单片机原理及应用1 项目一 知识准备共21页文档

第2章 MCS-51单片微型 计算机的结构
2.1 MCS-51单片机总体结构 MCS-51系列单片机的典型产品有8051、 8751、8031、80C51、80C31等。它们的结 构基本相同，其主要差别反映在片内存储器 的配置上有所不同。8051是ROM型单片机， 内含4KB的掩模ROM程序存储器；8751内含 4KB的可编程EPROM程序存储器；而8031 则为无ROM型单片机，使用时需外接程序存 储器。
1. MCS-51单片机总体构框图
2. MCS-51引脚功能
3. MCS-51存储器的特点 物理结构上有四个存储空间： 片内程序存储器； 片外程序存储器； 片内数据存储器； 片外数据存储器。
从用户使用的角度，即从逻辑上划分3个 存储器地址空间： 片内外统一偏址的64KB的程序存储器地 址空间； 片内256B数据存储器地址空间； 片外64KB的数据存储器地址空间；

2. 十六进制数 计算机在输入输出或书写时，可采用十 六进制数表示相应的二进制数。 十六进制数有十六个数字符号，其中0～ 9与十进制相同，剩余六个为A～F分别表示 十进制数的10～15，计数原则是逢“十六进 一”，也称其基数为十六。
3. 不同数制之间的转换 计算机中的数只能用二进制表示，十六 进制数适合读写方便的需要，日常生活中 使用的是十进制数，计算机根据需要对各 种进计算机内部所有数据均用二进制代码的形式表 示。 计算机通过输入设备（如键盘）输入信息和通 过输出设备输出信息也是多种形式的，即有数字、 字母，也有各种控制符号及汉字等。为此，需要对 常用的数据及符号等进行编码，以表示不同形式的 信息。这种以编码形式所表示的信息既便于存储， 也便于由输入设备输入信息、输出设备输出相应的 信息。
第3章 MCS-51单片机指 令系统

LED彩灯控制
通过单片机控制RGB LED的颜色和亮度，实 现彩灯的色彩变换和动态效果。
键盘输入控制设计实例
矩阵键盘输入控制
通过单片机扫描矩阵键盘，识别按键输入并执行相应操作。
独立按键输入控制
利用单片机检测独立按键的状态，实现按键输入控制。
编码器输入控制
通过单片机读取旋转编码器或按键编码器的输出信号，实现输入 控制。
串行通信编程
通过编程实现串行通信数据的发送和接收， 包括数据格式设置、波特率设置、数据校验 等。
05
单片机应用实例分析
LED显示控制设计实例
LED点阵显示控制
通过单片机控制LED点阵的亮灭，实现文字 、数字或图形的动态显示。
LED数码管显示控制
利用单片机输出数字信号，驱动LED数码管 显示数字或字母。
步进电机驱动控制
利用单片机产生步进电机所需的驱动信号， 实现电机的精确角度转动和定位。
直流电机驱动控制
通过单片机输出PWM信号，调节直流电机 的转速和方向。
交流电机驱动控制
通过单片机控制交流电机的变频器或软启动 器，实现电机的平稳启动和调速。
06
单片机实验与课程设计指导
实验一：闪烁LED灯实验
实验目的：掌握单片机I/O口的
单片机原理及应用电子版教 材
• 单片机概述 • 单片机基本原理 • 单片机编程语言与开发工具 • 单片机外围电路与接口技术
• 单片机应用实例分析 • 单片机实验与课程设计指导
01
单片机概述
单片机定义与发展
定义
单片机（Microcontroller Unit，MCU）是一种集成电路芯 片，采用超大规模集成电路技术将中央处理器（CPU）、存 储器、输入输出接口等计算机主要部件集成在一块芯片上， 构成一个完整的微型计算机。

定时器
晶 片
单 硅
1.1.2单片机发展概况
自从1975年美国德克萨斯仪器公司（TI公司）的第一 个单片机TMS-1000问世以来，迄今为止，已有30年的历 史，单片机技术也已成为计算机技术的一个独特分支，在 众多领域尤其是在智能化仪器仪表、检测和控制系统中有 着广泛的应用。
单片机作为微型计算机的一个分支，它的产生与发展 和微处理器的产生与发展大体同步，主要分为三个阶段。
1.1.4单片机的主要生产厂商及产品
1.单片机的主要生产厂商及产品
自单片机诞生以来，其产品在近30年里得到了迅猛的发展， 形成了多公司、多系列、多型号的局面。
2.单片机主要产品
除上述公司及其产品外，还有一些其他公司也生产各种类 型的单片机，如Siemens、OKI、Fairchild、Mostek公司等。
单片机的概念
微型计算机系统的硬件部分通常由五部分组成:
输入设备
运算器
输出设备
控制器
存储器
这种计算机系统通常由多块印刷电路板制成
内存条
CPU
主板
单板机
输入输出接口 芯片
CCPPU芯U片
定时计数器 芯片
内存条
存储器芯片
A/D、D/A 芯片
印 刷 电 路 板
单片机
存储器
CPU
I / O口
时钟电路 控制电路
（2）在线应用
在线应用就是以单片机代替常规模拟或数字控制电路， 使其成为测控系统的一部分，在被控对象工作过程中实行 实时检测，并实时控制。在线应用为实时测控提供了可能 和方便。
（3）嵌入式应用
单片机在应用时通常装入到各种智能化产品之中，所以 又称“嵌入式微控制器”（Embedded Micro Controller Unit， EMCU）。单片机应用系统就是典型的嵌入式系统。嵌入式 计算机系统，是作为其他系统的组成部分使用的。由于通用 计算机系统有限的可靠性、较高的价位及庞大的身躯，限制 了其在嵌入式系统的广泛应用，尤其限制了以嵌入式计算机 系统作为核心控制产品的发展。单片机以较小的体积、现场 运行环境的高可靠性满足了许多对象的嵌入式应用要求。在 嵌入式系统中，单片机是最重要也是应用最多的智能核心器 件。

第1章 微机基本原理
控制总线 微处理器
地址总线
存储器
数据总线
接口 适配器
I/O 设备
图1-1 微机的组成
第1章 微机基本原理
其中,微处理器由控制器,运算器和若干个寄存器组 成;I/O设备与微处理器的连接需要通过接口适配器 (即I/O接口);存储器是指微机内部的存储器(ROM, RAM和EPROM等芯片)。 将微处理器,一定容量的ROM和RAM以及I/O 口, 定时器等电路集成在一块芯片上,构成单片机 微型 计算机,简称单片机。
第1章 微机基本原理
相对控制器而言，运算器接受控制器的命 令而进行动作，即运算器所执行的全部操作都 是由控制器发出的控制信号来指挥的。 ALU 、计数器、寄存器和控制部分除在微 处理器内通过内部总线相互联系外，还通过外 部总线与外部的存储器和输入 / 输出借口电路 联系。外部总线一般分为数据总线 DB 、地址 总线AB和控制总线 CB，统称为系统总线。存 储器包括RAM和ROM。微型计算机通过输入/ 输出接口电路可与各种外围设备连接。
第1章 微机基本原理
(4)程序计数器(PC)
为了保证程序能够连续地执行下去， CPU 必 须采取某些手段来确定下一条指令的地址。程序 计数器正是起到了这种作用，所以通常又成其为 指令地址计数器。在程序 开始执行前，必须将其 起始地址，即程序的第一条指令所在的内存单元 地址送入 PC; 当执行指令时， CPU 将自动修改 PC 的内容，是指总是指示出将要执行的下一条指令 的地址。由于大多数指令都是按顺序执行的，所 以修改的过程通常只是简单的加1操作。
第1章 微机基本原理
运算器有两个主要功能:
(1)执行各种算术运算。 (2)执行各种逻辑运算,并进行逻辑测试,如 零值测试或两个值的比较。