1、單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用北京化工大學(xué)北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院主講教師：郭青主講教師：郭青E-mail: 課程內(nèi)容課程內(nèi)容硬件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)外部功能擴(kuò)展外部功能擴(kuò)展編程技術(shù)編程技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)應(yīng)用基礎(chǔ)教材：單片機(jī)中級教程教材：單片機(jī)中級教程原理與應(yīng)用（第原理與應(yīng)用（第2版），張俊謨版），張俊謨 編著，北京航空航天大學(xué)出版社編著，北京航空航天大學(xué)出版社Online book：Title:ArchitectureandProgrammingof8051MicrocontrollersAuthor:MilanVerlehttp:/ 緒論緒論計(jì)算機(jī)的新分類 長期

2、以來人們按照計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)算速度、結(jié)構(gòu)長期以來人們按照計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)算速度、結(jié)構(gòu)規(guī)模、適用領(lǐng)域，將其分為規(guī)模、適用領(lǐng)域，將其分為 大型計(jì)算機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微型計(jì)算機(jī)。大型計(jì)算機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微型計(jì)算機(jī)。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)和產(chǎn)品對其它隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)和產(chǎn)品對其它行業(yè)的廣泛滲透，人們以應(yīng)用為中心、按計(jì)算機(jī)的嵌入式應(yīng)行業(yè)的廣泛滲透，人們以應(yīng)用為中心、按計(jì)算機(jī)的嵌入式應(yīng)用和非嵌入式應(yīng)用進(jìn)行新的分類用和非嵌入式應(yīng)用進(jìn)行新的分類, ,將其分為將其分為 嵌入式計(jì)算機(jī)嵌入式計(jì)算機(jī) 和和 通用計(jì)算機(jī)通用計(jì)算機(jī)。 通用計(jì)算機(jī)通用計(jì)算機(jī)具有計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)

3、，通過裝配不同的應(yīng)具有計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)，通過裝配不同的應(yīng)用軟件，以類同面目出現(xiàn)，并應(yīng)用在社會的各個方面，其典用軟件，以類同面目出現(xiàn)，并應(yīng)用在社會的各個方面，其典型產(chǎn)品為型產(chǎn)品為PCPC機(jī)；機(jī)； 嵌入式計(jì)算機(jī)嵌入式計(jì)算機(jī)則是以嵌入式系統(tǒng)的形式隱藏在各種裝則是以嵌入式系統(tǒng)的形式隱藏在各種裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)中。置、產(chǎn)品和系統(tǒng)中。 什么是嵌入式系統(tǒng)什么是嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、針對具體應(yīng)用系統(tǒng)、對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 嵌入式計(jì)算機(jī)在應(yīng)用數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了各種通用計(jì)算機(jī)，一臺通用計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備中就包含了5-10個嵌入式微

4、處理器，鍵盤、鼠標(biāo)、軟驅(qū)、硬盤、顯示卡、顯示器、網(wǎng)卡、Modem、聲卡、打印機(jī)、掃描儀、數(shù)字相機(jī)、USB集線器等均是由嵌入式處理器控制的。在制造工業(yè)、過程控制、通訊、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、家電產(chǎn)品等方面無不是嵌入式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)的種類嵌入式系統(tǒng)的種類 嵌入式系統(tǒng)的核心部件有以下三類：嵌入式系統(tǒng)的核心部件有以下三類： （1）嵌入式微處理器）嵌入式微處理器（Embedded Microprocessor Unit, EMPU）：）： 功能同標(biāo)準(zhǔn)的功能同標(biāo)準(zhǔn)的CPU，但在工作溫度、，但在工作溫度、 電磁干擾、可靠性等方面電磁干擾、可靠性等方面做了各種增強(qiáng)。做了各

5、種增強(qiáng)。 如：如：ARM （2）嵌入式微控制器）嵌入式微控制器（Microcontroller Unit, MCU又稱單片機(jī)又稱單片機(jī)）。）。80C51，MSP430 （3）嵌入式）嵌入式DSP處理器處理器（Embedded Digital Signal Processor, EDSP）：）：DSP處理器對系統(tǒng)結(jié)處理器對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其適合于執(zhí)行構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其適合于執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。 什么是單片機(jī)？ 微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件部分通常由五部分組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件部分通常由五部分組成:

6、 :輸入設(shè)備輸入設(shè)備運(yùn)算器運(yùn)算器輸出設(shè)備輸出設(shè)備控制器控制器存儲器存儲器 主板顯卡顯卡聲卡聲卡存儲器接口存儲器接口網(wǎng)卡網(wǎng)卡輸入輸出接口輸入輸出接口內(nèi)存條內(nèi)存條CPU微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī) 單單 硅硅 晶晶 片片 CPU存儲器存儲器控制電路控制電路定時器定時器時鐘電路時鐘電路I / O口口單片機(jī)單片機(jī)單片機(jī)的特點(diǎn)體積小、重量輕、功耗低、功能強(qiáng)、性價(jià)比高。體積小、重量輕、功耗低、功能強(qiáng)、性價(jià)比高。數(shù)據(jù)大都在單片機(jī)內(nèi)部傳送，運(yùn)行速度快，抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)大都在單片機(jī)內(nèi)部傳送，運(yùn)行速度快，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高?？煽啃愿?。結(jié)構(gòu)靈活，易擴(kuò)展，易于開發(fā)，易于組成各種微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)靈活，易擴(kuò)展，易于開發(fā)，

7、易于組成各種微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。受集成度限制，片內(nèi)存儲器容量較小，一般內(nèi)受集成度限制，片內(nèi)存儲器容量較小，一般內(nèi)ROMROM在在8KB8KB以下，以下，內(nèi)內(nèi)RAMRAM在在256B256B以內(nèi)。以內(nèi)。應(yīng)用廣泛，既可用于工業(yè)自動控制等場合，又可用于測量儀應(yīng)用廣泛，既可用于工業(yè)自動控制等場合，又可用于測量儀器、醫(yī)療儀器、安防產(chǎn)品及家用電器等領(lǐng)域。器、醫(yī)療儀器、安防產(chǎn)品及家用電器等領(lǐng)域。 工業(yè)控制中智能家用電器、智工業(yè)控制中智能家用電器、智能儀器設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、自動能儀器設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、自動生產(chǎn)線、智能玩具、相關(guān)的數(shù)生產(chǎn)線、智能玩具、相關(guān)的數(shù)據(jù)采集處理顯示等等。據(jù)采集處理顯示等等。日常生活中常見的霓虹燈日

8、常生活中常見的霓虹燈顯示、比賽搶答器、報(bào)警顯示、比賽搶答器、報(bào)警器、電子時鐘、點(diǎn)陣和液器、電子時鐘、點(diǎn)陣和液晶顯示屏等等。消防等安晶顯示屏等等。消防等安防控制系統(tǒng)防控制系統(tǒng)單片機(jī)的類型單片機(jī)的類型l單片機(jī)通常按其微處理器字長的位數(shù)來分類，如4、8、16、32、64位單片機(jī)。l4位機(jī)位機(jī)l1971年Intel首先推出了4位微處理器芯片4004。此后各廠家相繼推出4位機(jī)產(chǎn)品。因4位機(jī)每次只能處理一位BCD碼數(shù)據(jù)，故只適于簡單控制場合。但因其價(jià)廉，在家電等消費(fèi)類產(chǎn)品中仍有廣泛應(yīng)用。單片機(jī)的類型單片機(jī)的類型8位機(jī)位機(jī) 用途十分廣泛。如顯示、終端鍵盤、打印、字處理、工業(yè)用途十分廣泛。如顯示、終端鍵盤、打

9、印、字處理、工業(yè)控制等。市場占有率控制等。市場占有率70以上。功能豐富，品種齊全，通以上。功能豐富，品種齊全，通用性強(qiáng)。用性強(qiáng)。主要產(chǎn)品主要產(chǎn)品Intel MCS51系列系列 80C51，AT89C51，AT89S51Motorola MC6801系列系列Zilog Z8系列系列AVR，PIC等等單片機(jī)的類型16位機(jī)位機(jī)Intel MCS96系列系列 Intel80C196MSP430系列系列32位機(jī)位機(jī)INTEL i960系列系列ARM系列系列 廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子領(lǐng)域，可搭載嵌入式操作系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子領(lǐng)域，可搭載嵌入式操作系統(tǒng)單片機(jī)的開發(fā)工具單片機(jī)的開發(fā)工具 硬件： PC機(jī)、JTAG調(diào)試器、并口線(USB)、用戶板PC機(jī)JTAG調(diào)試器用戶板JTAG接口單片機(jī)編程器及芯片插座單片機(jī)開發(fā)實(shí)驗(yàn)板MCS-51MCS-51和和80C5180C51系列單片微機(jī)系列單片微機(jī)生產(chǎn)廠家：生產(chǎn)廠家：IntelIntel主要產(chǎn)品：主要產(chǎn)品：80518051、80C5180C51、87518751、80318031、80528052、803