单片机原理及接口技术第一讲
单片机原理及接口技术ppt课件
去； 5、nRF24L01通过STATUS寄存器的RX_BUF置位通知微控制器，微控制器把
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概要
1. 概述 2. 理论基础 3. 电路设计 4. 硬件设计 5. 软件设计 6. 收获与感想
2.1 电机驱动模板 方案一：L298驱动步进电机
L298驱动步进电机的电路原理图
电机驱动电路简介
运用ST公司的经典驱动芯片L298驱动二相步进电机；芯片为 双电源模式，其中Vss接+5V为芯片提供工作电压，Vs接+16V为驱动 电路提供工作电压；为了不对四个输入口信息产生影响，ENA与 ENB两个使能端接高电平；芯片四个输入端IN1、IN2、IN3、IN4这 四个引脚分别与单片机的引脚连接，目的在于接收单片机的指令 ；芯片接收指令后，在芯片中处理，之后从OUT1、OUT2、OUT3 、OUT4这四个引脚对应输出，输出后再传到步进电机；二相步进 电机对应四个引脚大至可以定义为A、B、-A、-B其中A=1为第一相 通正电流，B=1为第二相通正电流，-A=1为第一相通入反相电流，B=1为第二相通入反相电流；步进电机驱动方式可以分为半步驱动 和整步驱动；半步驱动方式如：1001、0001、0011、0010、0110 、0100、1100、1000；整步驱动如：1000、0100、0010、0001； 如上面所提，按照一定的顺序不断的改变A、B、-A、-B既改变IN1 、IN2、IN3、IN4的输入，即可使步进电机运动，且变化的快慢决 定步进电机的速度。
单片机原理及接口技术 第一章ppt课件
本书介绍的MCS-51型单片机使用汇编语言。
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§1-3 计算机中数的表示方法及运算
引言:
● 十进制数是人们习惯使用的进制。 ● 计算机只能“识别”二进制数。 ● 为了书写和识读方便，计算机程序需要用十六进制数表示。 ● 十进制数、二进制数、十六进制数之间的关系、相互转换和
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⒊ 十六进制数
⑴ 有优异的性能价格比。 ⑵ 集成度高，体积小，可靠性好。 ⑶ 控制能力强。 ⑷ 低功耗,低电压,便于生产便携式产品。 ⑸ 易扩展。
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2、单片机的应用
⑴ 智能化家用电器。 ⑵ 办公自动化设备。
⑶ 商业营销设备。 ⑷ 工业自动化控制。
⑸ 智能化仪表。 ⑺ 汽车电子产品。
⑹ 智能化通信产品。
⑻ 航空航天系统和国防军事、尖端武器等。
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几种单片机封装形式
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1.1.2 微型计算机的发展概况
形成两大分支：
1、PC机： PC机系统全力实现海量高速数据处 理，兼顾控制功能。
2、单片机：单片机系统全力满足测控对象的测 控功能，兼顾数据处理能力。
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单片机与PC机之异同（1）
组成：
CPU(进行运算、控制) RAM(数据存储器) I/O口(串口、并口等) ROM(程序存储器) PC机： 上述部件以芯片形式安装在主板上。 单片机：上述部件被集成到单芯片中。
本章要点： 微型计算机和单片机的发展概况 单片机系统组成概述(CPU、总线、存储器和I/O 口等) 二进制、十进制和十六进制数(数制转换和运算) 计算机中数的表示(原码、反码和补码) 单片机常用编码(BCD码、ASCII码)
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单片机原理及接口技术
单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术（上）一、单片机基本原理单片机（Microcontroller）是由中央处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM）、输入/输出接口（I/O）和定时/计数器等模块所组成的一个微型计算机系统。
单片机通过程序控制，能够完成各种控制任务和数据处理任务。
目前，单片机已广泛应用于计算机、通讯、电子、仪表、机械、医疗、军工等领域。
单片机的基本原理是程序控制。
单片机执行的程序，是由程序员以汇编语言或高级语言编制而成，存放在存储器中。
当单片机加电后，CPU按指令序列依次从存储器中取得指令，执行指令，并把执行结果存放到存储器中。
程序员通过编写的程序，可以对单片机进行各种各样的控制和数据处理。
单片机的CPU是整个系统的核心，它负责执行指令、处理数据和控制系统的各种操作。
CPU通常包括运算器、控制器、指令译码器和时序发生器等模块。
其中，运算器主要用于执行算术和逻辑运算；控制器用于执行指令操作和控制系统的运行；指令译码器用于识别指令操作码，并将操作码转化为相应的操作信号；时序发生器用于产生各种时序信号，确保系统按指定的时间序列运行。
存储器是单片机的重要组成部分，用于存储程序和数据。
存储器一般包括ROM、EPROM、FLASH和RAM等类型。
其中，ROM是只读存储器，用于存储程序代码；EPROM是可擦写可编程存储器，用于存储不经常改变的程序代码；FLASH是可擦写可编程存储器，用于存储经常改变的程序代码；RAM是随机存储器，用于存储数据。
输入/输出接口（I/O）用于与外部设备进行数据交换和通信。
单片机的I/O口可分为并行I/O和串行I/O两类。
并行I/O通常包括数据总线、地址总线和控制总线等，用于与外部设备进行高速数据传输。
串行I/O通常通过串口、I2C总线、SPI总线等方式实现，用于与外部设备进行低速数据传输。
定时/计数器是单片机中的重要组成部分，它可以产生各种时间、周期和脉冲信号，用于实现各种定时和计数操作。
单片机原理及接口技术(第一章)
单片机原理第一章单片机概述1.1什么是单片机？单片机是在一片半导体硅片上集成了中央处理器(CPU)、存储器(RAM/ROM)和各种I/O接口(并行口、串行口)的微型计算机。
具有一台计算机的功能，故称为单片机，又称单片微型计算机、微控制器、嵌入式控制器。
1.2单片机的发展历史单片机的历史及发展◆由多个芯片组成，做在一块线路版上称为单板机◆单片4位机(MCS-48系列)◆单片8位机(MCS-51系列)◆单片16位机(MCS-96系列)◆单片32位机(凌阳)。
单片机内的程序存储器：▲ROM(由制造方掩膜固化程序)▲PROM(OTP)：一次性写入▲EPROM(可改写)▲EEPROM(可电擦除)1.3单片机的发展趋势1. CPU的改进：采用双CPU结构、增加数据总线的宽度等2. 存储器的发展：片内程序存储器的容量越来越大达到了128K字节、采用Flash存储器等(涉及程序的保密技术)3. 片内I/O口的改进：增加并行口的驱动能力、设置特殊串行接口的功能等4. 低功耗化：产品CMOS化。
5. 外围电路内装化：定时器、中断、DMA控制器、A/D和D/A转换器、频合器、比较器、休眠省电功能、看门狗功能等。
结论：单片机正在向多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、低价格、外围电路内装化、存储器Flash化的方向发展。
1.4 单片机的特点特点：功能强、体积小、功耗低、成本低、抗干扰等。
1.5 单片机的应用工业控制：数控机床、发酵、工业机器人仪器仪表：血压计、电表计、CT机家电类：冰箱、彩电、VCD、空调机通信类：程控交换机、无线对讲机、手机、MODEN武器装备：火箭制导、飞机导航、卫星定位系统计算机外设：键盘、打印机、显示器、硬盘驱动器汽车电子设备：中控锁、安全系统、自动驾驶、黑匣子、导航系统等多机分布式系统：机器狗、仿真机器人1.6 MCS-51系列与AT89C51系列单片机1. MCS-51系列单片机(1) 基本型：有40个引脚，DIP封装(双列直插)。
《单片机原理与接口技术》第1章 概述
所谓的单片机是将计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上， 具备独特功能的微型计算机，通常片内都含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、 串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。 单片机全称为单片微型计算机，又称微控制器或嵌入式控制器。 1.1.2 单片机的特点与应用 1.单片机的特点 1.单片机的特点 单片机与通用微机相比，具有以下优点: （1）控制功能强 （2）抗干扰性强，可靠性高，工作温度范围宽 （3）开发周期短，性价比高，易于产品化 2.单片机的应用领域 2.单片机的应用领域 （1）智能化仪表 （2）实时工业控制
−m n−1
其中，Ki 表示十进制数的第i位，权为10i，Ki从0～9十个数字中选 用; m、n为正整数，n为小数点左边的位数，m为小数点右边的位数。 例如: 963.85D=9×102 +6×101+3×100 +8×10-1+5×10-2 式中，“D”表示十进制数，等式右边的 102、101、100、10-1、10-2 表示数码在该位的 “权”。不难看出，各数位表示的数值就是该位乘以 相应的权，因此任意一个十进制数都可以按权展开。 （2）二进制 ● 二进制数常以在结尾加B表示; ● 用0、1两个数码表示数的大小; ● 基数为2，逢2进1; ● 按权展开式为
负数的补码由它的绝对值求反加1后得到，一般表达式为 ［X］补 =［X］反 +1。 例如:［+5］补 =00000101B; 例如:［-5］补 =［-5］反 +1=11111010B +1=11111011B。 注意 符号数在计算机内必须以补码形式来存放和参与运算。 求负数（补码）的真值，可先将该补码数用“取反加1”的求补运算 得其绝对值，再在绝对值前添加一负号。 2.无符号数 2.无符号数 无符号的 8位二进制数没有符号位，从D7～D0皆为数值位，所以8位 无符号二进制数的表示范围是0～+255。 1.2.4 常用编码 1.ASCII码 1.ASCII码
单机片原理及接口技术
单机片原理及接口技术一、单片机基本原理单片机是一种微型计算机，通常集成在单个芯片上，具有高度的集成度和可靠性。
它是一种数字计算机，由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）接口、时钟电路等组成。
单片机的基本原理是：通过程序存储器中的指令集进行运算和控制，这些指令集可以通过汇编语言或C语言编写。
单片机接收到输入信号后，会根据指令集对数据进行处理和运算，并将结果输出到输出接口上。
二、单片机接口技术单片机接口技术是指单片机与外部设备或电路之间的连接方式。
由于单片机具有小巧、可靠、易于控制等优点，因此被广泛应用于各种领域，如智能家居、工业控制、智能仪表等。
在单片机接口技术中，通常采用8位或16位数据总线来实现数据的传输和控制。
这些数据总线可以被编程设置输入输出方向和数据值。
此外，还有一些其他的接口方式，如I2C总线、SPI总线等，用于实现低速数据传输。
1. 8位数据总线接口8位数据总线是一种常见的单片机接口方式，它具有8根数据线，可以传输8位二进制数据。
通过设置数据线的输入输出状态，可以实现数据的传输和控制。
通常，8位数据总线接口可以采用并口或串口连接方式。
2. 16位数据总线接口16位数据总线接口具有16根数据线，可以传输16位二进制数据。
相对于8位数据总线接口，它可以传输更多的数据，但需要更多的连接线路和更复杂的控制电路。
3. I2C总线接口I2C总线是一种用于低速数据传输的串行接口标准，它具有两根数据线（SDA和SCL），可以用于连接多个设备。
在I2C总线中，每个设备都有一个唯一的地址，可以通过这个地址进行读写操作。
4. SPI总线接口SPI总线是一种同步串行通信接口标准，它具有4根数据线（SCLK、SDI、SDO和SS），可以用于连接多个设备。
在SPI总线中，主设备会向从设备发送时钟信号，从设备会在时钟信号的上升沿或下降沿读取或发送数据。
单片机原理与接口技术第1章
目录
引言 1.1 1,2 1.3 1.4 单片机的基本概念和基本组成 单片机技术的发展 单片机的应用领域 常用51系列单片机介绍 本章小结
引言
常见的几种芯片和装置: 常见的几种芯片和装置
图1.1 intel 8086芯片
图1.2 intel 8051芯片
图1.3 WXB-51微机线路保护 装置
图1.4断路器温度在线监测 装置
和AT89C51相比，AT89S51具有的一些主要的新功能 AT89C51相比，AT89S51具有的一些主要的新功能 相比 包括： 包括： (1)ISP(在系统编程 功能。 在系统编程) (1)ISP(在系统编程)功能。 (2)最高工作频率达33MHz， AT89C51最高工作频 最高工作频率达33MHz (2)最高工作频率达33MHz，而AT89C51最高工作频 率为24MHz 24MHz。 率为24MHz。 (3)内部集成有 看门狗”定时器，不需要外接“ 内部集成有“ (3)内部集成有“看门狗”定时器，不需要外接“看 门狗”定时器电路。 门狗”定时器电路。 (4)双数据指示器和电源断开标识 双数据指示器和电源断开标识。 (4)双数据指示器和电源断开标识。 (5)全新的加密算法 使得对AT89S51 全新的加密算法， AT89S51解密难度大大 (5)全新的加密算法，使得对AT89S51解密难度大大 增加。 增加。
本章小结
• 本章介绍了单片机的基本概念、发展简史、发展 本章介绍了单片机的基本概念、发展简史、 趋势和应用领域 • 介绍了8031/8051/8751以及AT89C51、AT89S51等 介绍了8031/8051/8751以及AT89C51 AT89S51等 8031/8051/8751以及AT89C51、 51系列单片机的基本特点 系列单片机的基本特点。 51系列单片机的基本特点。 • 本书将以AT89S51为主要机型，介绍51系列单片 本书将以AT89S51为主要机型，介绍51 AT89S51为主要机型 51系列单片 机的结构原理、片内功能模块、 机的结构原理、片内功能模块、指令系统和汇编 语言/C语言程序设计、 /C语言程序设计 语言/C语言程序设计、接口技术以及应用系统设 计。
单片机原理及接口技术 李朝青 (第版) ppt课件
图1-5 直接寻址方式的指令格式
单pp片t课件机原理及接口技术 35
指令中还应有一部分数位(图1-5中的第2字节)用于说明被操作的数据来自 什么地方，这一部分叫操作数的地址。
在这种寻址方式中，一条指令(如LDA、ADD和STA)需要2个字节：第1个 字节是操作码，第2个字节不是操作数，而是存放操作数的内存单元的地址。 例如：
单pp片t课件机原理及接口技术 39
图1-8 直接访问内存指令的指令周期
ppt课件
40
§1.3 常用数制和编码
§ 1.3.1 数制及数制间转换 § 1.3.2 计算机中常用编码
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§ 1.3.1 数制及数制间转换
1. 数制——计数的进位制 2、不同数制之间的转换
单pp片t课件机原理及接口技术 23
3）指令寄存器（IR）
指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。 当执行一条指令时先把它从内存取到数据寄存
器中，然后再传送到指令译码器中。
单pp片t课件机原理及接口技术 24
4）指令译码器（ID）
指令分为操作码和地址码字段，由二进制数字组成。当 执行任何给定的指令，必须对操作码进行译码，以便确 定所要求的操作。
图1-7 取指令、执行指令序列
单pp片t课件机原理及接口技术 37
在计算机中，“存储程序”第1条指令的第1个字节一定是操作码。 这样，CPU首先进入取指阶段，从存储器中取出指令并通过CPU译 码后，转入执指阶段，在这期间，CPU执行指令指定的操作。
取指阶段是由一系列相同的操作组成的，因此，取指阶段的时间总 是相同的。而执行指令的阶段是由不同的事件顺序组成的，它取决 于被执行指令的类型。执行完一条指令后接着执行下一条指令。所 ……如此反复直至 程序结束。
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易经与二进制
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Digital Primer – Goorge Boolean
George– 8 December 1864)
was an English mathematician and philosopher. As the inventor of Boolean logic—the basis of modern digital computer logic—Boole is regarded in hindsight as a founder of the field of computer science. Boole said, ... no general method for the solution of questions in the theory of probabilities can be established which does not explicitly recognise ... those universal laws of thought which are the basis of all reasoning ...[1]
Who provides microcontrollers
四 单片机的发展趋势 1. CPU的改进 2. （1）采用双CPU结构，提高处理能力 3. （2）增加数据总线宽度，内部采用16位数据总线。 （3）串行总线结构，菲利浦公司的I2C总线（Inter－
IC bus）。用两根信号线代替现行的8位数据总线。 2．存储器的发展 （1）加大存储容量。 （2）片内EPROM采用E2PROM或闪烁（Flash）存储器。 （3）程序保密化。
第一讲 单片机概述
（20世纪70年代问世） 一 什么是单片机（SCM） （Single Chip Microcomputer） 在半导体硅片上集成了微处理器(CPU)，存储器
(RAM、ROM、EPROM)和各种输入、输出接口。 具有一台计算机的属性。也称为：
微控制器 MCU （MicroController Unit） 嵌入式控制器 EMCU （Embedded MicroController Unit）。
二 单片机的历史及发展概况 四个阶段: 第一阶段(1971年～1974年)：初级阶段。双片的形式，且功
能比较简单。
第二阶段（1974年～1978年）：低性能单片机阶段。以
Intel 公司制造的MCS-48单片机为代表。
第三阶段(1978年～1982)：高性能单片机阶段。Intel公司
的MCS-51系列、Mortorola公司的6801系列等。
Where are microcontrollers?
汽车电子
消费电子
飞思卡尔半导体公司
工业控制
网络应用 无线通讯
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单片机原理及接口技术第一讲
张毅刚 主编 彭喜元 董继成 副主编
高等教育出版社
参考书
几个问题
1.关于教材： 2.关于课时：54 + 18 = 72 3.关于内容：大学计划，知识更新 4.关于学习：硬件、编程，易学难精，学习态度 5.关于成绩：总成绩=平时（期中）+实验+期末 6.关于实验：按课表、共六次实验 7.课程重要性：知识结构要求，找工作 8.课程地位：专业必修课 9.代表人物：深圳周立功、清华邵贝贝、北航何立民
总之，向高性能、高速、低压、低功耗、低 价格、外围电路内装化方向发展。
五 单片机的应用 单片机卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入
到各个领域。
使用温度： 民 品： 0°— +70°C 工业品： -40 — +85°C 汽 车： -40 — +105°C 军 品： -55 — +125°C
在下述的各个领域广泛的应用： 1. 工业自动化 2. 智能仪器仪表 3．消费类电子产品 4. 通讯 5．武器装备 6．终端及外部设备控制 7．汽车电子
Application areas
1. Automotive electronics 2. Aircraft electronics 3. Trains 4. Telecommunication
Application areas
5. Medical systems e.g. “artificial eye”
3．片内I/O的改进 （1）增加并行口的驱动能力，能直接输出大电流和高
电压。 （2）增加I/O口的逻辑控制功能。 （3）设置了一些特殊的串行接口功能，构成分布式、
网络化系统 。 4．外围电路内装化
器件集成度的不断提高，把众多的外围功能部件集 成在片内－－系统的单片化。
代表：8051F单片机
5．低功耗化 CMOS化 CHMOS工艺。
按用途可分为通用型和专用型两大类：
（1）通用型 可开发的内部资源：RAM、ROM、I/O等
功能部件，全部提供给用户。用户根据需 要，设计一个以通用单片机芯片为核心的 测控系统。
（2）专用型 专门针对某些产品的特定用途而制作的单
片机，针对性强且数量巨大。 对系统结构的最简化、可靠性和成本的最
佳化等方面都作了全面的考虑。 “专用”单片机具有十分明显的综合优势。
Future of IT? 信息技术(Information Technology)
•According to forecasts charac-terized by the terms such as （据预测 ）
▪ Post-PC era（后电脑时代 ） ▪ Disappearing computer（消失 ..） ▪ Ubiquitous computing（普适计算 ） ▪ Pervasive computing （普适计算 ） ▪ Ambient intelligence（情境智能） ▪ Embedded systems（嵌入式系统 ）
8044/8744，用于总线分布式多机测控系统。美 国Cypress公司的EZU SR-2100单片机－USB接口。
（5）超8位型 典型产品：PHILIPS公司 80C552/87C552/83C552系列单片机。 将MCS-96系列（16位单片机）I/O部件如： 高速输入/输出（HSI/HSO）、A/D转换器、脉冲 宽度调制（PWM）、看门狗定时器（WDT）等移 植进来构成新一代MCS-51产品。功能介于MCS51和MCS-96之间。目前已得到了较广泛的使用。
作业：P15-16 1、2、3、4、5、6、7、8
谢谢！
– Computers use base 2 system (Binary)
0,1 Yes No True False High Low On Off
• These two binary digits are called bits
为什么说计算机识别二进制数方便？
电器开关,手机、计算机开关键，0/1
（6）片内闪烁存储器型 美国ATMEL公司的AT89C51单片机，受到应用
设计者的欢迎。
MCS-51系列以及80C51系列单片机有多种类型， 但掌握好MCS-51的基本型（8031、8051、8751或 80C31、80C51、87C51）是十分重要的。
它们是具有MCS-51内核的各种型号单片机的基 础，也是各种增强型、扩展型等衍生品种的核心。
MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：
（1）基本型 典型产品：8031/8051/8751 （2）增强型 典型产品：8032/8052/8752
内部RAM增到256字节，8052、8752的内部程序 存储器扩展到8KB，16位定时器/计数器增至3个。 （3）低功耗型
典型产品：80C31/87C51/80C51。采用CMOS工艺 适于电池供电或其它要求低功耗的场合。 （4）专用型
三 8位单片机的主要生产厂家和机型 （1）美国Intel公司 MCS-51系列及其增强型、扩展 型系列。 （2）美国ATMEL公司89C51、89C52、89C55、89S52等。 （3）荷兰PHILIPS（菲力浦）公司 8xC552系列 。
此外：AVR、PIC、MICROCHIP等单片机。 MCS-51系列单片机在我国得到了广泛的应用， 主流系列,软、硬件设计资料丰富齐全。
医疗系统 人造眼
6. Military applications
军事应用
7. Authentication
鉴定
六 MCS-51系列单片机
20世纪80年代后期:Intel公司以专利或技术交 换的形式把8051内核技术转让给其它厂家。
如：AMTEL、PHILIPS、ANALOG DEVICES、DALLAS公司。 这些厂家生产的兼容单片机，与8051的系统结构（主要 是指令系统）相同，采用CMOS工艺。 80C51系列：所有具有8051指令系统的单片机，不应直接 称为MCS-51系列单片机，MCS只是Intel公司专用的单片机系 列符号。
Numbering and coding systems
• Decimal and binary number system （十进制和二进制数字系统）
– Human being use base 10 system (Decimal) • 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 • 零，一，二，三，四，五，六，七，八，九 • Zero,One,two,three,four,five,six,seven,eight,nine • I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII,IX,X