微机原理与接口技术第一章单片机基础知识第一节单片机概况关于课程名称：《微机原理及应用》或《微机原理及接口技术》,《单片机基础》讲述有关计算机的概念。
计算机有:微型计算机小型机大型机按尺寸大小来分，现在界线已模糊。
或按功能强弱来分（尺寸小不等于是差的计算机）在工业控制或其他应用领域:适用的就是最好的当一个设备上应用了计算机就可以称做智能设备。
计算机---功能决定了智能化程序。
主要由产品的要求决定。
计算机包括软件和硬件，硬件构成：五部分=CPU（运算器，控制器），存储器，输入，输出计算机硬件控制器CPU存储器输入输出运算器只要在硬件结构上包含上述5项，即可称为计算机。
计算机的功能魅力: 例1例 2 开关与门计算机软件：应用型软件，系统软件（对于通用计算机，这一点区分较清楚）从结构上讲：应用软件单片机系统侧重是一种有特定功能的计算机操作系统底层BIOS-basic I/O system硬件本课程将侧重于：对于一个测/控目标，如何建立一个基于单片机的计算机系统。
因此须了解：单片机硬件结构单片机功能单片机的特性语言开发方法参考书和杂志:1.张迎新等.《单片机初级教程--单片机基础》北京航空航天大学出版社2.何立民著《单片机应用系统设计》北京航空航天大学出版社3.李朝青著.《单片机原理及接口技术》(简明修定版).北京航空航天大学出版社,19994.单片机与嵌入式系统应用5.石文华.单片机原理及应用（面向21世纪高等教育规划教材）,中国电力出版社.2005.2一、单片机1.什么叫单片机?将CPU、存储器、定时器/计数器、存储器、多种I/O接口等电路集成在一块芯片上所构成的计算机称为单片机。
Single Chip Microcomputer(SCM) Micro Controller Unit(MCU)5+振荡器 定时程序存储器 4KROM/EPROM 8051/8751数据存储器 RAM 128 字节2*16 位 定时/计数器CPU 8031/8051 875164KB 总线 扩展控制器可编程 I/O可编程串行口 全双工 UART 中断同步移位器图 1-1 单片机结构框图单片机的生产与发展是基于工业控制、计算机外部设备控制以及智能化仪器仪表的需要的一 种高性能、高集成化、高可靠性且廉价的专用控制器。
MCU-----(microcomputer unit) MPU-----(microprocess unit) CPU + ROM/RAM + I/OTIMER/COUNTER 单片机二、单片机的发展概况第一代：以INTEL公司1976年推出的MCS-48系列为代表：1KROM，64BRAM，8位定时器1978年推出的加强型8049：2KROM，128B RAM第二代：MCS-51为代表：片内4KROM（8051），两个16位定时器，128BRAM，在功能上比上代大大加强。
（如增加了减法、乘除法指令，扩充了位处理能力、I/O能力、通讯能力以及中断能力等，在外部程序存储空间、数据存储空间上扩大到4K）。
第三代：MCS-96为代表：16位单片机。
增加了高速数据通道、16位监视定时器，具有自复位的抗干扰能力，更适用高速、高性能的控制系统。
发展:数据位长11632位CPU处理能力和速度不断提高。
增大片内RAM和ROM容量。
增加片内I/O口和功能模块种类和数量。
扩大对外部RAM/IO口和程序存储器寻址能力。
缩小体积，降低功耗。
MCS48系列已被MCS51完全取代，而MCS51并没有因MCS96系列出现而停止发展，相反，近年来不断推出新品种:如8052、8752、8032在原片8051、8751、8031的基础上作扩充，加大片内存储器（256BYTE RAM）并增加了一个定时器和中断。
再如带8位A/D的8XC51GA，带高速输出、脉冲调宽输出、监视定时器的8XC252等。
华邦（WINBOND）的W77E58,内存储器有32K，保密功能，CPU的速度提高到24MHZ*3（内部指令3倍速）。
ATMEL的89C2051小型化20脚兼容产品：华邦（WINBOND）的W78E51等。
ATMEL的89C51等，以FLASH作为内部程序存储器，可以电擦除后重新编程。
PHILIPS推出的P87LPC762/764指令与51系列兼容，20个引脚，OPT程序存储器2K/4K，Vdd=2～6V，内含WDT有电源监测，保证CPU可靠复位全双工串行通讯口和 I C 通讯接口改进：提高 CPU 的速度，存储器，保密功能，低功耗，WDT 等等。
串行 I C 总线。
内含 2 个精确比较器，可构成 2 路 A/D 2 个 16 位定时器2所有口线 20mA 驱动能力有空闲/掉电省电模式（掉电电流 1uA ）目前国内市场上有不少类型 8 位 16 位单片机，如 MOTOROLA 的 68 系列和 ZILOG 的 Z8 系列， 目前应用最广的是 8 位 MCS51 系列单片机。
用于工业现场以测﹑控为主要目的的单片机和用于通用计算机系统以大量数据处理为主要目的的通用微处理机不同。
其对数据处理速 度已退居控制功能之后。
8 位单片机仍会稳定一个相当长的时期。
2三、单片机应用智能产品(包括日用电器)：单片机与传统机械产品相结合，使传统机械产品结构简化，控制智能化，构成新一代机电一体化产品。
如：单片机控制缝纫机，实现了多功能自动操作、自动调速、控制缝纫花样等。
再如电脑洗衣机。
智能产品不仅局限于家电、办公设备，目前已发展到机床、纺织机械、工业设备等。
智能仪表：使仪表数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化。
如老式的记录仪表采用纸、笔的机械记录方式，日常维护工作量大、运行费用高、可靠性差。
引入单片机后，采用液晶显示，无纸无笔记录，性能上大大提高，并增加了不少新功能，如报警、累积、追忆、多通道显示、PID控制等，集数据采集、处理、控制功能于一体。
测控系统/数控系统：由单片机构成各种工业控制系统、数据采集系统等。
如生产线的自动控制等。
数控系统使控制机与伺服控制分开，可减轻控制机的负担智能接口：计算机外围设备管理。
如键盘管理、打印机、绘图机的控制、硬盘驱动控制等。
多机应用系统：每个子功能由一个独立计算机管理，由一个主计算机负责协调，构成一个多功能的多机系统。
再如网络系统、集散控制系统等。
实例:转速测量1.当转速很高时可以采用测量频率法1秒n=7转/秒2.当转速很低时可以采用测量周期法:1个周期中包含的脉冲个数N(设:脉冲周期1us)周期T=N(us)转速3.提高测量精度:A.实例1：高压开关(起着电力系统的控制和保护作用)机械性能（时间，速度）测试：s动触头静触头对断路器动触头希望其运动速度越大越好：1)速度大，可使分闸，合闸时间缩短。
2)合闸时，动静触头击穿后的电弧燃烧时间短，提高产品的关合能力。
动触头运动速度不能无限制的提高，受其机械强度的限制。
动触头运动满足一定规律：S-V曲线，其开断和关合特性最佳。
A.需测量：1)分闸，合闸时间。
2)分闸，合闸的速度曲线：S-VB.分合闸速度V的测量方法：电磁振动法：动触头上联接一块记录板，记录板与动触头一起运动，而记录笔以一定频率振动，见图：随动触头一块运振动频率f(周期T)动的记录板Si该Si段的平均速度Vi=Si/T缺点：在速高时，只能得平均速度，瞬时速度不能得到。
鼓轮记录法：动触头上联接一记录笔，鼓轮为记录板以一定速度转动。
动触头SiVi=Si/TS=S1+S2+…Sn时间t可数有几个周期得到2. 计数器长度（8 位 2 ）1) 光栅测量法：测得每个 Si 中的时间 Ti ，既可得到速度：Vi=S/Ti只要 S 足够小，可得到每 S 内的平均速度。
C. 分合闸时间 t 的测量方法：t动触头t=T1+T2+T3….TnD. 微机的实现： +5v有光时，输入为 0 无光时，输入为 1静触头 微机S只要测量每个周期的时间 TiVi=S/Ti在微机中有计数器，在下降沿时微机开始计数。
测量没个周期的时间 Ti测量方法： 时标时标 计数器门控测量精度： 1. 时标8门控浙江科技学院四、单片机应用系统的开发方法单片机其本身无开发能力，必须借助开发工具来开发应用软件以及对硬件系统进行诊断。
在研制一个完整的单片机产品时，必须完成下列几步工作：*硬件电路设计、组装、调试。
单片机单片机系统*应用软件的编制、调试。
*应用软件的链接调试、固化、脱机运行。
开发工具（ICE:In-Circuit-Emulator）的主要作用：----------------替代CPU的各种功能，一个好的开发工具可以帮助我们更容易找到毛病，缩短开发周期。
*应用系统硬件电路的诊断与检查*程序的输入与修改*程序的运行、调试，具有单步运行、设置断点运行、状态查询等功能*固化EPROM其次还应有：*齐全的开发用的软件工具：汇编输入、自动生成目标文件、反汇编，以及可供用户使用的子程序库。
*占用单片机的硬件资源最少，且有全速跟踪调试、运行能力。
*软件转存、大印功能。
例如：有些ICE带有模拟LCD显示，可以在没有LCD情况下，编制程序。
应用系统仿真头开发工具计算机1. 与门 (F=A·B)BF(原电子部标准)五、硬件设计、软件设计系统设计应考虑：前向通道：与现场采集对象相接，是干扰串入的主要通道，防干扰。
根据对象：有开关量、模拟量、频率量，因此对应有形式多样的信号变换电 路：如放大、I/F 、V/F 、A/D 、整形、调节等。
后向通道：系统输出通道，大多需驱动。
靠近伺服现场，大功率负载易从后向通道进入现场，隔离。
根据对象：有模拟、数字、开关，有电流输出、电压输出、开关量输出等。
人机通道：大多单片机系统都是小规模系统，人机对话通道及设备都是小规模的。
如：微 型打印机、功能键、拨码盘、LED/LCD 显示器等。
相互通道：解决计算机之间相互通讯的接口。
硬﹑软件设计时应考虑的因素：了解实际应用对象、现场环境。
如：抗干扰、要求响应速度等。
测控接口及功能电路配置在很大程度决定系统的技术性能。
如：A/D 精度、速度等。
研制人员不只了解计算机系统的扩展与配置，还需了解数字电路、模拟电路以及新器 件，以获得最佳的模拟、数字计算机系统。
系统中用软件、硬件实现功能的分工。
用软件实现具有成本低、电路简单，但响应速 度慢，占用 CPU 时间。
合理分配。
成本、功耗、体积等。
通讯 六、逻辑部件可参考《标准集成电路手册-TTL 》A B &F (国家标准)74LS08 四与门 14 13 12 11 10 9 8A B F (国际通用符号)A1 2 3 4 5 6 7A B F0 0 0 1 0 0 0 1 0 1112. 或门 (F=A+B)BFBF1A≧1(国家标准)74LS32 四或门A B F (国际通用符号)A+(原电子部标准)3. 非 (F= A )AF (国家标准)74LS04 非门AF (国际通用符号)AF (原电子部标准)A B F 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 11A F 0 1 1*表示无关浙江科技学院4. 异或 (F=A ⊕ B)A B =1F (国家标准)74LS86 四 2 异或门 A BAB⊕F (国际通用符号)F (原电子部标准)例:F= A可以利用非门实现，也可以用异或5. 组合：与非或非异或非6. 触发器（如 74LS74）D S Q CP R QA BA B&D S QCP R QF (国家标准)F (国际通用符号)D CP Q vccD S Q CP RQS R CP D Q Q 0 1 * * 1 0 1 0 * * 0 1 0 0 ** 不定1 1 1 1 0 1 1 01111/0 * 保持不变A B F 0 0 0 1 0 1 0 1 1 11浙江科技学院7.三态门一般逻辑门：处于高，低电平。