單片機和嵌入式系統(tǒng)概述

1、.word可編輯.第一章單片機(和嵌入式系統(tǒng))概述1.1 單片機(和嵌入式系統(tǒng))的發(fā)展1.1.1 計算機發(fā)展的三個浪潮1第一個浪潮(19461975),大型機硬件導(dǎo)向：計算機只能由專家操作，把處理后的信息交用戶使用，信息處理與使用分離。一集中處理時代2第二個浪潮(19761993)臺式計算機導(dǎo)向：PC機普及，信息由處理者個人享有不能互發(fā)信息，難以共享。信息處理與使用者結(jié)合。一分散處理時代3第三個浪潮(1994？)，網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)向：計算機通過網(wǎng)絡(luò)互連進行全球通信，引入網(wǎng)絡(luò)就是計算機的新概念。軟件可以象數(shù)據(jù)一樣駐留在網(wǎng)絡(luò)上，軟件程序可以實時執(zhí)行，用戶可隨時到達存放所需程序的地址，而不受計算機類型和操作系

2、統(tǒng)的限制。信息收集、處理、分析和存儲都商業(yè)化。一網(wǎng)絡(luò)處理時代1.1.2計算機發(fā)展簡史第一代到第四代計算機都是以電子器件的發(fā)展更新來劃分的，而第五代以后的計算機則是以設(shè)計思想的更新來劃分。1第一代電子管計算機(19461958)(1)硬件邏輯器件：電子管和繼電器內(nèi)存：汞延遲線，靜電存儲管，53年出現(xiàn)磁芯(統(tǒng)治20年)外存：磁帶機、穿孔紙帶機和卡片機，56年IBM生產(chǎn)磁盤機(2)軟件：54年以前幾乎沒有軟件，主要用機器語言-二進制代碼指令后期發(fā)展了匯編語言(3)性能運算速度：幾千次到幾萬次平均穩(wěn)定運行時間：幾小時(4)特點體積大、功耗大、價格大，速度慢、容量小、可靠性差(5)典型機器1942年美籍

3、保加利亞人，愛荷華州立學(xué)院數(shù)學(xué)系文森特.阿培納索夫(VincentAtanasoff)與其助手克里夫彳惠.貝利(CliffordBerry)研制成功世界上第一臺數(shù)字電子計算機ABC采用300個電子管，用電容器做存儲器，穿孔卡片作為輔助存儲器，運算速度為1次/s。用于解線性代數(shù)方程。1973年美國法院把發(fā)明權(quán)歸屬于阿培納索夫。由美國賓夕法尼亞大學(xué)的工程師埃克特(J.PresperEckert)和物理學(xué)家毛希利(John.W.Mauchly)于1945年12月研制成功，于1946年2月正式公開表演數(shù)字式電子計算機ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndCompu

4、ter)。1947年運到馬里蘭州陸軍阿伯丁試炮場的彈道研究實驗室正式使用。用了18800只電子管、12bit字長、內(nèi)存17kB,300次乘法/s,5000次力口法/s,占地165m2,重量30T,耗電150kW。1953年4月IBM-7011954年11月IBM-6501958年103(DJS1)104(DJS2)2第二代晶體管計算機(19581964)(1)硬件邏輯器件：晶體管內(nèi)存：磁芯外存：磁盤和磁帶機(2)軟件匯編語言、高級語言FORTRANCOBOL(5郛開發(fā)，61年完成)、ALGOL1960年)的編譯系統(tǒng)，管理/監(jiān)控程序(3)性能運算速度：幾萬到幾十萬次/秒平均穩(wěn)定運行時間：數(shù)十小時

5、(4)典型機器1959年11月IBM70901962年9月IBM7094441B108乙(DJS6)109X2專業(yè).專注.word可編輯.3第三代集成電路計算機(19641971)(1)硬件邏輯器件：中小規(guī)模集成電路內(nèi)存：磁芯存儲器和磁膜存儲器69年IBM360/85部分采用半導(dǎo)體存儲器70年IBM370/145全部采用半導(dǎo)體存儲器外存：磁盤(機)(2)軟件65年出現(xiàn)高級語言BASIC,60年代末發(fā)明高級語言PASCAL(6在開發(fā)，71年完成)，并出現(xiàn)多道、分時操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件(3)性能運算速度：幾十萬到幾百萬次/秒平均穩(wěn)定運行時間：幾百小時(4)典型機器D J S 2 0 07 0 9

6、 (TQ- 1 6)(D J S- 1 0 0)(D J S- 1 8 0)D J S 1 3 01964年IBM3601971年IBM370NOVAPDP-1119744第四代大規(guī)模集成電路計算機(1971？)（1）硬件邏輯器件：大規(guī)模集成電路內(nèi)存：大規(guī)模集成電路外存：磁盤、光盤（2）軟件高級語言FORTH70年）、C（72年）、Ada（79年）、LOGO人工智能語言LISP、Prolog操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、Windows（3）性能運算速度：幾千萬到幾億次/秒（4）典型機器1981年Cyber-205、Cray-1、YH-1（1億次/秒）ILLIAC-IV（美宇航局阿姆斯中心）：64個

7、處理機，1.5億2億次/秒PEPE（美彈道導(dǎo)彈防御局）：256個處理機，10億次/秒70年代計算機技術(shù)開始加速，80年代23年就一個檔次飛躍，90年代一年一個樣，機器的生命周期僅11.5年。Intel8086/8088IBMPC/RT80286IBMPC/AT8038680486PentiumCPU含310萬個晶體管，速度可達1.12億次/秒PentiumProCPU含520萬+1550萬個晶體管Motorola680006801g6802g6803g68040AppleMacintosh5第五代人工智能計算機這是面向知識處理的新型計算機，其目標是能通過推理做出判斷，能聽懂自然語言，能識別印刷

8、體和手寫體字，能對語言的意義加以理解，能說自然語言，甚至可能在思考問題方面超過人類的個體。但是由于種種原因，日本實施的第五代計算機計劃未能成功。6第六代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機這是一種仿真人大腦結(jié)構(gòu)的新型計算機。目標是可以對圖形、圖像直接處理,對非邏輯的復(fù)雜問題具有推斷和知覺判斷的能力，甚至還具有總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)、歸納推理的能力。95年11月中科院半導(dǎo)體所研制成功數(shù)字和模擬混合電路的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機“預(yù)言神一號"，2000萬億次/秒，可用于圖像、文字和語音識別。1.1.3微處理器與微型計算機發(fā)展簡況(1) >86系列(2) Intel717274787982858940408008808080

9、8580868088801868028680386804864bit8bit16bit準16bit32bit專業(yè).專注.word可編輯.93.396979799.22000.11Pentium-PentiumPro-MMXPentiumPentiumH-Pentiumm一Pentium4一Merced(Intel+HP)64bit(3) AMDK5一K6一K6-2一k6-3一K7(Athlon)一2.其他系列(1)Motorola68006800068010680206803068040(AppleMacintosh)一6502(Apple機) Zilog Z80一Z8000Z80000專業(yè).

10、專注IBM+Apple+Motorola:PowerPC601-602603e一604-6203. 高端處理器：用于工作站、服務(wù)器(1) DEC(Compaq):Alpha2106421164212642136421464(5萬億次)(2) Sun:SPARCfUltraSPARC可擴展性(1000多個p)(集成度達1600萬T)用于SGI圖形工作站）(3) MIPS:R4400-R800gR10000(4) M:ARM7系歹1彳氐功耗ARM9系歹UARM9E系歹UARMl0系列SecurCoreSCl00StrongARMXScaleARMl1系列微處理器發(fā)展的另一個方向是小型化、面向控制，

11、發(fā)展成微控制器(5) .4單片機（微控制器）的發(fā)展概況71年Intel:4040ap74年Fairchild:準單片機F8（需加一片3851-1kROM+CTC+PIO2）75年TI:4位單片機TMS-100076年Intel:MCS-48系列-8048（ROM,8748（EPROM）,8035（無ROM）78年Motorola:M680178年Zilog:Z8系列，Super880年Intel:8位MCS-51系列-8051（ROM,8751（EPROM）,8031（無ROM）82年Intel:16位MCS-96系列809688年準16位8098于98年停產(chǎn)90年Motorola:68HC0

12、5-68HC1-68HC1268HC1G683XX90年代后，微控制器的發(fā)展百花齊放、五彩繽紛，老公司不斷推陳出新，新的公司鼎故革新，推出了很多各具個性的微控制器。1.Intel:71727476808285884040800880808085804880518096801968098一Philips80C51(I2C)一AtmelAT89C51(Flash)一AVRAT90SXXX(高速)fAVRAT91系歹U（ARMCore）一CygnalC8051F（高速，SoC）2. TI:MSP430系列（低功耗）3. SCENIXSX系列（極高速）4. Microchip:PIC系列（高性能價格比

13、）1.1.5嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展1. 低中端嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用面向控制的應(yīng)用都采用微控制器（單片機）實現(xiàn)，過去都是采用匯編語言編程，用仿真器調(diào)試。沒有開發(fā)平臺，只能通過軟硬兼施，從設(shè)計硬件電路原理圖開始，印制板設(shè)計、加工、安裝、焊接、編程、調(diào)試、測試都要熟悉。既難又繁，容易出錯，需要慢慢積累經(jīng)驗才能得心應(yīng)手。采用C-51高級語言編程，利用C編譯器編譯成機器碼再下載執(zhí)行，大大提高了開發(fā)效率.2. 中高端嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用面向數(shù)字信號處理、通信、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等復(fù)雜的應(yīng)用，由于涉及到TCP/IP等協(xié)議和用戶圖形界面（GUI）的復(fù)雜性，一般都需要借助于嵌入式操作系統(tǒng)EOSF臺，采用高級語言C/C+/Java進行開發(fā)。

14、1.2 嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)特征1 .專用計算機系統(tǒng)（非PC機形態(tài)）：看不到計算機的計算機應(yīng)用系統(tǒng)以應(yīng)用為中心，量體裁衣定制。以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，硬件與軟件緊密結(jié)合。適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求。2 .知識集成系統(tǒng)3 技術(shù)密集、資金密集。4 高度分散、不可壟斷。5 面向應(yīng)用、不斷創(chuàng)新。1.3 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用前景，其應(yīng)用領(lǐng)域可以包括：1.工業(yè)控制基于嵌入式芯片的工業(yè)自動化設(shè)備具有很大的發(fā)展空間，目前已經(jīng)有大量的8、16、32位嵌入式微控制器應(yīng)用在工業(yè)過程控制、數(shù)控機床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測、石油化工系統(tǒng)等領(lǐng)域。就傳統(tǒng)的工業(yè)控制產(chǎn)品而

15、言，低端型往往采用的是8位單片機，但是隨著技術(shù)的發(fā)展，32位、64位的微處理器逐漸成為工業(yè)控制設(shè)備的核心，在未來幾年內(nèi)必將獲得更大的發(fā)展。2,交通管理控制在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測與汽車服務(wù)方面，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，內(nèi)嵌GPS模塊、GSM奠塊的移動定位終端已經(jīng)在各種運輸行業(yè)獲得了成功的使用。目前GPS設(shè)備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品進入了普通百姓的家庭，只需要幾千元，就可以隨時隨地找到你的位置。圖1-11即是GPS手持機。.word可編輯.圖1-1GPS手持機3 .信息家電這將成為嵌入式系統(tǒng)最大的應(yīng)用領(lǐng)域，冰箱、空調(diào)等的網(wǎng)絡(luò)化、智能化將引領(lǐng)人們的生活步入一個嶄新的空間。即使不在家里，也可

16、以通過電話線、網(wǎng)絡(luò)進行遠程控制。在這些設(shè)備中，嵌入式系統(tǒng)將大有用武之地。圖1-2是信息家電的一種家庭網(wǎng)絡(luò)視頻電話。圖1-2信息家電：家庭網(wǎng)絡(luò)視頻電話4 .家庭智能管理系統(tǒng)水、電、煤氣表的遠程自動抄表，安全防火、防盜系統(tǒng)，其中嵌入的專用控制芯片將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢查，并實現(xiàn)更高、更準確和更安全的性能。目前在服務(wù)領(lǐng)域中，一些手持設(shè)備已經(jīng)體現(xiàn)出了嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢。5 .POS網(wǎng)絡(luò)公共交通無接觸智能卡(CSC-ContactlessSmartCard)發(fā)行系統(tǒng)、公共電話卡發(fā)行系統(tǒng)、自動售貨機(如圖1-3所示)、各種智能ATM終端將全面走入人們的生活，到時手持一卡就可以行遍天下。圖1-3智能售貨機6 .環(huán)境監(jiān)測環(huán)境監(jiān)測包括水文資料實時監(jiān)測、防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測、堤壩安全、地震監(jiān)測網(wǎng)、實時氣象信息網(wǎng)、水源和空氣污染監(jiān)測。在很多環(huán)境惡劣、地況復(fù)雜的地區(qū)，嵌入式系統(tǒng)將實現(xiàn)無人監(jiān)測。7 .機器人嵌入式芯片的發(fā)展將使機器人在微型化、高智能方面優(yōu)勢更加明顯，同時會大幅度