单片机课程目标

  1. 了解单片机的基本概念及应用；
  2. 熟练掌握单片机的软、硬件知识；
  3. 能应用单片机实验平台完成基本实验；
  4. 能应用单片机完成简单开发。

单片机简介

单片机即单片机微型单片机，是将单片机主机(CPU、内存和I/O接口)集成在一小块硅片上的微型机。单片机为工业测控而设计，又称微控制器(MCU)。具有三高优势(集成度高、可靠性高、性价比高)。主要应用于工业检测与控制、单片机外设、智能仪器仪表、通讯设备、家用电器等。特别适合于嵌入式微型机应用系统。

单片机开发系统有单片单板机和仿真器。实现单片机应用系统的硬、软件开发。

单片机

单片机的历史及发展概况

  • 第一阶段（1974～1978）：初级单片机阶段。以Intel公司的MCS-48为代表
  • 第二阶段（1978～1983）：高性能单片机阶段。以MCS-51系列为代表
  • 第三阶段（1988年～）：8位单片机巩固、完善及16位单片机推出阶段。以MCS-96系列为代表

单片机发展概况

  • 1976-1978 初级8位单片机 Intel MCS-48 系列
  • 1978- 高档8位单片机 Intel MCS-51系列：
    • 51子系列：8031/8051/8751
    • 52子系列：8032/8052/8752
    • 低功耗型 80C31 高性能型 80C252 廉价型 89C2051/1051
  • 1983- 16位单片机 Intel MCS-96 系列
    • 8098/8096、80C198/80C196
    • 32位单片机 80960

单片机的发展趋势

  1. CPU的改进
    • 采用双CPU结构，以提高处理能力。
    • 增加数据总线宽度。
    • 采用流水线结构。
  2. 存储器的发展
    • 加大存储容量。
    • 片内EPROM开始FLASH化。
    • 程序保密化。
  3. 片内I/O的改进
    • 增加并行口的驱动能力。
    • 增加I/O口的逻辑控制功能。
    • 通信及网络功能加强。
  4. 集成更多的外围电路
  5. 引脚的多功能
  6. 低功耗
  7. 专用型单机发展加快

单片机主要技术指标

  • 字长：8位机、16位机、32位机。
  • 内存容量：
    • 容量单位：1K=210=1024，1M=220
    • 8K、64K、16M、64M。
  • 运算速度：时钟频率、主频、每秒运算次数
    • 6MHz、12MHz、24MHz、100MHz、300MHz。
  • 内存存取周期：
    • 50nS 、70nS 、200nS 。

单片机运算基础

介绍单片机中数的表示方法和基本运算方法。进位计数制

十进制 二进制 十六进制 十进制 二进制 十六进制
0 0000 0 8 1000 8
1 0001 1 9 1001 9
2 0010 2 10 1010 A
3 0011 3 11 1011 B
4 0100 4 12 1100 C
5 0101 5 13 1101 D
6 0110 6 14 1110 E
7 0111 7 15 1111 F

如:101、101D、101B、101H、101H

进位计数制

  1. 十进制ND

    • 有十个数码：0～9，逢十进一。
    • 例 1234.5=1×10^3 +2×10^2 +3×10^1 +4×10^0 +5×10^-1
    • 加权展开式以10称为基数，各位系数为0～9。一般表达式：
      ND= dn-1×10(n-1)+dn-2×10(n-2) +…+d0×10^0 +d-1×10^-1+…

  2. 二进制NB

    • 两个数码：0、1, 逢二进一。
    • 例 1101.101=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-3
    • 加权展开式以2为基数，各位系数为0、1。一般表达式：
      NB = bn-1×2^(n-1) + bn-2×2^(n-2) +…+b0×2^0 +b-1×2^-1+…

  3. 十六进制NH

    • 十六个数码0～9、A～F，逢十六进一。
    • 例：DFC.8=13×16^2 +15×16^1 +12×16^0 +8×16^-1
    • 展开式以十六为基数，各位系数为0～9，A～F。一般表达式：
      NH= hn-1×16^(n-1)+ hn-2×16^(n-2)+…+ h0×16^0+ h-1×16^-1+…

8051单片机的主要功能方框图

8051单片机功能方框图

MCS-51系列芯片主要性能

型号 片内ROM 片内RAM 寻址范围 I/0特性
计数器 并行口 串行口 中断源
8031 无 128B 2X64KB 2 X16 4X8 1 5
8051 4KB 128B 2X64KB 2X16 4X8 1 5
8751 4KB 128B 2X64KB 2X16 4X8 1 5
80C31 无 128B 2X64KB 2X16 4X8 1 5
80C51 4KB 128B 2X64KB 2X16 4X8 1 5
87C51 4KB 128B 2X64KB 2X16 4X8 1 5

注：

  1. 8031/51、8751为HMOS工艺，80C31/51、87C51为CHMOS工艺。
  2. 8751/87C51片内为4KB EPROM;8051/80C51片内为4KB 掩膜ROM。

MCS-96系列芯片主要性能

型号 片内ROM/EPROM 寄存器 内部RAM 定时器/计时器 A/D通道 I/O引脚 高速输入/输出 串行口 PWM 速度MHz 寻址空间
8098 8K 232 0 2 4 32 HSIO 1 1 12 64K
80C196KB 无 232 0 2 8 48 HSIO 1 1 12,16 64K
83C196KB 8K 232 0 2 8 48 HSIO 1 1 12,16 64K
87C196KB 8K 232 0 2 8 48 HSIO 1 1 12,16 64K
8XC196KC 16K 488 0 2 8 48 HSIO 1 3 16,20 64K
8XC196KD 32K 1000 0 2 8 48 HSIO 1 3 16,20 64K

注：

  • 8X9X芯片已停止生产
  • 80C196 片内无ROM
  • 83C196 片内有8KB ROM
  • 87C196 片内有8KB EPROM

单片机的应用

  • 单片机在各类仪器仪表中的应用
  • 单片机在工业测控中的应用
  • 单片机在单片机网络与通信技术中的应用
  • 单片机在日常生活及家电中的应用
  • 商业流通领域、汽车电子及航空电子

单片机的主要生产厂家

公司 典型产品系列
Intel(美国英特尔)公司 MCS-51及其增强型系列
PHILIPS(荷兰菲力浦公司) 8×C552系列89C66X
Motorola（盖摩托罗拉）公司 6801系列和6805系列
ATMEL 与MCS系列兼容的51系列
Fairchild(美国仙童)公司 F8系列和3870系列
Rockwell（美国洛克威尔）公司 6500/1系列
TI(美国德克萨司仪器仪表)公司 TMS7000系列
NS(美国国家半导体)公司 NS8070系列
RCA(美国无线电)公司 CDP180系列
NEC（日本电气）公司 PD7800系列
HITACHI(日本日立)公司 HD6301,HD63L05, HD6305
Microchip PIC16 5X系列
Zilog(美国齐洛格)公司 Z8系列及SUPER8

单片机实验箱

单片机实验箱

JD51单片机实验板

JD51单片机实验板

JD51型学习板可做的实验

  1. LED 电路，8 只独立LED 发光管，可做 指示或各种闪烁效果用。
  2. 数码管电路，4只共阳一体8 段数码显示管，可实现各种数据显示，如计数、时钟等。
  3. 蜂鸣器电路，可用于设计各种提示音、演奏音乐等。
  4. 键盘电路，学习按键控制相关编程。
  5. LCD 显示电路，编程控制LCD 显示。
  6. 串口电路，学习编程实现JD51 和PC 或其他符合该通信协议的电路之间的通信。
  7. 红外电路，通过选配的红外遥控器，学习红外解码并可实现红外遥控JD51。
  8. 温度模块电路，采用一线式温度传感器实现温度的采集并可显示在数码管或者LCD上，通过温度数据处理便可实现温度控制器功能。
  9. 除了以上提到的可编程电路本学习板还有一些常用的不可编程电路，包括电源电路、复位电路、晶振电路等。