微控制器原理及應(yīng)用：第01章 嵌入式應(yīng)用技術(shù)概述

1、微控制器原理及應(yīng)用同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-2微控制器原理及應(yīng)用參考教材：王宜懷編著. 單片機(jī)原理及其嵌入式應(yīng)用，北京：北京希望電子出版社，2002王宜懷，劉曉升編著. 嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程，北京：清華大學(xué)出版社，2005Freescale. CPU08 Reference Manual , Rev. 4, 2006Freescale. MC68HC908GP32 datasheet, Rev. 10, 2008 課件下載：tjmicrocontrollers 密碼: tj12345678前續(xù)課程：計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、電路、模擬及數(shù)字電子技術(shù)、軟件基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)

2、構(gòu)等；后續(xù)課程：嵌入式系統(tǒng)。同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-3成績(jī)?cè)u(píng)定方式平時(shí)成績(jī) + 期終考試平時(shí)：實(shí)驗(yàn)、作業(yè)、出勤期終考試：閉卷同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-4內(nèi)容 嵌入式應(yīng)用技術(shù)概述微控制器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理MC68HC908GP32單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)映射尋址方式與指令系統(tǒng)M68HC08程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)基本輸入輸出接口串行異步通信串行外設(shè)接口LCD顯示器接口技術(shù)Flash存儲(chǔ)器在線編程定時(shí)接口模塊時(shí)鐘發(fā)生模塊及時(shí)基模塊系統(tǒng)設(shè)置及其它功能模塊MCS51簡(jiǎn)介同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系第一章 嵌入式應(yīng)用技術(shù)概述 背景知識(shí)與歷史回顧 微控制器與嵌入式系統(tǒng)的基本含義 微控制器發(fā)展及應(yīng)用概況 MCU選型原

3、則 如何學(xué)習(xí)嵌入式應(yīng)用技術(shù)同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系第一章 嵌入式應(yīng)用技術(shù)概述 背景知識(shí)與歷史回顧微控制器與嵌入式系統(tǒng)的基本含義 微控制器發(fā)展及應(yīng)用概況 MCU選型原則 如何學(xué)習(xí)嵌入式應(yīng)用技術(shù)同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-7計(jì)算機(jī)產(chǎn)生：因科學(xué)家需要一個(gè)高速的計(jì)算工具而產(chǎn)生。計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展：數(shù)字計(jì)算邏輯運(yùn)算與推理信息處理 通信工業(yè)控制 家用電器 嵌入式系統(tǒng)（Embedded System）含義：面向測(cè)控對(duì)象，嵌入到實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱為嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的由來(lái)同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-8The First ComputerCharles

4、Babbage(1792-1871) 同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-9同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-10Charles Babbages brain is on display at the London Science Museum. 同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-11同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-12ENIAC - The first electronic computer (1946)Electronic Numerical Integrator and Computer150m2, 18000電子管，30噸，存儲(chǔ)容量?jī)H千位，速度5000次/秒, 穩(wěn)定工作7分鐘John Mauchly同濟(jì)大學(xué)電

5、子科學(xué)與技術(shù)系1-13同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-14同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-15CDC-6600 : transistor computer19641947 Invention of Transistor1958/59 Invention of Integrated Circuits1971 Development of 1st Microprocessor197176 Development of 1st Microcontroller同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-16同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-17Microprocessor: Integrated circuit4004與60年代I

6、BM價(jià)值30萬(wàn)美元的計(jì)算機(jī)功能相當(dāng)同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-184004同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-19What is a “Microprocessor”What is a “Microprocessor”Microprosessor = processor(CPU)-on-a-chip同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-20同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-211st microcontroller TI TMS1000microcontroller Intel 8048(1977)同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-22同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-23What is a “Microcontroller”同

7、濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系第一章 嵌入式應(yīng)用技術(shù)概述 背景知識(shí)與歷史回顧微控制器與嵌入式系統(tǒng)的基本含義 微控制器發(fā)展及應(yīng)用概況 MCU選型原則 如何學(xué)習(xí)嵌入式應(yīng)用技術(shù)同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-25微控制器（MicroController Unit，MCU）也稱為單片機(jī)（Single-chip MicroComputer）或嵌入式計(jì)算機(jī)(Embedded computer)，即在一塊芯片上集成了中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器(RAM/ROM等)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及多種輸入輸出(I/O)接口的相對(duì)比較完整的數(shù)字處理系統(tǒng)。微控制器的基本定義Microprocessor VS. Microcontroll

8、er同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-26Prof. Cherrice TraverECE/CS-352: Embedded Microcontroller SystemsEmbedded System General Block DiagramMicrocontrollersensorsensorsensorsensor conditioningoutput interfacesactuatorindicator同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-28嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)內(nèi)核小專用性強(qiáng)系統(tǒng)精簡(jiǎn)，可擴(kuò)展性相對(duì)較差高實(shí)時(shí)性開發(fā)軟件標(biāo)準(zhǔn)化專門的開發(fā)工具和環(huán)境同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-29嵌入式系統(tǒng)的要求系統(tǒng)的

9、硬件和軟件的高可靠性成本的合理性(處理器、存儲(chǔ)器和外設(shè)的選擇)系統(tǒng)的低耗電設(shè)計(jì)(能源的利用和足夠器件的休眠和喚醒)處理能力的有效利用(處理器的選擇)存儲(chǔ)器的有效利用(存放程序包括操作系統(tǒng)的ROM大小及存放數(shù)據(jù)的RAM大小的考慮)執(zhí)行任務(wù)的實(shí)時(shí)性(硬件選擇和代碼設(shè)計(jì))同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-30 嵌入式系統(tǒng)通常有4種： 工控機(jī)； 通用CPU模塊； 嵌入式微處理器（Embedded Processor）； 嵌入式微控制器（Embedded Microcontroller，即單片機(jī)，簡(jiǎn)稱MCU），是最典型的、最廣泛的嵌入式系統(tǒng)。 微控制器與嵌入式系統(tǒng)的關(guān)系同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-31嵌入式系

10、統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域 消費(fèi)類電子產(chǎn)品控制系統(tǒng)和工業(yè)自動(dòng)化生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)儀器掌上電腦數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)信息設(shè)備電信無(wú)線通信同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-321)消費(fèi)類電子產(chǎn)品家用電器辦公自動(dòng)化產(chǎn)品數(shù)碼音頻播放器數(shù)碼相機(jī)視頻游戲播放器音樂(lè)賀卡機(jī)頂盒GPS數(shù)碼手表同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-33)控制系統(tǒng)和工業(yè)自動(dòng)化處理器輸出輸入DACRAM硬件裝置IO-RS232, USB, 以太網(wǎng)ADC主機(jī)總線ROMKeyboardLEDLCD傳感器轉(zhuǎn)換處理器同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-343)生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)醫(yī)療儀器醫(yī)院監(jiān)護(hù)個(gè)人監(jiān)護(hù)指紋識(shí)別表情識(shí)別家庭護(hù)士同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-354)現(xiàn)場(chǎng)儀器常規(guī)嵌入式儀器:溫度濕度

11、電壓電流功率頻率頻譜等音視頻儀器:音頻/視頻/協(xié)議網(wǎng)絡(luò)分析儀器虛擬儀器RAMROM濾波器控制電路ADC處理器PCUSB總線同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-365)掌上電腦閃存RS232音頻、視頻編解碼器irDA處理器USB鍵盤LCD觸摸屏以太網(wǎng)DRAM麥克風(fēng)攝象機(jī)揚(yáng)聲器同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-376)數(shù)據(jù)通信調(diào)制解調(diào)器數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)設(shè)施(網(wǎng)卡、橋接器、路由器等)IP網(wǎng)絡(luò)上的多媒體協(xié)議轉(zhuǎn)換器加密設(shè)備動(dòng)態(tài)分布系統(tǒng)Jini技術(shù)打印機(jī)IP電話協(xié)議轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換傳真FAX帶有攝象機(jī)LAN節(jié)點(diǎn)IPPSTN網(wǎng)關(guān)嵌入式系統(tǒng)串并行數(shù)據(jù)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器 Jini技術(shù)門鎖接收系統(tǒng)衛(wèi)星前端協(xié)議轉(zhuǎn)換器衛(wèi)星IPPSTN網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換帶

12、有攝象機(jī)LAN節(jié)點(diǎn)傳真FAXIP電話WAN IPPSTNPSTNLANLANJini技術(shù)手機(jī)Jini技術(shù)服務(wù)器Jini技術(shù)電腦LAN同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-387)網(wǎng)絡(luò)信息設(shè)備運(yùn)行操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)TCP/IP協(xié)議棧嵌入到軟件中Web服務(wù)器(HTTP服務(wù)器)嵌入到系統(tǒng)中Internet/intranetInternet設(shè)備網(wǎng)關(guān)Internet設(shè)備Internet設(shè)備（Web服務(wù)器的安全照相機(jī)）客戶端瀏覽器同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-398)電信音頻編解碼器交互式語(yǔ)音應(yīng)答系統(tǒng)視頻編解碼器全球定位接收系統(tǒng)元音語(yǔ)音輸出DACADCS to P輔音嵌置放大器低通濾波電路基于DSP的元音濾波器噪聲

13、發(fā)生器脈沖產(chǎn)生器多通道衛(wèi)星接收機(jī)處理器LCD顯示應(yīng)用軟件FIFO控制單元P to S濾波器濾波器PSTN接口FIFO接口揚(yáng)聲器麥克風(fēng)DTMF解碼器PC接口PC同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-409)無(wú)線通信手機(jī)個(gè)人數(shù)字助理藍(lán)牙設(shè)備嵌入式InternetInternet公共電話網(wǎng)ETHERNET接口遠(yuǎn)程嵌入式系統(tǒng)RS232C/485接口無(wú)線收發(fā)器調(diào)制解調(diào)器企業(yè)嵌入式系統(tǒng)撥號(hào)調(diào)制解調(diào)器無(wú)線通信系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)連接到Internet便攜嵌入式系統(tǒng)8位嵌入式系統(tǒng)Internet路由器Internet服務(wù)提供商Internet服務(wù)提供商/調(diào)制解調(diào)器電纜調(diào)制解調(diào)器網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)Internet服務(wù)提供商/基站Int

14、ernet服務(wù)提供商/電纜調(diào)制解調(diào)器同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系第一章 嵌入式應(yīng)用技術(shù)概述 背景知識(shí)與歷史回顧微控制器與嵌入式系統(tǒng)的基本含義 微控制器發(fā)展及應(yīng)用概況 MCU選型原則 如何學(xué)習(xí)嵌入式應(yīng)用技術(shù)同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系微控制器發(fā)展及應(yīng)用概況微控制器的發(fā)展簡(jiǎn)史： Intel公司:1971年首次宣布4004的4位微處理器；1980年推出MCS-51；1983年推出MCS-96系列16位單片機(jī)。 Motorola公司:1974年開始推出MC6800微處理器；1979年開始生產(chǎn)單片機(jī)MC6801（8位），在1983年前后發(fā)展成為較高性能的M68HC05系列；2000年前后推出了M68HC08系列

15、單片機(jī)；2004年(2004年6月Motorola更名為Freescale半導(dǎo)體公司)推出增強(qiáng)型8位單片機(jī)HCS08系列，使8位單片機(jī)的品種更加豐富。同時(shí)，其8位MCU、16位MCU、32位MCU并行發(fā)展，增加了市場(chǎng)份額，也方便了用戶的選型。 其他公司:德州儀器，三菱、日立、飛利浦、韓國(guó)LG等也開發(fā)了性能優(yōu)越的單片機(jī)。各類單片機(jī)不斷出現(xiàn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，至今已達(dá)500多種。推薦參考資料：/2/lib/200208/22/20020822102.htm 同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-43Renesas Technology （瑞薩科技）：由日立公司（Hitachi）與三菱電機(jī)公司 (Mitsubishi)

16、 的半導(dǎo)體業(yè)務(wù)合并組成Freescale （飛思卡爾半導(dǎo)體）：原摩托羅拉半導(dǎo)體部，公司成立于2004年 Infineon（英飛凌）：1999年5月1日，西門子半導(dǎo)體部門正式更名為Infineon，總部設(shè)在德國(guó)慕尼黑。NXP（恩智浦）：2006 年9月1日，飛利浦半導(dǎo)體宣布公司將更名為 NXP。Microchip Atmel同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-44同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-45同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系1-46同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系第一章 嵌入式應(yīng)用技術(shù)概述 背景知識(shí)與歷史回顧微控制器與嵌入式系統(tǒng)的基本含義 微控制器發(fā)展及應(yīng)用概況 MCU選型原則 如何學(xué)習(xí)嵌入式應(yīng)用技術(shù)同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)

17、與技術(shù)系MCU選型原則 MCU發(fā)展的新特點(diǎn) 價(jià)格更低：每片幾十元的MCU，其內(nèi)部資源已經(jīng)相當(dāng)豐富。 使用更加方便 ：內(nèi)部含有EPROM或ROM，不需要外部擴(kuò)展總線；有的MCU內(nèi)部甚至固化了晶振電路。 功耗更低 ：有等待狀態(tài)、睡眠狀態(tài)、關(guān)閉狀態(tài)等。 低電壓型：工作電壓只要2.7V ，甚至1.8V。 Flash型 ：具有閃速存儲(chǔ)器(Flash Memory)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電擦除。同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系（1）了解MCU對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的適用性 MCU是否含有所需的I/O端口數(shù)目 MCU是否含有所需的外圍端口部件 MCU的CPU是否有合適的吞吐量 MCU的極限性能是否滿足要求 MCU選型原則 選型原則 同濟(jì)

18、大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系（2）了解MCU的可購(gòu)買性 MCU是否可直接購(gòu)買到 MCU是否有足夠的供應(yīng)量 MCU是否仍然在生產(chǎn)之中 MCU是否在改進(jìn)之中 MCU的選型原則 選型原則 同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系（3）了解MCU的可開發(fā)性 編譯軟件 程序?qū)懭牍ぞ?調(diào)試工具 技術(shù)支持 語(yǔ)言體系與熟悉程度 MCU制造商的歷史 MCU的選型原則 選型原則 同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系第一章 嵌入式應(yīng)用技術(shù)概述 背景知識(shí)與歷史回顧微控制器與嵌入式系統(tǒng)的基本含義 微控制器發(fā)展及應(yīng)用概況 MCU選型原則 如何學(xué)習(xí)嵌入式應(yīng)用技術(shù)同濟(jì)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系如何學(xué)習(xí)嵌入式應(yīng)用技術(shù) 首先，明確學(xué)習(xí)嵌入式應(yīng)用技術(shù)的目的； 其次，選擇入門的機(jī)型； 第三，了解MCU基本性能，記憶MCU指令系統(tǒng)關(guān)鍵字； 第四，勤于實(shí)踐； 第五，注意軟件與硬件的結(jié)合。 第六，緊密結(jié)合輸入輸出接口的學(xué)習(xí)。 同濟(jì)