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1、第 1页,以PIC单片机为例讲解,单片机原理与接口技术,第 2页,教师介绍,授课教师：联系方式：办公地点：,第 3页,教材选择,PIC单片机与接口技术石广范 等 编著 哈尔滨工业大学出版社参考教材PIC单片机原理与实战张明峰编著推荐网站：(中文)(英文),第 4页,课时计划,课时计划？学时课堂讲授？学时上机实践成绩考核？分笔试？分实验,第 5页,教学基本目标,能明白单片机的作用能明白单片机的使用场合能看懂简单的数字控制电路能根据电路图和控制要求编写C语言程序,能自己设计简单的数字/模拟控制电路能看懂芯片的数据手册熟练编写单片机控制程序,教学终极目标,第 6页,课堂要求,不得干扰其他人学习、听课
2、。有问题举手发言，不得随意讲话。上课电话关机。不得迟到、早退。,第 7页,考核要求,课下作业、上机题目、考试等必须自己独立完成。一旦发现抄袭（各种形式）者，平时成绩一律记为0。请勿抄袭。,第 8页,第1章 单片机概述,第 9页,第1章 单片机概述,第 10页,1.1 单片机的定义,单片机是一种采用超大规模集成电路技术把CPU、RAM、ROM、I/O口等电路集成到一块硅片上而构成的一个小而完善的计算机系统。单片机与PC机相比就好像麻雀与大象一样：麻雀虽小五脏俱全。单片机又称微控制器（Micro Controller Unit），微控制器是国际上流行的称呼。现在又改称为嵌入式系统（Embedded
3、 System）了。,第 11页,第1章 单片机概述,第 12页,1.2.1 微型计算机的基本结构,第 13页,1.2.2 微型计算机的工作原理,运算器,第 14页,1.2.3 二进制编码,在数字式计算机中，指令和数据都采用二进制编码。不同的CPU其指令编码可能不同。为了使计算机中的数据能与人类所能识别的文字建立一一对应的关系，需要对数字、字母和字符进行编码。用二进制代码对数据进行编码的方法很多，二进制数的位数越长，所能编码的数字、字母和字符就越多。常用的二进制编码有BCD码、ASCII码等。,第 15页,BCD码,用二进制编码表示的十进制数称为二-十进制数，简称BCD(Binary Code
4、d Decimal)码。BCD码保留了十进制的权，用四位二进制数给09这10个数字编码。BCD码种类较多，如有8421码、2421码和余3码等。最常用的是 8421BCD码(以后简称BCD码)，组成它的4位二进制数码的权分别是8、4、2、1,第 16页,BCD码,第 17页,ASCII码,ASCII码是美国信息交换标准代码(American Standard Coded for Information Interchange)的简称，已成为国际通用的英文、数字、符号标准编码。ASCII码采用7位二进制编码，可为128个字符编码，这128个字符分为两类，即图形字符和控制字符，详见表 1.2。图形
5、字符包括10个十进制数符、52个大小写英文字母和34个其它字符，共计96个。图形字符具有特定的形状，通过与特定的字形库匹配可以在显示器上显示。控制字符包括回车、换行、退格等，共32个。控制字符没有特定的形状但有一定的控制作用，不能在显示器上显示。,第 18页,表1.2 ASCII码表,第 19页,第1章 单片机概述,第 20页,微型计算机与单片机,第 21页,1.3.2 单片机技术的发展历程,第一阶段(19741976)初始阶段。以4位单片机为主，功能比较简单。如1974年美国Fairchild公司生产的第一台单片机F8，采用双片形式，功能简单。第二阶段(19761978)探索阶段。单芯片形式
6、，低档8位单片机。如1976年美国Intel公司生产的MCS-48系列单片机，这是第一台完全的8位单片机。MCS-48的推出是在工控领域的探索，此后，各种8位单片机纷纷应运而生。第三阶段(19781982)完善阶段。提高电路的集成度，增加8位单片机的功能。如Intel公司在MCS-48基础上推出了完善的高档8位单片机系列MCS-51。第四阶段(19821990)巩固和发展阶段。巩固发展8位单片机、推出16位单片机、向微控制器发展，强化了智能控制器的特征。如将ADC、DAC、PWM、WDT、DMA集成到单片机。第五阶段(1990至今)全面发展阶段。适合不同领域要求的单片机，如各种高速、大存储容量
7、、强运算能力的8 位/16位/32位通用型单片机，还有用于单一领域的廉价的专用型单片机。,第 22页,单片机相对PC的特点,小巧玲珑（最小的四个脚，可食用）控制能力强（位开关控制灵活）功能丰富（接口电路丰富）适应能力强（电磁干扰、冲击振动、高低温湿度等）运算能力相对弱（指令少，速度较慢）性价比高（3￥到XXX￥不等）可靠性高（看门狗，电压监测）低功耗（休眠）学习入门容易（外围电路简单）,第 23页,1.3.3 单片机的应用领域,1智能仪器 2通信设备 3家用电器 4工业控制等等,第 24页,1智能仪器,第 25页,2通信设备,第 26页,3家用电器,第 27页,4工业控制,第 28页,微控制器
8、应用例子,第 29页,微控制器应用例子,第 30页,1.3.4 常用单片机产品介绍,PIC单片机Microchip的8位单片机的主要产品是PIC16系列、PIC18系列8位单片机，CPU采用RISC结构，分别仅有35、58条指令，采用Harvard双总线结构，运行速度快，工作电压低，功耗低，具有较大的输入输出直接驱动能力，FLASH在线编程调试，体积小、接口丰富、品种繁多。适用于用各个档次，价格敏感的产品。在办公自动化设备，消费电子产品，电讯通信，智能仪器仪表，汽车电子，金融电子，工业控制不同领域都有广泛的应用。PIC系列单片机目前在世界单片机市场份额排名第一，发展非常迅速。,第 31页,1.
9、3.4 常用单片机产品介绍,Motorola单片机Motorola目前是世界上仅次于Microchip的第二大的单片机厂商。从M6800开始，开发了广泛的品种，4位，8位，16位32位的单片机都生产，其中典型的代表有：8位机M6805，M68HC05系列；8位增强型M68HC11，M68HC12；16位机M68HC16；32位机M683XX。Motorola单片机的特点之一是抗干扰能力强，更适合于工控领域及恶劣的环境。,第 32页,1.3.4 常用单片机产品介绍,8051单片机8051单片机最早由Intel公司推出，其后，多家公司购买了8051的内核设计，使得以8051为内核的系列单片机种类繁
10、多，应用非常广泛。常见的51内核的单片机厂家有ATMEL、NXP（原Philips半导体事业部）、ST、STC、SST、LG、华邦、瑞萨等。,第 33页,1.3.4 常用单片机产品介绍,ARM单片机ARM（Advanced RISC Machines）原本是是微处理器设计企业，但其主要产品是销售其设计的一系列32位单片机的知识产权（Intellectual Property，简称IP）。由于多家公司都购买了其知识产权来生产各自的32位单片机，所以习惯上人们把以ARM公司的IP为内核的控制器称为ARM单片机。其特点为高性能、廉价、耗能低、接口丰富等特点。适用于多种领域，例如移动式应用、消费/教育
11、类多媒体、DSP以及嵌入控制等。,第 34页,1.3.4 常用单片机产品介绍,AVR单片机AVR是ATMEL公司生产的增强型RISC单片机，也采用FLASH作为程序存储器，可随时编程（烧写），使用户的产品设计容易，更新换代方便。AVR单片机采用的增强性RISC结构使其具有高速处理能力，在一个时钟周期内可执行复杂的指令，每MHz可实现1 MIPS的处理能力。AVR单片机工作电压为2.76.0 V，可以实现耗电最优化。AVR单片机也具有丰富的接口，内置USART、SPI、I2C、A/D等模块。AVR单片机广泛应用于计算机外部设备，工业实时控制，仪器仪表，通讯设备，家用电器，宇航设备等各个领域。上面
12、这些产品有很多类似之处，但又各有特色，用户可以根据需要选择。如此庞大的单片机家族，其实只要熟练掌握一种单片机的使用方法，便可以举一反三、触类旁通，对其他型号的单片机也能够快速上手。这里推荐以PIC单片机作为入门选择。,第 35页,第1章 单片机概述,【学习目标】,第 36页,1.4 为什么选择PIC单片机讲解,目前其8位单片机的出货量从2003年起至今一直稳居世界第一位。入门容易:其典型的8位机指令集只有35条 功能齐全:学习了PIC的典型8位机之后，你就基本掌握了单片机中大部分常用的接口用法，例如：USART、I2C、SPI等典型接口。可靠性高。升级、移植容易。强大统一的开发环境。,第 37
13、页,1.4.1 PIC 8位单片机分类,1低端架构该档次产品的特点是低价位，如PIC16C5X，适用于各种对成本要求严格的消费类产品选用。又如PIC10F200是世界第一个6脚的低价位单片机，因其体积很小，完全可以应用在以前不能使用单片机的产品领域，并能取代标准逻辑及时计组件或传统的机械定时器及开关。,第 38页,1.4.1 PIC 8位单片机分类,2中端架构该档次产品是PIC8位机中性价比最高的系列。它是在低端产品上进行了改进，并保持了很高的兼容性。外部结构也是多种多样，从6引脚到68引脚的各种封装一一俱全。如PIC16F887，该级产品其性价比很高，如内部带有14K程序存储器、368字节数
14、据存储器、256字节EEPROM、3个定时/计数器、14路A/D转换器、两路模拟比较器、两路增强型CCP、一路增强型USART、在线调试编程接口、I2C和SPI等接口。PIC中级系列产品适用于各种高、中和低档的电子产品的设计中。,第 39页,1.4.1 PIC 8位单片机分类,3高端架构该档次产品主要包括PIC18系列单片机，是Microchip公司目前主要发展的产品，其型号众多，性能优异，运算速度快，可适用于高速数字运算的应用场合中，加之它具备一个指令周期内可以完成88(位)二进制乘法运算能力，所以可取代某些低端DSP产品。再有PIC18单片机具有丰富的I/O控制功能，并可外接扩展EPROM
15、和RAM，使它成为目前8位单片机中性能最高的机种之一。所以很适用于高、中档的电子设备。,第 40页,1.4.1 PIC 8位单片机分类,40/44pin：CCP模块 电压比较器 8位A/D USB1.1 12位A/D 8位A/D/FLASH 程序区 CCP模块 10位A/D CAN2.0B/10位A/D CCP模块 80/84pin：16位A/D 10位A/D CAN2.0B/10位A/D ROMless 10位A/D/CCP模块/8x8乘法器/USART/MI2C/SPI,第 41页,1.4.2 PIC16F877A单片机的基本特性,“哈佛”结构，功能强大的RISC 单片机内核，8层硬件堆栈
16、用于保护和恢复程序计数器；工作频率020MHz，用户可选的多种时钟模式；二级指令执行流水线机制，使平均每条指令执行时只需1 个指令周期；全部35 条指令，每条指令占1个字，程序字长14 位；程序空间最大物理可寻址范围8192(8K）程序字；片上寄存器最大物理可寻址范围512 字节，使用寄存器文档的概念；丰富的外围功能模块；片内或片外多种信号中断机制；片上具备独立看门狗。可靠的复位功能；,第 42页,1.4.2 PIC16F877A单片机的基本特性,8K 14位FLASH程序存储器、368字节RAM、内置256字节EEPROM、2个8位计数器、1个16位计数器、两个CCP、10位多通道模数转换器
17、、14个中断源、8级深度的硬件堆栈、可配置编程I/O端口、具备SPI总线、I2C总线、USART总线。,第 43页,本章小结,本章首先简介了微型计算机的结构和原理，并介绍了计算机中常用的两种二进制编码：BCD码和ASCII码。此部分仅作了解使用。其次介绍了单片机的发展历史。单片机发展到目前，其发展历程大致分为初始阶段、探索阶段、完善阶段、巩固发展阶段和全面发展阶段。单片机的应用领域非常广泛，包括智能仪器、通信设备、家用电器、工业控制等领域，从民用到工业、军事、航空航天都具有广泛的应用。根据不同领域的单片机的需求不同，单片机的产品也多种多样，从性价比高的商用级芯片到高可靠的工业级芯片，应有尽有。
18、PIC单片机作为一种高性价比的单片机，其产品系列多种多样、指令简洁、易于入门、执行效率高、外围接口丰富、性价比高，非常适合工业和商业应用。,第 44页,思考与练习,1.1 名词解释：单片机、CPU、ROM、RAM、BCD码、ASCII码。1.2绘制出微型计算机的基本结构。1.3 简述单片机技术的5个发展阶段。1.4 单片机的应用领域有哪些，各举一例说明。1.5简述PIC16F877A单片机基本特性。1.6 PIC8位单片机分几个档次，分别介绍各个档次产品特点。1.7 参考ASCII表，分别采用十六进制数和十进制数的形式写出以下字符ASCII码：0 1 9 A B Z a b z 回车符 换行符,
