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单片机原理电子教材

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第一部份MCS­51单片机原理第一章绪论1．1嵌入式系统1.1.1什么是嵌入式系统我们把面向工控领域对象，嵌入到工控应用系统中，实现嵌入式应用的计算机称之为嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统。

嵌入式系统具有以下特点：1．面对控制对象。

如传感信号输入、人机交互操作、伺服驱动等。

2．嵌入到工控应用系统中的结构形态。

3．能在工业现场环境中可靠运行的可靠品质。

4．突出控制功能。

如对外部信息的捕捉、对控制对象实时控制、有突出控制功能的指令系统（I/O 控制、位操作、转移指令等）。

通用计算机特点：海量高速数值计算1.1.2嵌入式系统的种类嵌入式系统的种类可分为：1．工控机：通用计算机经机械改造加固、电气加固构成，其特点是软件丰富、体积大。

2．通用CPU 模块：用CPU 构成各种形式的主机板系统，一般用在大量数据处理的场合，体积较小。

3．嵌入式微处理器：在通用微处理器（MPU ）的基核上，增添一些外围单元和接口构成单芯片形态的计算机系统，如80386EX ，它有定时器/计数器、DMA 、中断系统、串行口、并行口、看门狗（WDT ）等集成在一个芯片上。

4．单片机（微控制器）：单片机有唯一的专门为嵌入式应用系统设计的体系结构与指令系统，最能满足嵌入式应用要求。

它是完全按嵌入式系统要求设计的单芯片形态应用系统，最能满足面对控制对象、应用系统的嵌入、现场的可靠运行及非凡的控制品质等要求，是发展最快、品种最多、数量最大的嵌入式系统。

1.2单片机的技术发展历史1.2.1单片机的发展阶段单片机的发展可分为四个阶段1．第一代：单片机探索阶段,有2．第二代：单片机完善阶段表现在：（1）面对对象，突出控制功能，专用CPU 满足嵌入功能。

（2）寻址范围为16位或8位（3）规范的总线结构，8位数据，16位地址线，及多功能异步串行口（UART ）（4）特殊功能寄存器（SFR）的集中管理模式（5）海量位地址空间，提供位寻址及位操作功能（6）指令系统突出控制功能3．第三代：微控制器形成阶段形成系列产品：以8051系列为代表，如8031、8032、8051、8052等。

4．第四代：微控制器百花齐放表现在：(1)电气商、半导体商广泛加入(2)满足最低层电子技术的应用（玩具、小家电）(3)大力发展专用型单片机(4）致力于提高单片机的综合品质1.2.2单片机的发展方向1．主流型机发展趋势：8位单片机为主流，少量32位机，16位机可能被淘汰。

2．全盘CMOS化趋势：指在HCMOS基础上的CMOS化，CMOS速度慢，功耗小，HCMOS 具有综合优点。

特点：低功耗及低功耗管理技术。

3．RISC体系结构的发展早期CISC指令较复杂，指令代码周期数不统一，难以实现流水线（单指仅为1MIPS），通过精简指令系统，绝大部分为单周期指令，可实现流水线作业（单周期指令可达12MIPS）4．大力发展专用单片机5．OTPROM、flashROM成为主流供应状态6．ISP及ISP的开发环境FlashROM的应用推动了ISP（系统可编程技术）的发展，这样就可实现目标程序的串行下载，PC机可通过串行电缆对远程目标高度仿真、更新软件等。

7．单片机的软件嵌入目前的单片机只提供程序空间，没有驻机软件。

ROM空间足够大后可装入如平台软件、虚拟外设软件、用于系统诊断管理的软件等，以提高开发效率。

8．实现全面功耗管理，如采用：（1）ID、PD模式（2）双时钟模式（3）高速时钟/低速时钟模式（4）低电压节能技术9．推行串行扩展总线,如I2C总线等。

10．ASMIC技术的发展，如以MCU为核心的专用集成电路（ASIC）。

1.3单片机的应用模式1.3.1单片机应用系统的结构单片机应用系统的结构分三个层次：1．单片机：通常指应用系统主处理机，即为所选择的单片机器件2．单片机系统：指按照单片机的技术要求和嵌入对象的资源要求而构成的基本系统，如时钟电路、复位电路、扩展存储器等与单片机构成了单片机系统。

3．单片机应用系统：指能满足嵌入对象要求的全部电路系统。

在单片机系统的基础上加上面向对象的接口电路，如前向通道、后向通道、人机交互通道（键盘、显示器、打印机等）、串行通信口（RS232）、应用程序等。

1.3.2单片机的种类1．按应用领域分为：家电类、工控类、通信类、个人信息终端等2．按通用性分为：通用型和专用型（如计费率电表、电子记事簿）3．按总线结构分为：总线型和非总线型。

如89Ｃ51为总线型，有数据总线、地址总线及相应的控制线（WR、RD、EA、ALE等）。

又如89C2051等为非总线型，外部引脚少，可使成本下降。

1.3.3单片机的供应状态按提供的存储器类型可分为五种状态1．MASKROM类：程序在芯片封装过程中用掩膜工艺制作到ROM区中，如80C51，适合大批生产。

2．EPROM类：紫外线可擦写存储器类，如87C51，价格较贵。

3．ROM less类：无ROM存储器，如80C31，电路扩展复杂，较少用。

4．OTPROM类：可一次性写入程序5．FlashROM（MTPROM）类：可多次编程写入的存储器，如89C51、89C52，成本低，开发调试方便，在恶劣环境下可靠性不及OTPROM。

1.3.4分为专用模式总线应用模式总线型的非总线应用模式非总线型的应用模式专用型的应用模式1.4单片机的应用开发过程单片机的应用开发可分为以下四个过程：1．硬件系统设计调试。

如电路设计、PCB印制板绘制等.2．应用程序的设计。

可使用如Wave等汇编工具软件进行源程序编写、编译调试等。

3．应用程序的仿真调试。

指用仿真器对硬件进行在线调试或软件仿真调试，在调试中不断修改、完善硬件及软件。

4．单片机应用程序的烧写，用专用的单片机烧写器可将编译过的二进制源程序文件写入单片机（flashROM）芯片内。

5．系统脱机运行检查。

进行全面检查，针对出现的问题修正硬件、软件或总体设计方案。

*思考与练习1．什么是嵌入式系统？有哪些类型？2．通用计算机系统与一般嵌入式系统的主要区别在哪里？3．单片机的主要发展方向是什么？4．单片机的主要供应状态是指什么？分几种供应状态？在研制开发时主要用什么单片机？5．什么是总线型单片机？什么是非总线型单片机？什么是总线应用，什么是非总线应用？6．简述单片机的开发过程第二章单片机基本结构与工作原理2.1单片机的基本结构典型系列单片机是由CPU 系统、外围功能单元、归一化I/O 端口三个部分组成（如下图）。

1．CPU 系统包括CPU 、时钟系统、总线控制逻辑三个部分（1）CPU ：包含运算器和控制器，专门为面向控制对象、嵌入式特点而设计，有突出控制功能的指令系统。

（2）时钟系统：包含振荡器、外接谐振元件，可关闭振荡器或CPU 时钟。

（3）总线控制逻辑：主要用于管理外部并行总线时序及系统的复位控制，外部引脚有RST 、ALE 、EA 、PSEN 。

RST­­­­­系统复位用ALE­­­­­数据（地址）复用控制EA­­­­­­外部/内部程序存储器选择PSEN­­­外部程序存储器的取指控制80C51系列单片机的基本原理2．CPU 外围电路CPU 外围电路包括ROM 、RAM 、I/O 口、SFR 四个部分(1)ROM ：程序存储器，地址范围为0000H~FFFFH （64K ）80C51为ROMless按供应状态分83C51为MaskROM87C51为EPROM/OTPROM 89C51为flashROM(2)RAM ：数据存储器，范围00H~FFH （256B ），是一个多用多功能数据存储器，有数据存储空间、通用工作寄存器、堆栈、位地址等空间。

(3)I/O 端口：80C51系列单片机具有4个8位I/O 端口，分别为P 0、P 1、P 2、P 3。

P 0口为数据总线端口，P 2、P 0组成16位地址总线，P 1为用户口，P 3为用于基本输入/输出端口以及并行扩展总线的读写控制。

P 0、P 2口可作用户I/O 口，P 3不作基本功能单元的输入输出口时，可作用户I/O 口。

(4)SFR ：特殊功能寄存器，是单片机中的重要控制单无，CPU 对所有片内功能单元的操作是通过访问SFR 实现的。

3．基本功能单元80C51系列单片机具有定时/计数器、中断系统、串行接口三个基本单元（1）定时器/计数器：80C51有2个16位定时/计数器，定时时靠内部的分频时钟频率计数实现，作计数器时，对P 3.4(T0)或P3.5(T1)端口的低电平脉冲计数。

（2）中断系统：80C51共有5个中断源，2个外部中断源INTO 、INT1，2个定时器溢出中断（T0、T1），1个串行中断。

（3）串行接口UART ：是一个带有移位寄存器工作方式的通用异步收发器，不仅可以作串行通信，还可用于移位寄存器方式的串行外围扩展。

RXD （P3.0）脚为接收端口，TXD(P3.1)脚为发送端口。

2.2单片机内部资源的配置单片机内部资源可按需要进行扩展与删减，单片机中许多型号系列是在基核的基础上扩展部分资源形成的，这些可扩展的资源有：（1）时钟系统的速度扩展，从12MHZ 到40MHZ 。

（2）ROM 的容量扩展，从8K 、16K 到64K 。

（3）RAM 的容量扩展，从256B 、512B 到1024B 。

（4）I/O 口的数量扩展，从4个I/O 口到7个I/O 口。

（5）SFR 的功能扩展，如ADC 、PWM 、WDT 、模拟比较器等。

（6）中断系统的中断源扩展。

（7）定时器/计数器的数量扩展、功能扩展。

（8）串行口的增强扩展。

（9）电源供给系统的宽电压适应性扩展（从2.7V 到6V ）。

为了满足小型廉价的要求，可将单片机的某些资源删减，某些功能加强，以达到不同场合使用要求，这些删减增加资源的内容有：（1）总线删减。

如89C1051、89C2051删去并行总线，成为20脚封装。

（2）功能删减。

如89C1051只有1K 的ROM 、64B 的RAM 、1个定时/计数器，删除了串行口UART 单元。

（3）某些功能加强。

如增加模拟比较器、计数器捕捉功能等2.3单片机的外部特性2.3.1单片机的引脚分配及功能描述1．MCS­51单片机不同封装的引脚分配图2．80C51引脚功能描述表2­180C51引脚功能描述引脚标记引脚编号端口类别引脚名称及功能描述DIP LCC QFPVssVccP0.0~P0.7 P1.0~P1.7204039~321~8224443~362~9163837~3040~441~3III/OI/O地端：0V基准电源端：正常操作、空闲、掉电状态的供电P0口：为开漏结构的准双向口。

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单片机原理与应用设计张毅刚等编著电子教案讲义省公开课一等奖全国示范课微课金奖PPT课件

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2．锁存器74LS573 输入D端和输出Q端依次排在芯片两侧，为绘制印刷电路板时
布线提供了方便。
图8-10
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74LS573各引脚说明以下: D7～D0：8位数据输入线。 Q7～Q0：8位数据输出线。 G ：数据输入锁存选通信号，该引脚与74LS373G端功效相同
。 OE*：数据输出允许信号，低电平有效。当该信号为低电平时
供低8位地址和8位双向数据总线。片外数据存放器RAM读和写 由89C51RD*（P3.7）和WR*（P3.6）信号控制，而片外程序存 放器EPROM输出允许端（OE*）由89C51程序存放器读选通信号 PSEN*控制。 尽管与EPROM地址空间范围都是相同，但因为控制信号不一样， 故不会发生总线冲突。
那么，这32KB空间利用74LS138译码器可划分为8个4KB空间。 假如把P2.7经过一个非门与74LS138译码器G1端连接起来， 如图8-6所表示，就不会发生两个32KB空间重合问题了。
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图8-6
8.2.2 外部地址锁存器 地址锁存器芯片: 74LS373、8282、74LS573等。 1. 锁存器74LS373 带有三态门8D锁存器,其引脚及内部结构如图8-7和图8-8。
EPROM芯片没有写入控制脚，只有读出控制脚，记为OE*，它 与89C51单片机PSEN*相连，地址线、数据线分别与89C51地址 线、数据线相连，片选端控制可采取线选法或译码法。图813为外扩一片27128接口电路图 。
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图8-13
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3. 使用多片EPROM扩展电路 89C51扩展4片27128。
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图8-3
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输
G1 G2A* G2B*
串行总线接口技术-单片机原理与应用电子课件

串行总线接口技术-单片机原理与应用电子课件


40 000次/s。
TLC549的电源范围为+3V- +6V，功耗小于15Mw,
总失调误差最大为±0.5LSB，适用于电池供电的便携式
仪表及低成本高性能的系统中。
2020/5/12
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1.引脚功能
TLC549有8个引脚，如图9-1所示。各引脚功能说明如下： REF+：正基准电压输入端，2.5V≤REF+≤VCC+0.1V。 REF-：负基准电压输入端， -0.1V≤REF-≤2.5V，且要求REF+ － REF-≥1V。在要求不高时，也可将REF-接地，REF+接VCC。 AIN：模拟信号输入端，0≤AIN≤VCC，当AIN≥REF+时，转 换结果为全"1"(FFH)，AIN≤REF-时，转换结果为全“０” （00H）。 /CS：芯片选择输入端，低电平有效。 DO：数据串行输出端，输出时高位在前，低位在后。 CLK：外部时钟输入端，最高频率可达1.1MHz。
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图9-7 TLC561519的时序
16位数据的高4位和低2位不会被转换，待转换数据输入的格式 见表9-1：
表9-1 D/A转换数据输入格式
输入序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 输入数据 × × × × D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 0
Clk=0; CS=0;
/*令CS为低选中TLC549*/
_nop_();
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for(i=0;i<8;i++)
/*循环读取8位A/D转换结果*/
{ CLK =1;
/*令CLK引脚为高，产生时钟*/
单片机课件ppt

单片机课件ppt


无线通信
01
蓝牙通信
单片机可以通过蓝牙模块实现无线通信，与手机、电脑等 设备进行数据传输。常见的蓝牙协议有蓝牙2.0、蓝牙4.0 等。
02 03
Wi-Fi通信
单片机可以通过Wi-Fi模块实现无线通信，与云端服务器 进行数据传输。常见的Wi-Fi协议有Wi-Fi 802.11n、WiFi 802.11ac等。
01
发展
随着技术的不断进步，单片机的性能不 断提高，功能不断丰富，应用领域也不 断扩大。
02
03
现状
目前，单片机已经成为嵌入式系统领 域中的重要分支，广泛应用于各个领 域。
单片机的应用领域
工业控制
智能家居
单片机被广泛应用于工业自动化控制系统 中，如过程控制、数据采集、机械臂控制 等。

单片机在智能家居领域中也得到了广泛应 用，如智能门锁、智能照明、智能空调等 。
nRF24L01无线模块
nRF24L01是一款基于FDSM技术的高性能无线收发器芯 片，工作频率范围为2.400GHz～2.525GHz，常被应用于 低功耗无线传输领域。单片机可以通过nRF24L01无线模 块实现无线数据传输。
05 单片机发展与趋 势
单片机的发展历程
起源
单片机最早起源于20世纪70年代，是一种将CPU、内存 、I/O接口等集成在一个芯片中的微型计算机。
4. 调试
通过仿真和实际硬件调试来验证 程序的正确性。
编程实例
LED闪烁
通过编程控制单片机上的 LED灯的亮灭，以实现闪 烁效果。
按键检测
通过编程检测单片机上的 按键输入，并相应地控制 输出。
定时器使用
通过编程使用单片机的定 时器功能，以实现定时控 制或时间间隔测量。
单片机原理及应用——C51编程+Proteus仿真(第3版)课件第2章 硬件结构

单片机原理及应用——C51编程+Proteus仿真(第3版)课件第2章 硬件结构

件都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。
图2-1 AT89S52单片机片内结构
6
片内各外围功能部件通过片内单一总线连接而成（见图2-1），基本结 构依旧是CPU 加上外围芯片的传统微机结构。
CPU对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR，Special Function Register）的集中控制方式。
入引脚。
21
注意：AT89S51与AT89S52引脚的差别仅仅是在1脚（P1.0）与2脚（ P1.1）上，AT89S52的1脚（P1.0）与2脚（P1.1）分别增加了定时器/计数 器T2的两个外部引脚T2和T2EX的复用功能。
当AT89S52单片机不使用片内的T2的两个引脚T2（P1.0）和T2EX（ P1.1）的复用功能时，AT89S51以及各种8051兼容机与AT89S52的引脚功 能则完全相同，它们的外设硬件接口电路是完全相互通用的。
但是如果使用定时器T2的外部计数输入T2（P1.0）和“捕捉”输入 T2EX （P1.1）的功能时，则AT89S52的P1.0脚和P1.1脚就不能作为通用 I/O使用，这是AT89S52与AT89S51（或AT89C51）在外围接口电路设计上 的微小差别。
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（3）P2口：P2.7～P2.0引脚 准双向I/O口，引脚内部接有上拉电阻，可驱动4个LS型TTL负载。 当AT89S52访问外部存储器及I/O口时，P2口作为高8位地址总线使用，
3
2.7 复位操作和复位电路 2.7.1 复位操作 2.7.2 复位电路设计
2.8 AT89S52单片机的最小应用系统
2.9 看门狗定时器（WDT）功能及应用
2.10 低功耗节电模式 2.10.1 空闲模式 2.10.2 掉电运行模式