单片机原理及应用课件第1章 概述
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单片机原理及应用(课件)
输出接口
实现单片机向外部设备输出信号的功能。
输入输出接口的扩展
通过I/O口的扩展，可以实现更多设备的控 和信号的采集。
03 单片机编程语言与开发环 境
单片机编程语言概述
单片机编程语言分类
根据单片机的特性和应用需求，单片机编程语言可分为机器语言、汇 编语言和高级语言。
机器语言
机器语言是直接用二进制代码编写的语言，是单片机能够直接识别的 唯一语言。
物联网时代单片机的应用前景
1 2
智能感知
单片机作为物联网感知层的重要组件，能够实现 各种传感器数据的采集和处理，为上层应用提供 可靠的数据支持。
无线通信
单片机集成无线通信模块，可以实现远程数据传 输和控制，为物联网应用提供了便利的通信手段。
3
边缘计算
单片机具备强大的计算能力，可以实现边缘计算 功能，减轻云端负担，提高数据处理速度和实时 性。
汇编语言
汇编语言是一种低级语言，使用助记符表示指令，易于理解和记忆。
高级语言
高级语言是一种更接近自然语言的编程语言，如C、C等，具有更高 的编程效率和可移植性。
C语言在单片机开发中的应用
C语言的优势
C语言具有高效、可移植性强、易于维护等优点，适合用于单片 机开发。
C语言的移植性
由于C语言是一种高级语言，其代码可以在不同的单片机平台上 进行移植，提高了代码的可重用性。
按键输入是单片机应用中常 见的输入方式之一，通过按 键可以实现对单片机程序的
触发和控制。
具体实现方法：将按键的一 端连接到单片机的I/O端口，
另一端接地。当按键被按下 时，I/O端口会收到一个低电
平信号，单片机程序通过检 测这个信号的变化可以判断
《单片机原理及应用》教学课件 第1章-如何学习单片机
家用电器：广泛应用于电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、 其他音响视频器材，再到电子秤量设备等。
网络和通信：现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与 计算机进行数据通信。这为设备之间通信的实现和计算机网络的 广泛使用提供了极好的物质条件。广泛应用于 机、小型程控交 换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信，移动 、集群移 动通信、无线电对讲机等，及各种需要进行通信的设备中。
汇编语言
汇编语言是一种用于电子计算机、微 处理器、微控制器或其他可编程器件的低 级语言。在汇编语言中，用助记符代替机 器指令的操作码，用地址符号或标号代替 指令或操作数的地址。汇编语言的学习可 以对深刻理解和熟练运用单片机有重要的 帮助。
C 语言
C 语言知识并不难，没有任何编程基 础的人都可以学。C 语言重点需要掌握的 知识就3个条件判断语句、3个循环语句、 3个跳转语句和1个开关语句。学习时要一 条语句一条语句的学，学一条活用一条， 全部学过用过这些关键语句后，相信你的C 基础建立了。
8
医用设备：广泛应用于医用呼吸机、各种分析仪、监护仪、超声 诊断设备及病床呼叫系统等。
模块化系统：某些单片机系统用于实现特定功能，它们可以在各 种电路中作为其中一个模块来使用。这种模块化的微小系统一般 不要求使用人员了解其内部结构，而只需了解其输入输出信号及 系统能够实现的功能即可。例如，音乐集成单片机可将音乐信号 以数字的形式存于存储器中，工作时可由微控制器读出数据，然 后转化为模拟音乐电信号。在大型电路中，这种模块化应用极大 地缩小了设备的体积，简化了电路设计，降低了错误率，同时也 便于更换。
7
智能仪器：广泛应用于仪器仪表中，例如电压表、功率计、示波 器、各种分析仪等。单片机的使用使得仪器仪表实现了数字化和 智能化，且功能比起采用单纯的数字电路更为强大。
网络和通信：现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与 计算机进行数据通信。这为设备之间通信的实现和计算机网络的 广泛使用提供了极好的物质条件。广泛应用于 机、小型程控交 换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信，移动 、集群移 动通信、无线电对讲机等，及各种需要进行通信的设备中。
汇编语言
汇编语言是一种用于电子计算机、微 处理器、微控制器或其他可编程器件的低 级语言。在汇编语言中，用助记符代替机 器指令的操作码，用地址符号或标号代替 指令或操作数的地址。汇编语言的学习可 以对深刻理解和熟练运用单片机有重要的 帮助。
C 语言
C 语言知识并不难，没有任何编程基 础的人都可以学。C 语言重点需要掌握的 知识就3个条件判断语句、3个循环语句、 3个跳转语句和1个开关语句。学习时要一 条语句一条语句的学，学一条活用一条， 全部学过用过这些关键语句后，相信你的C 基础建立了。
8
医用设备：广泛应用于医用呼吸机、各种分析仪、监护仪、超声 诊断设备及病床呼叫系统等。
模块化系统：某些单片机系统用于实现特定功能，它们可以在各 种电路中作为其中一个模块来使用。这种模块化的微小系统一般 不要求使用人员了解其内部结构，而只需了解其输入输出信号及 系统能够实现的功能即可。例如，音乐集成单片机可将音乐信号 以数字的形式存于存储器中，工作时可由微控制器读出数据，然 后转化为模拟音乐电信号。在大型电路中，这种模块化应用极大 地缩小了设备的体积，简化了电路设计，降低了错误率，同时也 便于更换。
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智能仪器：广泛应用于仪器仪表中，例如电压表、功率计、示波 器、各种分析仪等。单片机的使用使得仪器仪表实现了数字化和 智能化，且功能比起采用单纯的数字电路更为强大。
单片机原理及应用电子版教材(ppt 173页)_7696
VSS
(a) 上电复位
(b) 按键脉冲复位
RESETVCC
8051
R1 200
VCC C
22μF RSTP/DV
R2 1k
VSS
(c) 按键电平复位
图 2-15 复位电路
2021/2/27
3．复位状态
专用寄存器 PC ACC B PSW SP DPTR P0～P3 IP IE TMOD TCON TH0 TL0 TH1 TL1 SCON SBUF PCON(CHMOS)
2EH
2DH
2CH
2BH
2AH
29H
28H
24H
27H
26H
25H
24H
23H
22H
21H
20H
23H
1FH
1EH
1DH
1CH
1BH
1AH
19H
18H
22H
17H
16H
15H
14H
13H
12H
11H
10H
21H
0FH
0EH
0DH
0CH
0BH
0AH
09H
08H
20H
07H
06H
05H
04H
03H
02H
9FH～98H
8FH～88H
（1） P0口位的结构
读锁存器
地址/数据
控制
内部总线
D
Q
P0.n
写锁存器
锁存器
Q
MUX
VCC
T1 P0.n
T2
读引脚
图 2-5 P0口的位结构
2021/2/27
（2） P1口位的结构
《单片机原理与应用》ppt课件
•单片机概述•单片机基本原理•指令系统与汇编语言程序设计•C 语言程序设计在单片机中的应用•单片机中断系统与定时器/计数器应用•单片机串行通信原理与应用•单片机扩展技术与应用实例分析目录单片机概述单片机定义与发展定义单片机是一种集成电路芯片，它将中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口等计算机主要部件集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机系统。
发展历程从20世纪70年代的第一代4位单片机，到80年代的8位单片机，再到90年代的高性能16位、32位单片机，单片机的性能不断提高，应用领域也不断扩展。
物联网作为物联网终端节点，实现数据采集、传输和控制等功能。
如车身控制、发动机控制、安全系统等。
医疗设备如医疗监护仪、便携式医疗设备等。
工业控制如电机控制、温度控制、压力控制等。
智能家居如智能照明、智能安防、智能家电等。
单片机应用领域采用哈佛结构，具有高性能、低功耗、易于扩展等优点，广泛应用于工业控制、智能家居等领域。
8051系列采用精简指令集（RISC ）结构，具有高速度、低功耗、强抗干扰能力等特点，适用于汽车电子、医疗设备等领域。
PIC 系列采用先进的RISC 结构，具有高速度、低功耗、丰富的外设接口等特点，适用于物联网等领域。
AVR 系列采用高性能的32位RISC 结构，具有强大的处理能力和丰富的外设接口，适用于高端嵌入式系统等领域。
ARM 系列常见单片机类型及特点单片机基本原理微处理器结构与工作原理微处理器内核结构包括算术逻辑单元（ALU）、寄存器组、控制单元等。
指令集与寻址方式介绍单片机的指令集，包括数据传送、算术运算、逻辑运算、位操作等指令，以及不同的寻址方式如立即寻址、直接寻址、寄存器寻址等。
中断与异常处理阐述中断的基本概念、中断源、中断优先级以及中断处理流程，同时介绍异常处理机制。
1 2 3用于存放单片机的程序代码，通常是只读存储器（ROM）或闪存（Flash）。
程序存储器用于存放单片机的数据，包括变量、数组、堆栈等，通常是随机存取存储器（RAM）。
一章单片机原理及应用ppt课件
n1
H Hi 16i im
0 F 7 .0 H 3 1 1 5 2 1 6 7 1 0 6 0 1 1 6 3 1 26
5. 八进制（J=8）
n1
Q Qi 8i im
第一章 绪论 §1.2 计算机中的数和常用编码
1.2.2 进位计数制转换 1. 二进制、八进制、十六进制转换为十进制
机器数： 一个数字在机器(计算机)中的表示形式； 二进制（0，1），符号位数字化。
01011011 ；5BH
真值：机器数本身代表的值称为真值。＋91
第一章 绪论 §1.2 计算机中的数和常用编码
机器数：包括无符号数、有符号数； 有符号数：常见表示方法是原码、反码、补码
1）原码 （d7～d0） 最高位是符号位d7： 正数0； 负数1
打开市场 1.大容量、高性能
•CPU功能增强：速度、精度、I/O处理能 力提高、指令丰富
•内部资源的增多：波形输出、LED输出、 PWM输出、A/D输入
•寻址范围增大：几兆
第一章 绪论 §1.1 单片机概述 1.1.4 单片机的发展趋势
2. 超小型、低功耗、廉价 工作电压低（2～6V）、工作电流几个毫安、
第一章 绪论 §1.1 单片机概述 1.1.1 单片机发展情况
4）16位单片机 82年～ MCS-96系列，8096、8098、80196等 增加性能：16位CPU，RAM/ROM增大，
中断能力增强 A/D、HSIO等 性能、速度
1.1.2 单片机特点 • 集成度高、可靠性高
一片芯片：CPU、存储器、I/O接口等 • 片内RAM采用存储器结构
3. 逻缉运算规则 与AND、或OR、非NOT、异或XOR
1) 与AND
0 • 0 0; 0 •1 0; 1 • 1 1;
单片机原理与应用教学课件(完整版)
03
指令系统与汇编语言程序设计
Chapter
指令格式及寻址方式
指令格式
通常由操作码和操作数组成，操作码指明操作性质 ，如数据传送、算术运算、逻辑运算等；操作数指 定参与操作的数据及数据所在地址。
寻址方式
包括立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址 、相对寻址等。不同的寻址方式适用于不同的场合 ，具有不同的特点和优势。
可移植性
C语言具有良好的跨平台特性，编写的程序可轻松 移植到不同型号的单片机上。
丰富的库函数
C语言提供了丰富的库函数，可大大简化单片机程 序的开发过程。
Keil C51编译器使用教程
01
02
03
04
05
安装Keil C51编 …
创建工程文件
编写源代码
编译与链接
调试与仿真
下载并安装Keil C51编译器 ，配置相关环境变量。
中断概念
中断是指CPU在执行程序的过程中，由 于外部或内部事件（如输入/输出操作、 定时器溢出等）的请求，暂时停止当前 程序的执行，转而去处理该事件，处理 完毕后再返回原程序继续执行的过程。
VS
中断处理过程
中断处理过程包括中断请求、中断响应、 中断服务和中断返回四个阶段。在中断请 求阶段，外部或内部事件向CPU发出中断 请求信号；在中断响应阶段，CPU响应中 断请求，保存现场信息并转入中断服务程 序；在中断服务阶段，CPU执行中断服务 程序，处理中断事件；在中断返回阶段， CPU恢复现场信息并返回原程序继续执行 。
数据传送类指令详解
MOV指令
用于在内部RAM、特殊功能寄存器SFR、累 加器A之间或它们与数据存储器RAM之间进 行数据传送。
MOVC指令
《单片机原理及应用》课件第1章 单片机基础知识
—属于微型机的一种 —具有一般微型机的基本组成和功能
AB—地址总线; CB—控制总线; DB—数据总线
1.1.1 单片机的基本概念
单片机在应用时通常处于被控系统的核心地位并融 入其中，即以嵌入的方式使用。为了强调其“嵌入” 的特点，也常常将单片机称为嵌入式微控制器 （Embedded Micro-Controller Unit，EMCU）。
单片形成阶段
1976年，Intel推出MCS-48列单片机 ： 8位CPU、1KB ROM、64B RAM、27根I/O线和1个8位 定时器/计数器。 特点：存储器容量较小，寻址范围小(不大于4KB)， 无串行接口，指令系统功能不强。
10
1.2.1 单片机的发展历史
性能完善提高阶段
1980年，Intel推出MCS-51系列单片机： 8位CPU、4KB ROM、128B RAM、4个8位并行口、1个 全双工串行口、2个16位定时器/计数器。寻址范围 64KB，并有控制功能较强的布尔处理器。
“微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。
12
1.2.1 单片机的发展历史
微控制器化完善阶段
近期推出的单片机产品，内部集成有高速I/O口、 ADC、PWM、WDT等部件，并在低电压、低功耗、串行 扩展总线、控制网络总线和开发方式（在系统可编 程，ISP）等方面都有了进一步的增强。
特点：单片机的综合品质（如成本、性能、体系结构 、开发环境、供应状态）有了长足的进步。
15
1.3.1 MCS-51系列单片机-80C51系列单片机
Atmel公司，AT89系列，Flash存储器技术 Philips公司，80C552系列，含ADC 华邦公司，W78C51系列，高速低价 ADI公司，ADµC8xx系列，高精度ADC LG公司，GMS90/97系列，低压高速 Maxim公司，DS89C420系列，高速（50MIPS） Cygnal公司，C8051F系列，高速SOC
AB—地址总线; CB—控制总线; DB—数据总线
1.1.1 单片机的基本概念
单片机在应用时通常处于被控系统的核心地位并融 入其中，即以嵌入的方式使用。为了强调其“嵌入” 的特点，也常常将单片机称为嵌入式微控制器 （Embedded Micro-Controller Unit，EMCU）。
单片形成阶段
1976年，Intel推出MCS-48列单片机 ： 8位CPU、1KB ROM、64B RAM、27根I/O线和1个8位 定时器/计数器。 特点：存储器容量较小，寻址范围小(不大于4KB)， 无串行接口，指令系统功能不强。
10
1.2.1 单片机的发展历史
性能完善提高阶段
1980年，Intel推出MCS-51系列单片机： 8位CPU、4KB ROM、128B RAM、4个8位并行口、1个 全双工串行口、2个16位定时器/计数器。寻址范围 64KB，并有控制功能较强的布尔处理器。
“微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。
12
1.2.1 单片机的发展历史
微控制器化完善阶段
近期推出的单片机产品，内部集成有高速I/O口、 ADC、PWM、WDT等部件，并在低电压、低功耗、串行 扩展总线、控制网络总线和开发方式（在系统可编 程，ISP）等方面都有了进一步的增强。
特点：单片机的综合品质（如成本、性能、体系结构 、开发环境、供应状态）有了长足的进步。
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1.3.1 MCS-51系列单片机-80C51系列单片机
Atmel公司，AT89系列，Flash存储器技术 Philips公司，80C552系列，含ADC 华邦公司，W78C51系列，高速低价 ADI公司，ADµC8xx系列，高精度ADC LG公司，GMS90/97系列，低压高速 Maxim公司，DS89C420系列，高速（50MIPS） Cygnal公司，C8051F系列，高速SOC
单片机原理及应用课件第1章 概述
2021/7/13
23
第1章 概 述
(2) 采用面向控制的指令系统。为满足控制的需要，单片机 有更强的逻辑控制能力，特别是具有很强的位处理能力。
(3) 单片机的I/O引脚通常是多功能的。由于单片机芯片上引 脚数目有限，为了解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾，采用 了引脚功能复用的方法。引脚处于何种功能，可由指令来设置或 由机器状态来区分。
(2) 单片机：将微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路和相应 实时控制器件集成在一块芯片上，称其为单片微型计算机，简称 单片机。
(3) 微型计算机：微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路由总 线有机地连接在一起的整体，称为微型计算机。
(4) 微型计算机系统：微型计算机与外围设备、电源、系统
软件一起构成的系统，称为微型计算机系统。
2021/7/13
6
第1章 概 述
单片机与通用微机部件区别
(1) 微处理器（CPU）的区别
• 通用微机的CPU主要面向数据处理，其发展主要围绕数据处理 功能、计算速度和精度的进一步提高。例如，现今微机的CPU 都支持浮点运算，采用流水线作业，并行处理、多级高速缓冲 (Cache)技术等。CPU的主频达到数百兆赫兹(MHz)，字长普遍达 到32位。
2021/7/13
11
第1章 概 述
第二阶段是以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为 核心的嵌入式系统。 主要特点：CPU种类繁多，通用性较弱；系统开销小， 效率高；操作系统具有一定的兼容性和扩展性；应用 软件较专业；系统主要用于控制系统负载以及监控应 用程序运行。
2021/7/13
12
第1章 概 述
(2) 面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任 务，因而能获得最佳的性能价格比。
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.
10
第1章 概 述
• 嵌入式系统的发展
第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制系统。这种 系统大部分应用于一些专业性极强的工业控制系统中， 一般没有操作系统的支持，通过汇编语言程序对系统进 行直接控制，结束后清除内存。
主要特点：系统结构和功能相对单一，处理效率较低， 存储容量较小。由于这类系统操作使用简便、价格低廉， 在国内工业领域应用较为普遍，但远远不能适应现代工 业控制和新兴的信息家电等领域需要。
.
3
第1章 概 述
单片机与微型计算机的区别
图1.1 微机.组成结构框图
4
第1章 概 述
图1.2 单片机组成框图
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5
第1章 概 述 (1) 单板机：将微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路以及简 单的输入/输出设备组装在一块印刷电路板上，称其为单板微型 计算机，简称单板机。
(2) 单片机：将微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路和相应 实时控制器件集成在一块芯片上，称其为单片微型计算机，简称 单片机。
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第1章 概 述
第二阶段是以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为 核心的嵌入式系统。 主要特点：CPU种类繁多，通用性较弱；系统开销小， 效率高；操作系统具有一定的兼容性和扩展性；应用 软件较专业；系统主要用于控制系统负载以及监控应 用程序运行。
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12
第1章 概 述
第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。 主要特点：嵌入式系统能运行于不同类型的微处理器 上，兼容性好；操作系统内核精小、效率高，并且具 有高度的模块化和扩展性；具备文件和目录管理、设 备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面 的功能；具备大量应用程序接口(API)，开发应用程序 简单；嵌入式应用软件丰富。
(3) 微型计算机：微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路由总 线有机地连接在一起的整体，称为微型计算机。
(4) 微型计算机系统：微型计算机与外围设备、电源、系统软
件一起构成的系统，称为微型计算机系统。
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6
第1章 概 述
单片机与通用微机部件区别
(1) 微处理器（CPU）的区别
• 通用微机的CPU主要面向数据处理，其发展主要围绕数据处理 功能、计算速度和精度的进一步提高。例如，现今微机的CPU 都支持浮点运算，采用流水线作业，并行处理、多级高速缓冲 (Cache)技术等。CPU的主频达到数百兆赫兹(MHz)，字长普遍达 到32位。
的接口电路设计技术。
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9
第1章 概 述
单片机与嵌入式系统
• 嵌入式系统定义
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础， 并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、 成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它 一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作 系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现 对其他设备的控制、监视或管理等功能。
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14
第1章 概 述
1.2 单片机的发展概况
1.2.1 数据总线位数的发展
1．4位单片机阶段
自1975年美国德克萨斯仪器公司首次推出4位单片机TMS1000后，各个计算机生产公司竞相推出4位单片机。例如美国国 家半导体公司(National Semiconductor)的COP402系列，日本电 气公司(NEC)的μPD75XX系列，美国洛克威尔公司(Rockwell)的 PPS/1系列，日本松下公司的MN1400系列，富士通公司的MB88 系列等。
.
8
第1章 概 述
(3) I/O接口
• 通用微机中I/O接口主要考虑标准外设(如CRT、标准键盘、鼠 标、打印机、硬盘、光盘等)。用户通过标准总线连接外设， 能达到即插即用。
• 单片机应用系统的外设都是非标准的，且千差万别，种类很
多。单片机的I/O接口实际上是向用户提供的与外设连接的物
理界面。用户对外设的连接要设计具体的接口电路，需有熟练
• 单片机主要面向控制，控制中的数据类型及数据处理相对简单，
所以单片机的数据处理功能比通用微机相对要弱一些，计算速
度和精度也相对要低一些。例如，现在的单片机产品的CPU大
多不支持浮点运算，CPU还采用串行工作方式 。 字长一般为4
位、8位。
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7
第1章 概 述
(2) 存储器区别 • 通用微机中存储器组织结构主要针对增大存储容量和CPU对 数据的存取速度。现今微机的内存容量达到了数百兆字节(MB)， 存储体系采用多体、并读技术和段、页等多种管理模式。 • 单片机中存储器的组织结构比较简单，存储器芯片直接挂接 在单片机的总线上，CPU对存储器的读写按直接物理地址来寻 址存储器单元，存储器的寻址空间一般都为64 KB。
单片机
全称为单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)或微控制器 (Microcontroller Unit)或嵌入式控制器(Embedded Controller)
将微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路和相应实时控制器件
集成在一块芯片上，称其为单片微型计算机，简称单片机。
4位单片机主要用于家用电.器、电子玩具等。
15
第1章 概 述
2．8位单片机阶段
1976年9月，美国Int展进入了一个新的阶段，8位单片机纷纷应运 而生。例如，莫斯特克(Mostek)和仙童(Fairchild)公司共同合作生 产的3870(F8)系列，摩托罗拉(Motorola)公司的6801系列等。
单片机原理及应用
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1
第1章 概 述
第1章 概 述
1.1 课程简介 1.2 单片机的基本概念 1.3 单片机的发展概况 1.4 单片机的特点及应用 1.5 常用单片机系列介绍
.
2
第1章 概 述
1.1 单片机的基本概念
名词解释
中央处理器（CPU）
中央处理器（Central Processing Unit）的缩写，即CPU，CPU 是电脑中的核心配件，其功能主要是解释计算机指令以及处理计算 机软件中的数据。所谓的计算机的可编程性主要是指对CPU的编 程 。（强调：CPU并不是一台完整的计算机）
.
13
第1章 概 述
第四阶段是以嵌入式Internet为标志的嵌入式系统，这是 一个正在迅速发展的阶段。
目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外，但随 着Internet的发展和Internet技术与信息家电、工业控制 技术等结合日益密切，嵌入式设备与Internet的结合将 代表着嵌入式技术的真正未来。