主講：彭芳辦公室：明德樓829E-mail:p.rain@163.com單片機原理與接口技術(shù)中國機器人大賽認識單片機熱水器控制器主板洗衣機控制板三洋空調(diào)室外板課程特點

本課程是自動化專業(yè)的專業(yè)課；是一門實踐性很強的課程。本課程結(jié)合IntelMCS-51系列單片機中的8051芯片進行講授，通過仿真軟件Proteus掌握單片機系統(tǒng)的開發(fā)與運行過程。課程安排理論學時： 40學時實驗學時： 16學時課堂表現(xiàn)與出勤： 15%個人作業(yè)： 10%團隊作業(yè)： 15%期末考試： 60%理論課程的考核方法課堂表現(xiàn)與出勤：1、缺一次課扣3分，5次缺課取消該課程成績；2、遲到一次扣1.5分，早退視同缺課；3、課堂主動回答問題一次正確加1分；若點名回答問題則正確加0.5分，錯誤不扣分。學習方法：動手實踐Practiceisabestwaytolearning.教材與參考教材《單片機原理及應(yīng)用——基于Proteus和KeilC》，林立等參考教材1、《單片機原理及接口技術(shù)》，李全利等，高等教育出版社2、《51系列單片機系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用技巧》，李剛，北京航空航天大學出版社3、《單片機原理及接口技術(shù)》段晨東，清華大學出版社特別推薦：郭天祥的《單片機十天征服你》目錄第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述第2章MCS-51單片機結(jié)構(gòu)及原理第3章單片機的匯編語言與程序設(shè)計第4章單片機的C51語言第5章單片機的中斷系統(tǒng)第6章單片機的定時器/計數(shù)器第7章單片機的串行通信技術(shù)第8章單片機接口技術(shù)第9章單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)第1章單片機基礎(chǔ)知識概述1.1單片機概述1.2單片機學習的預(yù)備知識1.3Proteus軟件簡介1、什么是單片機？——從微型計算機技術(shù)的兩大發(fā)展分支談起1、什么是單片機？

2、為什么要學單片機？

3、怎樣學習單片機？1.1

單片機概述輸入設(shè)備運算器輸出設(shè)備存貯器控制器運算器+控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲器計算機的馮·諾依曼結(jié)構(gòu)回顧微型計算機的組成微處理器+存儲器+I/O接口電路CPU微處理器RAMI/OROM外設(shè)輔助電路CBUSDBUSABUS回顧

分支一：通用微型計算機系統(tǒng)（UniversalComputerSystem或PersonalComputer）PC主要功能部件：

CPU+存儲器+顯卡+聲卡+網(wǎng)卡+顯示器+鼠標+鍵盤…基本功能部件接口外設(shè)386486Pentium

Pentium

ProPentiumMMXPentiumⅡPentium

ⅢPentiumⅣConroeIIINTEL架構(gòu)CPU的發(fā)展歷程

技術(shù)要求:高速計算+海量存儲

發(fā)展方向:總線速度不斷提升，存儲容量不斷擴大

分支二：嵌入式計算機系統(tǒng)

（EmbeddedComputerSystem）ECS——嵌入到對象體系中，實現(xiàn)對象體系智能化控制的專用計算機系統(tǒng)。技術(shù)要求：必須滿足對象體系的物理環(huán)境、電氣環(huán)境以及產(chǎn)品成本等要求。發(fā)展方向:與對象系統(tǒng)密切相關(guān)的嵌入性能、控制能力與控制可靠性。PC→電氣加固、機械加固，并配置各種外圍接口板卡→IPC（工控機）→嵌入到大型工控系統(tǒng)中（實現(xiàn)了智能化）工業(yè)計算機（IndustrialPersonalComputer）

船舶駕駛室集中控制臺自動配料控制系統(tǒng)電站鍋爐控制系統(tǒng)板卡：CPU卡、存儲器卡、數(shù)據(jù)采集卡、通訊卡、計數(shù)器卡…眾多小型對象系統(tǒng)（如家電、儀器、工控單元…）無法使用IPC→需要發(fā)展一類特殊的嵌入式計算機系統(tǒng)。單片計算機（SingleChipMicrocomputer）SCM——將通用微計算機基本功能部件集成在一塊芯片上構(gòu)成的一種專用微計算機系統(tǒng)SCM硬件+SCM軟件+少量外圍電路嵌入式微機系統(tǒng)+被控對象應(yīng)用微電腦控制產(chǎn)品單片機應(yīng)用范例單片機的發(fā)展史第一階段（1974~1976）：單片機的初級階段例如：8位單片機F8特點：采用雙片組成第二階段（1976~1979）：低性能單片機階段例如：MCS–48系列特點：小而全第三階段（1979~1982）：高性能單片機階段例如：MCS–51系列特點：系列化、功能強結(jié)構(gòu)：MCS–518位CPURAMI/OROM串行口INTT/C第四階段（1982~）：16、32、64位單片機階段例如：飛思卡爾的C9S12XS12816位單片機特點：增加了內(nèi)部資源、實時處理能力更強、

除了具有16位CPU和存儲器外又增加了部分內(nèi)部資源，如：12XS12812位A/D轉(zhuǎn)換器SPI通信模塊脈寬調(diào)制輸出裝置PWM各種字長的單片機都有自己的市場1位機4位機用于玩具、家用電器、計算器等8位機16位機工業(yè)控制器、智能儀表、計算機外設(shè)、通用測控單元、通訊設(shè)備32、64位機手機、高級機器人等單片機經(jīng)歷了三大階段SCM即單片微型計算機（SingleChipMicrocomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計算機完全不同的發(fā)展道路。MCU即微控制器（MicroControllerUnit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。SoC單片機（SystemonChip）：單片機是嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計會有較大的發(fā)展。例如美國Cygnal公司的C8051F系列SoC單片機。

單片機經(jīng)過約30年的發(fā)展，已經(jīng)形成有幾千種型號上百種品牌的半導體產(chǎn)業(yè)，對電子信息技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)、軍事技術(shù)的發(fā)展起到巨大的推動作用。目前主流的單片機：51內(nèi)核的系列單片機Microchip公司的PIC系列單片機ATMEL推出的AVR系列單片機Cygnal公司的C8051F×系列單片機TexasInstrument公司的超低功耗MSP16bit系列單片機ARM內(nèi)核的32bit、64bit系列單片機MCS-51系列單片機已被國內(nèi)用戶廣泛采用例如：ATMEL公司的AT89系列Philips公司的80C51系列……宏晶科技的STC系列2.為什么要學單片機？單片機是實現(xiàn)機械裝備、電子產(chǎn)品智能化的重要途徑，掌握這門技術(shù)便能在高技術(shù)領(lǐng)域占有一席之地單片機系統(tǒng)是當前最有發(fā)展前途的高技術(shù)領(lǐng)域之一，國內(nèi)外嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計與研發(fā)人員相對短缺，具有很好的就業(yè)前景單片機與其它專業(yè)知識相結(jié)合可產(chǎn)生更大的創(chuàng)造力和發(fā)展?jié)摿纹瑱C已在工業(yè)過程控制、機床控制、機器人控制、汽車控制以及飛行器制導系統(tǒng)等方面得到廣泛的應(yīng)用。

各種家用電器：全自動洗衣機、熱水器、電子游戲機等3、怎樣學習單片機各組成部分既相對獨立，又相互交叉80C51型單片機教學目標——掌握單片機原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技能需要具備——單片機硬件、軟件、接口三方面知識硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)接口系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)（RAM，IO，T/C，INT，UART）存儲器輸入/輸出單元定時/計數(shù)器中斷系統(tǒng)串行通信軟件編程C51語言程序匯編語言程序接口系統(tǒng)（LED，KEY，AD，DA，IO擴展）鍵盤電路數(shù)碼管鍵盤模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換可編程接口單片機的學習方法理論教學→掌握基本原理→課堂講解+課后實踐實驗教學→掌握基本技能→教學實驗+實驗報告→電路實驗箱虛擬實驗平臺唯有動手才能真正學會單片機！PROTEUS單片機仿真軟件

KeilC51簡介

KeilC51是51單片機軟件開發(fā)的C語言和匯編語言環(huán)境，可以進行純軟件仿真；也可以與Proteus軟件聯(lián)合進行仿真。Keil集成開發(fā)環(huán)境軟件1.2

單片機學習的預(yù)備知識1、數(shù)制定義可用數(shù)碼進位基數(shù)0…R-10123456789ABCDEF01234567010123456789逢R進1逢16進1逢8進1逢2進1逢10進1R168210R進制十六進制八進制二進制十進制常用數(shù)制2、數(shù)制轉(zhuǎn)換R進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)位權(quán)展開法【例】將下列數(shù)值轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)

(101.01)2(205.4)8(AF.8)16

解：(101.01)2=1×22＋0×21＋1×20＋0×2-1＋1×2-2=(5.25)10(205.4)8=2×82＋0×81＋5×80＋4×8–1=(133.5)10

(AF.8)16=10×161＋15×160＋8×16-1=(175.5)10

十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為R進制數(shù)

將整數(shù)部份和小數(shù)部份分開來算。整數(shù)部份：除以R取余數(shù)，直到商為0，余數(shù)從自下而上排列小數(shù)部份：以小數(shù)部分乘以R取積的整數(shù)，并將其自上而下排列，直到小數(shù)部份為0或規(guī)定精度為止【例】將(100.345)10轉(zhuǎn)換為二、八、十六進制2100低位250

081000.3452250

8124×

2高位2121814

0.69026001

×223

0

1.38021

116100×2011664

0.760

高位06

×2

1.520

×2

……低位結(jié)果：

(100.345)10≈（1100100.0101)2

(100)10=(144)8=(64)163、有符號數(shù)的表示方法無符號數(shù)

機器數(shù)的所有二進制位都用來表示數(shù)值。有符號數(shù)

有符號數(shù)的符號位（最高位）用0和1來表示，一般用0表示正，用1表示負。但由于數(shù)值部分的表示方法不同，有符號數(shù)可有三種表示方法，分別叫做原碼、反碼和補碼。4、位-字節(jié)-字位(Bit)

指一個二進制位。字節(jié)(Byte)

指相鄰的8個二進制位。字(word)：

2個字節(jié)，16位，又叫雙字節(jié)。另外，有時還會用到“半字節(jié)”，即4位二進制。例如：1000111011001011B=半字節(jié)

字節(jié)

字（雙字節(jié)）位字節(jié)字節(jié)8ECBH5、BCD碼

BCD碼（BinaryCodedDecimal）——用二進制代碼表示的十進制數(shù)。用一個字節(jié)表示兩個十進制的數(shù) 如：10000111B表示十進制的876、ASCⅡ碼字母和字符的二進制數(shù)表示——ASCⅡ碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange——美國國家信息交換標準字符碼

)。它采用7位二進制編碼表示128個字符，其中包括數(shù)碼0～9以及英文字母等可打印的字符。高3位低4位‘0’-‘9’→30H–39H‘A’→1000001B→41H例如：7、基本邏輯門電路

數(shù)字計算機靠基本邏輯門電路實現(xiàn)二進制數(shù)的運算，其中高電平和低電平分別代表1和0。單片機原理分析中需要用到一些基本邏輯門電路、邏輯關(guān)系和邏輯符