1、控制理論基礎(chǔ)(II)交通大學(xué)精品課程系列2007課程負(fù)責(zé)人：楊汝清 教授 曹其新教授顧問： 王顯正 教授19.1 關(guān)于單片機(jī)9.2 單片機(jī)介紹9.3 單片機(jī)的特點(diǎn)9.4 MCS51的內(nèi)部資源9.7.1電路搭建9.5 單片機(jī)的內(nèi)外結(jié)構(gòu)9.6 存儲器結(jié)構(gòu)和操作9.7 一個(gè)簡單電路分析實(shí)例9.7.2 任務(wù)分析9.8 單片機(jī)執(zhí)行程序的過程29.1 關(guān)于單片機(jī)名稱：Single Chip Microcomputer總體特點(diǎn)：抗干擾性強(qiáng)、硬件通用化、實(shí) 時(shí)控制、接口功能，靈活編程方便用途: 機(jī)電控制的常用方案 方法：專門開發(fā)語言、需求決定（I/O， 接口、容量、通訊等）3如何學(xué)習(xí)理解工作方式和特點(diǎn)熟悉并理

2、解基本電路多實(shí)踐：從簡單到復(fù)雜基本技能，常用的控制方案設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)電路控制的基礎(chǔ)課程49.2 單片機(jī)介紹一、1、單片機(jī)的定義(全名為單片微型計(jì)算機(jī)、或微控制器）：它是指在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上，集成了CPU、ROM、RAM、I/O接口、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能部件的電子元件。就其組成結(jié)構(gòu)而言，一塊單片機(jī)就是一臺計(jì)算機(jī)。2、單片機(jī)的種類：(70多個(gè)系列、500個(gè)機(jī)種）Intel MCS-48 MCS-51 MCS-96Motorla 6801 6802 6803Zilog super8Fairchild F8 3870Microchip PIC16xx5Intel單片機(jī)按功能可分8種類型

3、1、基本型(51子系列）8031 （無片內(nèi)ROM）8051（4KROM) 8751(片內(nèi)4KRAM);2、增大片內(nèi)存儲容量（52子系列）片內(nèi)存儲容量擴(kuò)大一倍，定時(shí)器為3個(gè)、中斷源6個(gè)；3、低功耗基本型：80C51/87C51/80C31，有三種功耗控制方式；4、A/D型 83C51GA、80C51GA/87C51GA帶有8路8位A/D，半雙工同步串行接口；65、DMA型 83C452，它有兩個(gè)DMA通道；6、多并行接口型83C451，增加2個(gè)8位的準(zhǔn)雙向口P4/P5和一個(gè)內(nèi)部具有上拉電阻的8位雙向口；7、可編程計(jì)數(shù)陣列型83C51FA， 它有5個(gè)比較/捕捉模塊、16位高速輸出、8位脈沖寬度調(diào)制

4、等功能；8、高級語言型 8052AH 片內(nèi)固化有BASIC52解釋程序。79.3 單片機(jī)的特點(diǎn)體積小、重量輕、價(jià)格便宜、功耗??；可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；控制功能強(qiáng)、運(yùn)算速度快；硬件通用化、應(yīng)用靈活化；應(yīng)用系統(tǒng)的研制周期短。8單片機(jī)的發(fā)展趨勢CPU的改進(jìn)采用雙CPU：Rockwell 公司的 R6500/21; 增加數(shù)據(jù)總線寬度：NEC公司的PD7800（16位）；采用流水線結(jié)構(gòu)：TMS公司的TMS320，指令以隊(duì)列形式出現(xiàn)在CPU中，從而有很高的運(yùn)算速度；串行總線結(jié)構(gòu)：菲利浦公司的MAB8420采用I2C總線和DDB總線。存儲器的發(fā)展增大存儲容量、片內(nèi)EPROM開始 EEPROM化、編程保密化

5、99.4 MCS51的內(nèi)部資源8位的CPU 片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路32根I/O口線64K片外數(shù)據(jù)存儲器 256內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器64K的片外程序存儲器（包括片內(nèi)4K）具有2個(gè)優(yōu)先級別的5個(gè)中斷源結(jié)構(gòu)有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；一個(gè)全雙工的串行口一個(gè)布爾處理器109.5 單片機(jī)的內(nèi)外結(jié)構(gòu)一、單片機(jī)的外部結(jié)構(gòu)（封裝）拿到一塊芯片，想要使用它，首先必須要知道怎樣連線，我們用一塊DIP封裝的89C51芯片。89C51的引腳排列11三總線結(jié)構(gòu)地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線129.6 存儲器結(jié)構(gòu)和操作程序存儲器：存放指令、常數(shù)、表格等13片外程序存儲器1000HFFFFH片內(nèi)程序存儲器片外程序存儲器0000H0FF

6、FHEA=1EA=0特殊功能寄存器數(shù)據(jù)緩沖區(qū)位尋址區(qū)工作寄存器區(qū)00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器0000HFFFFH片外數(shù)據(jù)存儲器149.7 一個(gè)簡單電路分析實(shí)例9.7.1電路搭建1）電源單片機(jī)使用的是5V電源，其中正極接40引腳，負(fù)極（地）接20引腳。152） 振蒎電路：單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須提供脈沖信號才能正常工作，在單片機(jī)內(nèi)部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器，接18、19腳。只要買來晶振，電容，連上就可以了，按圖1接上即可。163） 復(fù)位引腳：按圖1中畫法連好. 單片機(jī)剛上電時(shí),其內(nèi)部各寄存器處于隨機(jī)狀態(tài),在該腳輸入24個(gè)時(shí)鐘周期寬度以上的高電平后,將使單

7、片機(jī)復(fù)位.4) /EA引腳：/EA引腳接到正電源端時(shí)CPU從片內(nèi)程序存儲器0000H開始執(zhí)行程序,當(dāng)?shù)刂烦^4K時(shí),將自動執(zhí)行片外程序存儲器中的程序.17圖1R1189.7.2 任務(wù)分析要用單片機(jī)點(diǎn)亮一只發(fā)光二極管LED，顯然，這個(gè)LED必須要和單片機(jī)的某個(gè)引腳相連，否則單片機(jī)就沒法控制它了，那么和哪個(gè)引腳相連呢？單片機(jī)上除了剛才用掉的幾個(gè)引腳，還有很多個(gè)，將這個(gè)LED和1腳相連。（見圖1，其中R1是限流電阻）19按照這個(gè)圖的接法，當(dāng)1腳是高電平時(shí)，LED不亮，只有1腳是低電平時(shí)，LED才發(fā)亮。因此1腳我們要能夠控制，也就是說，我們要能夠讓1引腳按要求變?yōu)楦呋虻碗娖?。即然我們要控?腳，就得給

8、它起個(gè)名字，設(shè)計(jì)51芯片的INTEL公司已經(jīng)起好了，叫它P1.0，這規(guī)定不可以由我們來更改。20讓一個(gè)引腳輸出高電平的指令是SETB，讓一個(gè)引腳輸出低電平的指令是CLR。因此，我們要P1.0輸出高電平，只要寫SETB P1.0，要P1.0輸出低電平，只要寫 CLR P1.021現(xiàn)在我們已經(jīng)有辦法讓計(jì)算機(jī)去將P1.0輸出高或低電平了.但是我們怎樣才能讓計(jì)算機(jī)執(zhí)行這條指令呢？22要解決這個(gè)問題，還得有幾步要走。第一步，計(jì)算機(jī)看不懂SETB CLR之類的指令，我們得把指令翻譯成計(jì)算機(jī)能懂的方式，再讓計(jì)算機(jī)去讀。計(jì)算機(jī)能懂什么呢？它只懂一樣?xùn)|西數(shù)字0和1。因此我們把SETB P1.0變?yōu)椋―2H,90

9、H ），把CLR P1.0變?yōu)?（C2H,90H ），至于為什么是這兩個(gè)數(shù)字，這也是由51芯片的設(shè)計(jì)者-INTEL規(guī)定的.23第二步，在得到這兩個(gè)數(shù)字后，怎樣讓這兩個(gè)數(shù)字進(jìn)入單片機(jī)的內(nèi)部呢？這要借助于一個(gè)硬件工具編程器。24我們將編程器與電腦連好，運(yùn)行編程器的軟件，然后在編緝區(qū)內(nèi)寫入（D2H,90H）見圖2，寫入 25好，拿下片子，把片子插入做好的電路板，接通電源燈不亮？因?yàn)槲覀儗戇M(jìn)去的指令就是讓 P1.0輸出高電平，燈當(dāng)然不亮。26現(xiàn)在我們再撥下這塊芯片，重新放回到編程器上，將編緝區(qū)的內(nèi)容改為（C2H,90H），也就是CLR P1.0，寫片，拿下片子，把片子插進(jìn)電路板，接電，好，燈亮了。27

10、因?yàn)槲覀儗懭氲木褪亲孭1.0輸出低電平的指令。這樣我們看到，硬件電路的連線沒有做任何改變，只要改變寫入單片機(jī)中的內(nèi)容，就可以改變電路的輸出效果。28單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析 我們來思考一個(gè)問題，當(dāng)我們在編程器中把一條指令寫進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，然后取下單片機(jī)，單片機(jī)就可以執(zhí)行這條指令，那么這條指令一定保存在單片機(jī)的某個(gè)地方，并且這個(gè)地方在單片機(jī)掉電后依然可以保持這條指令不會丟失，這是個(gè)什么地方呢？這個(gè)地方就是單片機(jī)內(nèi)部的只讀存儲器即ROM（READ ONLY MEMORY）。29為什么稱它為只讀存儲器呢？剛才我們不是明明把兩個(gè)數(shù)字寫進(jìn)去了嗎？原來這ROM是一種電可擦除的ROM，稱為FLASH ROM，剛才我們是用的編程器，在特殊的條件下由外部設(shè)備對ROM進(jìn)行寫的操作，在單片機(jī)正常工作條件下，只能從那面讀，不能把數(shù)據(jù)寫進(jìn)去，所以我們還是把它稱為ROM。309.8 單片機(jī)執(zhí)行程序的過程分三個(gè)階段:1) 取指令階段2) 分析指令階段3) 執(zhí)行指令階段311) 取指令階段根據(jù)程序計(jì)數(shù)器PC中的值,從 程序存儲器中取出