微机原理及应用(单片机原理及应用)01章

图 1-2
计算机加工信息
二、微型计算机、单板机与单片机
1. 通用微型计算机（通用微机）
l 使用单硅片的中央处理器CPU(也包括双CPU)。 ★通用微型计算机（微机）外围设备配置：
屏幕显示器（CRT）或液晶显示器（LCD）、键盘、打印机、 磁盘驱动器等，组成所谓通用微型计算机系统（数字计算机系 统）。 ★微机具有很强的自开发功能，但体积大，价格较高，工业 控制中使用不方便。
◆ 中国航空工业总公司上海615所：AEDK5198仿真器；
◆ 江苏启动星光单片机厂：SUPER-ICE系列仿真器；
◆ 南京WAVE计算机公司：WAVE系列仿真器；
等等。
★目前普遍使用的仿真器为PC-MCS-51在线仿真器：
通过RS232口(USB、并口)，完成PC机向MCS-51单片机的单向通讯。 特点：仿真器价格低，使用方便。 这种仿真器往往使用交叉汇编编译调试，即： （1）用PC机中的文字处理软件将MCS-51的源程序输入到文件中； （2）再通过PC机与MCS-51联机调试，调试成功；
《单片机原理及应用》课程教学要求
1. 听课作笔记，有本课程的笔记本；
2. 认真完成作业，有本课程的作业本； 3. 画电路原理图认真仔细，使用Protel软件或三角板或尺子； 4. 遵守上课纪律和秩序； 5. 积极主动和认真回答问题； 6. 认真完成实验； 7. 课后认真看书复习，不清楚和不懂的问题及时解决；
中央处理器是计算机的核心单元，但不是计算机，它必须与 主存储器、I/O接口，通过总线结构联系起来，才能构成计算 机，如图1-1所示。
控制器
主存储器
运算器
输入设备
输出设备
外存储器
中央处理器（CPU）
外围设备
图 1-1 数字计算机硬件结构
2. 软件基础
软件基础由计算数学的计算方法与数据结构构成：系统软件和应用软件。
图 1-3 用户系统、仿真器与 PC 机连接框图
第六节
单片机应用系统
由于应用场合和系统功能要求不同，单片机应用系统的结 构、规模和复杂性差别很大，大致可以分为基本系统和扩展系
统两大类。
一、基本系统 单片机的基本系统也称为最小的应用系统。这种系统的单片 机外部没有程序存储器、数据存储器或Ｉ／Ｏ电路等扩展部件， 它是由ROM型或EPROM型单片机外接一定的Ｉ／Ｏ设备所组成 的单片机系统。 国外批量较大时，常选用ROM型，性能／价格比较高。 国内很少用ROM型，仅在对系统体积、功耗等方面要求很高
8. 兴趣小组在课外到实验室完成兴趣作品设计、制作与调试实
验。
说明：
(1)教材：《新编MCS-51单片机应用设计》，张毅刚等，哈工大出版社； (2)参考书： ① MCS-51单片机原理及应用 ， 张毅刚著，哈尔滨工业大学出版社； ② MCS-51单片机原理及应用教程， 刘迎春主编，清华大学出版社 ； ③ MCS-51 单片机原理及应用开发技术，钟睿主编，中国铁道出版社 ； ④ MCS-51系列单片机应用系统设计，何立民，北京航空航天大学出版社； (3)各章均有相应的作业； (4)实验名称：
此外，还具有：对程序的汇编、反汇编、程序文本打印及转储，全 速跟踪调试、运行的能力及配备丰富的子程序库等。
3.单片机开发工具
★开发工具主要有：单板机、EPROM仿真器，在线仿真器等。
★国内单片机开发系统（单片机仿真器）较多，如： ◆上海复旦大学：DSG-51仿真器； ◆江苏启东计算机厂：DVCC-51-Ⅰ(Ⅱ、Ⅲ)、SICE等仿真器 系列；
时，才选用EPROM型。典型的单片机基本系统结构如图2-3所示
复位电路 时钟电路
单 片 微型机
输入/输出设备 电 源
图 1-4 单片机基本系统结构
二、扩展系统
单片机的扩展系统是： 在单片机的外部扩展了程序存储器、数据存储器或I/O 接口电路，以弥补单片机内部资源的不足，满足特定的应用
系统的功能要求。
（1）基本型
典型产品：8031/8051/8751 （2）增强型 典型产品：8032/8052/8752 内部RAM增到256字节，8052、8752的内部程序存储器扩展 到8KB，16位定时器/计数器增至3个。 （3）低功耗型 典型产品：80C31/87C51/80C51。采用CMOS工艺 适于电池供电或其它要求低功耗的场合。
单片机开发系统（或开发机或仿真器）：帮助单片机应用系统（产 品）的开发的一个专用的微型计算机系统。
2. 单片机开发系统
单片机开发系统一般应具有四个方面的基本功能：
① 系统硬件电路的诊断与检查； ② 用户程序的输入与修改； ③ 程序的运行与调试，包括单步运行，设断点运行等；
④ 程序能故化到EPROM芯片上。
第一章 微型计算机概述
第一节 数字计算机概述 一、概述 一台完整的计算机必须具备硬件基础和软件基础。 1. 硬件基础（物质基础）
硬件基础：由微电子学的基本元件及其集成电路构成。包 括：运算器、控制器、数据与程序存储器、输入／输出接口 （I/O接口）四大部分。 运算器与控制器称为中央处理器（CPU）。
三种类型（ROM型、EPROM型和无ROM型）的单片
机都可以用来构成扩展系统，但在扩展系统中一般都选用无
ROM型的单片机，因为无ROM型的单片机的价格最低，使 用也方便。典型的单片机扩展系统结构如图2-4所示。
复位电路 单 片 时钟电路 微型机 并行接口 EPROM 程序存储器
模拟量输入 RAM 数据存储器 A/D 转换器
美国ATMEL公司的AT89C51单片机，受到应用设计者的 欢迎。
MCS-51系列以及80C51系列单片机有多种类型， 但掌握好MCS-51的基本型（8031、8051、8751或 80C31、80C51、87C51）是十分重要的。它们是具有 MCS-51内核的各种型号单片机的基础，也是各种增强
型、扩展型等衍生品种的核心。
5．低功耗化 CMOS化 CHMOS工艺。 总之，向高性能、高速、低压、低功耗、低价 格、外围电路内装化方向发展。
第五节 单片机的开发与开发工具
1. 产品开发过程
开发过程：从提出任务，定型生产到投入使用的全过程。
单片机的产品开发即开发单片机应用系统：系统（产品）的总体方 案论证、系统设计、硬件与软件开发，目标样机的调试等环节。
软件是计算机系统工作的“灵魂”。
系统软件：使系统自动工作或提高计算机工作效率； 应用软件：实现某一应用目标。 计算机的工作可以认为是计算机对信息加工的一个过程，计算机中的信息 是：数据或指令，它们以编码形式表示，其意义各不相同，大致可分为：
指令
计算机信息
数据
定点数（小数点固定） 数值型数据 浮点数（小数点不固定） 非数值型数据
电
Hale Waihona Puke Baidu
源
串行接口
D/A 电路
图 2-4 单片机扩展系统结构
三、单片机的应用
1. 单片机的应用特性
与PC机、单板机相比较：
①体积小：几乎把计算机必须的硬件都集成一块单晶芯片里。 ② 可靠性高：信息传递在片内进行，同时小体积便于屏蔽。 ③ 功能强：CPU对I/O接口直接进行操作，运算速度高，对实 时事件的响应和处理速度快，实时控制功能特别强。
《单片机原理及应用》
（MCS-51单片机原理及应用）
(研究生适用)
编 写：孙仁云
二零零九年三月
讨论问题

你知道市面上使用了哪些单片机？举2个例子。


你知道的有关单片机知识，有多少谈多少。
你能谈出来的有关单片机系统设计开发的问题。

谈谈你学习本课程的目的，你准备花多少时间和
精力来学习这门课程，课程结束时希望达到什么 样的目标？
④ 使用方便：应用系统的硬件设计非常简单，开发工具多。
2. 单板机
★将多片大规模集成电路元件布置在一块印刷电路板上， 包括：CPU、存储器、I/O接口等各独立芯片。
★具有较简单的自开发功能，属微机小系统。体积较大，价 格较低，工业控制用较方便，但灵活性差。
3. 单片机
★ 在一块晶体芯片上，集成一台数字计算机所包括的 运算器、控制器、存储器、I/O 接口四个基本组成部分。 ★ 单片机不具有自开发功能，需使用外部开发工具对 其开发应用，体积小，价格低，工业控制很方便，具体设 计灵活。 通用微型计算机、单板机、单片机都归类到微型计算
掌握好MCS-51系列单片机基础知识，对于学习其 它类型的单片机也是十分重要的。
第四节 单片机的发展趋势
1. CPU的改进
（1）采用双CPU结构，提高处理能力。 （2）增加数据总线宽度，内部采用16位数据总线。 （3）串行总线结构，菲利浦公司的I2C总线(Inter－Icbus)。 用两根信号线代替现行的8位数据总线。 2．存储器的发展
（4）专用型
8044/8744，用于总线分布式多机测控系统。美国Cypress 公司的EZU SR-2100单片机，增加了USB接口。
（5）超8位型 典型产品：PHILIPS公司80C552/87C552/83C552系列单 片机。
将MCS-96系列(16位单片机)I/O部件如：高速输入/输出
(HSI/HSO)、A/D转换器、脉冲宽度调制(PWM)、看门狗定时器 （WDT）等移植进来构成新一代MCS-51产品。 功能介于MCS-51和MCS-96之间。目前已得到了较广泛的 使用。 （6）片内闪烁存储器型
（3）通过PC机与
EPROM写入器把程 序写入EPROM中；
+5V MCS-51 用户系统 80196/98 用户系统
电源 +5V 仿真电缆
～ 220V
（4）将EPROM和
单片机插入应用系 统的印刷电路板上
即可使用。
如1-3所示。 样机调试系统连接
仿真电缆
IBM PC AEDK5198 RS232 计 或 WAVE 算 仿真器 机
实验一、MCS-51单片机汇编指令编程①，2学时；
实验二、MCS-51单片机汇编指令编程②，2学时； 实验三、定时器/计数器测频，2学时； 实验四、中断应用，2学时；
实验五、I/O接口数据采集与输出控制，2学时。
(5)实验时间：在相应课堂教学内容结束时进行或在课堂教学结束时进行。 (6)实验地点：在学院的几个实验室或自己导师实验室。
机类型之中。
☻典型单片机实物图片
40脚,双列直插封装
80196单片机
8051单片机
68脚,PGA封装
第二节 单片机的发展历史
四个阶段: 第一阶段(1974年～1976年)：单片机初级阶段。 双片的形式，且功能比较简单。 第二阶段（1976年～1978年）:低性能单片机阶段。 以Intel 公司制造的MCS-48单片机为代表。 第三阶段(1978年～现在)：高性能单片机阶段。 Intel公司的MCS-51系列、Mortorola公司 的6801系列等。 第四阶段(1982年～现在)：8位单片机巩固发展及16位单 片机、32位及更高位单片机推出阶段。
（1）加大存储容量。 （2）片内EPROM采用E2PROM或闪烁（Flash）存储器。
（3）程序保密化。 3．片内I/O的改进 （1）增加并行口的驱动能力，能直接输出大电流和高电压。 （2）增加I/O口的逻辑控制功能。
（3）设置了一些特殊的串行接口功能，构成分布式、网 络化系统 。
4．外围电路内装化 器件集成度的不断提高，把众多的外围功能部件集成在 片内－－系统的单片化。
（4）MCS-51系列单片机
20世纪80年代后期:Intel公司以专利的形式把 8051内核技术转让给其他厂家。 如：AMTEL、PHILIPS、ANALOG DEVICES、DALLAS公司。 这些厂家生产的兼容单片机，与8051的系统结构（主要是 指令系统）相同，采用CMOS工艺。 80C51系列：所有具有8051指令系统的单片机不应直接 称为MCS-51系列单片机，MCS只是Intel公司专用的单 片机系列符号。 MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：
第三节 8位单片机的主要生产厂家和机型
（1）美国Intel公司 MCS-51系列及其增强型、扩展型 系列。
（2）美国ATMEL公司89C51、89C52、89C55、89S52等。 （3）荷兰PHILIPS（菲力浦）公司 8xC552系列 。 MCS-51系列单片机在我国得到了广泛的应用，主流系列, 软、硬件设计资料丰富齐全。 （4）Mortorola公司的6801系列，Freescale系列； （5）ARM公司的ARM单片机系列 （6）infine单片机，z8单片机等； 周立功单片机系列，凌阳单片机系列在我国也有一定的应用。