单片机原理与应用

单片机原理与应用

广泛应用： 在工业控制、智能仪器、办公自动化、家用电器及航空航天军事等诸多领域，到处可见单片机的踪影，单片机技术开发和应用水平已成为一个国家工业化发展水平的标志之一。

所属领域：属于嵌入式智能控制技术。

与其他专业课程的关系： 先修课程：计算机硬件原理、 C 语言后续课程： DSP 技术、电子线路 CAD 等

专业地位：是测控技术与仪器专业的一门重要专业课程。

学习方法：属于应用设计类课程。多观察、勤动手；多动脑，勤编程；多琢磨，勤调试。

第 1 章 绪论一、什么是单片机

从外形上看：双列直插式封装（DIP）从内部上看：结构图

又称微控制器 （ Microcontroller Unit ,MCU) 或称嵌入式控制器（ Embedded Controller)

在一块半导体硅片上集成了微处理器（ CPU) 、存储

器、各种 I/O 接口，具有计算机的属性，称为单片微型计

算机（简称单片机）。

从类型上看： 通用型单片机 专用型单片机

第一阶段（ 1976~1978 年）：低性能单片机的探索阶段。

第二阶段（ 1978~1982 年）：高性能单片机阶段。 第三阶段（ 1982~1990 年）： 16 位单片机阶段。 第四阶段（ 1990 年 ~ ）：微控制器的全面发展阶

段。

二、单片机的发展历史及趋势

快速、大容量、高集成化、低功耗等方向发展

三、单片机的主要生产厂家和机型生产厂家 单片机型号美国 Intel 公司 MCS-51 系列及其增强型美国 ATMEL 公司

89C51 、 89C52 等

美国 Zilog 公司 Z8 系列美国 TI 公司 TMS7000 系列荷兰飞利浦公司 8XC552 系列日本松下公司 MN6800 系列日本日立公司 HD6301,HD6305 系列

MCS-51 单片机系列

资 源 配 置

子 系 列

片内 ROM 的形式片内ROM

容量

片内RAM容量

定时器与

计数器

中断源无 ROM

EPROM

E2PROM

8×51 8031 8051 8751 8951 4KB 128B 2×16 5

8×C51 80C31 80C51 87C51 89C51 4KB 128B 2×16 5

8×52 8032 8052 8752 8952 8KB 256B 3×16 6

8×C52 80C32 80C52 87C52 89C52 8KB 256B 3×16 7

8051 芯片的功耗为 630mW, 而 80C51 的功耗只有 120mW 。

（ 1 ）体积小，重量轻；

（ 2 ）可靠性高，运行速度快，抗干扰能力强；

（ 3 ）控制功能强，使用灵活，性价比高；

（ 4 ）易扩展，易于开发；

（ 5 ）受集成度限制，片内存储器容量较小，一般 内 ROM 在 8KB 以下，内 RAM 在 256B 以内。

四、单片机特点：

单片机应用系统的组成

单片机

接口电路及外设等

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硬 件

单片机应用系统

软件

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五、 单片机系统的开发过程

五、 单片机系统的开发过程(1) 明确系统设计任务，完成单片机及其外围电路的选型工作。

(2) 设计系统原理图和 PCB 板，经仔细检查 PCB 板后送工厂制作。

(3) 完成器件的安装焊接。(4)  根据硬件设计和系统要求编写应用程序。

(6) 使用编程器烧写单片机应用程序或使用 ISP技术下载。 (5)   在线调试软硬件。

(7) 独立运行单片机程序

(1) 明确系统设计任务，完成单片机及其外围电路的选型工作。

通信芯片 MAX232CPE 时钟芯片 DS1302

EEPROM

24C02

温度传感器 18B20

AD 变换器 0832

稳压片 78L05

晶 振

电阻和排电阻

瓷片小电容零压力插座

万用焊接板

仪器盒

液晶显示屏

拨动开关

红外遥控用 发射接受一体管

继电器

各类接插件

遥控组件

超声波发射接受头

双路遥控组件

8×8 二极管点阵 八段数码管

(2) 设计系统原理图和 PCB 板，经仔细检查 PCB 板后送工厂制作。

(3) 完成器件的安装焊接。

(4)  根据硬件设计和系统要求编写应用程序。

仿真仿真器器

编程器软件界面

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(5)   在线调试软硬件。

(6) 使用编程器烧写单片机应用程序或使用 ISP 技术下载。

编程器和芯片座

ISP 技术以及优势传统的编程方式：必须要把单片机先从电路板上取下来，然后放入专用的编程器进行编程，最后再次放入电路板进行调试。 传统的编程方式开发步骤有以下缺点：

   1 ）频繁的拔插芯片，容易损坏芯片的引脚； 2 ）如果频繁的调试程序，换程序，必须重复拔 插，大大降低了开发效率。

    ISP 技术：彻底地改变了传统的开发模式，它只要在电路板上留下个接口（如 ispdown 的十芯插座），配合 ispdown 的下载电缆，就可以不用拔出芯片，在电路板上就可以对芯片进行编程。称为在线编程技术。

ISP 技术有以下优势：

1 ）工程师在开发电子系统时彻底告别频繁拔插芯片的噩梦，避免损坏芯片的引脚；

2 ） ISP 可以加速产品的上市并降低研发成本。3 ） ISP 技术帮助工程师缩短从设计、制造到现场调试、简化

生产流程大大提高了工作效率。4 ）在试验新品或学生试验等经常需要用不同的程序调试芯片

的场合中，在线编程技术尤为重要。5 ）采用 ISP 设计是对市场定型产品进行现场升级和维护的最

经济、最有效的方式。    

超声波发射和接收一体化机

(7) 独立运行单片机程序

能汉字显示的显示屏和实时时钟板

电子万年历

六、本课程的主要内容1 、单片机的硬件结构

CPU 存储器结构 并行 I/O 接口 中断系统 定时器 / 计数器 串行口

2 、单片机的指令系统及编程3 、单片机的系统扩展技术

存储器的扩展 I/O 接口的扩展 键盘显示器的扩展 A/D 和 D/A转换器的扩展

七、参考资料

2 、仿真软件：Keil C

Proteus

1 、《MCS-51 系列单片机及其应用》，蔡美琴等，高教；

AT89C51 AT89S51 AT89S52 AT89C2051

N80C196

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控制电路 定时器时钟电路

I / O 口 晶

硅片

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测控系统基本组成

调理

电路

传

感

器 开关量

压力

流量

温度

计算机

单片机

PLCA/D

转换

D/A

转换

模

拟

量

显示

键盘

通信开关量

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