C8051F单片机课件1.ppt

1、1单单 片片 机机 原原 理理 及及 应应 用用Principle and Application of MicrocontrollerPrinciple and Application of Microcontroller 2 本课程是计算机、通信类专业的专业选修课。主要讲述单本课程是计算机、通信类专业的专业选修课。主要讲述单片机的工作原理及实际应用。片机的工作原理及实际应用。以高档以高档8 8位位SOCSOC单片机单片机C8051FC8051F系列系列为主线为主线，介绍单片机的原理、片内资源的使用方法、指令系统、，介绍单片机的原理、片内资源的使用方法、指令系统、程序设计及单片机应用系统的设

2、计方法。程序设计及单片机应用系统的设计方法。 课程以目前流行的课程以目前流行的C51C51为主要编程语言，兼顾汇编语言。为主要编程语言，兼顾汇编语言。 该课程是该课程是实践性很强实践性很强的课程，主要培养学生的动手能力、的课程，主要培养学生的动手能力、设计应用系统的能力。除课堂教学外，安排大量实验并配备专设计应用系统的能力。除课堂教学外，安排大量实验并配备专门的课程设计环节。门的课程设计环节。 课程简介：课程简介：3 第一章第一章 概述概述 第二章第二章 C8051FC8051F单片机的结构与原理单片机的结构与原理 第三章第三章 51单片机的编程语言单片机的编程语言 第四章第四章 C8051F

3、C8051F单片机单片机的片内功能部件的片内功能部件 第五章第五章 模模/ /数和数数和数/ /模转换器模转换器 第六章第六章 C8051F020C8051F020单片机的其他资源单片机的其他资源 第七章第七章 C8051FC8051F系列单片机应用系统的开发系列单片机应用系统的开发 第八章第八章 应用举例应用举例 课程主要内容：课程主要内容：4v 熟悉开发系统及数据传送实验熟悉开发系统及数据传送实验 （2学时）学时）v 编程（查表）实验编程（查表）实验 （2学时）学时）v 键盘实验键盘实验 （2学时）学时）v 定时器及中断实验定时器及中断实验 （2学时）学时）v 步进电机实验步进电机实验 （

4、2学时）学时）v 压力、温度、电压数据采集压力、温度、电压数据采集 （2学时）学时）v 直流电机转速测量和控制直流电机转速测量和控制 （3学时）学时）汇编汇编C515教学方法：教学方法：多媒体多媒体 + + 板书板书考核方法：考核方法： 闭卷考试闭卷考试 最终成绩最终成绩= =卷面成绩卷面成绩70%+70%+平时成绩（含实验）平时成绩（含实验）30%30%学习方法：学习方法：利用接口课中已有的利用接口课中已有的80868086基础，但要注意与其区别。基础，但要注意与其区别。61 1、鲍可进、赵念强等。、鲍可进、赵念强等。C8051FC8051F单片机原理及应用。中国电单片机原理及应用。中国电力

5、出版社。（力出版社。（教材教材）2 2、赵德安、鲍可进等。单片机原理与应用。机械工业出版、赵德安、鲍可进等。单片机原理与应用。机械工业出版社。（前社。（前教材教材）2 2、张友德。单片微型机原理、应用与实验。复旦大学出版、张友德。单片微型机原理、应用与实验。复旦大学出版社。社。( (前教材前教材）4 4、潘琢金等译。、潘琢金等译。C8051FC8051F单片机应用解析。北京：北京航空单片机应用解析。北京：北京航空航天大学出版社。航天大学出版社。5 5、徐爱钧、彭绣华编著徐爱钧、彭绣华编著.单片机高级语言单片机高级语言C51序设计。电子序设计。电子工业出版社。工业出版社。 实验指导书：实验指导书

6、：鲍可进鲍可进 C8051F系列单片机实验机指导书系列单片机实验机指导书教材及主要教学参考书：教材及主要教学参考书：7网络资源：网络资源： 新华龙电子：新华龙电子：http:/ 51 51单片机世界：单片机世界：http:/ 单片机单片机C C语言：语言：http:/ 单片机学习网：单片机学习网：http:/http:/ /8实验安排实验安排实验内容 时间周次1班2班3班实验一：熟悉开发系统及数据传送实验第13周实验二：编程（查表）实验第14周实验三：键盘实验第15周实验四：定时器及中断实验第16周实验五：步进电机实验第17周实验六：压力、温度、电压数据采集第17周实验七：直流电机转速测量和控

7、制第18周 9上课时间、地点安排：上课时间、地点安排：课堂教学：课堂教学： 第第115周，周二周，周二5、6节，节，2408 ； 共共30学时学时 实验教学：实验教学： 第第8 14周，共周，共15学时学时 答疑时间、地点：答疑时间、地点： 10v1.1 单片机的发展概况单片机的发展概况v1.2 单片机的应用及发展趋势单片机的应用及发展趋势11v1971年年Intel公司制造出第一片微型机芯片公司制造出第一片微型机芯片4004之后，开始之后，开始了微型机时代。将微处理器、存储器和外围设备集成到一块芯片了微型机时代。将微处理器、存储器和外围设备集成到一块芯片上，这就是上，这就是单片微型计算机单片

8、微型计算机（Single Chip Microcomputer），简称简称单片机单片机。v单片机是应工业测控而诞生的，它的结构与指令功能都是按照单片机是应工业测控而诞生的，它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，故也叫工业控制要求设计的，故也叫单片微控制器单片微控制器（SCM Single Chip Microcontroller），v它在控制领域大显身手，装入到各种智能化产品之中，所以又它在控制领域大显身手，装入到各种智能化产品之中，所以又称为称为嵌入式微控制器嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller)，也有文献，也有文献中称为中称为微控制器单元微控制器单元（

9、MCU Microcontroller Unit ）。）。12131415v第一阶段第一阶段（19741974年年-1976-1976年）年）: :初级阶段初级阶段 因受工艺技术水平的限制，单片机结构和功能都很简单。因受工艺技术水平的限制，单片机结构和功能都很简单。例如仙童公司生产例如仙童公司生产的的F8F8单片机，内部仅有单片机，内部仅有8 8位位CPUCPU，6464字节字节RAMRAM和和2 2个并行口，还需一些其他芯片才能组合成一台完整的微型个并行口，还需一些其他芯片才能组合成一台完整的微型机。机。 v第二阶段第二阶段（19761976年年-1978-1978年）年）: :低性能阶段低

10、性能阶段 以美国以美国INTELINTEL公司公司的的MCS-48MCS-48为代表。该系列单片机内集成有为代表。该系列单片机内集成有8 8位位CPUCPU、并行、并行I/OI/O接口、一个接口、一个8 8位的定时位的定时/ /计数器、片内计数器、片内6464或或128128字节字节RAMRAM，程序存储空间最大，程序存储空间最大4KB4KB，但无串行通信口，不宜，但无串行通信口，不宜多机使用。多机使用。 16v第三阶段第三阶段（19781978年年-1983-1983年）年）: :高性能阶段高性能阶段 仍采用仍采用8 8位位CPUCPU，但有多级中断功能、串行通信接口、，但有多级中断功能、串

11、行通信接口、1616位位的定时的定时/ /计数器，片内计数器，片内ROMROM、RAMRAM容量加大，寻址空间范围可达容量加大，寻址空间范围可达64KB64KB，有的片内还带有，有的片内还带有A/DA/D转换器接口。转换器接口。 生产厂家众多，产品系列也特别多，主要有生产厂家众多，产品系列也特别多，主要有INTELINTEL公司的公司的MCS-51MCS-51，MOTOROLAMOTOROLA公司的公司的68016801和和ZILOGZILOG公司的公司的Z8Z8等。等。 具有优异的性价比，获得了广泛应用。尤其是具有优异的性价比，获得了广泛应用。尤其是MCS-51MCS-51系列，系列，特别适

12、合于控制应用，在我国教育和经济建设等各个领域大特别适合于控制应用，在我国教育和经济建设等各个领域大显身手，经久不衰，是我国单片机应用的主流系列。显身手，经久不衰，是我国单片机应用的主流系列。17v第四阶段第四阶段（1983年年）:新一代阶段新一代阶段 单片机的含义已发生了根本改变。目前仍然保留单片机这单片机的含义已发生了根本改变。目前仍然保留单片机这一习惯叫法，但实际是指一习惯叫法，但实际是指“Single-chip Microcontroller”。新。新一代单片机有如下几方面特点：一代单片机有如下几方面特点： 1CPU仍以仍以8位为主流，并不断完善。另一方面发展了位为主流，并不断完善。另一

13、方面发展了16位、位、32位的单片机。早期多使用位的单片机。早期多使用CISC（Complex Instruction Set Computer）系统结构，近来）系统结构，近来RISC（Reduced Instruction Set Computer）单片机已大力发展。）单片机已大力发展。RISC单片机中，除指令单片机中，除指令集精简外，一般都用集精简外，一般都用单字长单字长指令和指令和流水线流水线操作方法，大大加操作方法，大大加快了指令的运行速度。快了指令的运行速度。18 2按片内程序存储器的类型不同分为：按片内程序存储器的类型不同分为：ROM型、型、EPROM型、无型、无ROM（Romle

14、ss）型和低成本的）型和低成本的OTP（One Time Programmable ROM）型、）型、E2PROM型。近年来，型。近年来，Flash ROM已获得了普遍发展。由于已获得了普遍发展。由于Flash ROM可在线多次写入，可在线多次写入，有些公司称之为有些公司称之为MTP（M-Time Programmable ROM）型。）型。Flash ROM的普遍使用，也导致了的普遍使用，也导致了ISP（In-System Progammable）技术的迅速发展。可扩展容量有的已）技术的迅速发展。可扩展容量有的已突破突破64KB，达到，达到2MB以上。片内以上。片内RAM已有已有2KB以上的

15、产品，可以上的产品，可扩展容量也可达到扩展容量也可达到2MB以上。以上。 19 3产品日趋复杂化、多样化、专用化。产品日趋复杂化、多样化、专用化。在原来微型机结构在原来微型机结构的基础上，集成嵌入了一些外设与一些外设驱动单元，如通的基础上，集成嵌入了一些外设与一些外设驱动单元，如通用接口、看门狗（用接口、看门狗（Watchdog）、）、A/D和和D/A、LCD驱动单元、驱动单元、遥控键盘、语音接口、串行总线遥控键盘、语音接口、串行总线I2C，甚至通用串行总线，甚至通用串行总线USB（Universal Serial Bus）、控制器局域网）、控制器局域网CAN（Controller Area

16、Network）等。某些公司把数字信号处理器）等。某些公司把数字信号处理器DSP（Digital Signal Processor）也嵌入了单片机内。）也嵌入了单片机内。20 4. 多采用多采用CMOS工艺，出现双时钟、低电压单片机，大大工艺，出现双时钟、低电压单片机，大大降低了系统功耗。时钟速度大幅提高，有的已达降低了系统功耗。时钟速度大幅提高，有的已达100MHz以上以上。引脚数过去多为。引脚数过去多为40PIN，现在已向两个方向发展，现在已向两个方向发展多引脚多引脚（100PIN以上）和少引脚（以上）和少引脚（20PIN以下）。封装形式多样化以下）。封装形式多样化，有，有DIP、SH-D

17、IP、OFP、SQFP、HQFP、TQFP、PGA、BGA、PLCC等。等。21v1Intel 公司的单片机公司的单片机 其产品有其产品有MCS-48、MCS-51和和MCS-96三大系列几十个型号三大系列几十个型号的单片机。的单片机。 MCS-51系列单既包括系列单既包括三个基本型号三个基本型号8031（无（无ROM型）、型）、8051（ROM型）、型）、8751（EPROM型）型） 8051是世界上产量排名第二的著名单片机是世界上产量排名第二的著名单片机CPU。v2ATMEL公司的单片机公司的单片机 ATMAL公司在公司在1994年以年以E2PROM技术和技术和Intel公司的公司的80C

18、31单片机核心技术进行交换，从而取得单片机核心技术进行交换，从而取得80C31核的使用权。先核的使用权。先进的进的Flash技术和技术和80C31核相结合，生产出具有核相结合，生产出具有8051结构的结构的Flash型和型和EEPROM型型单片机（尤其是单片机（尤其是89C51和和89C52） 22v3Silicon Laboratories公司的单片机公司的单片机 C8051F系列是一种典型的高性能单片机系列是一种典型的高性能单片机 ,完全集成完全集成混合信号混合信号系统级芯片（系统级芯片（SOC System of Chip），完全兼容），完全兼容MCS-51。 采用采用流水线流水线（pi

19、pe line）技术，不再区分时钟周期和机器周）技术，不再区分时钟周期和机器周期，提高了指令执行效率。期，提高了指令执行效率。 具备控制系统所需的模拟和数字外设，包括看门狗、具备控制系统所需的模拟和数字外设，包括看门狗、ADC、DAC、电压比较器、电压基准输出、定时器、电压比较器、电压基准输出、定时器、PWM、定时器、定时器捕捉和方波输出等，并具备多种总线接口，包括捕捉和方波输出等，并具备多种总线接口，包括UART、SPI、SMBUS（与（与I2C兼容）总线以及兼容）总线以及CAN总线。总线。C8051F系列单片系列单片机采用机采用Flash ROM技术，集成技术，集成JTAG，支持在线编程。

20、，支持在线编程。 23v4. Motorola公司的单片机公司的单片机 8位机有位机有68HC05、68HC08和和68HC11几种。几种。68HC05是是Motorola公司推出的一种采用公司推出的一种采用HCMOS技术的技术的8位单片机，是位单片机，是世界上产量世界上产量排名第一排名第一的著名单片的著名单片机机CPU。 v5. TOSHIBA公司的单片机公司的单片机 具有功能强、可靠性高、价格低等特点，特别适合于空调、具有功能强、可靠性高、价格低等特点，特别适合于空调、电冰箱等家电产品。电冰箱等家电产品。 vPhilips公司的单片机公司的单片机 Philips公司生产公司生产8051结构

21、的结构的80C51系列系列8位单片机、采用位单片机、采用8051结构的结构的16位单片机、以位单片机、以68000为核的为核的16位单片机。位单片机。 24v除此以外，著名的单片机厂商还有除此以外，著名的单片机厂商还有HITACHI、SIEMENS、NS、三菱、三菱、Microchip、Zilog等公司，产等公司，产品型号众多，并不断有新产品问世。可用于各种不同应品型号众多，并不断有新产品问世。可用于各种不同应用场合和不同的应用需求。如今，凡是读者能想到的行用场合和不同的应用需求。如今，凡是读者能想到的行业和领域都能看到单片机的应用例子，科技的发展和社业和领域都能看到单片机的应用例子，科技的发

22、展和社会的需求促使计算机的嵌入式应用在近年来得到迅速发会的需求促使计算机的嵌入式应用在近年来得到迅速发展，并且这种发展的势态将越来越迅猛。展，并且这种发展的势态将越来越迅猛。 25v1.2.1 1.2.1 单片机的应用单片机的应用v1.2.2 1.2.2 单片机的发展趋势单片机的发展趋势 26v1在智能仪表中的应用在智能仪表中的应用 广泛地应用于电力系统、交通运输工具、计量等各种仪器广泛地应用于电力系统、交通运输工具、计量等各种仪器仪表之中，使仪器仪表智能化。仪表之中，使仪器仪表智能化。 v2在机电一体化中的应用在机电一体化中的应用 机电一体化产品是指集机械技术、微电子技术、自动化技机电一体化

23、产品是指集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于术和计算机技术于体，具有智能化特征的机电产品。体，具有智能化特征的机电产品。 v3在实时控制中的应用在实时控制中的应用 如对工业上各种窑炉的温度、酸度、化学成分的测量和控如对工业上各种窑炉的温度、酸度、化学成分的测量和控制。汽车电子中微型控制器的使用越来越多。制。汽车电子中微型控制器的使用越来越多。 27v4单片机在分布式多机系统中应用单片机在分布式多机系统中应用 分布式多机系统具有功能强、可靠性高的特点。在比较复分布式多机系统具有功能强、可靠性高的特点。在比较复杂的系统中，都采用分布式多机系统。杂的系统中，都采用分布式多机系统。 v5单

24、片机在家用电器等消费类领域中的应用单片机在家用电器等消费类领域中的应用 目前家用电器几乎都是单片机控制的电脑产品例如：空目前家用电器几乎都是单片机控制的电脑产品例如：空调、冰箱、洗衣机、微波炉、彩电、音响、家庭报警器、电调、冰箱、洗衣机、微波炉、彩电、音响、家庭报警器、电子宠物、手机、子宠物、手机、MP3等。等。28v低成本高度集成的单片机片上系统（低成本高度集成的单片机片上系统（SOC） 重要发展趋势，是寻求应用系统在芯片上的最大化解决方重要发展趋势，是寻求应用系统在芯片上的最大化解决方案。因此，专用单片机的发展自然形成了案。因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。化趋势。 v 8位单

25、片机的市场份额依然领先位单片机的市场份额依然领先 “让事情尽可能简单让事情尽可能简单”的原则有助于更快地完成系统设计、的原则有助于更快地完成系统设计、验证并投入生产，同时减少潜在问题。验证并投入生产，同时减少潜在问题。v 处器理的多核结构处器理的多核结构 在数字通信和网络中的应用，在数字通信和网络中的应用， 对处理器提出了更高的要求。对处理器提出了更高的要求。为适应这种情况，现在已出现多核结构的处理器。为适应这种情况，现在已出现多核结构的处理器。 29v功耗更低功耗更低 新推出的单片机的功耗越来越小，很多单片机都有多种工作新推出的单片机的功耗越来越小，很多单片机都有多种工作方式，包括等待、暂停

26、、休眠、空闲、节电等工作方式。方式，包括等待、暂停、休眠、空闲、节电等工作方式。v电压范围更宽电压范围更宽 扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工作是现在新推扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工作是现在新推出的单片机的一个特点。出的单片机的一个特点。 v6工艺更先进和封装更小工艺更先进和封装更小 现在单片机的封装水平已大大提高，现在单片机的封装水平已大大提高， 有越来越多的单片机有越来越多的单片机采用了各种贴片封装形式，以满足便携式手持设备的需要。采用了各种贴片封装形式，以满足便携式手持设备的需要。 30v7开发形式、手段和工具开发形式、手段和工具 目前借助于目前借助于JTAG接口构成接

27、口构成JTAG调试器，直接从调试器，直接从CPU 获取获取调试信息而使得产品的设计简化，从而使得开发工具的价格调试信息而使得产品的设计简化，从而使得开发工具的价格反而要低于反而要低于ICE。 用高级语言代替汇编语言也渐成趋势，典型的单片机都推用高级语言代替汇编语言也渐成趋势，典型的单片机都推出了自己的出了自己的C 编译器。其中编译器。其中Keil C51 的编译效率已达到很高的编译效率已达到很高水平水平 。 RTOS 的引入解决了嵌入式软件开发标准化的难题，促进嵌的引入解决了嵌入式软件开发标准化的难题，促进嵌入式开发软件的模块化和可移植化，为软件工程化管理打下入式开发软件的模块化和可移植化，为软件工程化管理打下基础。基础。