单片机原理及应用 教学课件 作者 张国锋 主编 第1章 单片机基础知识.pptVIP

本章总体要求： 本章重点： 本章难点： 1.1单片机概述 1.1.1什么是单片机 　１.所谓单片机，即把组成微型计算机的各个功能部件，如中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、输入/输出接口电路、定时器/计数器以及串行通信接口等集成在一块芯片中，构成一个完整的微型计算机。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。 　２.单片机是单芯片形态作为嵌入式应用的计算机，它有惟一的、专门为嵌入式应用而设计的体系结构和指令系统，加上它的芯片级体积的优点和在现场环境下可高速可靠地运行的特点，因此单片机又称之为嵌入式微控制器。 　中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容，解码后得到数据地址，再到相应的数据存储器中读取数据，并进行下一步的操作（通常是执行）。程序指令存储和数据存储分开，可以使指令和数据有不同的数据宽度，如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位宽度，而数据是8位宽度。最典型的应用如：Intel公司的MCS-51系列。 （2）冯诺依曼结构：也称普林斯顿结构，将程序存储器（ROM）与数据存储器（RAM）合并在一起的存储器结构。是一种将程序指令存储器和数据存储器程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，因此程序指令和数据的宽度相同，如英特尔公司的MCS-96中央处理器的程序指令和数据都是16位宽。最典型的应用如：MCS-96系列。 　二者的主要区别在于指令系统的划分。 1.1.2单片机发展概况 1.单片机的发展历史 第1阶段（1974—1976）：初级单片机阶段 第2阶段（1976—1978）：低性能单片机阶段 第3阶段（1978—1983）：高性能单片机阶段 第4阶段（1983—今）：单片机全面发展阶段 (1)单片机的高性能化主要是指进一步改进CPU的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性，并加强了位处理功能、中断和定时控制功能；采用流水线结构，指令以队列形式出现在CPU中，从而有很高的运算速度。有些单片机基本采用了多流水线结构，这类单片机的运算速度要比标准的单片机高出10倍以上。 (2)片内存储器大容量化。 (3）小容量、低价格化。这类单片机主要用于儿童玩具等较小规模的控制系统。 (4）外围电路内装化。 (5)增强I/O接口功能为了减少外部驱动芯片，进一步增加单片机并行口的驱动能力 。 (6)加快I/O接口的传输速度有些单片机设置了高速I/O接口，能以更快的速度触发外围设备，也能以更快的速度读取数据。 1.1.3单片机的应用 1.在智能仪器仪表上的应用 。 2.在工业控制中的应用。 3.在家用电器中的应用。 4.在计算机网络和通信领域中的应用。 5.单片机在医用设备领域中的应用。 　此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。 1.2典型单片机介绍 1.2.2MCS—51系列单片机简介 　该系列芯片按其功能可分成8大部分，如图1-1所示。 （1）一个8位中央微处理器CPU。 （2）128字节的数据存储器RAM和18个特殊功能寄存器SFR。 （3）4K字节内部程序存储器ROM。 （4）16位定时/计数器（2个），用以对外部事件进行计数，也可用作定时器。 （5）四个8位可编程的I/O（输入/输出）端口：P0口、P1口、P2口、P3口（共32线），用于并行输入或输出数据。 （6）一个串行端口，用于数据的串行通信，可工作在全双工状态。 （7）一个具有5个中断源，可编程为2个优先级的中断系统。它可以接收外部中断申请，定时器/计数器中断申请和串行口中断申请。 （8）内部时钟电路（引脚XTAL1与XTAL2之间）。MCS-51系列单片机寻址范围达到64K，并有控制功能较强的布尔处理器。结构体系更完善，进入高性能单片机时代，面向控制的特点进一步突出。现在，MCS-51已成为公认的单片机经典机型。 1.2.3 MCS-96系列单片机简介 　包括如下一些部件：一个16位的中央处理器CPU、8K的片内程序存储器（ROM）、256字节的片内随机数据存储器（RAM）、2个16位定时／计数器、10位4路A／D转换、数字型I／O接口、全双工串行通信接口、监视跟踪定时器（WATCHDOG）、高速输入／输出（I／O）、中断控制逻辑电路、脉宽调制器(PWM)以及时钟信号发生器与反偏压发生器等。 该系列芯片具有以下特点： （1）16位中央处理器（CPU） 　MCS-98的CPU是在特殊功能寄存器（SFR）具有累加器的功能，可使CPU对运算前后的数据进行快速交换，同时又提供了高速的数据处理能力和输入／输出能力。 （2）高效的指令系统 　在同等运算功能的情况下，MCS-98单片机的速度比MCS-51系列单片机