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单片微型机第五版原理应用试验张友德课件第一章基础知识


单片微型计算机原理及应用
主讲:陈晓燕 教材:复旦大学出版社 (第五版) 《单片微型机原理、应用与实验》

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课程涉及内容
51系列单片机的基本硬件结构 程序设计 定时/计数器 中断系统 串行口 存储器 接口设计
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课程要求
本课程是实践性较强的课程。通过课程 的学习,掌握软件编程和硬件电路设计 的方法,能够进行单片机应用系统的设 计、调试工作。

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第一章

单片微型机的概述

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§1-1单片机的定义
单片机即为把CPU、RAM、ROM、定时 器/计数器及I/O接口电路等主要计算机部 件集成在一块集成电路芯片上的微型计 算机。 单片机又称为“单片微型计算机”、 “微控制器”、“嵌入式微控制器”。 英文名“MCU”(Micro Computer Unit)。

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图1.1 微机组成结构框图
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图1.2 单片机组成框图

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单片机与通用微机的区别:
(1) 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。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。

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(2) 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。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。
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(3) 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。
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§1-2 单片机内部结构
中央处理器CPU CPU是单片机的核心器件,包 括运算器和控制器。负责控制数据 的处理和整个单片机系统的操作。

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存储器
地址总线A

地址寄存器

地址译码驱动器

读 信 号 存贮矩阵 读/写时序 控制逻辑 写 信 号 选择信号

(来自CPU)

数据寄存器

数据总线D

半导体存储器的结构

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输入/输出部件 I/O部件既和内部CPU联系又和 外部设备联系,实现数据的输入和 输出。
并行口和定时器,是两种最基本的 I/O部件。除此以外,还有串行接口, A/D,多功能定时器等。
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§1-3单片机的特点
1 优异的性价比 2 集成度高、体积小、可靠性高 3 控制功能强 4 低功耗、低电压 5 结构简化 6 易构成各种规模的应用系统

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§1-4 单 片 机 的 发 展

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§1-4-1单片机的发展历史
1.4位单片机阶段 . 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TMS-1000后,各个计算机生产公 司竞相推出4位单片机。 4位单片机主要用于家用电器、电子玩具 等。
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2.8位单片机阶段 . 位单片机阶段 1976年9月,美国Intel公司首先推出了MCS48系列8位单片机。 在1978年以前各厂家生产的8位单片机,由 于受集成度(几千只管/片)的限制,一般没有串 行接口,并且寻址空间的范围小(小于8 KB), 从性能上看属于低档8位单片机。
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随着集成电路工艺水平的提高,因而一些高 性能的8位单片机相继问世。例如,1980年 Intel公司的MCS-51系列。这类单片机的寻址 能力达64 KB,片内ROM容量达4~8 KB,片 内除带有并行I/O口外,还有串行I/O口,甚至 某些还有A/D转换器功能。因此,把这类单 片机称为高档8位单片机。
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在高档8位单片机的基础上,单片机功能进一 步得到提高,近年来推出了超8位单片机。如Intel 公司的8X252、UPI-45283C152,Zilog公司的 Super8等,它们不但进一步扩大了片内ROM和 RAM的容量,同时还增加了通信功能、DMA传输 功能以及高速I/O功能等。 8位单片机由于功能强,被广泛用于工业控制、 智能接口、仪器仪表等各个领域。

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3.16位单片机阶段 . 位单片机阶段 1983年以后,集成电路的集成度可达十几万只管/片, 16位单片机逐渐问世。这一阶段的代表产品有1983 年 Intel公司推出的MCS-96系列,1987年Intel公司又推出 的80C96等。 16位单片机可用于高速复杂的控制系统

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4.32位单片机 . 位单片机
近年来,各个计算机生产厂家已进入更高性能 的32位单片机研制、生产阶段。

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§1-4-2 单片机的发展趋势
CMOS化、低功耗、低电压、低噪 声与高可靠性、大容量化、高性能化、 低价格、外围电路内装、串行扩展技术

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§1-4-3 MCS-51系列单片机简介 系列单片机简介
第一阶段(1971~1976年):单片机发展的初级阶段。 1971年11月,Intel公司首先设计出集成度为2000只 晶体管/片的4位微处理器Intel 4004,并配有RAM、 ROM和移位寄存器,构成了第一台MCS-4微处理器。 它的推出拉开了单片机研制的序幕。 第二阶段(1976~1980年):低性能单片机阶段。这一阶 段以1976年Intel公司推出的MCS-48系列为代表产品。

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第三阶段(1980~1983年):高性能单片机阶段。 这一阶段以1980年Intel公司推出的MCS-51系列 为代表产品。

第四阶段(1983年至今):16位单片机阶段。这一 阶段以1983年Intel公司推出的MCS-96系列为代 表产品。

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MCS-51系列单片机已有十多种产品,可分为两大系 列:51子系列和52子系列。 51子系列主要有8031、8051、8751三种机型。它们 的指令系统与芯片引脚完全兼容。差别仅在于片内 有无ROM或EPROM。 52子系列主要有8032、8052、8752三种机型。52子 系列与51子系列的不同之处在于:片内数据存储器 增至256字节;片内程序存储器增至8 KB (8032无); 有3个16位定时/计数器,6个中断源。其它性能均 与51子系列相同。
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§1-5 单片机分类及应用
一 单片机分类
1 通用型/专用型的单片机 2 不同封装形式的单片机(DIP、SOIC、PLCC、 QFP、BGA等) 3 8位、16位、32位单片机

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二单片机的应用
(1) 体积小,成本低,运用灵活,易于产品化,它能方 便地组成各种智能化的控制设备和仪器 (2) 面向控制 (3) 抗干扰能力强,适用温度范围宽,在各种恶劣的环 境下都能可靠地工作。 (4) 可以方便地实现多机和分布式控制,使整个控制系 统的效率和可靠性大为提高。
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单片机的应用范围十分广泛,主要的应用领域有: (1) 工业控制。单片机可以构成各种工业控制系统、数 据采集系统等。如数控机床、自动生产线控制、温 度控制等。 (2) 仪器仪表。如智能仪器、医疗器械、数字示波器等。 (3) 计算机外部设备与智能接口。如图形终端机、传真 机、复印机、打印机、绘图仪等。 (4) 商用产品。如自动售货机、电子收款机、电子秤等。 (5) 家用电器。如微波炉、电视机、空调、洗衣机等。
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§1-6单片机应用系统的结构

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一基本系统 即最小系统,该系统所选的单片机内部资源 已能满足系统的硬件需求,不需外接存储器 或I/O接口。

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二扩展系统
通过单片机的并行扩展总线或串行扩展总 线在外部扩展ROM、RAM或I/0接口电路。

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§1-7 单片机的应用开发过程
1 硬件系统设计调试 2 应用程序的设计 3 应用程序的仿真调试 4 单片机应用程序的烧写 5 系统脱机运行检查

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