1,单片机系统设计技术,主讲教师：栗 华 sdlhsdu.edu.cn,山东大学信息科学与工程学院,大学生电子设计竞赛培训,2,单片机系统设计的重要性：,在工业测、控领域中，单片机作为智能测控系统的“大脑”，占据了核心位置的地位。在电子设计竞赛中，往往设计的对象也都是智能测控系统，自然，单片机系统的设计也就具有成了系统设计中一个至关重要的组成部分。,3,在前期单片机原理与应用课程的基础上，扩展介绍利用单片机这一智能单元来设计一个智能电子系统时所需要的各种接口知识、单元知识、和系统实现时所需要的各种系统知识 ，使大家不仅学习并理解单片机，更要学会如何使用单片机来构建我们自己的应用系统，让单片机按照我们的意图来为我们服务。从而，为大家参加电子设计大赛，在规定的时间内完成智能电子系统的设计与实现储备足够的经验知识和应用技能 ，最终能够在电子设计大赛中取得良好的成绩，为以后的职业生涯也能够奠定良好的基础。,培训目的：,4,（1 ）单片机基本知识的回顾，重点是回顾单片机的内部组成结构、特点以及在应用单片机的这些内部构件时应该注意的问题。 （2 ）单片机有关接口设计方法及常用接口芯片介绍，从系统设计的角度出发，以功能实现为依据，分类介绍一些常用的接口设计方法。 （3 ）单片机系统设计有关技术，从系统实现的角度，介绍系统设计时应该考虑的一些问题，为了使系统能够长期可靠地运行应该采取哪些技术。,培训的内容：,5,第一章 单片机应用系统设计基础,一、综述 1、单片机系统设计的内容 智能 应用系统的设计一般包括单片机系统设计、接口设计和多种类型的辅助电路（如：模拟信号调理电路、功率驱动电路、电源电路等）设计内容。而单片机系统设计往往是其中最主要、最复杂的设计部分。,6,2、单片机的定义与特点 单片机全称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），又称微控制论器（Micro-Controller Unit）或嵌入式控制器（Embedded Controller）。它是将传统计算机的各种基本组成部件（如：CPU、ROM、RAM、并行I/O口、串行I/O口、定时计数器、中断控制、系统时钟和系统总线控制等）微型化并集成到一块芯片上的微型计算机。 单片机有体积小、集成度高、功能强、功耗低、性能价格比高、易于实现各种智能系统。,7,3、单片机的种类 按总线宽度分成4位单片机、8位单片机、16位单片机、32位单片机。 （1）4位单片机：主要用于各种小型智能电子设备如：计算器、遥控器、玩具控制、电子钟、简单游戏机、游戏杆等。目前主要集中在日本的一些厂家如：OKI的MSM64164C、MSM64481、NEC的75006x系列、EPSON的SMC62系列等。 （2）8位单片机：用于各种中等智能电子设备，产品种类最多、功能较强、性价比最高、应用最广泛。8位单片机分成两大类：一类是MCS-51系列及其兼容机，另一类是非MCS-51系列。,8,（a）MCS51系列单片机：特点是结构简单、内部资源比较丰富，易学易用、资料齐全、应用广泛，是一种传统的单片机。 有： Intel的8031、8051、8751，ATMEL的89C5x系列和89S5x等，WINBOND的W77E5x、W78E5x，PHILIPS的P87LPC7x、P89C5x、P87C5x，ST公司的uPSD系列等。 （b）非MCS51系列单片机：和MCS-51不兼容，有各自的特点，如： ATMEL公司的AVR单片机（常用的是:Atmega32、Atmega64、Atmega128等，特点是：芯片上拥有Flash存储器,一般不用外部扩展程序存储器. 片内有EEPROM也方便了数据的保存。采用增强的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1MIPS的处理能力. 另外还有一些丰富的外部接口如A/D、PWM、SPI等）。,9, Motorola单片机： 从M6800开始,开发了广泛的品种,4位,8位,16位32位的单片机, 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在同样的速度下所用的时钟频率较Intel类单片机低得多,因而使得高频噪声低,抗干扰能力强,更适合于工控领域及恶劣的环境 . Motorola单片机在家电、汽车电子和通信产品领域应用较广。,10, MicroChip单片机: MicroChip单片机的主要产品是PIC 16C系列和17C系列8位单片机,CPU采用RISC结构,分别仅有33,35,58条指令,采用Harvard双总线结构,运行速度快,低工作电压,低功耗,较大的输入输出直接驱动能力,价格低,小体积. 适用于用量大,档次低,价格敏感的产品.在自动化设备,智能仪器仪表, 工业控制等领域,PIC系列单片机占据了主导地位. （3）16位单片机：总线宽度为16位，CPU执行速度和效率都比8位单片机都有很大提高。目前以Intel的MCS-96/196系列、TI公司的MSP430系列、Motorola公司的68HC11为主。主要用于工业控制、智能仪器仪表、便携式电子设备、智能IC卡读写系统等领域。,11,（4）32位单片机：32位单片机是单片机市场的发展趋势，其特点是资源和接口更丰富、内部采用RISC架构和哈佛总线结构，CPU处理速度和处理能力更强、支持基于操作系统的开发，因此能够实现更加复杂的处理任务、人机界面也更灵活。ATMEL、MOTOROLA、SAMSUNG、HITACH等厂家都有32位单片机产品，这些产品一般以ARM嵌入式处理器内核为基础（ARM公司自己并不生产嵌入式处理器，而是研究和发展嵌入式处理器的内核知识产权核，即IP核，然后将IP核的生产和使用许可协议卖给各IC生产厂家），所以32位单片机一般都是指ARM系统。,12,二、MCS-51单片机的内部资源,13,ATMEL 51单片机选型指南,14,1、程序存储器配置,三、单片机的存储器配置,（一）程序存储器,15,2、与程序存储器配置有关的伪指令：,伪指令：指的是汇编程序用的一些控制信息的指令，它们只能被汇编程序所识别，不是单片机的CPU可执行的指令。,伪指令主要用来指定程序位置，定义一个数据块，为中间运算结果保留一部分存储空间，或者定义一些变量的别名以及表示程序的结束等。,定位伪指令ORG 格式： 标号： ORG m m是一个16位二进制数，代表地址。 功能：它放在一段程序或数据块的前面，说明紧跟其后的程序段或数据块的起始地址就是指令中的16位地址。,16,例如： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INT0_S ORG 000BH AJMP T0_S ORG 0013H AJMP INT1_S ORG 001BH AJMP T1_S ORG 0023H AJMP SI_S ORG 0100H ;Main program MAIN: MOV P1,#0FEH AJMP $ INT0_S: RETI,17,3、与常数表格定义有关的伪指令：,功能：在程序存储器从标号开始的连续单元开始定义一些字节数据单元，用来存放指令中指出的这些常数和字符。 例如： ORG 2000H TAB1: DB 30H , 8AH , 7FH , 73 DB 5 , A , BCD,30H,8AH,7FH,49H,35H,41H,42H,43H,44H,2000H,2001H,2002H,2003H,2004H,2005H,2006H,2007H,2008H,（1）定义字节伪指令DB（Define Byte） 格式：标号： DB X1，X2， ，Xn Xi：单字节二进制、十进制、十六进制数，或以 括起来的字符串，数据符号。,18,（2）、定义字伪指令DW（Define Word） 格式：标号： DW Y1，Y2，Yn Yn：双字节二进制、十进制、十六进制数。 功能：同DB，不同的是为16位数据。执行汇编时，机器会自动按高8位先存入，低8位后存入的格式排列。,例如： ORG 1500H TAB2: DW 1234H , 80H,12H,34H,00H,80H,1500H,1501H,1502H,1503H,19,1、数据存储器配置,（二）数据存储器,20,2、内部存储器的分布,21,（1）工作寄存器区,00H,20H,2FH,7FH,1FH,30H,80H,FFH,52子系列才有 的RAM区,普通RAM区,位寻址区,工作寄存器区,R0,R2,R1,R3,R4,R5,R6,R7,07H,02H,01H,00H,06H,04H,05H,03H,08H,1FH,工作寄存器区3,工作寄存器区2,工作寄存器区1,工作寄存器区0,0FH,10H,17H,18H,22,片内RAM前32个单元(00H1FH)是工作寄存器区 (由PSW中的RS1,RS0决定),CY,AC,F0,RS0,OV,P,RS1,PSW.7,PSW.0,PSW.4 PSW.3,例如： SETB PSW.3 ; (PSW.3) 1 CLR PSW.4 ; (PSW.4) 0 其功能是将PSW中的RS0置为1, RS1清0，选择当前工作寄存器区为1区 。,23,00H,20H,2FH,7FH,1FH,30H,80H,FFH,52子系列才有 的RAM区,普通RAM区,位寻址区,工作寄存器区,27H,22H,21H,20H,26H,24H,25H,23H,28H,2FH,单元地址,07 06 05 04 03 02 01 00,0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08,17 16 15 14 13 12 11 10,1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18,27 26 25 24 23 22 21 20,2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28,37 36 35 34 33 32 31 30,3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38,47 46 45 44 43 42 41 40,7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78,位地址,总共128个可按位寻址的位,片内RAM中有128个可按位寻址的位。 位地址:00H7FH 分布在:20H2FH单元,（2）位寻址区,24,位操作又称布尔操作，它是以位为单位进行的各种操作。 MCS-51单片机内部设置了一个位处理器（布尔处理机），它有自己的累加器C（PSW中的进位标志位CY），自己的存储器（即：内部RAM中的20H2FH共128个位，以及特殊功能寄存器中的可以进行位寻址的各个位），同样，也有相应的位操作指令集，共17条，用来完成位传送，位运算和基于位的转移。 位操作指令中的位地址有4 种表示形式，以下表示的都是PSW中的位5 ：,直接地址方式（如，0D5H）；,点操作符方式（如，0D0H.5、PSW.5等）；,位名称方式（如，F0，RS0，RS1）；,伪指令定义方式。,25,格式： 位地址别名 BIT 位地址 功能：使程序中的所出现的位地址别名均表示BIT后面的位地址。一般放置在程序开始的位置。,例如： LEFT BIT P1.0 RIGHT BIT P1.1 ORG 0100H SETB LEFT ;左转 LCALL WAIT30S ;等待30秒 CLR LEFT SETB RIGHT;右转,位地址赋值伪指令BIT,26,（3）普通RAM区,00H,20H,2FH,7FH,1FH,30H,80H,FFH,52子系列才有 的RAM区,普通RAM区,位