9、机产品，目前市场上流行并占据主导地位的仍是51内核及其兼容单片机。,1.2.1 单片机的发展历史,22,21:45,1.2.2 单片机的产品类型,80C51系列单片机产品,80C51系列单片机产品繁多，是单片机应用的主流产品。以Intel公司的80C51系列产品为主，兼容产品主要有：Atmel公司的AT89系列；宏晶公司的STC89系列；SST公司的SST89系列；Siemens公司的C500系列；ADI公司的ADC8xx系列；LG公司的GMS90/97系列；Maxim公司的DS89C420系列；Cygnal公司的C8051F系列；Philips公司的80C51、80C552系列；Winbon

10、d（台湾华邦）的W78C51、W77C51系列。,23,21:45,1.2.2 单片机的产品类型,非80C51结构的单片机产品,近年来推出的非80C51系列的主要产品有：Intel的MCS-96系列；Microchip的PIC系列；德州仪器的TMS370和MSP430F系列；美国国家半导体公司NSCOP8系列；Atmel公司的AT90系列；Ubicom公司的Scenix系列；Zilog公司的Z86系列；台湾义隆电子的EM78系列。以及Motorola、ARM、NEC、EPSON、东芝、三星、富士通等单片机。,24,21:45,1.2.3 80C51系列单片机,MCS-51系列,MCS-51是I

11、ntel公司生产的单片机系列名称。属于这一系列的单片机有：HMOS工艺（高速高密度）芯片：8051/8751/8031/8052/8752/8032CHMOS工艺（低功耗高速高密度）芯片：80C51/87C51/80C31/80C52/87C52/80C32,80C51系列,80C51是MCS-51系列中CHMOS工艺的一个典型品种，其它厂商以8051为基核开发出的CMOS工艺单片机产品统称为80C51系列。当前常用的80C51系列单片机产品种类繁多，性能各异，各有所长。,25,21:45,1.2.3 80C51系列单片机,Intel公司的MCS-51系列单片机,MCS-51系列单片机是Int

12、el公司生产的功能较强、价格较低，较早应用的单片机，目前仍被广泛应用。,Philips公司的80C51系列单片机,Philips的80C51性能改善表现在：高速I/O口、A/D转换器、PWM(脉宽调制)、WDT、复位电路等增强功能，并在低电压、微功耗、掉电检测、扩展串行总线(I2C)和控制网络总线(CAN)等功能。在同一时钟频率下，Philips的80C51的运行速度是8051的6倍，应用编程IAP和在线编程ICP功能允许用户EPROM实现简单的串行代码编程，使得程序存储器可用于非易失性数据的存储，芯片仅有8个引脚。,26,21:45,1.2.3 80C51系列单片机,Atmel公司的AT89

13、系列单片机,AT89系列兼容C51的单片机，将Flash EEPROM与80C51内核结合起来，采用C51的总体结构和指令系统。在我国单片机应用产品中被大量使用。,宏晶公司的STC89系列单片机,STC89系列单片机是以8051为内核派生出的一款成本低、高性能单片机，增加了大量的新功能。支持ISP在系统编程及IAP在应用编程技术，可实现停电后保存数据的功能。速度比传统的8051快812倍，带ADC，4路PWM，双串口，有全球唯一ID号，加密性好，抗干扰强。,27,21:45,1.2.3 80C51系列单片机,SST公司的SST89系列单片机,SST89系列单片机以51为内核，与MCS-51系列

14、单片机完全兼容。,Siemens公司的C500系列单片机,C500系列单片机，与C51指令兼容，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。,Winbond公司的W78/W77系列单片机,W78系列与标准的8051兼容，W77系列为增强型51系列，对8051的时序作了改进，在同样时钟频率下，速度提高2.5倍。,28,21:45,1.2.4 其他系列单片机,德州仪器TMS370系列8位机，具有多种存储模式、多种外围接口模式，适用于复杂的实时控制场合。德州仪器MSP430系列16位低功耗单片机，特别适用于三表（电表、水表、燃气

15、表）等超低功耗场合。Microchip的PIC系列8位单片机，速度快，价格低，适于用量大、档次低、价格敏感的产品。Motorola单片机的特点是噪声低、抗干扰能力强，比较适合于工控领域及恶劣的环境。,29,21:45,1.2.4 其他系列单片机,AVR单片机为高速、低功耗产品。端口有较强的负载能力，可以直接驱动LED。支持ISP、IAP，I/O口驱动能力较强。Epson单片机特点是LCD驱动部分性能较好，低电压、低功耗。Scenix单片机特点是双时钟设置，指令运行速度较快，具有虚拟外设功能，柔性化I/O端口，所有的I/O端口都可单独编程设定。Zilog公司的Z8单片机采用多累加器结构，有较强的

16、中断处理能力。,30,21:45,1.2.4 其他系列单片机,National的COP8单片机片内置16位A/D，采用抗电磁干扰EMI电路，在看门狗电路及单片机的唤醒方式上都有独到之处，程序加密控制功能也比较好。台湾义隆电子的EM78系列单片机与PIC 8位单片机兼容，且相兼容产品的资源相对比PIC的多，价格便宜，有很多系列可选，但抗干扰较差。台湾盛扬的HOLTEK单片机种类较多，但抗干扰较差，价格便宜，适用于消费类产品。台湾松翰的SONIX单片机与PIC 8位单片机兼容，价格便宜，抗干扰性能较好。但RAM空间过小。,31,21:45,1.3.1 单片机应用领域智能化产品智能化仪表智能化测控系统智能化接口,1.3 单片机的应用,32,21:45,1.3.2 单片机应用举例,水塔水位的控制原理 当水位上升达到上限时，B、C棒与A棒导电，从而与+5V电源连通。b、c两端均呈高电平状态，这时应使电机和水泵停止工作，不再给水塔供水。当水位降到下限以下时，B、C棒不与A棒导电，从而断开与+5 V电源的连通。b、c两端均呈低电平状态。这时应启动电机，带动水泵工作给水塔供水。,当水位处于上下限之间时