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《单片机原理与应用》电子教案 第1章 单片机概述 第2章 单片机的硬件结构 第3章 MCS-51单片机指令系统 第4章 MCS-51单片机程序设计 第5章 中断与定时 第6章 存储器与存储器的扩展 第7章 单片机I/O接口的扩展 第8章单片机与输入输出设备的接口 第9章 单片机的串行通信 第10章单片机与A/D及D/A 转换器的接口 第11章 单片机应用系统设计 1.什么叫单片机 它是把组成微型计算机的各功能部件:中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行通信接口等制作在一块集成芯片中,构成一个完整的微型计算机。 单片机是单片微型计算机的简称。 单片机主要应用于控制领域,它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的,故又称为微控制器(Micro Controller Unit)。在国际上,“微控制器”的叫法更通用些,在我国比较习惯“单片机”这一名称。 1.单片机的发展 单片机出现的历史并不长,它的产生与发展和微处理器的产生与发展大体上同步,经历了4个阶段: 第一阶段(1971~1974年):1971年11月美国Intel公司首先设计出集成度为2000只晶体管/片的4位微处理器Intel 4004,并且配有随机存取存储器RAM、只读存储器ROM和移位寄存器等芯片,构成第一台MCS-4微型计算机。1972年4月Intel公司又研制成功了处理能力较强的8位微处理器——Intel 8008。这些微处理器虽说还不是单片机,但从此拉开了研制单片机的序幕。 第三阶段(1978~1983年):在这一阶段推出的单片机普遍带有串行口,有多级中断处理系统、16位定时器/计数器。片内RAM、ROM容量加大,且寻址范围可达64KB,有的片内还带有A/D转换器接口。这类单片机有Intel公司的MCS-51、Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等。这类单片机的应用领域极其广泛,这个系列的各类产品仍然是目前国内外产品的主流。其中MCS-51系列产品,以其优良的性能价格比,成为我国广大科技人员的首选。 第四阶段(1983年~现在):8位单片机巩固发展及16位单片机推出阶段。此阶段主要特征是一方面发展16位单片机及专用单片机;另一方面不断完善高档8位单片机,改善其结构,以满足不同的用户需要。 1.单片机的应用特性 (1)集成度高 MCS-51系列单片机代表产品为8051,8051内部包含4KB的ROM、128B的RAM、四个8位并行口、一个全双工串行口、两个16位定时器/计数器以及一个处理功能强大的中央处理器。 (2)系统结构简单 MCS-51系列单片机芯片内部采用模块化结构,增加或更换一个模块就能获得指令系统和引脚兼容的新产品。另一方面,MCS-51系列单片机具有64KB的外部程序存储器寻址能力和64KB的外部RAM和I/O口寻址能力。Intel公司标准的I/O接口电路和存储器电路都可以直接连到MCS-51系列单片机上以扩展系统功能,应用非常灵活。 (3)可靠性高 单片机产品和其他产品一样,出厂指标有军用品、工业品和商用品之分。其中军用品要求绝对可靠,在任何恶劣的环境下都能可靠工作,主要用于武器系统、航空器等方面。单片机属于工业品,能在常温下工作,不需要在温度恒定的机房内工作。由于单片机总线大多在芯片内部不易受干扰,而且单片机应用系统体积小,易于屏蔽,所以单片机的可靠性较高。 (4)处理功能强,速度快 MCS-51系列单片机指令系统中具有加、减、乘、除指令,各种逻辑运算和转移指令,还具有位操作功能。CPU时钟频率高达12MHz,单字节乘法和除法仅需要4μs,而且具有特殊的多机通信功能,可作为多机系统中的子系统。 2. 单片机的制造工艺 制造单片机的工艺只有两种:HMOS工艺和CHMOS工艺。 早期的MCS-51系列芯片都采用HMOS工艺,即高密度、短沟道MOS工艺。8051、8751、8031、8951等产品均属于HMOS工艺制造的产品。 CHMOS工艺是CMOS和HMOS的结合,除保持了HMOS工艺的高密度、高速度之外,还具有CMOS工艺低功耗的特点。例如HMOS工艺制造的8051芯片的功耗为630mW,而用CHMOS工艺制造的80C51芯片的功耗为120mW,这么低的功耗用一粒钮扣电池就可以工作。单片机型号中包含有“C”的产品就是指它的制造工艺是CHMOS工艺。 例如80C51,就是指用CHMOS工艺制造的80

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