片机最小系统力天手把手教你学单片机之基础篇.ppt

手把手教你学51单片机 之MCS-51基础篇,主 讲:尹延辉策 划：张 勇开发板：LT-Super51QQ群：31646346网 址：E-Mail：,基础篇 第一讲51单片机最小系统,本讲内容提要单片机技术简介单片机应用实例单片机的主要技术指标常用单片机系列型号51单片机相关知识51单片机最小系统51单片机的开发方法习题,温故知新入门篇知识温习,个人电脑使用入门电脑在电子工程中的应用，包括其外部接口、开发工具简介等。硬件技术基础知识电路基础、模拟电路基础知识，元器件基本应用，微电子与PCB技术简介等。数字电路基础知识逻辑代数基础、基本门电路、数字芯片、可编程逻辑器件、英特尔总线时序等。C语言基础知识程序开发语言简介、由源代码到可执行代码的过程、C语言的基本结构与特点等。,释疑解惑个人电脑使用入门(1),填空题单片机/ARM/DSP的IDE开发软件主要集成了文本编辑、编译、链接三个主要功能，某些IDE软件还集成了下载功能。单片机常用的目标代码文件扩展名为bin、hex两种。可编程器件固化代码的三类工具：下载器、编程器，以及Jtag仿真器两台电脑之间串口通讯应该用交叉(交叉，直连)线，电脑对与单片机之间串口通讯也应该交叉连接。简答题列举三种PCB设计软件答：AltiumDesigner、PowerPCB、Cadence简述ISP下载器与Jtag仿真器的联系与区别答：相同点：都可以在目标板上固化代码不同点：Jtag可以完成仿真调试功能，而ISP只能简单的固化代码。比较并陈述PCI、USB2.0、串口这三种电脑接口的传输速度答：PCI速度最快(133MX8bpS)，USB2.0次之(480Mbps)，串口最慢1MbpS,释疑解惑个人电脑使用入门(2),实验题：在网上查找ByteBlaster的电路图,释疑解惑硬件技术基础知识,填空题硬件技术中三种基本的无源器件是电阻、电容、电感。电容对电流的作用效果可以总结为：隔直流、通交流，交流电流频率越高，电容对电流的阻抗效应越强。电感对电流的作用效果可以总结为：阻交流、通直流，交流电流频率越高，电感对电流的阻抗效应越弱。晶体二极管的一个最重要特征是单向导电。晶体三极管的一个最重要特征是电流放大作用。大量分立元件集成到一片硅片上的技术称为集成电路技术。简答题简述三极管在单片机电路中的应用答：开关作用，用小电流控制大电流的通断实验题找一个发光二极管，用万用表测量它的极性与导通压降。,释疑解惑数字电路基础知识(1),填空题模拟量是连续变化的量，而数字量是离散变化的量。数字量的实质是加入判决门限的模拟量。人类日常使用的数制是十进制，而计算机学中最常用的数制是二进制、十六进制。数字电路中最基本的三个门电路是与门、或门、非门。开发可编程器件的两种模式：硬件描述语言模式与图形模式。简答题简述单片机内部SRAM与Flash存储器的区别。答：SRAM可以随机按字节读写，读写速度相同且很快；Flash可以按字节读取，写入前需要擦除，必须按块或者扇区为单位进行擦除与写入操作。简述Intel总线方式扩展单片机IO的基本原理。答：将74HC573当做一字节的存储单元使用，通过74HC138等构成的地址译码电路为其提供片选。详细过程请参阅实验手册相关章节。,释疑解惑数字电路基础知识(2),实验题(选作)参照LT-Super51学习板蜂鸣器部分原理图，编写代码选中蜂鸣器片选，使得蜂鸣器正常工作。答：只需一条C语句即可实现蜂鸣器片选功能。#include/必要的头文件#include/必要的头文件sbit BUZ_BIT=P03;/控制蜂鸣器的IO口void my_delay1s(void)unsigned int i,j;/定义2个无符号整型变量for(i=130;i0;i-)/通过软仿观察得知for(j=2000;j0;j-);/此处延时1Svoid main(void)P3/延时1S,释疑解惑数字电路基础知识(3),实验题 蜂鸣器部分电路图,选择题1.一个C程序的执行是从_A_。(A)本程序的main函数开始，到main函数结束。(B)本程序的第一个函数开始，到本程序文件的最后一个函数结束。(C)本程序的main函数开始，到本程序文件的最后一个函数结束。(D)本程序的第一个函数开始，到本程序main函数结束。2.以下叙述不正确的是_D_。(A)一个C源程序可由一个或多个函数组成。(B)一个C源程序必须包含一个main函数。(C)程序的基本组成单位是函数。(D)在C程序中，注释说明只能位于一条语句的后面。,C语言基础知识课后习题(1),3.C语言规定：在一个源程序中，main函数的位置_C_。(A)必须在最开始(B)必须在系统调用的库函数的后面(C)可以任意(D)必须在最后4.一个C语言程序是由_B_。(A)一个主程序和若干子程序组成(B)函数组成(C)若干过程组成(D)若干子程序组成填空题C源程序的基本单位是函数。一个C源程序中至少应包括一个主函数。在一个C源程序中，注释部分两侧的分界符分别为_/*_和_*/_。,C语言基础知识课后习题(2),新语新知单片机技术简介,什么是单片微型计算机？在一片芯片上集成了计算机的所有基本组成部分构成四要素：CPU、ROM、RAM、IO口，互相之间通过总线连接片上外设：UART、ADC、DAC、增强型定时器、SPI、IIC、USB控制器、LCD控制器等,新语新知单片机技术简介,单片机的工作过程基本流程：取指令执行ROM：指令存储器，固化有一条一条的指令，单片机复位后CPU从0地址按顺序取出指令并执行RAM：数据存储器，其中一部分映射到IO口与片上外设，称之为寄存器二大类指令：控制ROM的指令与控制RAM的指令(包括对寄存器的控制),新语新知单片机技术简介,单片机的应用单片机能做什么？单片机无所不能！主要用途：控制与简单计算单片机无所不能！所谓“微电脑控制”场合的核心就是单片机涵盖工业生产、日常生活、军事设备、科研仪表仪器等智能化应用场合,新语新知单片机的应用举例,智能洗衣机如何“智能”？定时完成洗衣、脱水等功能可以判断衣服的干净程度，实现“洗净即停”的功能蒸汽熨烫的功能刷卡、投币洗衣更加智能：LG公司的“iPod洗衣机”一边洗衣一边听歌,新语新知单片机的应用举例,LED显示屏工作原理LED发光二极管构成显示屏的像素点单片机负责逐点或逐行扫描，并与电脑通信获取图片信息,新语新知单片机的应用举例,PH/ORP仪表主要用途：用于环境监测、工矿企业、科学研究、水产养殖场等场合的pH值的测定工作原理：读取pH传感器的模拟信号，内部处理后显示在LCD上,新语新知单片机的应用举例,各种数码产品,新语新知单片机的应用举例,智能小车巡线避障电视机遥控器遥控LCD显示,新语新知单片机技术指标,CPU与总线的相关指标CPU字长：总线上数据的位宽，常见的有8位与16位。一般来讲CPU字长越长，运算能力越强，单片机的功耗也越大CPU主频：CPU运行的主时钟频率，一般为1MHz20MHz范围内。CPU主频越高，运算能力越强，功耗越大指令周期：执行一条指令所需要经过的CPU时钟数，一般来讲同一种单片机不同的指令其周期也不一定相同，一个到数个周期不等。指令周期越短，代码效率(同样长的时间内单片机所能完成的工作量)越高CPU架构：划分为复杂指令集(CISC)与精简指令集(RISC)两大类，CISC的架构较为落后，RISC是在CISC的基础上优化发展而来。对于使用者来说，RISC与CISC区别不大，RISC主要优势在于生产工艺较为简单，因此芯片价格会相对便宜，而且RSIC功耗也相对较低。由于市场的惯性，CISC架构的CPU仍然大量存在，例如MCS-51、x86。20世纪九十年代后新型的CPU一般都为RISC，例如ARM、AVR、PIC、MSP430等。,新语新知单片机技术指标,RAM相关指标RAM容量：片内SARM的大小，越大则性能越好、能够执行较复杂的代码，但一般来讲造价也会随容量提高。对功耗的影响不大。一般在128字节8K字节之间。ROM相关指标ROM类型：片内ROM的材质类型，比较常见的有EEPROM、FlashROMROM容量：片内ROM的大小，越大则能够装载的代码量越大。一般在1K字节256K字节之间。其他指标单片机功耗：单片机正常工作时消耗的功率(电流乘电压，不包含IO口驱动的外设所消耗的功耗)，功耗越低越好。一般在0.510X10-3W。工作电压：可以使单片机正常工作的电源电压。有5V、3.3V、1.8V三种且都有一个误差范围(一般在+-10%),新语新知常用系列单片机,8位单片机MCS-51PICAVR新华龙(增强型51)16位单片机MSP430凌阳dsPIC系列,新语新知51单片机相关知识,最经典的单片机：MCS-51发展简史：1980年，英特尔公司推出MCS-51单片机，从此至今历经近30年经久不衰，成为单片机行业事实上的标准。MCS-51以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“名机”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。高等教育与职业技术教育领域：单片机原理课程教学多数采用MCS-51作为入门教材，MCS51的IP核设计也是微电子课程的经典范例。相关教材、书籍数量最多。带单片机核的特殊用途芯片：例如USB2.0芯片CYC68013、Zigbee芯片CC2430、射频芯片CC1010等。单片机外围电路设计：相关书籍、网上相关资料、芯片与模块技术文档中大多数都是给出MCS-51的例程。,新语新知51单片机相关知识,MCS-51发展近况正因为MCS-51优越的性能和完善的结构，导致后来的许多厂商多沿用或参考了其体系结构，有许多世界大的电气商丰富和发展了MCS-51单片机，像PHILIPS、Dallas、ATMEL，以及我国的台湾WINBOND等著名的半导体公司都推出了兼容MCS-51的单片机产品。近年来C51获得了飞速的发展，C51的发源公司INTEL由于忙于开发PC及高端微处理器而无精力继续发展自己的单片机，而由其它厂商将其发展，最典型的是PHILIPS和ATML公司，PHILIPS公司主要是改善其性能，在原来的基础上发展了高速I/O口，A/D转换器，PWM(脉宽调制)、WDT等增强功能，并在低电压、微功耗、扩展串行总线(I2C)和控制网络总线(CAN)等功能加以完善。近年来我国大陆也有多家公司推出兼容51的产片，比较为人所熟知的是宏晶公司的STC系列，因为可以方便的通过串口下载固化代码以及中文资料比较丰富，STC系列51单片机逐渐成为国内单片机初学者的首选。,新语新知51单片机相关知识,与经典MCS-51兼容的51单片机两大系列51系列：完全兼容Intel的MCS-51，128B RAM、4KB ROM、32个IO、5个中断源、2定时器、1UART、2外部中断、外部Intel总线5X系列：52、55、58、516等，128+128B RAM、X乘4KB ROM、32个IO、6个中断源、3定时器(定时器2)、1UART、2外部中断、外部Intel总线Atmel公司：AT89C5x，已被S系列替代；AT89S5x，支持ISP下载SST公司：SST89E5x，带有监控程序，可以实现简单的仿真调试PHILIPS公司：LPC系列Winbond公司：W78系列宏晶公司：STC89C5x，支持串口下载LT-Super51学习板支持STC89C5x与AT89S5x的ISP下载,新语新知51单片机相关知识,51单片机内部结构CPU、RAM、ROM、IO口、UART、定时器、外部中断、时钟电路,新语新知51单片机相关知识,中央处理器(CPU)中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。,新语新知51单片机相关知识,数据存储器(RAM)51内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。对于5x系列，有另外的128字节SRAM，间接寻址方式访问，C语言中定义为idata类型即可,新语新知51单片机相关知识,程序存储器(ROM)51共有4096个8位ROM(4KB，一般为Flash结构)，用于存放用户程序，原始数据或表格等。对于5x系列，ROM容量为x乘4KB,新语新知51单片机相关知识,定时/计数器(T/C)8051有两个16位的可编程定时/计数器(Timer0与Timer1)，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。对于5x系列，增加一个Timer2,新语新知51单片机相关知识,并行输入输出(I/O)口：8051共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。,新语新知51单片机相关知识,半双工串行口(UART)8051内置一个半双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。,新语新知51单片机相关知识,中断系统8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。,新语新知51单片机相关知识,时钟电路内置晶振时钟电路，晶振时钟12分频后给整个单片机提供运行的脉冲时序，需外置无源晶振。AT89S5x系列最高外接24MHz晶振STC系列最高晶振频率可达80MHz,新语新知51单片机相关知识,51详细结构单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即冯诺依曼结构。INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式。,新语新知51单片机相关知识,51引脚说明MCS-51系列单片机均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：Pin20:接地脚。Pin40:正电源脚，正常工作或对片内ROM烧写程序时，接+5V电源。MCS51单片机电源允许的误差范围为4.5V5.5V。,新语新知51单片机相关知识,51引脚说明Pin19:时钟XTAL1脚，片内振荡电路的输入端。Pin18:时钟XTAL2脚，片内振荡电路的输出端。8051的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但需在18和19脚外接石英晶体(2-12MHz)和振荡电容，振荡电容的值一般取10p-30p。另外一种是外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入。,新语新知51单片机相关知识,51引脚说明Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指钟写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态如下表。,新语新知51单片机相关知识,51复位后的初始状态,新语新知51单片机相关知识,51引脚说明Pin30:ALE/当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过一个脉冲。在编程其间，ALE将用于输入编程脉冲。Pin29:PSEN当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。Pin31:EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，51单片机为例，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。在编程时，EA/Vpp脚还需加上21V的编程电压。,新语新知51单片机最小系统,最小系统电源复位电路时钟电路PIN31(EA/VPP)拉高P0上拉电阻,新语新知51单片机的开发方法,51单片机常用开发方法所有厂商的51和5x系列互相之间兼容性很好，目标代码级兼容。软仿+下载验证：利用Keil的Simulator做软件仿真，然后将代码下载到目标板验证。优点是成本最低，缺点是无法做硬件环境的仿真调试。SST仿真芯片：利用SST89E516的简单仿真调试功能做仿真，验证没有问题后代码固化到其他51单片机中。优点是仿真芯片成本较低，缺点是仿真效果很差，单步速度慢，占用串口、定时器2、以及大量的存储器资源（用于监控程序的运行）。重写的监控程序：与仿真芯片原理类似，对监控程序做了优化，仿真速度明显提高、占用极少的存储资源、共享方式占用串口(可以在Keil中观察用户程序的串口数据)、投入成本少(监控程序运行于最终的目标单片机)，缺点是仍然半占用串口。仿真器：低档仿真器(500元以下)仅占用极少量存储资源，高档仿真器(千元以上)完全不占用资源，仿真效果最好，缺点是价格昂贵。,动手实战课后习题,填空题单片机构成四要素：_、_、_、_，互相之间通过_连接。MCS51单片机是_位单片机，架构为_(RISC,CISC)。一般来讲，CPU主频越高，功耗越_(高，低)。英特尔的MCS51单片机指标如下：片内RAM容量_，片内ROM容量_，片上外设有1个_、2个_、2个外部中断。51单片机的CPU主时钟是由晶振时钟_分频后得来。最常见的51兼容单片机的封装为_。简答题简述51单片机最小系统的五点要求以及相应的原因。简述5x系列与51系列的区别。,