單片機(jī)的發(fā)展ppt課件

1、第1章 緒論1 單片機(jī)的開展2 單片機(jī)的類別3 PIC系列單片機(jī)的種類與特點(diǎn).1.1 單片機(jī)的開展1.1.1什么是單片機(jī)單片機(jī)是單片微計(jì)算機(jī)Single-Chip Microcomputer的簡稱，也稱為微處置P ：Microprocessor或微控制器C ：Micro-controller，通常統(tǒng)稱為微型處置部件MCU ：Micro Controller Unit。 .1.1.2單片機(jī)的組成高度集成；構(gòu)成一個(gè)最小然而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)至少包括微處置器(CPU) ，隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)，輸入輸出電路(I/O口)，能夠還包括定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通訊口(SCI)，顯示驅(qū)

2、動(dòng)電路(LCD或LED驅(qū)動(dòng)電路)，脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換器及A/D轉(zhuǎn)換器等電路。.1.1.3 單片機(jī)的開展Intel-4004是歷史上第一顆單片機(jī)，由Intel公司1971年消費(fèi)出來的。自從Intel 4004誕生后，CPU服從摩爾定律在運(yùn)轉(zhuǎn)速度、數(shù)據(jù)位數(shù)和存儲(chǔ)器等方面迅速開展。 單片機(jī)大致閱歷了三個(gè)開展階段。第一階段以MCS-48系列為代表，它將CPU和計(jì)算機(jī)外圍電路集成到一個(gè)芯片上，構(gòu)成新型工業(yè)微控制器，獲得了很大的勝利。.第二階段以MCS系列中的8031為代表，它將單片機(jī)配置了完善的外部并行總線和具有多機(jī)識(shí)別功能的串行通訊接口，規(guī)范了功能單元的特殊功能存放器(SFR)控制方

3、式及順應(yīng)控制器特點(diǎn)的布爾處置系統(tǒng)和指令系統(tǒng)，為開展具有較好兼容性的新一代單片機(jī)奠定了良好的根底。第三階段以80C51系列為代表，它擴(kuò)展了外部接口電路，在總線方面配置了芯片間的串行總線，為單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更加靈敏的手段。1.1.3 單片機(jī)的開展(續(xù)1).從當(dāng)前各系列單片機(jī)產(chǎn)品的特性可以看出單片機(jī)正朝著兩個(gè)方向開展一方面，單片機(jī)的性能不斷提高，功能越來越強(qiáng)，如帶有/、或帶有大量高速I/O口、計(jì)數(shù)器捕獲/比較邏輯、加強(qiáng)型通訊接口等，其內(nèi)部構(gòu)造、指令系統(tǒng)及開發(fā)工具均較為完善、復(fù)雜。該類產(chǎn)品以INTEL公司的MCS-96系列、MOTOROLA公司的MC68HC11系列為代表，它們可以滿足各種復(fù)雜

4、運(yùn)用系統(tǒng)的需求。 1.1.4 單片機(jī)開展方向.另一方面，單片機(jī)朝著超小型、超低功耗、低本錢、多種類等方向開展。它們不搞單純的功能堆積，而是從實(shí)踐出發(fā)，注重產(chǎn)品的性能價(jià)錢比，開展多種型號(hào)來滿足各種中小型智能化產(chǎn)品，尤其是消費(fèi)類電子產(chǎn)品的運(yùn)用，這些產(chǎn)品以美國MICROCHIP公司的PIC系列、ZILOG公司的CCP系列為代表，而PIC系列以推出低價(jià)錢一次性用戶可編程OTP型單片機(jī)而構(gòu)成了單片機(jī)家族中的后起之秀。近年來，它象旋風(fēng)一樣橫掃全球，將單片機(jī)的運(yùn)用擴(kuò)展到電子產(chǎn)品的幾乎每一個(gè)領(lǐng)域。 1.1.4 單片機(jī)開展方向(續(xù)1).從技術(shù)的角度看，單片機(jī)的提高反映在內(nèi)部構(gòu)造、功率耗費(fèi)、外部電壓等級(jí)、制造工藝

5、以及高可靠性設(shè)計(jì)上。在內(nèi)部構(gòu)造方面，單片機(jī)集成了越來越多的部件，這些部件除包括普通常用的電路例如：定時(shí)器，比較器，A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器，串行通訊接口，Watchdog電路，LCD控制器等外，還包括一些公用的部件，如部分網(wǎng)絡(luò)控制模塊CAN和脈寬調(diào)制控制電路。1.1.4 單片機(jī)開展方向(續(xù)2).在功耗、封裝及電源電壓等方面，自80年代中期以來NMOS工藝單片機(jī)逐漸被CMOS工藝替代，功耗得以大幅度下降。全靜態(tài)設(shè)計(jì)使時(shí)鐘頻率從直流到數(shù)十兆任選，也使功耗不斷下降。新單片機(jī)的功耗越來越小，特別是很多單片機(jī)都設(shè)置了多種任務(wù)方式，這些任務(wù)方式包括等待、暫停、睡眠、空閑、節(jié)電等任務(wù)方式。在工藝方面，如今

6、的單片機(jī)根本上采用CMOS技術(shù)，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)由3m工藝開展到1.5m、1.2m、0.8m、0.5m、0.35m，甚至實(shí)現(xiàn)了0.2m光刻工藝，有個(gè)別的公司，如Motorola公司那么已采用0.35m甚至是0.25m技術(shù)。這些技術(shù)的提高大大地提高了單片機(jī)的內(nèi)部密度和可靠性，也進(jìn)一步降低單片機(jī)的功耗。1.1.4 單片機(jī)開展方向(續(xù)3).在可靠性方面，消費(fèi)廠家在單片機(jī)設(shè)計(jì)上采用了多種提高可靠性的新技術(shù)，目的是為提高單片機(jī)系統(tǒng)的抗電磁干擾才干，使產(chǎn)品能順應(yīng)惡劣的任務(wù)環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高規(guī)范的要求。這些新技術(shù)包括：EFT(Electrical Fast Transient)技術(shù)、低噪聲

7、布線技術(shù)與驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及低頻時(shí)鐘技術(shù)。EFT技術(shù)是一種抗干擾技術(shù)，它是指在振蕩電路的正弦信號(hào)遭到外界干擾時(shí)，其波形上會(huì)迭加各種毛刺信號(hào)，假設(shè)運(yùn)用施密特電路對(duì)其整形，那么毛刺會(huì)成為觸發(fā)信號(hào)干擾正常的時(shí)鐘。采用交替運(yùn)用施密特電路和RC濾波電路方法，可以消除這些毛刺而令其作用失效，從而保證系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)正常任務(wù)。這樣，就提高了單片機(jī)任務(wù)的可靠性。Motorola公司的MC68HC08系列單片機(jī)就采用了這種技術(shù)。1.1.4 單片機(jī)開展方向(續(xù)4).在傳統(tǒng)的單片機(jī)中，電源及地線是在集成電路外殼的對(duì)稱引腳上，普通是在左上、右下或右上、左下的兩對(duì)對(duì)稱點(diǎn)上。這樣，就使電源噪聲穿過整塊芯片，對(duì)單片機(jī)的內(nèi)部電路呵斥

8、干擾。如今，很多單片機(jī)都把地和電源引腳安排在兩條相鄰的引腳上。這樣，不僅降低了穿過整個(gè)芯片的電流，另外還在印制電路板上容易布置去耦電容，從而降低系統(tǒng)的噪聲。如今為了順應(yīng)各種運(yùn)用的需求，很多單片機(jī)的輸出才干都有了很大提高，這些電流較大的驅(qū)動(dòng)電路集成到芯片內(nèi)部在任務(wù)時(shí)帶來了各種噪聲，為了減少這種影響，如今單片機(jī)采用多個(gè)小管子并聯(lián)等效一個(gè)大管子的方法，并在每個(gè)小管子的輸出端串上不同等效阻值的電阻，以降低電流變化率，這也就是所謂“跳變沿軟化技術(shù)，從而消除大電流瞬變時(shí)產(chǎn)生的噪聲。1.1.4 單片機(jī)開展方向(續(xù)5).高頻外時(shí)鐘是噪聲源之一，不僅能對(duì)單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，還會(huì)對(duì)外界電路產(chǎn)生干擾，令電磁兼容

9、性不能滿足要求。對(duì)于要求可靠性較高的系統(tǒng)，低頻外時(shí)鐘有利于降低系統(tǒng)的噪聲，運(yùn)用較低的時(shí)鐘而不犧牲運(yùn)算速度是單片機(jī)技術(shù)開展之追求。在一些單片機(jī)中采用內(nèi)部鎖相環(huán)技術(shù)或內(nèi)部倍頻技術(shù)，使在外部時(shí)鐘較低時(shí)，也能產(chǎn)生較高的內(nèi)部總線速度，從而保證了速度又降低了噪聲。Motorola公司的MC68HC08系列及其16/32位單片機(jī)就采用了這種技術(shù)以提高可靠性。1.1.4 單片機(jī)開展方向(續(xù)6).綜觀單片機(jī)的開展過程，單片機(jī)目前的開展表現(xiàn)出幾大趨勢：網(wǎng)絡(luò)化，單片機(jī)作為工業(yè)控制器的主力軍，直接和互聯(lián)網(wǎng)銜接已是一個(gè)必然的開展方向；集成化，集成越來越多的功能模塊，如語音處置功能，圖象處置功能，網(wǎng)絡(luò)管理功能等，使得單片

10、機(jī)的功能越來越強(qiáng)大；低功耗和寬電壓，追求低功耗是每一個(gè)電子產(chǎn)品的開展方向之一；數(shù)字-模擬化，將數(shù)字技術(shù)和模擬技術(shù)融為一體，形勝利能獨(dú)特的單片機(jī)。多種數(shù)據(jù)總線單片機(jī)共同開展，單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線是多種并存，有4位、8位、16位和32位等，它們順應(yīng)不同領(lǐng)域的需求。1.1.4 單片機(jī)開展方向(續(xù)7).1.2 單片機(jī)的類別從用途上可分成通用型單片機(jī)和公用型單片機(jī)兩大類 。公用型單片機(jī)是指用途比較專注，出廠時(shí)程序曾經(jīng)一次性固化好，不能再修正的單片機(jī)。通用型單片機(jī)的用途很廣泛，運(yùn)用不同的接口電路及編制不同的運(yùn)用程序就可完成不同的功能。通常所說的都是通用型單片機(jī)。通用型單片機(jī)是把一切資源如ROM、I/O等全部提

11、供應(yīng)用戶運(yùn)用。.1.2 單片機(jī)的類別(續(xù)1)按照CPU和存儲(chǔ)器的構(gòu)成，把單片機(jī)分成兩種架構(gòu)：馮.諾曼架構(gòu)(Von Neumann)和哈佛架構(gòu)(Harvard)。馮.諾曼架構(gòu)把指令(程序)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在共同的存儲(chǔ)區(qū)，一致尋址，共用數(shù)據(jù)總線。馮.諾曼架構(gòu)也稱普林斯頓架構(gòu)(Princeton)。在哈佛架構(gòu)中，數(shù)據(jù)和指令存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)區(qū)，采用不同的尋址和不同的總線。.1.2 單片機(jī)的類別(續(xù)2)按指令和它們的執(zhí)行過程，把單片機(jī)也分為兩種架構(gòu)：復(fù)雜指令集架構(gòu)(CISC)和精簡指令集架構(gòu)(RISC)。復(fù)雜指令集架構(gòu)的特征是復(fù)雜義務(wù)的指令多樣性和指令的變長度；在CISC中，每一條指令都是一個(gè)復(fù)雜的作業(yè)。精簡

12、指令集架構(gòu)的特征是指令少而簡單，指令的長度都一樣，以便實(shí)現(xiàn)流水線指令操作。RISC架構(gòu)帶來的是少數(shù)簡單指令的集合，經(jīng)過流水線交迭在一同，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種操作。.1.2 單片機(jī)的類別(續(xù)3)按數(shù)據(jù)總線的寬度，單片機(jī)分4位、8位、16位甚至32位機(jī)。4位單片機(jī)的運(yùn)用范圍還是比較有限，8位、16位、32位單片機(jī)共同開展。8位單片機(jī)仍以它的價(jià)錢低廉、種類齊全、運(yùn)用軟件豐富、支持環(huán)境充分、開發(fā)方便等特點(diǎn)而占著主導(dǎo)位置。32位單片機(jī)主要運(yùn)用于挪動(dòng)通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品。.表1.1 單片機(jī)廠家與單片機(jī)類型.1.3 PIC系列單片機(jī)的種類與特點(diǎn)PIC系列單片機(jī)本錢低、功耗低、性能高、全靜態(tài)設(shè)計(jì)、具

13、有精簡指令集RISC構(gòu)造，指令少，大部分為單周期指令，編程簡約，哈佛構(gòu)造使得在代碼緊縮與執(zhí)行速度方面具有較大的優(yōu)勢。雙向I/O口，每一個(gè)I/O引腳高電平輸出電路可驅(qū)動(dòng)20mA電流，低電平可吸收25mA電流。 .定時(shí)/計(jì)數(shù)器及其預(yù)分頻器，可非常方便地產(chǎn)生任何頻率的時(shí)基，PIC的睡眠方式可節(jié)省功耗。另外具有片內(nèi)RC振蕩的WDT可使系統(tǒng)任務(wù)可靠。 .Microchip可提供幾款8位RISC構(gòu)造PIC單片機(jī)系列，按指令的位數(shù)，可分為三個(gè)種類：根本級(jí)產(chǎn)品、中級(jí)產(chǎn)品和高級(jí)產(chǎn)品。1、根本級(jí)產(chǎn)品PIC16C5X/PIC12C5XX：12位指令系列2、中級(jí)產(chǎn)品PIC12C6XX/PIC16C/FXXX：14位指令字系列3、高級(jí)產(chǎn)品PIC17CXXH和PIC18CXXX：16位指令字系列PIC單片機(jī)種類.PIC系列單片機(jī)一切型號(hào)都有商用級(jí)(0+70)、工業(yè)級(jí)(-40+85)和汽車工業(yè)級(jí)(40125 )芯片，可以順應(yīng)各種環(huán)境溫度。綜上所述，PIC系列單片機(jī)以