單片機(jī)原理及其應(yīng)用課件--第一章(修訂1)

1、單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)1單片機(jī)原理及應(yīng)用(Principle and Application of Single Chip Microcomputer)單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)2單片機(jī)原理及應(yīng)用課程簡(jiǎn)介一、課程地位一、課程地位 專業(yè)基礎(chǔ) 二、課程內(nèi)容二、課程內(nèi)容 單片機(jī)原理：組成結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng) 單片機(jī)應(yīng)用擴(kuò)展：串口、并口、MEM、A/D、D/A、定時(shí)計(jì)數(shù)器等擴(kuò)展 單片機(jī)應(yīng)用舉例：測(cè)控儀表 實(shí)驗(yàn)：八個(gè)實(shí)驗(yàn)三、課程目的三、課程目的 初步掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)四、如何學(xué)習(xí)四、如何學(xué)習(xí) 應(yīng)用性；設(shè)計(jì)性； 實(shí)踐性強(qiáng)單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)3第1章 概述第2章 M

2、CS-51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)第3章 MCS-51尋址方式和指令系統(tǒng)第4章 MCS-51匯編程序設(shè)計(jì)第5章 中斷系統(tǒng)第6章 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器第7章 串行口第8章 存儲(chǔ)器擴(kuò)展第9章 接口電路(I/O、鍵盤顯示、A/D、D/A)擴(kuò)展第10章 應(yīng)用舉例單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)4第第1章章 概述概述1.1 為什么要使用單片機(jī)為什么要使用單片機(jī)? 一、 什么是單片機(jī)？二、 單片機(jī)有什么特點(diǎn)？三、 單片機(jī)適用于哪些領(lǐng)域？1.2 單片機(jī)的歷史與單片機(jī)的歷史與發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì) 一、 單片機(jī)的發(fā)展歷史 二、 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)1.3 MCS51與與AT89C5x系列單片機(jī)系列單片機(jī)單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)51.1 為

3、什么要使用單片機(jī)為什么要使用單片機(jī)?一、什么是單片機(jī)？一、什么是單片機(jī)？ 在一塊大規(guī)模集成電路芯片上集成一臺(tái)計(jì)算機(jī)全部或大部分功能部件(如微處理器、存儲(chǔ)器、并行接口、串行接口以及A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等)，組成的芯片級(jí)計(jì)算機(jī)稱為 單片機(jī)單片機(jī) ( single chip microcomputer)，或稱作微控制器(microcontroller)。 單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)6單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)7微型計(jì)算機(jī)的兩個(gè)發(fā)展方向： 通用計(jì)算機(jī) ：高速數(shù)據(jù)處理，多媒體應(yīng)用等。 嵌入式計(jì)算機(jī)：面向測(cè)控領(lǐng)域。 特點(diǎn)： 1）面向控制對(duì)象：傳感信號(hào)的輸入；對(duì)象的驅(qū) 動(dòng)控制等。 2）結(jié)構(gòu)形態(tài)：嵌入到工控應(yīng)

4、用中。 3）突出控制功能： a) 對(duì)外部信息的及時(shí)捕獲與響應(yīng)； b) 受控對(duì)象能靈活地實(shí)時(shí)控制； c) 專用的控制指令（I/O口控制，位操作， 豐富的跳轉(zhuǎn)指令)； d) 可靠的運(yùn)行性能。單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)8 單片機(jī)是應(yīng)用最多的嵌入式計(jì)算機(jī)。單片機(jī)是應(yīng)用最多的嵌入式計(jì)算機(jī)。 當(dāng)初從單芯片包含一般計(jì)算機(jī)的主要部分而得名，后來的發(fā)展使其包含了一般計(jì)算機(jī)所沒有的部件，再加上主要用于測(cè)控領(lǐng)域，現(xiàn)在國(guó)際上通稱為微控制器。單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)9二、二、 單片機(jī)有什么特點(diǎn)？單片機(jī)有什么特點(diǎn)？ 1、優(yōu)異的性能價(jià)格比。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，性能完備。2、很高的可靠性。單片機(jī)集成度高、體積

5、小。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)特別適合安放在狹小的地方。由于體積小，在惡劣的工作環(huán)境中，易于采取屏蔽保護(hù)措施。3、控制功能強(qiáng)。單片機(jī)的設(shè)計(jì)思想就是面向?qū)崟r(shí)控制，其硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)特別適用于控制。 4、硬件通用性強(qiáng)，應(yīng)用靈活。單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)10 三、三、 單片機(jī)適用于哪些領(lǐng)域？單片機(jī)適用于哪些領(lǐng)域？1 1、 智能儀器、儀表智能儀器、儀表 使儀器儀表智能化，提高測(cè)試的自動(dòng)化程度和精度、簡(jiǎn)化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價(jià)格比。2 2、 機(jī)電一體化產(chǎn)品機(jī)電一體化產(chǎn)品 機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有

6、智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品。 單片機(jī)作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小，可靠性高、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可大大提高機(jī)器的自動(dòng)化、智能化程度。 單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)11 3 3、 實(shí)時(shí)控制實(shí)時(shí)控制 在工業(yè)測(cè)控子系統(tǒng)、航天航空、機(jī)器人等許多實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，單片機(jī)都可以作為控制器，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和控制可使系統(tǒng)始終保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)12 4 4、 分布式多機(jī)子系統(tǒng)分布式多機(jī)子系統(tǒng) 在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機(jī)系統(tǒng)。多機(jī)系統(tǒng)由若干臺(tái)功能各異的計(jì)算機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。 單片機(jī)在這種系統(tǒng)中，往往作為一

7、個(gè)終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)中的某些節(jié)點(diǎn)上，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量和控制。單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)135 5、 日常消費(fèi)類產(chǎn)品日常消費(fèi)類產(chǎn)品 洗衣機(jī)、電冰箱、電視機(jī)、空調(diào)等家用電器配上單片機(jī)后，提高了自動(dòng)化程度，增加了功能，改善了技術(shù)性能，等等。 6 6、軍事與國(guó)防、軍事與國(guó)防7 7、終端與辦公設(shè)備、終端與辦公設(shè)備單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)141.21.2 單片機(jī)的歷史與發(fā)展趨勢(shì)單片機(jī)的歷史與發(fā)展趨勢(shì) 一、單片機(jī)的歷史發(fā)展一、單片機(jī)的歷史發(fā)展 單片機(jī)的發(fā)展歷史可劃分為四階段：n 第一階段(19761978年)：低性能單片機(jī)的探索階段。以Intel公司的MCS-48為代表，采用了單片結(jié)構(gòu)，在一塊芯片

8、內(nèi)含有8位CPU、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行I/O口、RAM和ROM等，無串行口。主要用于工業(yè)領(lǐng)域。單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)15n 第二階段(19781982年)：高性能單片機(jī)階段，這一類單片機(jī)帶有串行I/O口，8位數(shù)據(jù)線、16位地址線(尋址范圍達(dá)到64K字節(jié))、控制總線、較豐富的指令系統(tǒng)等。這類單片機(jī)的應(yīng)用范圍較廣，并在不斷的改進(jìn)和發(fā)展中。 單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)16n 第三階段(19821990年)：16位單片機(jī)階段。16位單片機(jī)除CPU為16位外，片內(nèi)RAM和ROM容量進(jìn)一步增大，實(shí)時(shí)處理能力更強(qiáng)，體現(xiàn)了微控制器的特征。 例Intel公司的MCS-96主振頻率為12Mhz，片內(nèi)RAM為23

9、2字節(jié)，ROM為8K字節(jié)，中斷處理能力為8級(jí)，片內(nèi)帶有10位A/D轉(zhuǎn)換器和高速輸入/輸出部件等。單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)17n第四階段（1990年至今）：微控制器的全面發(fā)展階段。各公司的產(chǎn)品在盡量兼容的同時(shí)，向高速、強(qiáng)運(yùn)算能力、尋址范圍大以及小型廉價(jià)方面發(fā)展。 (1) 8位單片機(jī)繼續(xù)鞏固發(fā)展，出現(xiàn)許多以51系列為核心的單片機(jī)。PHILIPS公司的P89LPC900系列, Silicon Labs 的C8051F系列等。單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)18(2)非51系列：ATMEL公司的AVR系列, MICROCHIP公司的PIC16CXXX系列，F(xiàn)REESCALE的MC68HCS08系列等。 (

10、3)16位單片機(jī)多起來。TI公司的MSP430系列。凌陽(yáng)16位單片機(jī)。飛思卡爾16 位單片機(jī)MC9S12UF32 (4)32位單片機(jī)提供了高性能的控制平臺(tái)。ARM芯片出現(xiàn)。SAMSUNG的 S3C44B0X PHILIPS 的LPC2200 ATMEL的 AT91SAM7S64 單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)19二、單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)二、單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 向大容量、高性能、外圍電路內(nèi)裝化發(fā)展1. CPUn時(shí)鐘頻率提高n數(shù)據(jù)總線寬度增加n雙CPU結(jié)構(gòu)2. 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器n存儲(chǔ)容量增大(程序、數(shù)據(jù)）n采用FLASH存儲(chǔ)器n程序加密化n在系統(tǒng)編程（ISP）單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)203. 片上片上I/On

11、加強(qiáng)并口驅(qū)動(dòng)能力n多種串口（I2C, SPI)4. 外圍電路內(nèi)裝化外圍電路內(nèi)裝化nA/D轉(zhuǎn)換器nD/A轉(zhuǎn)換器nWatchdognPWMn液晶驅(qū)動(dòng)5. 低功耗化低功耗化n采用CMOS工藝n增加休眠模式單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)21 總結(jié)總結(jié): :綜上所述，單片機(jī)正在向多功能綜上所述，單片機(jī)正在向多功能、高性能、高速度（時(shí)鐘達(dá)、高性能、高速度（時(shí)鐘達(dá)40MHz）、）、低電壓（低電壓（2.7V即可工作）、低功耗、低即可工作）、低功耗、低價(jià)格（幾元錢）、外圍電路內(nèi)裝化以及價(jià)格（幾元錢）、外圍電路內(nèi)裝化以及片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量不斷片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量不斷增大的方向發(fā)展。（增大的方向發(fā)

12、展。（P5）單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)221.3 Intel MCS51系列單片機(jī)系列單片機(jī) MCS是Intel公司單片機(jī)的系列符號(hào)：MCS-48, MCS-51, MCS-96。MCS51系列: 8031，8051，8751及低功耗型 80C31,80C51,87C71 其他公司的51單片機(jī) Intel公司轉(zhuǎn)讓8051內(nèi)核給許多半導(dǎo)體公司: PHILIPS,ATMEL,DALLAS等。他們的產(chǎn)品在指令系統(tǒng)上與MCS-51兼容。因?yàn)槎际褂肅HMOS工藝，稱其為80C51系列單片機(jī)。而不稱其為MCS-51系列單片機(jī)單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)23基本型 8031：CPU, 128B RAM, 21

13、個(gè)SFR, 4個(gè)并行I/O，串口，2個(gè)16B T/C, 片內(nèi)無ROM。 8051：在8031上加了4KB ROM。 8751：在8031上加了4KB EPROM。 8031+4KB EPROM=8751（功能上）增強(qiáng)型(52子系列) 8032，8052，8752 256B RAM, 3個(gè)16B T/C 8052, 8752 8k ROM低功耗型 80C31, 80C51, 87C51 8051 : 630mW 80C51: 120mW單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)24專用型 8044、8744 增加 bitbus 串行接口其它公司的FLASH型 AT89C51: 片內(nèi)有4KB FLASH ROM,

14、 與8051完全兼容。（AT89S51, 可以在系統(tǒng)編程。） P89C51RX2xx: 1664KB FLASH ROM, 5121024B RAM, PWM單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)25表表1-1列出了基本型和增強(qiáng)型的列出了基本型和增強(qiáng)型的MCS-51系列單系列單片機(jī)片內(nèi)的基本硬件資源。片機(jī)片內(nèi)的基本硬件資源。單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)26 近年來，世界上單片機(jī)芯片生產(chǎn)廠商推出的與近年來，世界上單片機(jī)芯片生產(chǎn)廠商推出的與80518051（80C5180C51）兼容的主要產(chǎn)品如表兼容的主要產(chǎn)品如表1-21-2所示。所示。單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)27在眾多的在眾多的衍生機(jī)型衍生機(jī)型中，中，AT

15、MELATMEL公司的公司的AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列，系列，尤其是尤其是AT89C51/AT89S51AT89C51/AT89S51和和AT89C52/AT89S52AT89C52/AT89S52在在8 8位單片機(jī)位單片機(jī)市場(chǎng)中市場(chǎng)中占有較大的市場(chǎng)份額占有較大的市場(chǎng)份額。ATMELATMEL公司公司19941994年以年以E E2 2PROMPROM技術(shù)與技術(shù)與IntelIntel公司的公司的80C5180C51內(nèi)核的內(nèi)核的使用權(quán)進(jìn)行交換。使用權(quán)進(jìn)行交換。ATMELATMEL公司的公司的技術(shù)優(yōu)勢(shì)是閃爍（技術(shù)優(yōu)勢(shì)是閃爍（FlashFlash）存儲(chǔ)器技術(shù)）存

16、儲(chǔ)器技術(shù)，將，將FlashFlash技術(shù)與技術(shù)與80C5180C51內(nèi)核相結(jié)合，形成了片內(nèi)帶有內(nèi)核相結(jié)合，形成了片內(nèi)帶有FlashFlash存存儲(chǔ)器的儲(chǔ)器的AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列單片機(jī)。系列單片機(jī)。27單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)28AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列與系列與MCS-51MCS-51系列系列在原有功能、引腳以及在原有功能、引腳以及指令系統(tǒng)方面完全兼容指令系統(tǒng)方面完全兼容。(1)(1)此外，某些品種此外，某些品種又增加了一些新的功能又增加了一些新的功能，如，如看門狗定時(shí)看門狗定時(shí)器器WDTWDT、ISPISP（

17、在系統(tǒng)編程也稱在線編程）及（在系統(tǒng)編程也稱在線編程）及SPISPI串行接口串行接口技術(shù)等。片內(nèi)技術(shù)等。片內(nèi)FlashFlash存儲(chǔ)器允許在線（存儲(chǔ)器允許在線（+5V+5V）電擦除、電寫）電擦除、電寫入或使用編程器對(duì)其重復(fù)編程。入或使用編程器對(duì)其重復(fù)編程。(2)(2)另外，另外，AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x單片機(jī)單片機(jī)還支持由軟件選擇的還支持由軟件選擇的兩種兩種節(jié)電工作方式節(jié)電工作方式，非常適于，非常適于低功耗的場(chǎng)合低功耗的場(chǎng)合。單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)29(3)(3)與與MCS-51MCS-51系列的系列的87C5187C51單片機(jī)相比單片機(jī)相比，AT89C5

18、1/AT89S51AT89C51/AT89S51單單片機(jī)片機(jī)片內(nèi)的片內(nèi)的4KB Flash4KB Flash存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器取代了取代了87C5187C51片內(nèi)的片內(nèi)的4KB 4KB EPROMEPROM。AT89S51AT89S51片內(nèi)的片內(nèi)的FlashFlash存儲(chǔ)器可在線編程或使用編存儲(chǔ)器可在線編程或使用編程器重復(fù)編程，且價(jià)格較低。程器重復(fù)編程，且價(jià)格較低。因此因此AT89C51/AT89S51AT89C51/AT89S51單片機(jī)作為單片機(jī)作為代表性產(chǎn)品代表性產(chǎn)品受到用戶歡迎，受到用戶歡迎，AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x單片機(jī)單片機(jī)是目前取代是目前取代MCS-5

19、1MCS-51系列單片機(jī)的系列單片機(jī)的主流芯片之一主流芯片之一。本書重點(diǎn)介紹本書重點(diǎn)介紹AT89S51AT89S51單片機(jī)單片機(jī)的原理及應(yīng)的原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)30 AT89S5x AT89S5x的的“S“S”檔檔系列機(jī)型是系列機(jī)型是ATMELATMEL公司繼公司繼AT89C5xAT89C5x系列之后推出的新機(jī)型，系列之后推出的新機(jī)型，代表性產(chǎn)品為代表性產(chǎn)品為AT89S51AT89S51和和AT89S52AT89S52。基本型的。基本型的AT89C51AT89C51與與AT89S51AT89S51以及增強(qiáng)型的以及增強(qiáng)型的AT89C52AT89C52與與AT

20、89S52AT89S52的硬件結(jié)構(gòu)和指的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)完全相同。令系統(tǒng)完全相同。單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)31使用使用AT89C51AT89C51的系統(tǒng)，在保留原來軟硬件的條件下，完全可的系統(tǒng)，在保留原來軟硬件的條件下，完全可以用以用AT89S51AT89S51直接代換。直接代換。與與AT89C5xAT89C5x系列相比，系列相比，AT89S5xAT89S5x系列的系列的時(shí)鐘頻率以及運(yùn)算速時(shí)鐘頻率以及運(yùn)算速度有了較大的提高度有了較大的提高，例如，例如，AT89C51AT89C51工作頻率的上限為工作頻率的上限為24MHz24MHz，而，而AT89S51AT89S51則為則為33MHz33M

21、Hz。AT89S51AT89S51片內(nèi)集成有雙數(shù)片內(nèi)集成有雙數(shù)據(jù)指針據(jù)指針DPTRDPTR，看門狗定時(shí)器、具有低功耗空閑工作方式，看門狗定時(shí)器、具有低功耗空閑工作方式和掉電工作方式。目前，和掉電工作方式。目前，AT89S5xAT89S5x系列已逐漸取代系列已逐漸取代AT89C5xAT89C5x系列。系列。31單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)32表表1-31-3為為ATMELATMEL公司公司AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列單片機(jī)主要產(chǎn)品系列單片機(jī)主要產(chǎn)品片片內(nèi)硬件資源內(nèi)硬件資源。由于種類多，要依據(jù)實(shí)際需求來選擇合適的。由于種類多，要依據(jù)實(shí)際需求來選擇合適的型號(hào)。（型號(hào)

22、。（P8P8）單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)33盡管盡管AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列單片機(jī)系列單片機(jī)有多種機(jī)型有多種機(jī)型，但掌握好，但掌握好基基本型本型AT89S51AT89S51單片機(jī)單片機(jī)十分重要，因?yàn)樗鼈兪蔷哂惺种匾驗(yàn)樗鼈兪蔷哂?0518051內(nèi)核內(nèi)核的各種型號(hào)單片機(jī)的基礎(chǔ)，最具典型性和代表性，同時(shí)也的各種型號(hào)單片機(jī)的基礎(chǔ)，最具典型性和代表性，同時(shí)也是各種增強(qiáng)型、擴(kuò)展型等衍生品種的基礎(chǔ)。是各種增強(qiáng)型、擴(kuò)展型等衍生品種的基礎(chǔ)。本書本書以以AT89S51AT89S51作為作為5151單片機(jī)單片機(jī)的的代表性機(jī)型代表性機(jī)型來介紹單片機(jī)的來介紹單片機(jī)的原理及應(yīng)

23、用。原理及應(yīng)用。33單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)34 89c51單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)35 應(yīng)用板單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)36思考題與習(xí)題1.1 什么是單片微型計(jì)算機(jī)?它與一般微型 計(jì)算機(jī)在結(jié)構(gòu)上有何區(qū)別?1.2 簡(jiǎn)述單片機(jī)的功能特點(diǎn)和適用領(lǐng)域。1.3 什么工業(yè)級(jí)單片機(jī)? 單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)37應(yīng)用展望：1 設(shè)計(jì)一個(gè)異步電動(dòng)機(jī)控制器2. 設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)控制的電話錄音和自動(dòng)應(yīng)答器3. 設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)控制的指示牌4. 設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制箱5. 設(shè)計(jì)一個(gè)糧庫(kù)溫度監(jiān)視系統(tǒng)6. 設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x7. 設(shè)計(jì)一個(gè)智能煤氣表、電表、水表（三表合一）8. 設(shè)計(jì)一個(gè)公共汽車自動(dòng)報(bào)站器9. 設(shè)計(jì)一個(gè)傾斜

24、角度智能測(cè)量裝置10. 設(shè)計(jì)一個(gè)智能壓力變送器11. 設(shè)計(jì)一個(gè)小區(qū)巡更系統(tǒng)12. 設(shè)計(jì)一個(gè)病房呼叫系統(tǒng)13. 設(shè)計(jì)一個(gè)家庭防火、防盜、防災(zāi)裝置14. 設(shè)計(jì)一個(gè)智能數(shù)字量測(cè)量模塊15. 設(shè)計(jì)一個(gè)智能模擬量測(cè)量模塊16. 設(shè)計(jì)一個(gè)智能開關(guān)量輸出模塊17. 設(shè)計(jì)一個(gè)智能模擬量輸出模塊18. 設(shè)計(jì)一個(gè)紅外線自動(dòng)開關(guān)門控制器19. 設(shè)計(jì)一個(gè)單回路溫度調(diào)節(jié)器20. 設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品計(jì)數(shù)器，每生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品，計(jì)數(shù)器加一并顯示21. 設(shè)計(jì)一個(gè)大會(huì)發(fā)言限時(shí)器22. 設(shè)計(jì)一個(gè)三相電量測(cè)量智能儀表 等等單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)381.9 1.9 各類嵌入式處理器簡(jiǎn)介各類嵌入式處理器簡(jiǎn)介隨著集成電路技術(shù)及電子技術(shù)的飛速發(fā)

25、展，隨著集成電路技術(shù)及電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種體各種體系結(jié)構(gòu)的處理器品種繁多系結(jié)構(gòu)的處理器品種繁多，且都，且都嵌入到系統(tǒng)中嵌入到系統(tǒng)中實(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸和控制功能，各類現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸和控制功能，各類嵌入式嵌入式處理器為核心處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，是的嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，是當(dāng)今電子當(dāng)今電子信息技術(shù)應(yīng)用的信息技術(shù)應(yīng)用的一大熱點(diǎn)一大熱點(diǎn)。單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)39具有各種不同體系結(jié)構(gòu)的處理器，構(gòu)成了具有各種不同體系結(jié)構(gòu)的處理器，構(gòu)成了嵌入式處理器家族嵌入式處理器家族，是嵌入式系統(tǒng)的核心。全世界嵌入式處理器的品種總量已是嵌入式系統(tǒng)的核心。全世界嵌入式處理器的品種總量已經(jīng)超過經(jīng)超過

26、10001000多種，按多種，按體系結(jié)構(gòu)主要分為如下幾類體系結(jié)構(gòu)主要分為如下幾類：嵌入式嵌入式微控制器（微控制器（單片機(jī)單片機(jī)）、嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器（簡(jiǎn)稱）、嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器（簡(jiǎn)稱DSPDSP）、）、嵌入式微處理器嵌入式微處理器以及片上系統(tǒng)（以及片上系統(tǒng)（SOCSOC）等。）等。39單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)401.9.1 1.9.1 嵌入式微控制器（單片機(jī)）嵌入式微控制器（單片機(jī)）將用于測(cè)控目的的計(jì)算機(jī)小系統(tǒng)集成到一塊芯片中。將用于測(cè)控目的的計(jì)算機(jī)小系統(tǒng)集成到一塊芯片中。一般以一般以某一種微處理器內(nèi)核為核心某一種微處理器內(nèi)核為核心，片內(nèi)集成，片內(nèi)集成 ROM/EPROM ROM/EPR

27、OM、RAMRAM、總線及總線控制邏輯、定時(shí)總線及總線控制邏輯、定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器、計(jì)數(shù)器、WatchDogWatchDog、I/OI/O、串、串行口、脈寬調(diào)制輸出、行口、脈寬調(diào)制輸出、A/DA/D、D/AD/A、FlashFlash存儲(chǔ)器等各種必存儲(chǔ)器等各種必要的功能部件和外設(shè)。要的功能部件和外設(shè)。一個(gè)系列的單片機(jī)具有一個(gè)系列的單片機(jī)具有多種衍生產(chǎn)品多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的，每種衍生產(chǎn)品的處理處理器內(nèi)核都是一樣器內(nèi)核都是一樣的，不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的配置及封裝。的，不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的配置及封裝。使單片機(jī)與需求相匹配，減少功耗和成本。使單片機(jī)與需求相匹配，減少功耗和成本。單片機(jī)最大特點(diǎn)是

28、單片機(jī)最大特點(diǎn)是單片化，價(jià)廉單片化，價(jià)廉，功耗和成本下降、可靠性功耗和成本下降、可靠性提高提高。是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。40單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)411.9.2 1.9.2 嵌入式嵌入式DSPDSP處理器處理器(DSP)(DSP)DSPDSP（Digital Signal Processor)Digital Signal Processor)，非常擅長(zhǎng)于高速實(shí)現(xiàn)各非常擅長(zhǎng)于高速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算（如數(shù)字濾波、種數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算（如數(shù)字濾波、FFTFFT、頻譜分析、頻譜分析等）等）。由于硬件結(jié)構(gòu)和指令的特殊設(shè)計(jì)，使其能夠高速完成各種由于硬件結(jié)構(gòu)和指令的特

29、殊設(shè)計(jì)，使其能夠高速完成各種數(shù)字信號(hào)處理算法。數(shù)字信號(hào)處理算法。19811981年，年，TITI公司公司研制出研制出TMS320TMS320系列的系列的首片首片低成本、高性能低成本、高性能DSPDSP處理器芯片，使處理器芯片，使DSPDSP技術(shù)向前跨出意義重大的一步。技術(shù)向前跨出意義重大的一步。上世紀(jì)上世紀(jì)9090年代，年代，由于無線通信、各種網(wǎng)絡(luò)通信、多媒體技術(shù)由于無線通信、各種網(wǎng)絡(luò)通信、多媒體技術(shù)的普及和應(yīng)用，高清晰度數(shù)字電視的研究，極大地刺激了的普及和應(yīng)用，高清晰度數(shù)字電視的研究，極大地刺激了41單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)42DSPDSP在工程上的推廣應(yīng)用。在工程上的推廣應(yīng)用。DSPDS

30、P大量進(jìn)入大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域嵌入式領(lǐng)域。推動(dòng)。推動(dòng)DSPDSP快快速發(fā)展的是速發(fā)展的是嵌入式系統(tǒng)的智能化，嵌入式系統(tǒng)的智能化，例如例如各種帶有智能邏輯的各種帶有智能邏輯的消費(fèi)類產(chǎn)品，生物信息識(shí)別終端，實(shí)時(shí)語(yǔ)音壓解系統(tǒng)、數(shù)字消費(fèi)類產(chǎn)品，生物信息識(shí)別終端，實(shí)時(shí)語(yǔ)音壓解系統(tǒng)、數(shù)字圖像處理等。這類智能化算法一般都是運(yùn)算量較大，特別是圖像處理等。這類智能化算法一般都是運(yùn)算量較大，特別是向量運(yùn)算、指針線性尋址等較多，而這些正是向量運(yùn)算、指針線性尋址等較多，而這些正是DSPDSP的長(zhǎng)處所在。的長(zhǎng)處所在。但在一些實(shí)時(shí)性要求很高的場(chǎng)合但在一些實(shí)時(shí)性要求很高的場(chǎng)合，單片單片DSPDSP的處理能力還是的處理能力還是

31、不能不能滿足要求滿足要求。因此，又研制出了多總線、多流水線和并行處理。因此，又研制出了多總線、多流水線和并行處理的包含多個(gè)的包含多個(gè)DSPDSP處理器的芯片，大大提高了系統(tǒng)的性能。處理器的芯片，大大提高了系統(tǒng)的性能。與單片機(jī)相比，與單片機(jī)相比，DSPDSP的的高速運(yùn)算能力高速運(yùn)算能力和和多總線多總線，處理的算法的復(fù)處理的算法的復(fù)雜度雜度和和大的數(shù)據(jù)處理流量大的數(shù)據(jù)處理流量是是單片機(jī)單片機(jī)不可企及的。不可企及的。單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)43DSPDSP的主要廠商的主要廠商有美國(guó)有美國(guó)TITI、ADIADI、MotorolaMotorola、ZilogZilog等公司。等公司。TITI公司公司位

32、居榜首位居榜首，占全球，占全球DSPDSP市場(chǎng)市場(chǎng)約約6060左右左右。DSPDSP代表性代表性的產(chǎn)品的產(chǎn)品是是TITI公司的公司的TMS320TMS320系列系列。TMS320TMS320系列處理器包括用系列處理器包括用于控領(lǐng)域的于控領(lǐng)域的C2000C2000系列，移動(dòng)通信的系列，移動(dòng)通信的C5000C5000系列，以及應(yīng)在系列，以及應(yīng)在通信和數(shù)字圖像處理的通信和數(shù)字圖像處理的C6000C6000系列等。系列等。今天，隨著全球信息化和今天，隨著全球信息化和InternetInternet網(wǎng)的普及，多媒體技術(shù)的網(wǎng)的普及，多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用，尖端技術(shù)向民用領(lǐng)域迅速的轉(zhuǎn)移，數(shù)字技術(shù)大廣泛應(yīng)用，尖

33、端技術(shù)向民用領(lǐng)域迅速的轉(zhuǎn)移，數(shù)字技術(shù)大范圍進(jìn)入消費(fèi)類電子產(chǎn)品，使范圍進(jìn)入消費(fèi)類電子產(chǎn)品，使DSPDSP不斷更新?lián)Q代，性能指不斷更新?lián)Q代，性能指標(biāo)不斷提高，價(jià)格不斷下降，已成為標(biāo)不斷提高，價(jià)格不斷下降，已成為新興科技：通信、多新興科技：通信、多媒體系統(tǒng)、消費(fèi)電子、醫(yī)用電子等飛速發(fā)展媒體系統(tǒng)、消費(fèi)電子、醫(yī)用電子等飛速發(fā)展的推動(dòng)力量，的推動(dòng)力量，43單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)44力，據(jù)國(guó)際著名市場(chǎng)調(diào)查研究公司力，據(jù)國(guó)際著名市場(chǎng)調(diào)查研究公司Forward Concepts Forward Concepts 發(fā)布發(fā)布的一份統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)報(bào)告顯示，目前的一份統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)報(bào)告顯示，目前世界世界DSPDSP產(chǎn)品市場(chǎng)

34、每年產(chǎn)品市場(chǎng)每年正以正以3030的增幅的增幅大幅度增長(zhǎng)，是目前最有發(fā)展和應(yīng)用前景大幅度增長(zhǎng)，是目前最有發(fā)展和應(yīng)用前景的嵌入式處理器之一。的嵌入式處理器之一。1.9.3 1.9.3 嵌入式微處理器嵌入式微處理器嵌入式微處理器嵌入式微處理器(Embedded MicroProcessor Unit(Embedded MicroProcessor Unit， EMPU) EMPU)的的基礎(chǔ)是通用計(jì)算機(jī)中的基礎(chǔ)是通用計(jì)算機(jī)中的CPUCPU。與單片機(jī)相比，單片機(jī)本與單片機(jī)相比，單片機(jī)本身（或稍加擴(kuò)展）就是一個(gè)小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可獨(dú)立運(yùn)行，身（或稍加擴(kuò)展）就是一個(gè)小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可獨(dú)立運(yùn)行，具有完整的功能。

35、而嵌入式微處理器僅僅相當(dāng)于單片機(jī)中具有完整的功能。而嵌入式微處理器僅僅相當(dāng)于單片機(jī)中的的CPUCPU。44單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)45在應(yīng)用設(shè)計(jì)中，將在應(yīng)用設(shè)計(jì)中，將嵌入式微處理器嵌入式微處理器裝配在專門設(shè)計(jì)的電路板裝配在專門設(shè)計(jì)的電路板上，只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的母板功能上，只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的母板功能，可大幅減小系，可大幅減小系統(tǒng)體積和功耗。為滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求，統(tǒng)體積和功耗。為滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求，嵌入式微嵌入式微處理器雖然在功能上和標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本是一樣的處理器雖然在功能上和標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本是一樣的，但在，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面工作溫度、抗電磁干擾、可靠

36、性等方面一般都做了各種增一般都做了各種增強(qiáng)。強(qiáng)。代表性產(chǎn)品為代表性產(chǎn)品為ARMARM系列系列，ARMARM是是Advanced RISC Machines Advanced RISC Machines 的的縮寫，其中縮寫，其中RISCRISC是精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)的縮寫。同時(shí)是精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)的縮寫。同時(shí)ARMARM也也是設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)ARMARM處理器的美國(guó)公司的簡(jiǎn)稱。處理器的美國(guó)公司的簡(jiǎn)稱。ARMARM家族家族主要有主要有5 5個(gè)個(gè)產(chǎn)品系列：產(chǎn)品系列：ARM7ARM7、ARM9ARM9、ARM9EARM9E、ARM10ARM10和和SecurCoreSecurCore。45單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大

37、學(xué)46下面以下面以ARM7ARM7為說明為說明嵌入式微處理器基本性能嵌入式微處理器基本性能。嵌入式處理器的嵌入式處理器的地址線為地址線為3232條條，能擴(kuò)展較大的存儲(chǔ)器空間，能擴(kuò)展較大的存儲(chǔ)器空間，所以所以可配置實(shí)時(shí)可配置實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)(RTOS)。RTOSRTOS是嵌入式應(yīng)是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺(tái)。用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺(tái)。常用的常用的RTOSRTOS為為L(zhǎng)inuxLinux（數(shù)百（數(shù)百KBKB）和）和VxWorksVxWorks（數(shù)（數(shù)MBMB）以及）以及C-C-OSOS。由于嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)具有高度靈活性，。由于嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)具有高度

38、靈活性，可很容易地對(duì)它進(jìn)行定制或作適當(dāng)開發(fā)，即對(duì)它進(jìn)行可很容易地對(duì)它進(jìn)行定制或作適當(dāng)開發(fā)，即對(duì)它進(jìn)行“裁裁減減”、“移植移植”和和“編寫編寫”，從而設(shè)計(jì)出用戶所需的應(yīng)用，從而設(shè)計(jì)出用戶所需的應(yīng)用程序，來滿足需要。程序，來滿足需要。46單片機(jī)原理及其應(yīng)用揚(yáng)州大學(xué)47由于能由于能運(yùn)行實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，所以能處理復(fù)雜的系統(tǒng)管，所以能處理復(fù)雜的系統(tǒng)管理任務(wù)和處理工作。因此，理任務(wù)和處理工作。因此，在移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)、媒體手機(jī)、在移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)、媒體手機(jī)、工業(yè)控制和商業(yè)領(lǐng)域（例如，智能工控設(shè)備、工業(yè)控制和商業(yè)領(lǐng)域（例如，智能工控設(shè)備、ATMATM機(jī)等）、機(jī)等）、電子商務(wù)平臺(tái)、信息家電（機(jī)頂盒、數(shù)字電視）、軍事電子商務(wù)平臺(tái)、信息家電（機(jī)頂盒、數(shù)字電視）、軍事等，等，已成為繼單片機(jī)、已成為繼單片機(jī)、DSPDSP之后的電