单片机原理及应用 第六章 单片机系统的扩展

单片机原理及应用第6章80C51单片机的串行口80C51单片机是一种基于哈佛架构的8位单片机，具有强大的串行口功能。

串行口是一种通信接口，可以通过单根线传输数据。

本章将介绍80C51单片机的串行口原理及其应用。

一、80C51单片机的串行口原理80C51单片机的串行口包含两个寄存器，分别是SBUF（串行缓冲器）和SCON（串行控制寄存器）。

SBUF寄存器用来存储待发送或接收到的数据，SCON寄存器用来配置和控制串行口的工作模式。

80C51单片机的串行口有两种工作模式：串行异步通信模式和串行同步通信模式。

1.串行异步通信模式串行异步通信是指通信双方的时钟频率不同步，通信的数据按照字符为单位进行传输，字符之间有起始位、数据位、校验位和停止位组成。

80C51单片机的串行口支持标准的RS-232通信协议和非标准通信协议。

在串行异步通信模式下，SCON寄存器需要配置为相应的工作模式。

首先，需要选择串行口的工作模式。

80C51单片机支持第9位，即扩展模式，可以用来检测通信错误。

其次，需要设置波特率。

波特率是指数据每秒传输的位数，用波特率发生器（Baud Rate Generator，BRGR）来控制。

然后，需要设置起始位、数据位和停止位的配置，包括数据长度（5位、6位、7位或8位）、停止位的个数（1位或2位）。

在发送数据时，将待发送的数据通过MOV指令传送到SBUF寄存器，单片机会自动将数据发送出去。

在接收数据时，需要检测RI（接收中断）标志位，如果RI为1，表示接收到数据，可以通过MOV指令将接收到的数据读取到用户定义的变量中。

2.串行同步通信模式串行同步通信是指通信双方的时钟频率同步，在数据传输时需要时钟信号同步。

80C51单片机的串行同步通信支持SPI（串行外设接口）和I2C（串行总线接口）两种协议。

在串行同步通信模式下，SCON寄存器需要配置为相应的工作模式。

首先，需要选择串行口的工作模式。

80C51单片机支持主从模式，可以作为主设备发送数据，也可以作为从设备接收数据。

单片机课程教案一、课程概述单片机原理及应用是一门涉及微处理器、数字电路和计算机接口技术的综合性课程。

本课程的目标是使学生掌握单片机的原理和应用，了解单片机在嵌入式系统设计中的地位和作用，为学生进一步深入学习和应用单片机打下坚实的基础。

二、课程目标1、理解单片机的内部结构和工作原理。

2、掌握单片机的基本操作和编程方法。

3、熟悉单片机在嵌入式系统中的应用和设计方法。

4、培养学生的创新能力和实践操作能力。

三、课程内容第一章：单片机概述1、1单片机的基本概念及发展历程2、2单片机的特点和应用领域3、3单片机的主要产品和发展趋势第二章：单片机的基本结构和工作原理2、1单片机的内部结构和主要部件功能介绍21、2单片机的引脚和信号说明211、3单片机的存储器和寄存器介绍2111、4单片机的时钟系统和定时器/计数器介绍第三章：单片机的编程语言和开发环境3、1单片机的编程语言概述和特点31、2 C语言在单片机编程中的应用311、3 Keil C51开发环境和程序设计流程介绍3111、4程序调试和下载方法说明第四章：单片机的应用实例和实验指导4、1单片机在LED闪烁和流水灯控制中的应用实例41、2单片机在按键输入和数码管显示中的应用实例411、3单片机在A/D和D/A转换中的应用实例4111、4单片机在电机控制和红外线遥控中的应用实例本文5单片机的实验指导和实验报告要求说明第五章：单片机的发展趋势和应用领域的扩展本文1单片机在物联网和智能家居中的应用扩展本文2单片机在汽车电子和医疗设备中的应用扩展本文3单片机在工业控制和智能制造中的应用扩展本文4单片机在人工智能和机器人技术中的应用扩展第六章：课程总结和答疑解惑本文1课程总结和学习方法分享本文2答疑解惑和常见问题解答1、3学生自我评估和改进建议收集四、教学方法与手段本课程采用理论教学和实践操作相结合的方法，以案例分析和程序示范为主要手段，通过课堂讲解、小组讨论、实验指导等多种形式，使学生更好地理解和掌握单片机的原理和应用。

《单片机应用系统设计》课程教学大纲一、本课程的地位、作用和任务本课程是在学生学完电子技术类基础课程和微机应用类基础课程之后，为加强对学生技术应用能力的培养而开设的体现电子技术、计算机技术综合应用的综合性课程。

本课程的任务是使学生获得单片机应用系统设计的基本理论、基本知识与基本技能，掌握单片机应用系统各主要环节的设计、调试方法，并了解单片机在测量、控制等电子技术应用领域的应用。

初步具备应用单片机进行设备技术改造、产品开发的能力。

二、理论教学内容绪论单片机概述0．1 引言0．2 单片机的特点0．3 单片机的发展0．4 MCS-51单片机系列简介第一章MCS–51单片机的结构和原理1. 1 单片机的内部结构1. 2 MCS–51的外部引脚及功能1. 3 MCS–51的存储器配置1. 4 并行输入／输出接口电路1. 5 时钟电路与时序1. 6 MCS –51最小系统设计第二章MCS-51的指令系统2．1 MCS-51指令系统概述2．2 数据传送类指令2．3 算术运算类指令2．4逻辑运算及移位类指令2．5 控制转移类指令2．6 布尔变量操作类指令第三章汇编语言程序设计3．1 汇编语言源程序的格式3．2 伪指令3．3 汇编语言程序举例第四章MCS—51的中断与定时4.1 MCS—51单片机的中断系统4.2 MCS–51的定时/计数器第五章存储器扩展技术5.1 概述5.2 程序存储器的扩展5.3 数据存储器的扩展5.4 PROME2及其扩展第六章Ｉ/Ｏ扩展技术6．1 Ｉ/Ｏ接口概述6．2 MCS-51并行Ｉ／Ｏ口的直接使用6．3 简单Ｉ／Ｏ扩展6．4 8255并行Ｉ／Ｏ口6．5 8155简介第七章键盘/显示器扩展技术7．1 单片机应用系统中的人机通道7．2 键盘及其接口7. 3 显示器及接口7．4 专用的8279键盘/显示器接口第八章模拟量输入/输出通道8.1 模拟量输入通道8.2 模拟量输出通道第九章MCS-51的串行通信9.1 串行通信基础9.2 串行接口的构成与工作方式9.3 串行口的典型应用9.4 单片机的多机通信9.5 RS-232C串行总线第十章应用程序设计技术10.1 智能仪表的一般结构10.2 单片机应用系统设计举例第十一章高性能单片机PIC16F8XX介绍11．1 PIC16F87X的特点11．2 PIC16F87X的结构与配置11．3 PIC16F87X的功能部件11．4 PIC16F87X的应用举例三、实践教学的内容和要求实验一联机仿真操作练习实验目的：进一步掌握开发工具的应用实验内容：学习PC机与开发机联机仿真的操作方法实验二指令系统和编程练习实验目的：掌握8051单片机常用指令的使用和编程实验内容：用8051单片机的常见指令编写简单的多字节加减法程序。

单片机系统扩展技术1. 引言单片机是一种集成了处理器、存储器和各种输入输出接口的微型计算机系统。

单片机系统的应用范围广泛，涵盖了从工业自动化到家电控制等多个领域。

然而，随着应用需求的不断增加，单片机系统的功能往往面临着限制。

为了满足更高的要求，需要使用扩展技术来增强单片机系统的功能。

本文将介绍一些常见的单片机系统扩展技术。

2. 外部存储器扩展技术在某些应用场景中，单片机的内部存储器容量可能不足以存储所有的数据和程序。

这时可以通过外部存储器扩展技术来扩大系统的存储容量。

常见的外部存储器包括SD卡、EEPROM和闪存等。

2.1 SD卡扩展SD卡是一种常用的便携式存储介质，具有容量大、速度快和易于移植的特点。

通过使用SD卡模块，可以将SD卡连接到单片机系统中，并使用相应的驱动程序实现对SD卡的读写操作。

这样可以使单片机系统具备更大的存储容量，以便存储更多的数据和程序。

2.2 EEPROM扩展EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）是一种可擦写的非易失性存储器。

通过使用外部连接的EEPROM芯片，可以在单片机系统中实现额外的存储容量。

EEPROM的读写速度相对较慢，但具有较高的可擦写次数和较低的功耗，适合存储一些需要长期保存的数据。

2.3 闪存扩展闪存是一种常见的存储介质，具有容量大、读写速度快和抗震动的特点。

通过使用外部连接的闪存芯片，可以在单片机系统中实现更大的存储容量。

闪存的读写速度相对较快，适合存储需要频繁读写的数据和程序。

3. 通信接口扩展技术在一些应用中，单片机系统需要与外部设备进行通信，例如传感器、执行器和其他单片机等。

为了实现与这些外部设备的通信，可以通过扩展通信接口来满足需求。

3.1 UART扩展UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种常见的串行通信接口。

单片机的基本原理及应用单片机（Microcontroller）是一种集成电路，内部集成了处理器核心、存储器、输入/输出接口以及各种外设等功能模块，常用于嵌入式系统中。

它具有体积小、功耗低、成本较低、可编程性强等特点，被广泛应用于工业控制、家电、汽车电子、通信设备等领域。

本文将介绍单片机的基本原理及其在各个领域的应用。

一、单片机的基本原理单片机的基本原理是通过内部的处理器核心来执行指令，控制其他功能模块的工作。

其内部核心主要由运算器、控制器和时钟电路组成。

1. 运算器（ALU）运算器是单片机的核心部件，负责执行各种算术和逻辑运算。

它通常由逻辑门电路构成，能够进行加减乘除、与或非等运算。

2. 控制器控制器是单片机的指令执行单元，负责控制各个部件的工作。

它根据程序存储器中的指令，逐条执行并控制其他模块的工作。

3. 存储器存储器用于存储程序指令和数据。

单片机通常包含闪存（Flash）和随机存储器（RAM）。

闪存用于存储程序，RAM用于存储运行时数据。

4. 时钟电路时钟电路提供单片机的时钟信号，控制指令和数据的传输和处理速度。

它通常由晶体振荡器和分频器组成。

二、单片机的应用领域1. 工业控制单片机在工业控制领域应用广泛。

它可以控制工业生产中的各种设备，如温度控制、压力控制、自动化装置等。

通过编程，单片机能实现精确控制和监测，提高生产效率和产品质量。

2. 家电在家用电器中，单片机也有着广泛的应用。

例如，微波炉、洗衣机、空调等均采用单片机来实现控制功能。

通过编写程序，单片机可以根据用户的需求自动调节设备的工作状态，实现智能化控制。

3. 汽车电子单片机在汽车电子领域扮演着重要角色。

它被用于发动机控制、车载娱乐、安全系统等各个方面。

通过单片机的实时控制，汽车性能得到提升，驾驶安全得到保障。

4. 通信设备单片机广泛应用于通信设备中，如手机、调制解调器等。

它可以实现信号处理、数据存储和传输等功能，提升通信设备的性能和稳定性。

（一）课程教学目的和要求随着科学技术的不断进步，计算机在社会各个领域中的应用也不断得以发展，本课程是信息类基础课程之一，是一门学生学习掌握计算机硬件知识和汇编语言程序设计的入门课程。

通过本课程的学习使学生从理论和实践两方面掌握单片机的基本结构、工作原理、汇编语言程序设计方法、接口电路及单片机应用系统的设计方法，以求达到初步的单片机软硬件设计开发能力。

并为以后从事电子控制类的设计奠定理论基础和实践能力。

《单片机原理及应用》是信息类专业的一门重要专业基础必修课，是一门理论与实际紧密结合并对学生进行工程训练的课程。

通过本课程的教学，学生应掌握51系列单片机CPU、定时/计数器、存储器、串行通信、中断系统、I/O口的硬件结构，能用汇编语言进行程序设计，具备应用单片机知识分析解决工程实际问题，设计较复杂的单片机应用系统能力。

（二）课程教学重点和难点1、重点：硬件结构；指令系统；系统扩展和应用；外围接口技术。

2、难点：指令系统；外围接口技术。

（三）教学方法理论与实验相结合（四）课时安排总课时：64课时，其中：理论课时48，实验课时16。

（五）考核方式本课程的考核采取平时的形成性考核和课程结束时的笔试闭卷考试相结合的考核办法。

平时的考核主要有三个方面：课堂、课外、实验。

课堂考核依据出勤率、听课态度、课堂讨论表现等；课外考核主要依据作业、平时测试、课外的创新和发明等；实验考核依据实验完成的质量和数量等情况来评定。

（六）参考教材刘湘涛.江世明编著《单片机原理与应用》.电子工业出版社. 2006.第一章单片机基础知识教研室：计算机教研室教师姓名：申寿云教学过程1、问题牵引、导入新课（1）单片机是什么？它的主要特点和应用的领域。

（2）计算机中数据有哪些表示？二进制、八进制、十进制、十六进制；原码、反码、补码；ASCII码、BCD码。

2、课程内容本章的主要知识点有：知识点1：单片机的概念。

知识点2：单片机主流机型。

知识点3：80C51系列简介。

第一章习题参考答案1-1：何谓单片机？与通用微机相比，两者在结构上有何异同？答：将构成计算机的基本单元电路如微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路和相应实时控制器件等电路集成在一块芯片上，称其为单片微型计算机，简称单片机。

单片机与通用微机相比在结构上的异同：(1)两者都有CPU，但通用微机的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。

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，其振荡频率大多在百兆赫兹范围内;在一些简单应用系统中采用4位字长的CPU，在中、小规模应用场合广泛采用8位字长单片机，在一些复杂的中、大规模的应用系统中才采用16位字长单片机，32位单片机产品目前应用得还不多。

(2) 两者都有存储器，但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。

(3) 两者都有I/O接口，但通用微机中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，需有熟练的接口电路设计技术。

单片机的原理及应用单片机（Microcontroller Unit，简称MCU）是一种集成电路，具有处理器核心、存储器和各种外设接口，被广泛应用于各个领域。

本文将介绍单片机的原理以及一些常见的应用。

一、单片机的原理单片机作为一种嵌入式系统，其原理是通过将处理器、存储器和外设集成在一个芯片上，形成一个完整的计算机系统。

这种集成能力使得单片机具备了较高的性能和灵活性。

具体来说，单片机的原理包括以下几个方面：1. 处理器核心：单片机内部搭载了一个或多个处理器核心，常见的有8位、16位和32位处理器核心。

处理器核心负责执行指令集中的指令，对输入信号进行处理并控制外设的工作。

2. 存储器：单片机内部包含了程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）。

ROM用于存储程序代码，RAM用于存储数据。

这些存储器的容量和类型不同，可以根据实际需求进行选择。

3. 外设接口：单片机通过外设接口与外部设备进行通信。

常见的外设接口包括通用输入输出（GPIO）、串行通信接口（UART、SPI、I2C）、模拟数字转换器（ADC）等。

外设接口使单片机能够与其他硬件设备进行数据交互。

4. 时钟系统：单片机需要一个稳定的时钟信号来同步处理器和各个外设的工作。

时钟系统通常由晶振和计时电路组成，产生稳定的时钟信号供单片机使用。

二、单片机的应用单片机作为一种高性能、低成本、小体积的集成电路，广泛应用于各个领域。

以下是一些单片机的常见应用：1. 家电控制：单片机可以作为家电控制系统的核心，通过与传感器、执行器等外部设备的连接，实现对家电的智能控制。

例如，通过使用单片机可以实现空调、电视、洗衣机等家电的远程控制和定时控制等功能。

2. 工业自动化：单片机在工业自动化中发挥着重要的作用。

它可以用于控制和监控工业设备，实现自动化生产。

例如，生产线上的温度、压力、速度等参数可以通过单片机进行实时采集和控制。

3. 智能交通：交通系统中的信号灯、执法摄像头等设备可以利用单片机进行控制和管理。

单片机原理及应用（第3版）参考答案《单片机原理及应用(第3版)》习题参考答案姜志海黄玉清刘连鑫编著电子工业出版社目录第1章概述 ............................................................. 2 第2章 MCS,51系列单片机硬件结构 . (5)第3章 MCS,51系列单片机指令系统 .......................................10 第4章 MCS,51系列单片机汇编语言程序设计 ............................... 13 第5章 MCS,51系列单片机硬件资源的应用 ................................. 18 第6章 MCS,51系列单片机并行扩展接口技术 ............................... 23 第7章 MCS,51系列单片机串行总线扩展技术 ............................... 28 第8章单片机应用系统设计 . (30)第1章概述1(简述微型计算机的结构及各部分的作用微型计算机在硬件上由运算器、控制器、存储器、输入设备及输出设备五大部分组成。

运算器是计算机处理信息的主要部分;控制器控制计算机各部件自动地、协调一致地工作;存储器是存放数据与程序的部件;输入设备用来输入数据与程序;输出设备将计算机的处理结果用数字、图形等形式表示出来。

通常把运算器、控制器、存储器这三部分称为计算机的主机，而输入、输出设备则称为计算机的外部设备(简称外设)。

由于运算器、控制器是计算机处理信息的关键部件，所以常将它们合称为中央处理单元CPU(Central Process Unit)。

2(微处理器、微型计算机、微型计算机系统有什么联系与区别,微处理器是利用微电子技术将计算机的核心部件(运算器和控制器)集中做在一块集成电路上的一个独立芯片。

单片机原理、应用与PROTEUS仿真习题答案王妹芳编写周灵彬审校目录第一章概论 (1)第二章AT89C51单片机内部结构基础 (2)第三章AT89C51指令系统 (5)第四章AT89C51汇编语言程序设计 (11)第五章AT89C51输入/输出（I/O）口及其简单应用 (18)第六章AT89C51中断系统与定时器/计数器 (20)第一章概论1. 什么是单片机、单片机系统、单片机应用系统？答：单片机：又名微控制器，是将微型计算机中的中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）及I/O口电路等主要部件，结合连接它们的总线集成在一块芯片上，即它是一块智能芯片。

单片机系统：单片机本身只是一块芯片，它并不能集成计算机的全部电路，因此需要加上时钟、复位电路等，才能构成单片机最小应用系统；若最小系统资源不足时，还需扩展外围电路和外围芯片等，从而构成能满足应用要求的单片机系统。

单片机应用系统：它是为实际的控制应用而设计的，该系统与控制对象结合在一起，是满足嵌入式对象要求的全部电路系统。

它在单片机的基础上配置了前/后向通道接口电路、人机交互通道接口电路、串行通信接口等面向对象的接口电路。

另单片机系统和单片机应用系统都是软硬件结合的系统，缺一不可。

2. 单片机有哪些特点？答：单片机的特点很多，主要是体积小品种多，价格便宜，可靠性高，使用灵活，还有（1）突出控制功能（2）ROM和RAM分开（3）单片机资源具有广泛的通用性（4）易于扩展ROM、RAM、定时/计数器、中断源等资源。

3. 为什么说AT89C51单片机是MCS-51系列的兼容机？A T89C51单片机有何优点？答：AT89系列单片机是将FLASH存储器技术和MCS-51系列单片机的基本内核相结合的单片机，且管脚也与之兼容，可以直接代换，所以说AT89C51是MCS-51系列的兼容机。

AT89C51单片机是A T89系列机的标准型单片机，它的优点主要有：内ROM是FLASH存储器，已获得广泛应用的80C51兼容，采用静态逻辑设计，操作频率范围宽，具有两个软件选择的节电模式等。

单片机中的IO口扩展原理及应用单片机是一种在微处理器中集成了中央处理器、内存、输入/输出控制和时钟等功能的微型计算机。

在实际应用中，单片机的使用每況愈下，并逐渐被更高级的处理器所取代。

然而，在一些特殊应用领域，如嵌入式系统和物联网设备中，单片机仍然扮演着重要的角色。

在单片机中，IO口的扩展是一项关键的技术，用来增加单片机的输入和输出接口数量。

本文将探讨单片机中的IO口扩展原理及其应用。

一、单片机IO口扩展原理在单片机中，IO口（Input/Output Port）用于连接外部电路和其他设备，扮演着数据输入和输出的桥梁角色。

然而，通常单片机内部只有有限的IO口数量。

为了满足复杂的应用需求，需要通过扩展技术来增加IO口的数量。

1. 并行IO口扩展其中一种常见的IO口扩展技术是通过并行IO口扩展芯片来增加IO口数量。

该芯片通常由一个并行输入/输出移位寄存器和控制逻辑组成。

通过串行通信协议，单片机可以控制并行IO口扩展芯片，以实现扩展IO口的输入和输出功能。

这种方式适用于需要大量IO口的应用，如工业控制和自动化设备。

不过需要注意的是，并行IO口扩展芯片策略相对复杂，需要额外的引脚和电路设计，并且使用的软件协议需要单片机和外部芯片之间的高速通信支持。

2. 串行IO口扩展另一种常见的IO口扩展技术是通过串行IO口扩展芯片来增加IO口数量。

串行IO口扩展芯片通常采用常用的串行通信协议，如I2C（Inter-Integrated Circuit）或SPI（Serial Peripheral Interface），通过少量的引脚连接到单片机。

通过控制寄存器和数据寄存器，单片机可以发送指令和数据来控制扩展IO口的输入和输出。

这种方式相对于并行IO口扩展芯片来说，引脚数量较少，实现简单，适用于需要较少IO口数量的应用。

同时，由于使用串行通信协议，可以通过级联多个串行IO口扩展芯片，进一步增加IO口数量。

二、单片机IO口扩展应用单片机IO口扩展技术在各种嵌入式系统和物联网设备中都有广泛的应用。