第1章_单片机概述课件.pptx

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第一章单片机概述,*,1,学习目标,2,10/29/2021,1.掌握嵌入式系统、微控制器、单片机、编程器、仿真器等基本概念。

2.掌握单片机应用系统开发的基本流程。

3.了解单片机的主要特点、发展趋势、应用范围、各种机型的选择方法和利用网站查阅单片机资料的方法。

主要内容,单片机的概念单片机的发展单片机的应用单片机应用系统的开发单片机应用系统的开发调试模式本课程的性质和任务,3,10/29/2021,1.1单片机的概念,4,10/29/2021,随着计算机技术的迅速发展，计算机逐渐分化为两大类别：

通用计算机（PC）和嵌入式计算机。

嵌入式系统（EmbeddedSystem）是以应用为中心，针对具体应用系统，对其功能、可靠性、成本、体积和功耗有要求的专用计算机系统。

嵌入式系统的核心部件有以下三类：

嵌入式微处理器、嵌入式DSP和微控制器（MicrocontrollerUnit，MCU）。

单片机属于微控制器，是嵌入式系统的一种。

几种常用单片机的外形,5,10/29/2021,1.2单片机的发展,6,10/29/2021,单片机的发展历史单片机的发展趋势常用单片机分类MCS-51系列单片机的简介,1.2.1单片机的发展历史,7,10/29/2021,第一阶段（19761978）：

单片机起步阶段。

第二阶段（19781982）：

单片机完善阶段。

第三阶段（19821990）：

8位单片机巩固发展和16位单片机的推出阶段。

第四阶段（1990）：

单片机高速发展阶段。

1.2.2单片机的发展趋势,8,10/29/2021,字长由4位、8位、16位发展到32位。

运行速度不断提高。

片内存储容量越来越大。

外围电路集成化。

低功耗和低电压。

低噪声与高可靠性。

集成度越来越高，功能越来越强。

小体积、低价格和专用化。

1.2.3常用单片机分类（简单了解）,9,10/29/2021,按照指令体系分类复杂指令集与精简指令集按照存储器结构分类冯.诺依曼结构和哈佛结构,1.2.3常用单片机分类（续）,10,10/29/2021,部分生产厂家Intel公司：

MCS-51和MCS-96系列；Atmel公司：

AVR系列、AT系列；Winbond公司：

W77系列、W78系列；SST公司：

SST系列；恩智浦公司：

P89系列、LPC系列；（原PHILIPS公司）Motorola公司：

68HCXX系列；Microchip公司：

16C5X/6X/7X/8X系列；Texas公司：

MSP430FXX系列；,1.2.4MCS-51系列单片机简介,11,10/29/2021,MCS51系列单片机由多个厂家生产,品种众多,可分为两大系列：

51子系列和52子系列。

52子系列与51子系列的不同之处在于：

片内数据存储器增至256字节；片内程序存储器增至8KB（8032无）；有3个16位定时/计数器，6个中断源。

其它性能均与51子系列相同。

1.3单片机的应用,12,10/29/2021,1.3.1单片机的主要特点1.3.2单片机的应用领域,单片机的主要特点有优异的性能价格比。

集成度高、体积小、有很高的可靠性。

控制功能强。

低功耗、低电压、便于生产便携式产品。

单片机的系统配置可方便地构成各种规模的应用系统。

13,10/29/2021,单片机的应用智能仪表机电一体化实时控制系统分布式系统日常生活,14,10/29/2021,1.3.2单片机的应用（续）智能仪器仪表单片机用于各种仪器仪表，一方面提高了其功能和精度，提高了智能化水平，同时还简化硬件结构（用软件实现部分硬件功能）。

如各种智能电气测量仪表、智能传感器等。

15,10/29/2021,智能仪器仪表举例,温度控制表交直流电压电流表智能热量表,16,10/29/2021,机电一体化产品机电一体化产品是集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的各种机电产品。

单片机在机电一体化产品的开发中具有广泛应用。

典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机等。

17,10/29/2021,机电一体化产品,数控线切割机床,数控车床,18,10/29/2021,机器人,实时工业控制单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。

比如,电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制。

利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。

典型应用如电机转速控制、温度控制、自动生产线等。

19,10/29/2021,20,10/29/2021,分布式系统的前端模块,在较复杂的工业系统中，经常要采用分布式测控系统完成大量的分布参数的采集。

（环境监测）在这类系统中，采用单片机作为分布式系统的前端采集模块，系统具有运行可靠，数据采集方便灵活，成本低廉等一系列优点。

（无线智能）传感器网络,家用电器家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广阔。

如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等。

另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机的广泛应用。

如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子等。

（智能家电等）,21,10/29/2021,主要内容,单片机的概念单片机的发展单片机的应用单片机应用系统的开发单片机应用系统的开发调试模式本课程的性质和任务,22,10/29/2021,1.4单片机系统的开发,23,10/29/2021,单片机应用系统的硬件构成单片机应用系统的开发,1.4.1单片机应用系统的硬件构成,24,10/29/2021,25,10/29/2021,由于设计思想和使用要求不同，应用系统的构成也可分成如下三类：

专用系统：

系统全部的硬件资源按照具体的应用要求配置，系统软件就是用户的应用程序。

开发工作的技术难度较高。

模块化系统：

将不同的典型配置做成系列模块，用户可以根据具体需要选购适当的模块，组合成各种常用的应用系统。

应用灵活（PC104模块,可配置实时操作系统）。

单机与多机应用系统:

一个应用系统只包含一块MCU，称为单机应用系统；通过标准总线和通用或专用计算机相连，即可实现应用系统的联机应用。

1.4.1单片机应用系统的硬件构成,单片机应用系统开发简介正确的硬件设计和良好的软件功能设计是一个实用的单片机应用系统的设计目标。

单片机作为一片集成了微型计算机基本部件的集成电路芯片，与通用微机相比（C语言），它自身没有开发功能，必须借助开发装置来完成如下任务：

排除应用系统的硬件故障和软件错误；程序固化到内部或外部程序存储器芯片中。

26,10/29/2021,指令的表示形式（指令系统）,27,10/29/2021,指令是让单片机执行某种操作的命令。

在单片,机中，指令按一定的顺序以二进制码的形式存放于程序存储器中。

为了书写、输入和显示方便，人们通常将二进制的机器码写成十六进制形式。

例:

二进制码00000100B可以表示为04H。

04H所对应的指令意义是累加器A的内容加1。

若写成INCA则要清楚得多，这就是该指令的符号表示，称为符号指令。

汇编或编译符号指令要转换成计算机所能执行的机器码并存入计算机的程序存储器中，这种转换称为汇编。

常用的汇编方法有三种：

手工汇编；利用开发机的驻留汇编程序进行汇编；（以上两种应用较少）交叉汇编。

现在人们还可以常常采用高级语言（如C51）进行单片机应用程序的设计。

28,10/29/2021,单片机应用系统的开发过程单片机应用系统是由硬件和软件组成，硬件是由单片机、扩展存储器和输入/输出接口电路等组成，软件是各种工作程序的总称。

系统开发过程主要由总体设计、硬件设计、软件设计、在线调试等部分组成。

在开发过程中，它们并不是绝对分开的，而是交叉进行的。

29,10/29/2021,单片机系统的开发流程图,有关开发过程的具体步骤和实施方法可参考第九章.课程设计.,30,10/29/2021,主要内容,单片机的概念单片机的发展单片机的应用单片机应用系统的开发单片机应用系统的开发调试模式本课程的性质和任务,31,10/29/2021,1.5单片机应用系统的开发调试模式,32,10/29/2021,单片机开发的几个基本概念集成开发环境+仿真器+编程器的开发模式集成开发环境+ISP或IAP的开发模式,单片机开发的几个基本概念,33,10/29/2021,1.集成开发环境集成开发环境（简称IDEIntegratedDevelopmentEnvironment）是用于提供程序开,发环境的应用程序，一般包括代码编辑器、编译器、调试器和图形用户界面工具。

典型的如微软的VisualStudio系列，Borland的C+Builder、Delphi系列等。

单片机集成开发环境常用的单片机集成开发环境有Keil公司的Vision、伟福仿真软件、飞思卡尔公司的CodeWarrior、MicroChip公司的MPLAB等。

其中Keil公司的Vision是开发MCS-51单片机最常用的集成开发环境。

34,10/29/2021,51单片机集成开发环境uVsionII,35,10/29/2021,单片机开发的几个基本概念（续）2.编程器编程器又称烧写器、下载器，通过它将调试好的程序烧写到程序存储器中，不同档次的编程器价位相差较大，从几百到几千不等。

通常专用编程器具备以下功能：

对多种型号单片机、EPROM、EEPROM、FLASH、存储器、ROM、PLD、FPGA等进行读取、擦除、烧写、加密等操作。

36,10/29/2021,单片机编程器,37,10/29/2021,单片机开发的几个基本概念（续）3.仿真器仿真器又称在线仿真器，其英文名称为InCircuitEmulator,简称ICE。

ICE是由一系列硬件构成的设备，它应能仿真目标系统中的单片机，并能模拟目标系统的资源，完全“逼真”的实现脱机环境。

38,10/29/2021,单片机开发的几个基本概念（续）在应用仿真器地,取下系统中的单片机，换插ICE插头，这样系统就成了ICE一部分，原来由单片机执行程序改由仿真器来执行.利用仿真器的完整的硬件资源和监控程序，实现对用户目标码程序的跟踪调试，观察程序执行过程中的单片机寄存器和存储器的内容，根据执行情况随时修改程序。

39,10/29/2021,单片机仿真器,40,10/29/2021,单片机开发的几个基本概念（续）4.在线编程在系统编程（ISP）所谓在系统可编程ISP（InSystemProgramming）,指电路板上的空白器件可通过下载通信线编程写入最终用户代码，而不需要从电路板上取下器件，已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再编程。

在应用编程（IAP）,41,10/29/2021,单片机开发的几个基本概念（续）4.在线编程在应用编程（IAP）所谓在应用编程IAP（InApplicationProgramming）,指MCU可以在系统中获取新代码并对自己重新编程，即可用程序来改变程序。

ISP和IAP技术是未来仪器仪表的发展方向。

42,10/29/2021,在线编程,43,10/29/2021,集成开发环境+仿真器+编程器的开发模式开发者需要先使用集成开发环境编写程序、编译程序，然后用仿真器对编写的程序在测试目标系统上进行仿真调试。

当程序编写成功后，需要使用编程器将程序编译结果的二进制代码烧录进单片机的程序存储器中或利用在线编程功能将二进制代码烧录进单片机中。

44,10/29/2021,集成开发环境+仿真器+编程器的开发模式（续）如果单片机的存储器是电可擦除的（E2PROM或FLASH），则可使用编程器完成擦除和烧录的所有过程；如果单片机的存储器是不可电擦除的（EPROM），还需要用到紫外光擦除器对存储器进行程序擦除，再使用编程器进行烧录。

（现应用较少）,45,10/29/2021,1.5.1集成开发环境+仿真器+编程器的开发模式,46,10/29/2021,集成开发环境+仿真器+编程器的开发模式这样的开发模式的优点是调试程序过程中利用仿真器对程序的运行情况进行充分的模拟仿真，可以对程序执行中的某一状态进行监控、设置断点、变量观察，有效的发现程序的问题,缩短软件的开发周期。

但是这样的开发模式需要购买仿真器、编程器等硬件设备，从而增加系统开发的成本。

47,10/29/2021,1.5.2集成开发环境+ISP或IAP的开发模式随着芯片集成技术的迅速发展，目前越来越多的单片机具备了ISP或IAP功能，这为单片机的开发提供了方便，可以省去昂贵的仿真器、编程器。

开发者利用集成开发环境提供的软件仿真功能对程序进行初步验证，再利用在线编程功能将程序的二进制代码烧录进单片机中，使用程序运行于目标系统上，直接在目标系统上对编写的程序进行测试。

48,10/29/2021,1.5.2建立单片机学习的硬软件平台,49,10/29/2021,学习单片机最好能亲自动手做实验练习,在实践中学习并提高兴趣.1、采用集成开发环境+ISP开发模式,经济,方便2、硬件平台个人电脑、ISP下载线、实验开发板3、相关软件集成开发环境：

uVsionII，在系统编程软件:

STC-ISP.exe，串口调试软件：

AccessPort,集成开发环境+ISP开发模式演示编写或修改源代码模拟调试编译下载到单片机运行观察结果,50,10/29/2021,实验程序如下：

/主程序,51,10/29/2021,演示实验要求：

使点亮LED灯及蜂鸣器响循环进行,演示实验电路,52,10/29/2021,主要内容,单片机的概念单片机的发展单片机的应用单片机应用系统的开发单片机应用系统的开发调试模式本课程的性质和任务,53,10/29/2021,P10“单片机原理及应用”课程是在学完电子技术基础,微型计算机原理（8086系列）等课程之后开设的一门工程实践性很强的课程.,54,10/29/2021,常用单片机资料查询网站,55,10/29/2021,http:

/http:

/http:

/周立功单片机（）武汉力源（）中源单片机（）嵌入开发网（）51单片机（）单片机学习网（）单片机爱好者（www.mcufan.con）,56,10/29/2021,第一章本章结束!