第一章單片機(jī)概述

第一章單片機(jī)概述1.微型計算機(jī)和單片機(jī)的發(fā)展概況2.單片機(jī)系統(tǒng)組成概述(CPU、總線、存儲器和I/O口等)1.1概述1.2單片機(jī)系統(tǒng)的組成本章主要內(nèi)容《單片機(jī)原理及應(yīng)用》1.1概述

1.1.1微型計算機(jī)

微型計算機(jī)具有體積小，功耗低重量輕，價格低，可靠性高，開發(fā)使用簡便等一系列優(yōu)點，自問世以來得到了非常廣泛的應(yīng)用。什么是單片機(jī)?微處理器加上同樣采用大規(guī)模集成電路制成的用于存儲程序和數(shù)據(jù)的存儲器，以及與輸入輸出設(shè)備相銜接的輸入輸出接口電路就構(gòu)成了微型計算機(jī)

(Microcomputer)。如果將微處理器、存儲器和輸入輸出接口電路集成在一塊集成電路芯片上，稱為單片微型計算機(jī)，簡稱單片機(jī)。

1.1.2微型計算機(jī)的發(fā)展概況形成兩大分支：1、PC機(jī)：PC機(jī)系統(tǒng)全力實現(xiàn)海量高速數(shù)據(jù)處理，兼顧控制功能。2、單片機(jī)：單片機(jī)系統(tǒng)全力滿足測控對象的測控功能，兼顧數(shù)據(jù)處理能力。單片機(jī)與PC機(jī)之異同（1）組成：

CPU(進(jìn)行運算、控制)RAM(數(shù)據(jù)存儲器)

I/O口(串口、并口等)ROM(程序存儲器)

PC機(jī)：上述部件以芯片形式安裝在主板上。單片機(jī)：上述部件被集成到單芯片中。通用PC包括：鍵盤、顯示器、鼠標(biāo)、硬/軟/光驅(qū)、音箱、打印機(jī)、掃描儀…等外設(shè)。單片機(jī)則只是一片集成電路。（……100、48、40、32、28、20、16、8條引腳）。單片機(jī)與PC機(jī)之異同（2）功能：PC機(jī)：數(shù)據(jù)運算、采集、處理、存儲、傳輸；單片機(jī)：控制（或受控于）外設(shè)。通用計算機(jī)擅長于數(shù)據(jù)運算、采集、處理、存儲和傳輸；單片機(jī)的專長則是測控，往往嵌入某個儀器/設(shè)備/系統(tǒng)中，使其達(dá)到智能化的效果。單片機(jī)與PC機(jī)之異同（3）應(yīng)用特點：體積大，功耗大，價格高，用途較固定，屬通用計算機(jī)。易于學(xué)習(xí)掌握和使用，但用于控制時必須制作或購買專用的接口卡，并編制專門的應(yīng)用軟件。體積小，功耗小，價格低，用途靈活，無處不在，屬專用計算機(jī)。是一種特殊器件，需經(jīng)過專門學(xué)習(xí)方能掌握應(yīng)用，應(yīng)用中要設(shè)計專業(yè)的硬件和軟件。個人計算機(jī)（微機(jī)）：單片機(jī)：1.1.3單片機(jī)的發(fā)展概況可分為四個階段:第一階段：單片機(jī)探索階段。第二階段：單片機(jī)完善階段。第三階段：8位機(jī)和16位機(jī)爭艷階段，也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。第四階段：微控制器全面發(fā)展階段。目前，應(yīng)用廣泛的主流機(jī)型是80C51系列8位單片機(jī)。1.1.480C51系列單片機(jī)80C51優(yōu)點：①性能價格比高；②開發(fā)裝置多；③國內(nèi)技術(shù)人員熟悉；④芯片功能夠用適用；⑤有眾多芯片制造廠商加盟，可廣泛選擇。1.1.5單片機(jī)的特點和應(yīng)用

1、單片機(jī)特點1）有優(yōu)異的性能價格比。

2）集成度高，體積小，可靠性好。3）控制能力強(qiáng)。4）低功耗,低電壓,便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。5）易擴(kuò)展。2、單片機(jī)的應(yīng)用1）智能化家用電器。2）辦公自動化設(shè)備。3）商業(yè)營銷設(shè)備。4）工業(yè)自動化控制。5）智能化儀表。6）智能化通信產(chǎn)品。7）汽車電子產(chǎn)品。8）航空航天系統(tǒng)和國防軍事、尖端武器等。1.1.6單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢1）8位單片機(jī)仍然是主流機(jī)型；2）全盤CMOS化趨勢；3）OTPROM(PROM)/FlashROM成為ROM供應(yīng)主流狀態(tài)；4）推行串行擴(kuò)展總線；5）RISC體系結(jié)構(gòu)大發(fā)展；6）實現(xiàn)全面低功耗管理；7）根據(jù)不同需求發(fā)展個性化單片機(jī)；8）大力發(fā)展專用型單片機(jī)；9）在單片機(jī)中嵌入駐機(jī)軟件；返回1.2單片機(jī)系統(tǒng)的組成有兩大部分組成:1）硬件：組成單片機(jī)系統(tǒng)的物理實體；2）軟件：對硬件使用和管理的程序。硬件結(jié)構(gòu)框圖圖1-2單片機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖CPU外部設(shè)備時鐘ROMRAM定時計數(shù)器中斷系統(tǒng)I/O接口復(fù)位(DB)(CB)(AB)

1.2.1微處理器1）寄存器陣列：通用寄存器，專用寄存器；2）運算器：累加器A，暫存寄存器TMP，標(biāo)志寄存器F，算術(shù)邏輯單元ALU；3）控制器：程序計數(shù)器PC，指令寄存器IR，指令譯碼器ID，定時和控制邏輯電路。1.2.2總線用于傳送信息的公共途徑?？偩€分為：1）數(shù)據(jù)總線DB(DataBus)2）地址總線AB(AddressBus)3）控制總線CB(ControlBus)圖1-3微機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖1.2.3存儲器作用：存放程序和數(shù)據(jù)

1.存儲器分類ROM

特點：信息寫入后，能長期保存，不會因斷電而丟失。

作用：存放固定程序和數(shù)據(jù)。

RAM

特點：讀寫速度快，可隨機(jī)寫入或讀出，讀寫方便；

電源斷電后，存儲信息丟失。

作用：存放各種數(shù)據(jù)。2.存儲器結(jié)構(gòu)1）存儲體；

2）地址譯碼器；

3）控制電路：片選控制、讀/寫控制和帶三態(tài)門的輸入/輸出緩沖電路。圖1-4存儲器讀/寫控制框圖3.存儲器的讀操作例：若要將存儲器40H中的內(nèi)容50H讀出，其簡化過程如下：CPU將地址碼40H送到地址總線上，經(jīng)存儲器地址譯碼器選通地址為40H的存儲單元；CPU發(fā)出“讀”信號，存儲器讀/寫控制開關(guān)將數(shù)據(jù)傳輸方向撥向“讀”；存儲器將地址為40H的存儲單元中的數(shù)據(jù)50H送到數(shù)據(jù)總線上；CPU將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)50H讀入指定的某一寄存器。對存儲單元的讀操作，不會破壞其原來的內(nèi)容，相當(dāng)于復(fù)制。

4.存儲器的寫操作例：若要將數(shù)據(jù)ABH寫入存儲器地址為CDH的存儲單元中，其簡化過程如下：CPU將地址碼CDH送到地址總線上，經(jīng)存儲器地址譯碼器選通地址為CDH的存儲單元；CPU將數(shù)據(jù)ABH送到數(shù)據(jù)總線上；CPU發(fā)出“寫”信號，存儲器讀／寫控制開關(guān)將數(shù)據(jù)傳送方向撥向“寫”；存儲器將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)ABH送人已被選中的地址為CDH的存儲單元中。對存儲單元的寫操作，改變或刷新了其原來的內(nèi)容，俗稱“沖”掉了原來的內(nèi)容。5.堆棧34H8AH99HF3H

SP64H棧頂63H62H61H60H棧底暫時存放子程序斷口地址、中斷斷口地址和其他需要保存的數(shù)據(jù)。棧底地址可在CPU復(fù)位后的初始化程序中設(shè)置。圖中設(shè)為60H，需要存入的數(shù)據(jù)依次存人。堆棧指針SP指出棧頂存儲單元的地址。堆棧操作無論是存入或取出數(shù)據(jù)，均只能依次存入或依次取出，不能越位，必須遵循、“先進(jìn)后出、后進(jìn)先出”的原則。1.2.4輸入/輸出設(shè)備及其接口電路輸入設(shè)備輸出設(shè)備

I/O接口電路輸入輸出設(shè)備一般不能與CPU直接相連，而是通過某種電路完成尋址、數(shù)據(jù)緩沖、輸入輸出控制、功率驅(qū)動、A/D、D/A等功能，這種電路稱為I/O接口電路。例如：8255、0809、0832等等。1.2.5軟件

單片機(jī)程序設(shè)計語言可分為三類：機(jī)器語