第01章单片机概述.ppt
单片机的基本概念 单片机的发展 单片机的发展趋势 单片机的特点 单片机的应用,第 1 章 单片机概述,本章内容,Single Chip Microcomputer,单片机的基本概念,单片机，就是把中央处理器CPU（Central Processing Unit）、存储器（Memory）、定时器/计数器、中断、输入/输出I/0（Input/Output）接口电路等功能部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机，如下图所示。单片机常被作为控制部件嵌入在应用系统中，所以也被称为嵌入式微控制器或嵌入式单片微机。,微型计算机系统通常由多块印刷电路板制成：,中央处理器：计算机的核心部件, 它由运算器和控制器组成, 主要完成计算机的运算和控制功能。 存储器：具有记忆功能的电子部件，分为程序存储器和数据存储器两类。程序存储器用来存储程序、表格等相对固定的信息；数据存储器用来存储程序运行期间所用到的数据信息。 输入/输出接口：CPU与相应的I/O设备（如: 键盘、 鼠标、显示器、 打印机等）进行信息交换的桥梁, 其主要功能是协调、匹配CPU与外设的工作。 串行口：实现单片机和其他设备之间的串行数据传送,它即可作为全双工异步通用收发器使用,又可作为同步移位寄存器使用。 定时器/计数器：用于实现定时或计数功能,并以其定时或计数结果对操作对象进行控制.,中断控制系统：单片机为满足各种实时控制的需要而设制的，是重要的输入输出方式。8051单片机中有5个中断源，它们又可以分为高级和低级两个优先级别。 时钟电路：主要由振荡器和分频器组成，为系统各工作部件提供时间基准。串口、中断、定时/计数是单片机重要的内部资源，为CPU控制外部设备，实现信息交流提供了强有力的支持。 总线（BUS）：计算机各工作部件之间传送信息的公共通道。总线按照其功能可分为: 数据总线DB（Data Bus）、地址总线 AB（Address Bus）和控制总线 CB（Control Bus）三类，分别传送数据信息、地址信息和控制信息。,单片机的发展,单片机自诞生以来，发展迅速，应用广泛。先后经历了4位机、8位机、16位机和32位机几个有代表性的发展阶段。 14位单片机 自1975年美国德克萨斯仪器公司首次推出4位单片机TMS-1000后，各个计算机生产公司竟相推出4位单片机。 特点：体积小，价格便宜，功能简单，片内程序存储器ROM为2-8KB，数据存储器RAM为128*4-512*4位。 应用：家用电器、计算机、高档电子玩具等数据量要求较小而时间要求较高的领域。,8位单片机 1976年9月，美国INTEL公司首先推出了MCS-48系列8位单片机，从此，单片机发展进入了一个新的阶段，8位单片机应运而生。随着集成电路工艺水平的提高，在1978年到1983年期间集成电路的集成度提高到几万只管/片，因而一些高性能的8位单片机相继问世。 随着应用需求的不断增长，各生产厂家在高档8位单片机的基础上，又相继推出了超8位单片机。 16位单片机 1983年以后，集成电路的集成度可达十几万只管/片，16位单片机逐渐问世。16位单片机把单片机的功能又推向了一个新的台阶，功能强大，常用于高速复杂的控制系统。,32位单片机 随着集成电路技术的不断发展和实际应用需要的快速增长，各个计算机生产厂家相继进入高性能32位单片机研制、生产阶段。 32位单片机，不仅包含有存储器和I/O接口，而且还包含有专门的通信链路接口，能按计算方法的特点直接连成线形的、树形的或矩形的阵列，满足快速响应的要求。 可用于信号处理、仪表、 通信 、 数据处理 、 图像处理 、高速控制和语音处理等许多方面。,单片机的发展趋势,1制作工艺CMOS化 2应用系统单片化 3共性与个性共存,单片机的特点,1单片机的程序存储器ROM和数据存储器RAM是严格区分的。 程序存储器只存放程序、固定常数及数据表格。数据存储器用作工作区及存放用户数据。 小容量的数据存储器能以高速RAM形式集成在单片机内，以加速单片机的执行速度。 2采用面向控制的指令系统。 为满足控制的需要，单片机有强大的逻辑控制能力，特别是具有很强的位处理能力。,3单片机的I/O引脚通常是多功能的。 引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。能解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾。 4单片机的外部扩展能力强。 在内部的各种功能部件不能满足应用需要时，均可在外部进行扩展（如扩展ROM、RAM，I/O接口，定时器/计数器，中断系统等），与许多通用的微机接口芯片兼容。给应用系统设计带来极大的方便和灵活性。 5结构功能优化。 能方便灵活地组成各种智能测控仪器仪表和设备。,6可靠件高。 单片机芯片按工业测校环境要求设计的。产品在120温度条件下经44小时老化处理，并通过电气测试及最终质量检验，可以适应各种恶劣的工作环境。 此外单片机还具有体积小，成本低，使用灵活、集成度高、面向控制、可靠性高、抗干扰能力强、低功耗、低电压、可以方便地实现多机和分布式控制等特点。,单片机的应用,单片机应用广泛，无处不有。下面列出几个方面为例。 1日常生活中的单片机电器产品 电子秤 、电脑缝纫机 、便携式心率监护仪 、洗衣机 2单片机在计算机外部设备中的应用 微型打印机 、软盘驱动器 、硬盘驱动器 3智能化仪器仪表 这是目前单片机应用最多、最活跃的领域。在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表数字化、智能化、微型化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性价比。,4单片机在实时控制中的应用 工业测控、航空航天、尖端武器、机器人、汽车、船舶等实时控制系统中 。 单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳状态，提高系统的工作效率和产品质量。 5单片机在计算机网络及通信技术中的应用 在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。 比较高档的单片机都具有通信接口，为单片机在计算机网络与通信设备中的应用创造了很好的条件。,1.5常用单片机简介,1.Intel公司系列单片机 MCS-48、 MCS-51 、MCS-96三个系列。存储器采用哈佛结构，即程序存储器和数据存储器独立寻址。,2.Philips公司单片机 与MCS-51兼容，片内有I2C总线，A/D转换器等丰富的外围接口。 PHILIPS单片机独特的创造是具有I2C总线，这是一种集成电路和集成电 路之间的串行通信总线。也可用于多机通信。 3.Motorola公司单片机 通用型单片机的代表是MC68HC11系列，有几十个型号。 专用型单片机性价比高，应用时一般采用“单片”形式。典型产品如MC68HC05/MC68HC04,4.Atmel51系列单片机 AT89C51系列标准型,AT89S51系列高档型,5.Microchip公司的单片机 是世界上最有影响力的嵌入式微控制器之一。PIC八位单片机可分为基本级，中级和高级三个系列。 基本级：如：PIC16C5X,PIC12C5XX 中级： 如：PIC16C7X，PIC16C6X等，带有A/D，WDT，PWM等功能。 高级： 如：PIC17CX，PIC18CXX。 增加硬件乘法器，CAN模块，参考 电压等。 6.TI公司的单片机 德州仪器TI公司推出的MSP430F14X系列单片机是低功耗Flash型16位RISC指令集单片机。它采用冯·诺伊曼结构，具有丰富的外围接口，性价比极高。,7.ARM公司单片机 ARM公司成立于1990年。由于ARM内核具有功耗低，成本低等显著优点，因此获得了众多半导体厂家和整机厂商的大力支持，在32位嵌入式应用领域获得了巨大的成功，在低功耗，低成本的嵌入式应用领域确立了市场领先地位。,目前，单片机种类繁多，性能各异。特别是专用单片机，产品种类更是数不胜数。这一方面为用户提供了广阔的选择空间，另一方面也为用户制造了选择难题。因此，全面了解单片机的技术发展，掌握不同种类单片机的性能特点，是正确选用单片机的基础。目前比较流行的单片机有：MCS-51系列单片机、PIC系列单片机、MSP430系列单片机、MC68HC11系列单片机、AT89系列单片机及各种ARM芯片。学习掌握这些单片机的性能特点，对开发高性能单片机应用系统至关重要。 查阅资料，学习总结目前比较流行的MCS-51系列单片机、PIC系列单片机、MSP430系列单片机、MC68HC11系列单片机、AT89系列单片机及各种ARM芯片的特点及适用范围。,实践,
