单片微型计算机原理及接口技术,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单片机原理与接口技术,任课教师：张永超,办公地点：行政楼,408,电话：15319919080,单片机的应用范围,(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、电机控制、温度控制等2),仪器仪表智能仪器、医疗器械、数字示波等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、磁盘,/,磁带机、智能终端机等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1、单片微型计算机(简称单片机),2、单片机一词最初是Single Chip Microcomputer,”,，简称SCM3、国际上逐渐采用：微控制器或嵌入式微控制器,4、MCU(MicroController Unit,”,),第一章,微型计算机概述,1,微型计算机的发展与分类,2,微处理器、微型计算机和微型计算机系统,3,存储器,4,微型计算机和外设之间的数据传送,5 MCS-51,系列单片机应用特性及开发,6,MCS-51,系列单片机开发和开发工具,第一阶段,(1974,1976),初始阶段,。
以,4,位,单片机为主，功能比较简单如,1975,年美国,TI,公司推出第一台,4,位单片机,TMS-1000,第二阶段,(1976,1978),探索阶段,单芯片形式，,低档,8,位,单片机如,1976,年美国,Intel,公司生产的,MCS-48,系列单片机，这是第一台完全的,8,位单片机MCS-48,的推出是在工控领域的探索，此后，各种,8,位单片机纷纷应运而生第三阶段,(1978,1982),完善阶段,提高电路的集成度，增加,8,位单片机的功能如,Intel,公司在,MCS-48,基础上推出了完善的,高档,8,位,单片机系列,MCS-51,1.,微型计算机的发展与分类,第四阶段,(1982,1990),巩固和发展阶段,巩固,发展,8,位,单片机、,推出,16,位,单片机、向微控制器发展，强化了智能控制器的特征,如将,ADC,、,DAC,、集成到单片机第五阶段,(1990,至今,),全面发展阶段,适合不同领域要求的单片机，如各种,高速,、,大存储容量,、,强运算能力,的,8,位,/16,位,/,32,位,通用型单片机，还有用于单一领域的廉价的,专用型,单片机需要提及的是，单片机的发展虽然按先后顺序经历了,4,位、,8,位、,16,位、,32,位、,64,位的阶段，但从实际使用情况看，并没有出现推陈出新、以新代旧的局面。
4,位、,8,位、,16,位单片机仍各有应用领域，如,4,位单片机在一些简单家用电器、高档玩具中仍有应用，,8,位单片机在中、小规模应用场合仍占主流地位，,16,位单片机在比较复杂的控制系统中才有应用单片机与通用计算机的区别,（,1,）,通用,计算机系统主要满足,海量、高速,数值处理，兼顾控制功能；,单片机,系统主要满足测控对象的,控制,功能，兼顾数值处理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,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,面向用户,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2,.,微处理器、微型计算机和微型计算机系统,微处理器MPU一,般由运算器、控制器和一些寄存器通过内部总线相连组成。
以微处理器为核心，由系统总线将数据存储器、程序存储器和输入输,出接口组合成为一个整体，称为微型计算机只有再配以外围设备和系统软件，才构成了微型计算机系统微型计算机硬件系统,单片机的组成,(1),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2),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,3),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,3,存储器,存储器,存储器是计算机系统中的,记忆,设备，用来存放,程序,和,数据,半导体存储器的分类,按存储器的读写功能,：,只读存储器,（,ROM,）,随机读写存储器,（,RAM,）,按存储器用途分,：,主存储器,外存储器,高速缓冲存储器,接口的作用,外部设备不能与,CPU,直接相连，而是必须经过中间电路再与系统相连，这部分电路就称为接口电路1)CPU,和外设之间的数据传送方式,三总线方式,程序方式 中断方式,DMA,方式,(2)CPU,和外设之间的数据传送方式,串行方式,(3)RS-232C,标准串行通讯接口,4,微型计算机和外设之间的数据传送,CPU,和外设之间的数据传送方式,三总线方式,程序方式,程序方式传送实质在程序控制下进行信息的传送，可细分为两种传送方式：无条件传送和条件传送方式。
中断方式,DMA,方式,CPU,和外设之间的数据传送方式,串行方式,I,2,C,总线,I,2,C(Inter-Integrated Circuit),总线是一种两线制式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备工作原理：由数据线,SDA,和时钟线,SCL,构成的串行总线，在总线上的所有设备端的,SDA,和时钟,SCL,引脚上接上拉电阻，使,CPU,与被控,IC,之间、,IC,与,IC,之间进行双向传送I,2,C,总线时序,SPI,总线,工作原理：典型的,SPI,总线接口使用四条线，串行时钟线（,SCK,）、主机输入,/,从机输出数据线,MISO,、主机输出,/,从机输入数据线,MOSI,和附加一低电平有效的从机片选线,/CS,采用,SPI,总线接口可以简化电路设计，节省很多常规电路中的接口器件和,I/O,口线SPI,总线组成,RS-232C,标准串行通讯接口,串行通讯通常指无线发射与接收，这里提到的串行通讯接口是指需要通过硬件连接串行通讯的两种工作方式：同步传送和异步传送同步传送要求有时钟控制实现发送端和接收端之间的严格同步，要求硬件电路较为复杂,异步传送的格式,起始位,：表示字传送的开始，通知接收设备新的字传送到达。
字符位,：规定低位与起始位相连，高位紧挨停止位，中间可加,奇偶校验位停止位,：表示字传送结束，停止位后可加高电平的空闲位5 MCS-51,系列单片机应用特性及开发,MCS-51,系列单片机可分为两大系列：,51,子系列和,52,子系列51,子系列,主要有,8031,、,8051,、,8751,三种机型，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,子系列相同单片机的开发与开发工具,1,开发的定义,：,软件和硬件不可分割,，即在应用系统的硬件设计时，同时生成软件设计框图和实现方法；或者考虑到编程的组态、易维护等原因反过来修改硬件设计从提出任务到定型生产、投入使用的过程称为,开发,包括方案论证、硬件系统设计与调试、软件系统的编程与调试，直到目标样机的调试成功和现场投入使用2,开发的特点,：,3,开发手段,硬件调试,：编制出简单的单元调试程序使系统运行，用示波器、万用表也可使用逻辑分析仪。
软件调试,目前多用,KEIL51,软件，它集编辑、编译、仿真为一体，支持汇编、,PLM,语言和,C,语言的程序设计，界面友好，易学易用，是目前对单片机进行调试最好的软件之一4,开发工具,：,设计一种通用的调试程序工具，把开发系统的,CPU,和,RAM,暂时出借给用户控制板（控制系统），利用开发系统进行调试，然后把调试好的程序固化到,EEPROM,中2,）功能：硬件电路的检查与诊断；用户程序的输入与修改；程序的运行调试：单步、断点和连续等；程序能固化到,EPROM,中等1,）把,8031,芯片和,EEPROM,拔掉，通过仿真头插上虚拟单片机（开发系统）硬件电路做成目标板,运用,PROTEL,、,POWERPCB,等软件,程序设计,通常是,C,语言或者汇编语言，在特定的集成开发环境（,IDE,）中编程调试，比如应用最广泛的,KEIL uVision2,调试,硬件仿真器,硬件仿真器,目标系统,开发软件,调试,目标系统,通信数据线,开发软件,程序下载,使用,ISP,（,In System Program,在系统编程）,ISP,软件,下载线,目标系统,。