單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)第一章課件

單片機(jī)原理與接口技術(shù)主講教師:康麗生教材：?jiǎn)纹瑱C(jī)實(shí)用技術(shù)主編：陶春鳴出版社：人民郵電出版社單片機(jī)原理與接口技術(shù)主講教師:康麗生1本課主要內(nèi)容及課時(shí)安排總講課課時(shí)85學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)10學(xué)時(shí),實(shí)訓(xùn)0學(xué)時(shí)第一章：?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù)及其發(fā)展（3課時(shí)）介紹單片機(jī)的基本概念、產(chǎn)生與發(fā)展、應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)品介紹。第二章：MCS-51系列單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理（8課時(shí)）介紹51單片機(jī)內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)（CPU、數(shù)據(jù)寄存器、輸入輸出端口、程序存儲(chǔ)器、專用寄存器）和最小應(yīng)用系統(tǒng)系統(tǒng)。第三章：MCS-51單片機(jī)的指令系統(tǒng)及編程舉例（10課時(shí)）51單片機(jī)的111條指令的分類、尋址方式、偽指令及使用中的注意事項(xiàng)。第四章：MCS-51單片機(jī)的典型功能部件結(jié)構(gòu)及工作原理（6課時(shí)）51單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷、串行口等第五章：MCS-51單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)（8課時(shí)）程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及I/O接口的擴(kuò)展,鍵盤掃描/動(dòng)態(tài)顯示接口第六章：?jiǎn)纹瑱C(jī)的典型外圍接口技術(shù)（6課時(shí)）A/D、D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口電路。本課主要內(nèi)容及課時(shí)安排總講課課時(shí)85學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)10學(xué)時(shí),實(shí)訓(xùn)21

《單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全》----王福瑞等，北京航空航天大學(xué)出版社2《MCS-51/96系列單片機(jī)原理及應(yīng)用》 ----孫涵芳徐愛卿北京航空航天大學(xué)出版社3《MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)(系統(tǒng)配置與接口技術(shù))》----何立民編著，北京航空航天大學(xué)出版社4MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用》----蔡美琴?gòu)垶槊竦染?，高等教育出版社主要參考資料1《單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全》主要參考資料3第一章單片機(jī)技術(shù)及其發(fā)展學(xué)習(xí)目的和要求本章的基本任務(wù)是學(xué)習(xí)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本概念、發(fā)展概況及應(yīng)用。單片機(jī)與典型微型計(jì)算機(jī)在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。為后續(xù)章節(jié)奠定基礎(chǔ)知識(shí)。學(xué)時(shí)：4。教學(xué)內(nèi)容：

§1-1概述

§1-2單片機(jī)產(chǎn)品及其性能介紹§1-3單片機(jī)的數(shù)制表示法

教學(xué)要求：

掌握：微機(jī)系統(tǒng)、微型計(jì)算機(jī)及微處理器的概念；單片機(jī)與典型微型計(jì)算機(jī)在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別；單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用。了解：?jiǎn)纹瑱C(jī)的特點(diǎn)及發(fā)展概況；常用單片機(jī)系列產(chǎn)品;單片機(jī)的數(shù)制表示法

第一章單片機(jī)技術(shù)及其發(fā)展學(xué)習(xí)目的和要求41.1概述學(xué)時(shí)：3。教學(xué)內(nèi)容：一、單片機(jī)的基本概念二、單片機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展三、單片機(jī)技術(shù)發(fā)展方向四、單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域五、單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置教學(xué)要求:

熟練掌握:微機(jī)系統(tǒng)、微型計(jì)算機(jī)及微處理器的概念；單片機(jī)與典型微型計(jì)算機(jī)在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別；單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用;單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置.了解：?jiǎn)纹瑱C(jī)的特點(diǎn)及發(fā)展概況；單片機(jī)技術(shù)發(fā)展方向1.1概述學(xué)時(shí)：3。5一、單片機(jī)的基本概念：1．微處理器的概念2．微型計(jì)算機(jī)的概念3.單片機(jī)4.嵌入式微控制器5．SOC的基本概念一、單片機(jī)的基本概念：6一、單片機(jī)的基本概念：

隨著微型計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展,微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、微處理器、單片微型計(jì)算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)和SOC(片上系統(tǒng))等新系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。為了學(xué)習(xí)掌握好單片微型計(jì)算機(jī),從概念上弄清這些系統(tǒng)之間的關(guān)系是十分重要的。1．微處理器的概念MPU是微處理器(Microprocessor)的縮寫是集成在同一塊芯片上的具有運(yùn)算和控制功能邏輯的中央處理器。微處理器不僅是構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)、單片微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)的核心部件,而且也是構(gòu)成多微處理器系統(tǒng)和現(xiàn)代并行結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。微處理器常用cpu表示一、單片機(jī)的基本概念：

隨著微型計(jì)算機(jī)的高速發(fā)72．微型計(jì)算機(jī)的概念微型計(jì)算機(jī)(Microcomputer)是指由微處理器加上采用大規(guī)模集成電路制成的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,以及與輸入/輸出設(shè)備相連接的I／O接口電路,微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱MC。如果將微處理器、存儲(chǔ)器和輸入／輸出接口電路集成在一塊集成電路芯片上,稱為單片微型計(jì)算機(jī);如果將組成微型計(jì)算機(jī)的各功能部件都做在一塊電路板上,稱為單板機(jī);如果分做在多塊電路板上,稱為多板機(jī)。2．微型計(jì)算機(jī)的概念8微型計(jì)算機(jī)：由CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行輸入/輸出接口電路、中斷控制器等大規(guī)模IC芯片安置在一個(gè)電路板上，加上鍵盤、顯示器等構(gòu)成了微型計(jì)算機(jī)的硬體部分。主要外設(shè)主板與CPU微型計(jì)算機(jī)：由CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行輸入/輸出接93.單片機(jī)將微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所用的大多數(shù)IC芯片集成到一個(gè)芯片中?？梢哉J(rèn)為，單片機(jī)就是將微型計(jì)算機(jī)的CPU、存儲(chǔ)器、I/O端口、中斷控制器等全部做在一個(gè)芯片中去。美國(guó)INTEL公司生產(chǎn)的MCS-51單片機(jī)就是一種典型的、按照微型計(jì)算機(jī)的框架，采用大規(guī)模IC工藝制造的單片機(jī)，也是目前世界上使用量最大的一種較典型的產(chǎn)品。雙列直插式封裝（DIP）PLCC封裝塑料無引線載體3.單片機(jī)將微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所用的大多數(shù)I10單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱,也就是把微處理器(CPU)、一定容量的程序存儲(chǔ)器(ROM)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、輸入／輸出接口(I／O)、時(shí)鐘及其他一些計(jì)算機(jī)外圍電路,通過總線連接在一起并集成在一個(gè)芯片上,構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)的另外一個(gè)名稱就是嵌入式微控制器,原因在于它可以嵌入到任何微型或小型儀器或設(shè)備中。Intel公司在單片機(jī)出現(xiàn)時(shí),就給其取名為嵌入式微控制器(EmbeddedMicrocontroller)。單片機(jī)最明顯的優(yōu)勢(shì)就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中,這一點(diǎn)是其他機(jī)器和網(wǎng)絡(luò)所不能做到的。因此了解單片機(jī)知識(shí),掌握單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù),具有重要的意義。單片微型計(jì)算機(jī)具有體積小、重量輕、價(jià)格低和可靠性好等許多優(yōu)點(diǎn),經(jīng)常用在家用電器、智能儀器儀表中,在工業(yè)控制領(lǐng)域可以很方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制。單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱,也就是把微處理器(CPU)、一114.嵌入式微控制器是單片機(jī)發(fā)展的一個(gè)高級(jí)形式，也是單片機(jī)發(fā)展的必然趨勢(shì)。它是以面向應(yīng)用、增強(qiáng)功能、減少功耗、精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)、提高運(yùn)行速度為出發(fā)點(diǎn)所設(shè)計(jì)的單片機(jī)。這種控制器的最大特征是不僅包含了一般單片機(jī)的所有硬件電路，還集成了放大器、比較器、A/D轉(zhuǎn)換器和PWM電路等等。這類芯片，國(guó)外遍稱之為微控制器MCU（Micro-controllerUnit）或嵌入式控制器(Embeddedcontroller)；國(guó)內(nèi)由于已約定俗成，仍稱為單片機(jī)。用這類單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)智能化的產(chǎn)品，可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化外圍電路，降低開發(fā)成本，甚至完成一般的單片機(jī)所不能完成的任務(wù)。4.嵌入式微控制器是單片機(jī)發(fā)展的一個(gè)高級(jí)形式，也是12一般的嵌入式系統(tǒng)都具有計(jì)算機(jī)的功能。嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般具備以下3個(gè)特點(diǎn)：(1)嵌入式微處理器對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力,能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時(shí)間,而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核的執(zhí)行時(shí)間減少到最低限度?？蓴U(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu),能最迅速地開發(fā)出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式微處器。(2)嵌入式微處理器具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化,而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用,需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能,同時(shí)也有利于軟件診斷。(3)嵌入式微處理器功耗很低,因?yàn)榍度胧轿⑻幚砥饔糜诒銛y式的無線及移動(dòng)的通信設(shè)備中,是靠電池供電的,因此它的功耗只有mW甚至μW級(jí)。嵌入式系統(tǒng)一般都具有系統(tǒng)編程的功能。其可靠性高,成本低,體積小,功耗低,因此它已廣泛地應(yīng)用到各種不同類型設(shè)備當(dāng)中,且具有不斷創(chuàng)新特征,系統(tǒng)中采用片上系統(tǒng)(SOC)將是其發(fā)展趨勢(shì)。一般的嵌入式系統(tǒng)都具有計(jì)算機(jī)的功能。13微型計(jì)算機(jī)與單片機(jī)結(jié)構(gòu)上的區(qū)別（小結(jié)）微型計(jì)算機(jī)單片機(jī)所有單元都組裝在一個(gè)IC芯片上MCS-51單片機(jī)數(shù)據(jù)RAMCPU并行I/O程序ROM定時(shí)/計(jì)數(shù)器串型端口中斷控制器擴(kuò)展I/O端口系統(tǒng)總線（DB、AB、CB）微型計(jì)算機(jī)的組成框圖（由多個(gè)IC芯片組裝在一個(gè)主電路板上）嵌入式微控制器是一般單片機(jī)的基礎(chǔ)上集成了放大器、比較器、A/D轉(zhuǎn)換器和PWM電路等等微型計(jì)算機(jī)與單片機(jī)結(jié)構(gòu)上的區(qū)別（小結(jié)）微型計(jì)算機(jī)145．SOC的基本概念SOC是片上系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。所謂SOC技術(shù),是一種高度集成化、固件化的系統(tǒng)集成技術(shù)。使用SOC技術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心思想,就是要把整個(gè)應(yīng)用電子系統(tǒng)全部集成在一個(gè)芯片中。在使用SOC技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí),除了那些無法集成的外部電路或機(jī)械部分以外,其他所有的系統(tǒng)電路全部集成在一起。即把計(jì)算機(jī)常用的一些數(shù)字和模擬外設(shè)等做在一塊芯片上，使它成為一個(gè)完整的模擬數(shù)字采集與控制系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的應(yīng)用電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,根據(jù)設(shè)計(jì)要求的功能選擇合適的集成電路組合在一起,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行綜合,這種設(shè)計(jì)是一個(gè)以功能集成電路為基礎(chǔ),器件分布式的應(yīng)用電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。因此傳統(tǒng)應(yīng)用電子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn),采用的是分布功能綜合技術(shù)。對(duì)于SOC來說,應(yīng)用電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是根據(jù)功能和參數(shù)要求設(shè)計(jì)系統(tǒng),但與傳統(tǒng)方法有著本質(zhì)的差別。SOC是以功能IP為基礎(chǔ)的系統(tǒng)固件和電路綜合技術(shù)。首先,功能的實(shí)現(xiàn)不再針對(duì)功能電路進(jìn)行綜合,而是針對(duì)系統(tǒng)整體固件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行電路綜合,也就是利用IP技術(shù)對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行電路結(jié)合。其次,電路設(shè)計(jì)的最終結(jié)果與IP功能模塊和固件特性有關(guān),使設(shè)計(jì)的電磁兼容特性得到極大提高。5．SOC的基本概念SOC是片上系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。所謂SOC技術(shù),15二、單片機(jī)產(chǎn)生與發(fā)展概況單片機(jī)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：(1)單片機(jī)的初級(jí)階段。單片機(jī)始于20世紀(jì)70年代中期,我們把1978年以前的單片機(jī)稱為單片機(jī)的初級(jí)階段。這時(shí),美國(guó)的仙童公司(Fairchild)首先推出了第一款單片機(jī)F-8,隨后,Intel公司推出了那一階段具有代表意義的MCS-48單片機(jī),此階段的單片機(jī)是8位機(jī),有并行I／O口,沒有串行口,尋址范圍小于4K。(2)單片機(jī)的中級(jí)(成熟)階段。把1978—1982年稱為單片機(jī)的成熟階段,在這個(gè)時(shí)期,單片機(jī)的性能得到了很大的發(fā)展,硬件結(jié)構(gòu)日趨成熟,指令系統(tǒng)逐漸完善。最具代表意義的單片機(jī)就是Intel公司的MCS-51、Motorola公司的6801以及Zilog公司的Z8等,這些單片機(jī)具有多級(jí)中斷處理系統(tǒng)、16位中斷定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、串行端口。存儲(chǔ)器尋址范圍可達(dá)64KB,有些芯片還擴(kuò)展了A／D轉(zhuǎn)換器接口。由此,這一類單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛,在我國(guó)工業(yè)控制領(lǐng)域和電子測(cè)量方面也得到了廣泛的應(yīng)用。(3)單片機(jī)的高級(jí)(發(fā)展)階段。1982年以后單片機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了高級(jí)階段,這一時(shí)期的主要特征是速度越來越快、功能越來越強(qiáng)、品種越來越多。8位機(jī)進(jìn)入改良階段,16位機(jī)和32位機(jī)相繼出現(xiàn),8位、16位、32位單片機(jī)共同發(fā)展,這是當(dāng)前單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的另一動(dòng)向。目前,單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展仍然以8位機(jī)為主。隨著移動(dòng)通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品進(jìn)入家庭,32位單片機(jī)應(yīng)用得到了長(zhǎng)足發(fā)展。而16位單片機(jī)的發(fā)展無論是從品種和產(chǎn)量方面,近年來都有較大幅度的增長(zhǎng)。二、單片機(jī)產(chǎn)生與發(fā)展概況單片機(jī)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：16(2)完善階段：1978-任務(wù)：完善單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)，充分體現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特點(diǎn)。

特點(diǎn)：（1）面向?qū)ο?、突出控制功能，滿足嵌入式應(yīng)用的專用CPU及CPU外圍電路體系結(jié)構(gòu)。（2）尋址范圍規(guī)范為16位和8位的尋址空間。（3）特殊功能寄存器（SFR）的集中管理模式。（4）設(shè)置位地址空間，提供位尋址及位操作功能。（5）指令系統(tǒng)突出控制功能。有位操作指令、I/O管理指令及大量的轉(zhuǎn)移指令。（6）規(guī)范的總線結(jié)構(gòu)。有8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線以及多功能的異步串行接口USART(UniversalSynchronousAsynchronousReceiverTransmitter)。(2)完善階段：1978-17主要產(chǎn)品：1978-高檔8位單片機(jī)IntelMCS-51系列：-51子系列：8031/8051/8751-52子系列：8032/8052/87521983-16位單片機(jī)IntelMCS-96系列8098/8096、80C198/80C19632位單片機(jī)出現(xiàn)：80960低功耗型出現(xiàn)：低功耗型80C31高性能型80C252廉價(jià)型89C2051/1051主要產(chǎn)品：18(3)微控制器形成階段

主要技術(shù)發(fā)展方向：在片內(nèi)增強(qiáng)了滿足測(cè)控對(duì)象要求的電路，從而形成了不同于SingleChipMicrocomputer特點(diǎn)的微控制器。即：有完善的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)；有面向測(cè)控對(duì)象的接口電路，如ADC、DAC、高速I/O口、計(jì)數(shù)器的捕捉與比較等；保證程序可靠運(yùn)行的WDT（程序監(jiān)視定時(shí)器）；保證高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腄MA(直接存儲(chǔ)器存取)等。（1）外圍功能集成。滿足模擬量輸入的ADC，滿足伺服驅(qū)動(dòng)的PWM，滿足高速I/O口以及保證程序可靠運(yùn)行的程序監(jiān)視定時(shí)器WDT。（2）串行擴(kuò)展總線及接口：如SPI、I2CBUS、Microwire、1-Wire等。（3）滿足分布式系統(tǒng)、突出控制功能的現(xiàn)場(chǎng)總線接口：如CANBUS(ControllerAreaNetworkBUS)等。（4）程序存儲(chǔ)器方面引進(jìn)OTP(OneTimeProgrammable)和FlashROM的應(yīng)用：為最終取消外部程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展奠定了良好的基礎(chǔ)。(3)微控制器形成階段19三.單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向目前,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展已明顯地朝巨型化、單片化、網(wǎng)絡(luò)化等三個(gè)方向發(fā)展。巨型機(jī)用以解決復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算和高速數(shù)據(jù)處理。單片機(jī)的最明顯的優(yōu)勢(shì),就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中。這一點(diǎn)是巨型機(jī)和網(wǎng)絡(luò)不可能做到的。隨著單片機(jī)需求的發(fā)展,各個(gè)生產(chǎn)廠家都在不斷地改善單片機(jī)的功能,主要表現(xiàn)在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上,增加了各種新的功能,提高了運(yùn)算速度,降低了功耗,提高了存儲(chǔ)能力,增加了與Internet連接的能力,并在電源電壓方面、工藝方面及抗干擾能力方面有了較大的進(jìn)步和發(fā)展。三.單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向目前,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展已明顯地朝巨型20(1)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。單片機(jī)在內(nèi)部已集成了越來越多的部件,這些部件包括一般常用的電路,例如：定時(shí)器、比較器、A／D轉(zhuǎn)換器、D／A轉(zhuǎn)換器、串行通信接口、看門狗（Watchdog）電路和LCD控制器等。為了構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)或形成局部網(wǎng),有些單片機(jī)內(nèi)部設(shè)計(jì)了內(nèi)部含有局部網(wǎng)絡(luò)控制模塊CAN。例如,Infineon公司的C505C,C515C,C167CR,C167CS-32FM,81C90;Motorola公司的68HC08AZ系列等。在單片機(jī)C167CS-32FM中,內(nèi)部含有兩個(gè)CAN。這類單片機(jī)十分容易構(gòu)成網(wǎng)絡(luò),特別是在控制系統(tǒng)較為復(fù)雜時(shí),構(gòu)成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)十分有用。有些單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置了專門用于變頻控制的脈寬調(diào)制控制電路,這些單片機(jī)有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列;Motorola公司的MC68HC08MRl6、MR24等。在這些單片機(jī)中,脈寬調(diào)制電路有6個(gè)通道輸出,可產(chǎn)生三相脈寬調(diào)制交流電壓,并且內(nèi)部含死區(qū)控制等,形成最具經(jīng)濟(jì)效益的嵌入式控制系統(tǒng)。(1)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。單片機(jī)在內(nèi)部已集成了越來越多的部件,這些部件21有些單片機(jī)使用了鎖相環(huán)技術(shù)或內(nèi)部倍頻技術(shù),使內(nèi)部總線速度大大高于時(shí)鐘產(chǎn)生器的頻率。Motorola公司的68HC08單片機(jī)使用4．9M外部振蕩器,而內(nèi)部時(shí)鐘達(dá)32MHz,M68K系列32位單片機(jī)使用32k的外部振蕩器頻率內(nèi)部時(shí)鐘可達(dá)16MHz以上。目前單片機(jī)采用的最先進(jìn)技術(shù)是所謂的三核(TrCore)結(jié)構(gòu)。這是一種建立在系統(tǒng)級(jí)芯片(SystemOnaChip)概念上的結(jié)構(gòu)。這種單片機(jī)由三個(gè)核組成：一個(gè)是微控制器和DSP核,一個(gè)是數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器核,最后一個(gè)是外圍專用集成電路(ASIC)。這種單片機(jī)的最大特點(diǎn)在于把DSP和微控制器同時(shí)做在一個(gè)片上。雖然從結(jié)構(gòu)定義上講,DSP是單片機(jī)的一種類型,但其作用主要反映在高速計(jì)算和特殊處理(如快速傅立葉變換)等上面。把DSP技術(shù)和傳統(tǒng)單片機(jī)集成大大提高了單片機(jī)的功能。這種單片機(jī)最典型的有Infineon公司的TC10GP;Hitachi公司的SH7410、SH7612等。這些單片機(jī)都是高檔單片機(jī),MCU都是32位的,而DSP采用16或32位結(jié)構(gòu),工作頻率一般在60MHz以上。有些單片機(jī)使用了鎖相環(huán)技術(shù)或內(nèi)部倍頻技術(shù),使內(nèi)部總線速度大大22(2)功耗和電源電壓方面。單片機(jī)的進(jìn)步還表現(xiàn)在單片機(jī)的功耗越來越低,許多單片機(jī)都設(shè)置了多種工作方式,這些工作方式包括等待,暫停、睡眠、空閑、節(jié)電等。例如Philips公司的P87LPC762單片機(jī)在空閑時(shí),其功耗為1．5mA,而在節(jié)電方式中,其功耗只有0．5mA。TI公司的單片機(jī)MSP430系列,是一個(gè)16位的系列,有超低功耗工作方式。它的低功耗方式有LPM1、LPM3、LPM4等三種。當(dāng)電源為3V時(shí),功耗達(dá)到μA級(jí)。有些廠家最近推出的單片機(jī)可在1．8V電壓下以50M／48MIPS全速工作,功率約為20mW。0．9V供電的單片機(jī)已經(jīng)問世。幾乎所有的單片機(jī)都有Wait、Stop等省電運(yùn)行方式。允許使用的電源電壓范圍也越來越寬。一般單片機(jī)都能在3～6V范圍內(nèi)工作,對(duì)電池供電的單片機(jī)不再需要對(duì)電源采取穩(wěn)壓措施。(2)功耗和電源電壓方面。單片機(jī)的進(jìn)步還表現(xiàn)在單片機(jī)的功耗越23(3)存儲(chǔ)能力和Internet連接。過去的單片機(jī)存儲(chǔ)器是以掩膜型為主的。由于掩膜需要一定的生產(chǎn)周期,為了降低產(chǎn)品的成本,一些生產(chǎn)廠家推出的單片機(jī)不再是掩膜型,而是具有在線可編程功能的單片機(jī)。目前,MTP可多次編程的單片機(jī)被普遍使用。一些單片機(jī)廠家,如ATMELAVR單片機(jī),片內(nèi)采用FLASH,可多次編程。華邦公司生產(chǎn)的與8051兼容的單片機(jī)也采用了MTP性能。(3)存儲(chǔ)能力和Internet連接。過去的單片機(jī)存儲(chǔ)器是以24四、單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域1．單機(jī)應(yīng)用單機(jī)應(yīng)用的主要領(lǐng)域有：(1)智能產(chǎn)品單片機(jī)與傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合，使傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，控制智能化，構(gòu)成新一代機(jī)電一體化產(chǎn)品。(2)智能儀表目前各種傳感器、變送器、控制儀表已普遍采用單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。它集測(cè)量、處理、控制功能于一體，具有各種智能化功能。如存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、查找、判斷、聯(lián)網(wǎng)和語(yǔ)音等功能。(3)測(cè)控系統(tǒng)用單片機(jī)構(gòu)成的各種工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具有工作穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。如爐溫恒溫控制、電鍍生產(chǎn)自動(dòng)控制等。(4)智能接口單片機(jī)的鍵盤管理，打印機(jī)、繪圖機(jī)控制、硬盤驅(qū)動(dòng)控制等2．多機(jī)應(yīng)用多機(jī)應(yīng)用是單片機(jī)在高科技領(lǐng)域中應(yīng)用的主要模式。(1)多功能彌散系統(tǒng)是指工程系統(tǒng)中可以在任意環(huán)節(jié)上設(shè)置單片機(jī)功能子系統(tǒng)，它體現(xiàn)了多機(jī)系統(tǒng)的功能分布。(2)并行多機(jī)控制系統(tǒng)有快速并行數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)等。(3)局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要用于系統(tǒng)中的通信控制，以及構(gòu)成各種測(cè)控用子站系統(tǒng)。四、單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域25五、單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置

單片機(jī)加上適當(dāng)?shù)耐鈬骷蛻?yīng)用程序，構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)稱為最小系統(tǒng)。這種采用“單片”形式構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)主要用于家用類產(chǎn)品和簡(jiǎn)單的儀器儀表中。對(duì)于復(fù)雜的測(cè)控系統(tǒng),單片機(jī)本體上集成的功能元件滿足不了需求，為了使測(cè)控系統(tǒng)覆蓋更寬的應(yīng)用范圍，一般不得不在單片機(jī)的基礎(chǔ)上外擴(kuò)存貯器和I／O接口。因此，利用單片機(jī)構(gòu)成一個(gè)完整的工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)，必需考慮單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置。

1)系統(tǒng)擴(kuò)展

指單片機(jī)內(nèi)部的基本單元不能滿足系統(tǒng)要求時(shí)，在片外擴(kuò)展相應(yīng)的電路或器件。2)系統(tǒng)配置指為了滿足系統(tǒng)功能要求而配置的各種接口電路圖1典型的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)五、單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置

單片機(jī)加上適當(dāng)?shù)耐鈬骷蛻?yīng)用程261.2單片機(jī)產(chǎn)品及其性能介紹

單片機(jī)種類繁多,而且還在不斷推出新的更高性能的單片機(jī)品種。從國(guó)內(nèi)使用情況來看,MCS-51型系列單片機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。下面介紹幾個(gè)著名的單片機(jī)生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品型號(hào)及功能。1．8051類單片機(jī)最早由Intel公司推出的8051/31類單片機(jī)也是世界上用量最大的幾種單片機(jī)之一。后來8051類單片機(jī)主要由Philips、三星、華邦和ATMEL等公司生產(chǎn)。這些公司都在保持與8051單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上改善了8051許多特性(如時(shí)序特性)。提高了速度、降低了時(shí)鐘頻率,放寬了電源電壓的動(dòng)態(tài)范圍,降低了產(chǎn)品價(jià)格Motorola是世界上最大的單片機(jī)廠商。已有二百多個(gè)品種,選擇余地較大。在8位機(jī)上有68HC05和升級(jí)產(chǎn)品68HC08等兩種,68HC05有三十多個(gè)系列,產(chǎn)量已超過20億片。8位增強(qiáng)型單片機(jī)有68HC11和68HC12。16位機(jī)68HC16有十多個(gè)品種。32位單片機(jī)的683XX系列也有幾十個(gè)品種。近年來,將DSP作為輔助模塊集成的單片機(jī)也紛紛推出。Motorola單片機(jī)的特點(diǎn)之一是在同樣速度下所使用的時(shí)鐘頻率較Intel類單片機(jī)低很多,因而使其高頻噪聲較低,抗干擾能力強(qiáng),更適合用于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境。3．Microchip單片機(jī)Microchip單片機(jī)是市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的單片機(jī)。其主要產(chǎn)品有16C系列8位單片機(jī),CPU采用RISC結(jié)構(gòu),僅33條指令,運(yùn)行速度快,價(jià)位較低。Microchip強(qiáng)調(diào)節(jié)約成本的最優(yōu)化設(shè)計(jì),適于用量大、檔次低、價(jià)格敏感的產(chǎn)品。

1.2單片機(jī)產(chǎn)品及其性能介紹單片機(jī)種類繁多,而且還在不274．華邦單片機(jī)華邦單片機(jī)是8051類單片機(jī),其W78系列與標(biāo)準(zhǔn)的8051兼容,W77系列是增強(qiáng)型51系列,對(duì)8051的時(shí)序作了改進(jìn)。同樣時(shí)鐘頻率下速度提高2．5倍,FLASH容量從4KB到64KB,有ISP(在線可編程)功能。華邦的4位單片機(jī)有921系列和帶LCD驅(qū)動(dòng)的741系列。華邦使用惠普公司PA-RISC單片機(jī)技術(shù),生產(chǎn)低價(jià)位的32位RISC單片機(jī)。5．Epson單片機(jī)Epson公司以制造液晶顯示器著稱,因此,Epson單片機(jī)主要為該公司生產(chǎn)的LCD配套。其單片機(jī)的特點(diǎn)是LCD驅(qū)動(dòng)部分做得特別好。在低電壓、低功耗方面也很有特點(diǎn)。目前0．9V供電的單片機(jī)已經(jīng)上市,不久,供LCD顯示的手表類單片機(jī)將使用0．5V供電。6．Zilog單片機(jī)Z8單片機(jī)是Zilog公司的產(chǎn)品,采用多累加器結(jié)構(gòu),有較強(qiáng)的中斷處理能力。Z8單片機(jī)以低價(jià)位的優(yōu)勢(shì)面向低端應(yīng)用,以18引腳封裝為主,ROM為0．5KB～2KB。最近Zilog公司又推出了Z86系列單片機(jī),該系列內(nèi)部可集成廉價(jià)的DSP單元。7．NS單片機(jī)COP8單片機(jī)是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品,該公司以生產(chǎn)先進(jìn)的模擬電路著稱,能生產(chǎn)高水平的數(shù)字模擬混合電路。COP8單片機(jī)片內(nèi)集成了16位A／D。COP8單片機(jī)內(nèi)部使用了電磁兼容設(shè)計(jì)具有EMI電路,在看門狗電路以及STOP方式下,單片機(jī)在喚醒方式上都有其獨(dú)特方式。另外,在程序的加密控制方面,COP8單片機(jī)做得比較好。4．華邦單片機(jī)28分類按應(yīng)用領(lǐng)域分?？煞譃榧译婎?、工控類、通信類、個(gè)人信息終端（PDA）等。按通用性分?？煞譃橥ㄓ眯秃蛯Ｓ眯蛢纱箢?。早期大多數(shù)都是通用型單片機(jī)。通過不同的外圍擴(kuò)展來滿足不同的應(yīng)用對(duì)象要求。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，在一些大批量應(yīng)用的領(lǐng)域中，為了降低成本、簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提高性能，出現(xiàn)了專門為某一些應(yīng)用而設(shè)計(jì)的單片機(jī)，如用于計(jì)費(fèi)電表、電子記事薄的單片機(jī)等。按總線結(jié)構(gòu)分?？煞譃榭偩€型與串型總線型。按位數(shù)分類。有4位、8位、16位和32位單片機(jī)等。分類按應(yīng)用領(lǐng)域分?？煞譃榧译婎悺⒐た仡?、通信類、個(gè)人信息終端29MCS-51單片機(jī)的主要性能和特點(diǎn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器ROM(以89C51為例)：4K的存儲(chǔ)容量；內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM：256B(128B的RAM+21B的SFR)；寄存器區(qū)：設(shè)有4個(gè)寄存器區(qū)，每一個(gè)區(qū)有R0-R7八個(gè)工作寄存器；8位并行輸入輸出端口：P0、P1、P2和P3；定時(shí)/計(jì)數(shù)器：2個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器；串型口：全雙工的端口（RXD：接收端，TXD發(fā)送端）；中斷系統(tǒng)：設(shè)有5個(gè)中斷源；系統(tǒng)擴(kuò)展能力：可外接64K的ROM和64K的RAM；堆棧：設(shè)在RAM單元中，可以浮動(dòng)既通過堆棧指針SP來確定堆棧的位置布爾處理機(jī)：配合布爾運(yùn)算的指令進(jìn)行各種邏輯運(yùn)算；指令系統(tǒng)：111條指令。按功能可分為數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、 控制轉(zhuǎn)移和布爾操作5大類。MCS-51單片機(jī)的主要性能和特點(diǎn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器ROM(30§1-3單片機(jī)的數(shù)制表示法一.數(shù)制1．二進(jìn)制以2為基數(shù)的數(shù)制叫二進(jìn)制,它只包括“0”和“1”兩個(gè)符號(hào)。進(jìn)位規(guī)則是“逢二進(jìn)一”。2．十進(jìn)制以10為基數(shù)的數(shù)制叫十進(jìn)制,十進(jìn)制用0，1，2，3，4，5，6，7，8，9等10個(gè)符號(hào)來表示。進(jìn)位規(guī)則是“逢十進(jìn)一”。3．十六進(jìn)制盡管計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制來表示信息,但為了書寫和閱讀的方便,我們經(jīng)常采用十六進(jìn)制。以16為基數(shù)的數(shù)制叫十六進(jìn)制,進(jìn)位規(guī)則是“逢十六進(jìn)一”。十六進(jìn)制數(shù)可以在數(shù)的后面放一個(gè)H作為標(biāo)識(shí)符,表示這個(gè)數(shù)是十六進(jìn)制數(shù)。§1-3單片機(jī)的數(shù)制表示法一.數(shù)制31二.數(shù)制的轉(zhuǎn)換1．二進(jìn)制一十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換例1-110011011B=1×27+0×26+0×25+1×24+1×23+0×22+1×21+1×20=1551101．11B=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-2=13．752.十進(jìn)制一二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換把一個(gè)十進(jìn)制整數(shù)依次除以2,并記下每次所得的余數(shù)(1或0),最后所得的余數(shù)的組合即為轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制數(shù)。第一位余數(shù)為最低位(LSB),最后一個(gè)余數(shù)為最高位(MSB)。要將一個(gè)十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù),則應(yīng)將十進(jìn)制數(shù)連續(xù)不斷地乘以2,并且記錄所得溢出的整數(shù)部分,直到乘積為零為止。但有時(shí)結(jié)果永不為0,此時(shí),只要轉(zhuǎn)換到所要求的精度為止即可。第一次溢出的數(shù)為小數(shù)的最高位,最后一次溢出的為最低位。二.數(shù)制的轉(zhuǎn)換32三.機(jī)器數(shù)為了區(qū)別原來的數(shù)與它在計(jì)算機(jī)中的表示形式,我們將已經(jīng)數(shù)碼化了的帶符號(hào)數(shù)稱為機(jī)器數(shù)。而把原來的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)的真值。例如：7位數(shù)+101100lB,則在計(jì)算機(jī)中表示為01011001B(59H);而-101100lB在計(jì)算機(jī)中表示為11011001B(D9H)。101100lB為真值,而0101100lB、1101100lB為機(jī)器數(shù)。在計(jì)算機(jī)中,機(jī)器數(shù)有三種表示方法：原碼，反碼，補(bǔ)碼。三.機(jī)器數(shù)331．原碼在符號(hào)位中用0表示正數(shù),用1表示負(fù)數(shù),而數(shù)值位保持原樣的數(shù),這樣的機(jī)器數(shù)稱為原碼。由于最高位為符號(hào)位,因此,8位二進(jìn)制原碼表示的數(shù)的范圍為：-127～+127。(1)正數(shù)。正數(shù)的原碼與原來的數(shù)相同。例1-11+6=+00000110B而：〔6〕原=00000110B(2)負(fù)數(shù)。負(fù)數(shù)的原碼為符號(hào)位置1,而數(shù)值位不變。例1-12-6=-00000110B而：〔-6〕原=10000110B(3)0的原碼表示。0的原碼表示法有兩種,即正0和負(fù)0?！?0〕原=00000000〔-0〕原=100000001．原碼342．反碼由于最高位為符號(hào)位,因此,8位二進(jìn)制反碼表示的數(shù)的范圍為-127～+127。(1)正數(shù)。正數(shù)的反碼與正數(shù)的原碼相同。例1-13+6=+00000110B而：〔+6〕反=00000110B(2)負(fù)數(shù)。負(fù)數(shù)的反碼為數(shù)值位的值按位求反后,符號(hào)位取“1”。例1-14-6＝-00000110B〔-6〕反=1111100lB(3)0的反碼表示。0在反碼中也有兩種表示法,正0和負(fù)0?！?0〕反=00000000〔-0〕反=111111112．反碼353．補(bǔ)碼在計(jì)算機(jī)中,用補(bǔ)碼來表示數(shù)使得計(jì)算機(jī)的加減運(yùn)算十分簡(jiǎn)單,因?yàn)樗槐嘏袛嗾?fù)數(shù),只要讓符號(hào)位參加運(yùn)算,即可得到正確的結(jié)果。8位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的數(shù)的范圍為：-128～+127。為了進(jìn)一步理解補(bǔ)碼的意義,現(xiàn)以一個(gè)鐘表的例子來說明。假若現(xiàn)在正確的時(shí)間為5點(diǎn)整,而鐘表卻錯(cuò)誤地指在8點(diǎn)整。為了校準(zhǔn)時(shí)鐘,有兩種撥正時(shí)針的方法：一種是倒撥3格(8-3=5),第二種是順撥9個(gè)格(8+9=5)。因?yàn)殓姳碇甘镜淖畲髷?shù)為12,從12開始又重新計(jì)數(shù)了。因此,模為12,9就是-3的補(bǔ)碼。由于有了補(bǔ)碼的概念,就可以將減法轉(zhuǎn)換為加法計(jì)算了。(1)正數(shù)。正數(shù)的補(bǔ)碼與正數(shù)的原碼相同。例1-15+6=+00000110B而：〔+6〕補(bǔ)=00000110B(2)負(fù)數(shù)。負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼由它的絕對(duì)值求反加1后得到。例1-16-6=-00000110B〔-6〕補(bǔ)=11111010B(3)0的補(bǔ)碼表示。0的補(bǔ)碼表示只有一種,其表達(dá)式為：〔+0〕補(bǔ)=〔-0〕補(bǔ)=00000000B3．補(bǔ)碼36(4)補(bǔ)碼的運(yùn)算。對(duì)于一個(gè)數(shù)按位求反后,再在末位加1,就可以得到這個(gè)數(shù)的正數(shù)相對(duì)應(yīng)的負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼表示。我們把這種運(yùn)算叫做求補(bǔ)運(yùn)算。補(bǔ)碼的加法規(guī)則是：〔X+Y〕補(bǔ)=〔X〕補(bǔ)+〔Y〕補(bǔ)補(bǔ)碼的減法規(guī)則是：〔X-Y〕補(bǔ)=〔X〕補(bǔ)+〔-Y〕補(bǔ)例1-17求十進(jìn)制數(shù)76-28的運(yùn)算。運(yùn)算時(shí)將-28轉(zhuǎn)換成補(bǔ)碼,然后進(jìn)行加法運(yùn)算就可以了。76-284801001100+1110010000110000例1-18求十進(jìn)制數(shù)36-52的運(yùn)算。36-52-1600100100+1100110011110000〔-16〕補(bǔ)=11110000B綜上所述,8位二進(jìn)制數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼有下列關(guān)系：對(duì)于正數(shù)：〔X〕原=〔X〕反=〔X〕補(bǔ)對(duì)于負(fù)數(shù)：〔X〕反=〔X〕原數(shù)值位取反,符號(hào)位不變。〔X〕補(bǔ)=〔X〕反+1采取求補(bǔ)運(yùn)算,可以將計(jì)算機(jī)中的減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換成加法運(yùn)算,從而節(jié)約了計(jì)算機(jī)的硬件成本。(4)補(bǔ)碼的運(yùn)算。對(duì)于一個(gè)數(shù)按位求反后,再在末位加1,就可以37四.計(jì)算機(jī)中常用的編碼1.BCD(8421)碼碼最常用的編碼為8421碼。由于人們?cè)诠ぷ髦辛?xí)慣用十進(jìn)制數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入／輸出,而計(jì)算機(jī)又必須用二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行分析運(yùn)算,因此就要求計(jì)算機(jī)將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù),這將會(huì)影響計(jì)算機(jī)的工作速度。為了簡(jiǎn)化硬件電路和節(jié)省轉(zhuǎn)換時(shí)間,可采用二進(jìn)制數(shù)對(duì)每一位十進(jìn)制數(shù)字編碼,這種編碼方式稱為BCD碼2．ASCⅡ碼在計(jì)算機(jī)中,除了做數(shù)字運(yùn)算外,還有一些其他字符需要表示,例如用來組織、控制或表示數(shù)據(jù)的字母(英文26個(gè)字母等)。計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備之間通信,需要識(shí)別許多特殊的符號(hào),這些字母和符號(hào)統(tǒng)稱字符,它們也必須按特定的規(guī)則用二進(jìn)制編碼才能在計(jì)算機(jī)中表示。目前,在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,世界各國(guó)普遍采用ASCⅡ編碼表(AmericanStandardCodeforInformationInterchange美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼),ASCⅡ碼用7位二進(jìn)制數(shù)表示,可表達(dá)128個(gè)字符,其中包括數(shù)碼0～9,英文大小寫字母,標(biāo)點(diǎn)符號(hào)和控制字符。四.計(jì)算機(jī)中常用的編碼1.BCD(8421)碼38美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼ASCII碼，用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)及外設(shè)之間傳遞信息。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼ASCII碼，用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)及外設(shè)之間39作業(yè)1．什么叫單片機(jī)？它有哪些主要特點(diǎn)？5．單片機(jī)的主要技術(shù)發(fā)展方向是什么？6．單片機(jī)主要用在哪些方面？作業(yè)1．什么叫單片機(jī)？它有哪些主要特點(diǎn)？40單片機(jī)原理與接口技術(shù)主講教師:康麗生教材：?jiǎn)纹瑱C(jī)實(shí)用技術(shù)主編：陶春鳴出版社：人民郵電出版社單片機(jī)原理與接口技術(shù)主講教師:康麗生41本課主要內(nèi)容及課時(shí)安排總講課課時(shí)85學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)10學(xué)時(shí),實(shí)訓(xùn)0學(xué)時(shí)第一章：?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù)及其發(fā)展（3課時(shí)）介紹單片機(jī)的基本概念、產(chǎn)生與發(fā)展、應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)品介紹。第二章：MCS-51系列單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理（8課時(shí)）介紹51單片機(jī)內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)（CPU、數(shù)據(jù)寄存器、輸入輸出端口、程序存儲(chǔ)器、專用寄存器）和最小應(yīng)用系統(tǒng)系統(tǒng)。第三章：MCS-51單片機(jī)的指令系統(tǒng)及編程舉例（10課時(shí)）51單片機(jī)的111條指令的分類、尋址方式、偽指令及使用中的注意事項(xiàng)。第四章：MCS-51單片機(jī)的典型功能部件結(jié)構(gòu)及工作原理（6課時(shí)）51單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷、串行口等第五章：MCS-51單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)（8課時(shí)）程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及I/O接口的擴(kuò)展,鍵盤掃描/動(dòng)態(tài)顯示接口第六章：?jiǎn)纹瑱C(jī)的典型外圍接口技術(shù)（6課時(shí)）A/D、D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口電路。本課主要內(nèi)容及課時(shí)安排總講課課時(shí)85學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)10學(xué)時(shí),實(shí)訓(xùn)421

《單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全》----王福瑞等，北京航空航天大學(xué)出版社2《MCS-51/96系列單片機(jī)原理及應(yīng)用》 ----孫涵芳徐愛卿北京航空航天大學(xué)出版社3《MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)(系統(tǒng)配置與接口技術(shù))》----何立民編著，北京航空航天大學(xué)出版社4MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用》----蔡美琴?gòu)垶槊竦染?，高等教育出版社主要參考資料1《單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全》主要參考資料43第一章單片機(jī)技術(shù)及其發(fā)展學(xué)習(xí)目的和要求本章的基本任務(wù)是學(xué)習(xí)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本概念、發(fā)展概況及應(yīng)用。單片機(jī)與典型微型計(jì)算機(jī)在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。為后續(xù)章節(jié)奠定基礎(chǔ)知識(shí)。學(xué)時(shí)：4。教學(xué)內(nèi)容：

§1-1概述

§1-2單片機(jī)產(chǎn)品及其性能介紹§1-3單片機(jī)的數(shù)制表示法

教學(xué)要求：

掌握：微機(jī)系統(tǒng)、微型計(jì)算機(jī)及微處理器的概念；單片機(jī)與典型微型計(jì)算機(jī)在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別；單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用。了解：?jiǎn)纹瑱C(jī)的特點(diǎn)及發(fā)展概況；常用單片機(jī)系列產(chǎn)品;單片機(jī)的數(shù)制表示法

第一章單片機(jī)技術(shù)及其發(fā)展學(xué)習(xí)目的和要求441.1概述學(xué)時(shí)：3。教學(xué)內(nèi)容：一、單片機(jī)的基本概念二、單片機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展三、單片機(jī)技術(shù)發(fā)展方向四、單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域五、單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置教學(xué)要求:

熟練掌握:微機(jī)系統(tǒng)、微型計(jì)算機(jī)及微處理器的概念；單片機(jī)與典型微型計(jì)算機(jī)在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別；單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用;單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置.了解：?jiǎn)纹瑱C(jī)的特點(diǎn)及發(fā)展概況；單片機(jī)技術(shù)發(fā)展方向1.1概述學(xué)時(shí)：3。45一、單片機(jī)的基本概念：1．微處理器的概念2．微型計(jì)算機(jī)的概念3.單片機(jī)4.嵌入式微控制器5．SOC的基本概念一、單片機(jī)的基本概念：46一、單片機(jī)的基本概念：

隨著微型計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展,微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、微處理器、單片微型計(jì)算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)和SOC(片上系統(tǒng))等新系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。為了學(xué)習(xí)掌握好單片微型計(jì)算機(jī),從概念上弄清這些系統(tǒng)之間的關(guān)系是十分重要的。1．微處理器的概念MPU是微處理器(Microprocessor)的縮寫是集成在同一塊芯片上的具有運(yùn)算和控制功能邏輯的中央處理器。微處理器不僅是構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)、單片微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)的核心部件,而且也是構(gòu)成多微處理器系統(tǒng)和現(xiàn)代并行結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。微處理器常用cpu表示一、單片機(jī)的基本概念：

隨著微型計(jì)算機(jī)的高速發(fā)472．微型計(jì)算機(jī)的概念微型計(jì)算機(jī)(Microcomputer)是指由微處理器加上采用大規(guī)模集成電路制成的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,以及與輸入/輸出設(shè)備相連接的I／O接口電路,微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱MC。如果將微處理器、存儲(chǔ)器和輸入／輸出接口電路集成在一塊集成電路芯片上,稱為單片微型計(jì)算機(jī);如果將組成微型計(jì)算機(jī)的各功能部件都做在一塊電路板上,稱為單板機(jī);如果分做在多塊電路板上,稱為多板機(jī)。2．微型計(jì)算機(jī)的概念48微型計(jì)算機(jī)：由CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行輸入/輸出接口電路、中斷控制器等大規(guī)模IC芯片安置在一個(gè)電路板上，加上鍵盤、顯示器等構(gòu)成了微型計(jì)算機(jī)的硬體部分。主要外設(shè)主板與CPU微型計(jì)算機(jī)：由CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行輸入/輸出接493.單片機(jī)將微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所用的大多數(shù)IC芯片集成到一個(gè)芯片中?？梢哉J(rèn)為，單片機(jī)就是將微型計(jì)算機(jī)的CPU、存儲(chǔ)器、I/O端口、中斷控制器等全部做在一個(gè)芯片中去。美國(guó)INTEL公司生產(chǎn)的MCS-51單片機(jī)就是一種典型的、按照微型計(jì)算機(jī)的框架，采用大規(guī)模IC工藝制造的單片機(jī)，也是目前世界上使用量最大的一種較典型的產(chǎn)品。雙列直插式封裝（DIP）PLCC封裝塑料無引線載體3.單片機(jī)將微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所用的大多數(shù)I50單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱,也就是把微處理器(CPU)、一定容量的程序存儲(chǔ)器(ROM)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、輸入／輸出接口(I／O)、時(shí)鐘及其他一些計(jì)算機(jī)外圍電路,通過總線連接在一起并集成在一個(gè)芯片上,構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)的另外一個(gè)名稱就是嵌入式微控制器,原因在于它可以嵌入到任何微型或小型儀器或設(shè)備中。Intel公司在單片機(jī)出現(xiàn)時(shí),就給其取名為嵌入式微控制器(EmbeddedMicrocontroller)。單片機(jī)最明顯的優(yōu)勢(shì)就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中,這一點(diǎn)是其他機(jī)器和網(wǎng)絡(luò)所不能做到的。因此了解單片機(jī)知識(shí),掌握單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù),具有重要的意義。單片微型計(jì)算機(jī)具有體積小、重量輕、價(jià)格低和可靠性好等許多優(yōu)點(diǎn),經(jīng)常用在家用電器、智能儀器儀表中,在工業(yè)控制領(lǐng)域可以很方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制。單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱,也就是把微處理器(CPU)、一514.嵌入式微控制器是單片機(jī)發(fā)展的一個(gè)高級(jí)形式，也是單片機(jī)發(fā)展的必然趨勢(shì)。它是以面向應(yīng)用、增強(qiáng)功能、減少功耗、精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)、提高運(yùn)行速度為出發(fā)點(diǎn)所設(shè)計(jì)的單片機(jī)。這種控制器的最大特征是不僅包含了一般單片機(jī)的所有硬件電路，還集成了放大器、比較器、A/D轉(zhuǎn)換器和PWM電路等等。這類芯片，國(guó)外遍稱之為微控制器MCU（Micro-controllerUnit）或嵌入式控制器(Embeddedcontroller)；國(guó)內(nèi)由于已約定俗成，仍稱為單片機(jī)。用這類單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)智能化的產(chǎn)品，可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化外圍電路，降低開發(fā)成本，甚至完成一般的單片機(jī)所不能完成的任務(wù)。4.嵌入式微控制器是單片機(jī)發(fā)展的一個(gè)高級(jí)形式，也是52一般的嵌入式系統(tǒng)都具有計(jì)算機(jī)的功能。嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般具備以下3個(gè)特點(diǎn)：(1)嵌入式微處理器對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力,能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時(shí)間,而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核的執(zhí)行時(shí)間減少到最低限度?？蓴U(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu),能最迅速地開發(fā)出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式微處器。(2)嵌入式微處理器具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化,而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用,需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能,同時(shí)也有利于軟件診斷。(3)嵌入式微處理器功耗很低,因?yàn)榍度胧轿⑻幚砥饔糜诒銛y式的無線及移動(dòng)的通信設(shè)備中,是靠電池供電的,因此它的功耗只有mW甚至μW級(jí)。嵌入式系統(tǒng)一般都具有系統(tǒng)編程的功能。其可靠性高,成本低,體積小,功耗低,因此它已廣泛地應(yīng)用到各種不同類型設(shè)備當(dāng)中,且具有不斷創(chuàng)新特征,系統(tǒng)中采用片上系統(tǒng)(SOC)將是其發(fā)展趨勢(shì)。一般的嵌入式系統(tǒng)都具有計(jì)算機(jī)的功能。53微型計(jì)算機(jī)與單片機(jī)結(jié)構(gòu)上的區(qū)別（小結(jié)）微型計(jì)算機(jī)單片機(jī)所有單元都組裝在一個(gè)IC芯片上MCS-51單片機(jī)數(shù)據(jù)RAMCPU并行I/O程序ROM定時(shí)/計(jì)數(shù)器串型端口中斷控制器擴(kuò)展I/O端口系統(tǒng)總線（DB、AB、CB）微型計(jì)算機(jī)的組成框圖（由多個(gè)IC芯片組裝在一個(gè)主電路板上）嵌入式微控制器是一般單片機(jī)的基礎(chǔ)上集成了放大器、比較器、A/D轉(zhuǎn)換器和PWM電路等等微型計(jì)算機(jī)與單片機(jī)結(jié)構(gòu)上的區(qū)別（小結(jié)）微型計(jì)算機(jī)545．SOC的基本概念SOC是片上系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。所謂SOC技術(shù),是一種高度集成化、固件化的系統(tǒng)集成技術(shù)。使用SOC技術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心思想,就是要把整個(gè)應(yīng)用電子系統(tǒng)全部集成在一個(gè)芯片中。在使用SOC技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí),除了那些無法集成的外部電路或機(jī)械部分以外,其他所有的系統(tǒng)電路全部集成在一起。即把計(jì)算機(jī)常用的一些數(shù)字和模擬外設(shè)等做在一塊芯片上，使它成為一個(gè)完整的模擬數(shù)字采集與控制系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的應(yīng)用電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,根據(jù)設(shè)計(jì)要求的功能選擇合適的集成電路組合在一起,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行綜合,這種設(shè)計(jì)是一個(gè)以功能集成電路為基礎(chǔ),器件分布式的應(yīng)用電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。因此傳統(tǒng)應(yīng)用電子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn),采用的是分布功能綜合技術(shù)。對(duì)于SOC來說,應(yīng)用電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是根據(jù)功能和參數(shù)要求設(shè)計(jì)系統(tǒng),但與傳統(tǒng)方法有著本質(zhì)的差別。SOC是以功能IP為基礎(chǔ)的系統(tǒng)固件和電路綜合技術(shù)。首先,功能的實(shí)現(xiàn)不再針對(duì)功能電路進(jìn)行綜合,而是針對(duì)系統(tǒng)整體固件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行電路綜合,也就是利用IP技術(shù)對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行電路結(jié)合。其次,電路設(shè)計(jì)的最終結(jié)果與IP功能模塊和固件特性有關(guān),使設(shè)計(jì)的電磁兼容特性得到極大提高。5．SOC的基本概念SOC是片上系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。所謂SOC技術(shù),55二、單片機(jī)產(chǎn)生與發(fā)展概況單片機(jī)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：(1)單片機(jī)的初級(jí)階段。單片機(jī)始于20世紀(jì)70年代中期,我們把1978年以前的單片機(jī)稱為單片機(jī)的初級(jí)階段。這時(shí),美國(guó)的仙童公司(Fairchild)首先推出了第一款單片機(jī)F-8,隨后,Intel公司推出了那一階段具有代表意義的MCS-48單片機(jī),此階段的單片機(jī)是8位機(jī),有并行I／O口,沒有串行口,尋址范圍小于4K。(2)單片機(jī)的中級(jí)(成熟)階段。把1978—1982年稱為單片機(jī)的成熟階段,在這個(gè)時(shí)期,單片機(jī)的性能得到了很大的發(fā)展,硬件結(jié)構(gòu)日趨成熟,指令系統(tǒng)逐漸完善。最具代表意義的單片機(jī)就是Intel公司的MCS-51、Motorola公司的6801以及Zilog公司的Z8等,這些單片機(jī)具有多級(jí)中斷處理系統(tǒng)、16位中斷定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、串行端口。存儲(chǔ)器尋址范圍可達(dá)64KB,有些芯片還擴(kuò)展了A／D轉(zhuǎn)換器接口。由此,這一類單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛,在我國(guó)工業(yè)控制領(lǐng)域和電子測(cè)量方面也得到了廣泛的應(yīng)用。(3)單片機(jī)的高級(jí)(發(fā)展)階段。1982年以后單片機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了高級(jí)階段,這一時(shí)期的主要特征是速度越來越快、功能越來越強(qiáng)、品種越來越多。8位機(jī)進(jìn)入改良階段,16位機(jī)和32位機(jī)相繼出現(xiàn),8位、16位、32位單片機(jī)共同發(fā)展,這是當(dāng)前單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的另一動(dòng)向。目前,單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展仍然以8位機(jī)為主。隨著移動(dòng)通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品進(jìn)入家庭,32位單片機(jī)應(yīng)用得到了長(zhǎng)足發(fā)展。而16位單片機(jī)的發(fā)展無論是從品種和產(chǎn)量方面,近年來都有較大幅度的增長(zhǎng)。二、單片機(jī)產(chǎn)生與發(fā)展概況單片機(jī)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：56(2)完善階段：1978-任務(wù)：完善單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)，充分體現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特點(diǎn)。

特點(diǎn)：（1）面向?qū)ο?、突出控制功能，滿足嵌入式應(yīng)用的專用CPU及CPU外圍電路體系結(jié)構(gòu)。（2）尋址范圍規(guī)范為16位和8位的尋址空間。（3）特殊功能寄存器（SFR）的集中管理模式。（4）設(shè)置位地址空間，提供位尋址及位操作功能。（5）指令系統(tǒng)突出控制功能。有位操作指令、I/O管理指令及大量的轉(zhuǎn)移指令。（6）規(guī)范的總線結(jié)構(gòu)。有8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線以及多功能的異步串行接口USART(UniversalSynchronousAsynchronousReceiverTransmitter)。(2)完善階段：1978-57主要產(chǎn)品：1978-高檔8位單片機(jī)IntelMCS-51系列：-51子系列：8031/8051/8751-52子系列：8032/8052/87521983-16位單片機(jī)IntelMCS-96系列8098/8096、80C198/80C19632位單片機(jī)出現(xiàn)：80960低功耗型出現(xiàn)：低功耗型80C31高性能型80C252廉價(jià)型89C2051/1051主要產(chǎn)品：58(3)微控制器形成階段

主要技術(shù)發(fā)展方向：在片內(nèi)增強(qiáng)了滿足測(cè)控對(duì)象要求的電路，從而形成了不同于SingleChipMicrocomputer特點(diǎn)的微控制器。即：有完善的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)；有面向測(cè)控對(duì)象的接口電路，如ADC、DAC、高速I/O口、計(jì)數(shù)器的捕捉與比較等；保證程序可靠運(yùn)行的WDT（程序監(jiān)視定時(shí)器）；保證高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腄MA(直接存儲(chǔ)器存取)等。（1）外圍功能集成。滿足模擬量輸入的ADC，滿足伺服驅(qū)動(dòng)的PWM，滿足高速I/O口以及保證程序可靠運(yùn)行的程序監(jiān)視定時(shí)器WDT。（2）串行擴(kuò)展總線及接口：如SPI、I2CBUS、Microwire、1-Wire等。（3）滿足分布式系統(tǒng)、突出控制功能的現(xiàn)場(chǎng)總線接口：如CANBUS(ControllerAreaNetworkBUS)等。（4）程序存儲(chǔ)器方面引進(jìn)OTP(OneTimeProgrammable)和FlashROM的應(yīng)用：為最終取消外部程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展奠定了良好的基礎(chǔ)。(3)微控制器形成階段59三.單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向目前,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展已明顯地朝巨型化、單片化、網(wǎng)絡(luò)化等三個(gè)方向發(fā)展。巨型機(jī)用以解決復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算和高速數(shù)據(jù)處理。單片機(jī)的最明顯的優(yōu)勢(shì),就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中。這一點(diǎn)是巨型機(jī)和網(wǎng)絡(luò)不可能做到的。隨著單片機(jī)需求的發(fā)展,各個(gè)生產(chǎn)廠家都在不斷地改善單片機(jī)的功能,主要表現(xiàn)在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上,增加了各種新的功能,提高了運(yùn)算速度,降低了功耗,提高了存儲(chǔ)能力,增加了與Internet連接的能力,并在電源電壓方面、工藝方面及抗干擾能力方面有了較大的進(jìn)步和發(fā)展。三.單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向目前,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展已明顯地朝巨型60(1)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。單片機(jī)在內(nèi)部已集成了越來越多的部件,這些部件包括一般常用的電路,例如：定時(shí)器、比較器、A／D轉(zhuǎn)換器、D／A轉(zhuǎn)換器、串行通信接口、看門狗（Watchdog）電路和LCD控制器等。為了構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)或形成局部網(wǎng),有些單片機(jī)內(nèi)部設(shè)計(jì)了內(nèi)部含有局部網(wǎng)絡(luò)控制模塊CAN。例如,Infineon公司的C505C,C515C,C167CR,C167CS-32FM,81C90;Motorola公司的68HC08AZ系列等。在單片機(jī)C167CS-32FM中,內(nèi)部含有兩個(gè)CAN。這類單片機(jī)十分容易構(gòu)成網(wǎng)絡(luò),特別是在控制系統(tǒng)較為復(fù)雜時(shí),構(gòu)成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)十分有用。有些單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置了專門用于變頻控制的脈寬調(diào)制控制電路,這些單片機(jī)有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列;Motorola公司的MC68HC08MRl6、MR24等。在這些單片機(jī)中,脈寬調(diào)制電路有6個(gè)通道輸出,可產(chǎn)生三相脈寬調(diào)制交流電壓,并且內(nèi)部含死區(qū)控制等,形成最具經(jīng)濟(jì)效益的嵌入式控制系統(tǒng)。(1)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。單片機(jī)在內(nèi)部已集成了越來越多的部件,這些部件61有些單片機(jī)使用了鎖相環(huán)技術(shù)或內(nèi)部倍頻技術(shù),使內(nèi)部總線速度大大高于時(shí)鐘產(chǎn)生器的頻率。Motorola公司的68HC08單片機(jī)使用4．9M外部振蕩器,而內(nèi)部時(shí)鐘達(dá)32MHz,M68K系列32位單片機(jī)使用32k的外部振蕩器頻率內(nèi)部時(shí)鐘可達(dá)16MHz以上。目前單片機(jī)采用的最先進(jìn)技術(shù)是所謂的三核(TrCore)結(jié)構(gòu)。這是一種建立在系統(tǒng)級(jí)芯片(SystemOnaChip)概念上的結(jié)構(gòu)。這種單片機(jī)由三個(gè)核組成：一個(gè)是微控制器和DSP核,一個(gè)是數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器核,最后一個(gè)是外圍專用集成電路(ASIC)。這種單片機(jī)的最大特點(diǎn)在于把DSP和微控制器同時(shí)做在一個(gè)片上。雖然從結(jié)構(gòu)定義上講,DSP是單片機(jī)的一種類型,但其作用主要反映在高速計(jì)算和特殊處理(如快速傅立葉變換)等上面。把DSP技術(shù)和傳統(tǒng)單片機(jī)集成大大提高了單片機(jī)的功能。這種單片機(jī)最典型的有Infineon公司的TC10GP;Hitachi公司的SH7410、SH7612等。這些單片機(jī)都是高檔單片機(jī),MCU都是32位的,而DSP采用16或32位結(jié)構(gòu),工作頻率一般在60MHz以上。有些單片機(jī)使用了鎖相環(huán)技術(shù)或內(nèi)部倍頻技術(shù),使內(nèi)部總線速度大大62(2)功耗和電源電壓方面。單片機(jī)的進(jìn)步還表現(xiàn)在單片機(jī)的功耗越來越低,許多單片機(jī)都設(shè)置了多種工作方式,這些工作方式包括等待,暫停、睡眠、空閑、節(jié)電等。例如Philips公司的P87LPC762單片機(jī)在空閑時(shí),其功耗為1．5mA,而在節(jié)電方式中,其功耗只有0．5mA。TI公司的單片機(jī)MSP430系列,是一個(gè)16位的系列,有超低功耗工作方式。它的低功耗方式有LPM1、LPM3、LPM4等三種。當(dāng)電源為3V時(shí),功耗達(dá)到μA級(jí)。有些廠家最近推出的單片機(jī)可在1．8V電壓下以50M／48MIPS全速工作,功率約為20mW。0．9V供電的單片機(jī)已經(jīng)問世。幾乎所有的單片機(jī)都有Wait、Stop等省電運(yùn)行方式。允許使用的電源電壓范圍也越來越寬。一般單片機(jī)都能在3～6V范圍內(nèi)工作,對(duì)電池供電的單片機(jī)不再需要對(duì)電源采取穩(wěn)壓措施。(2)功耗和電源電壓方面。單片機(jī)的進(jìn)步還表現(xiàn)在單片機(jī)的功耗越63(3)存儲(chǔ)能力和Internet連接。過去的單片機(jī)存儲(chǔ)器是以掩膜型為主的。由于掩膜需要一定的生產(chǎn)周期,為了降低產(chǎn)品的成本,一些生產(chǎn)廠家推出的單片機(jī)不再是掩膜型,而是具有在線可編程功能的單片機(jī)。目前,MTP可多次編程的單片機(jī)被普遍使用。一些單片機(jī)廠家,如ATMELAVR單片機(jī),片內(nèi)采用FLASH,可多次編程。華邦公司生產(chǎn)的與8051兼容的單片機(jī)也采用了MTP性能。(3)存儲(chǔ)能力和Internet連接。過去的單片機(jī)存儲(chǔ)器是以64四、單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域1．單機(jī)應(yīng)用單機(jī)應(yīng)用的主要領(lǐng)域有：(1)智能產(chǎn)品單片機(jī)與傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合，使傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，控制智能化，構(gòu)成新一代機(jī)電一體化產(chǎn)品。(2)智能儀表目前各種傳感器、變送器、控制儀表已普遍采用單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。它集測(cè)量、處理、控制功能于一體，具有各種智能化功能。如存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、查找、判斷、聯(lián)網(wǎng)和語(yǔ)音等功能。(3)測(cè)控系統(tǒng)用單片機(jī)構(gòu)成的各種工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具有工作穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。如爐溫恒溫控制、電鍍生產(chǎn)自動(dòng)控制等。(4)智能接口單片機(jī)的鍵盤管理，打印機(jī)、繪圖機(jī)控制、硬盤驅(qū)動(dòng)控制等2．多機(jī)應(yīng)用多機(jī)應(yīng)用是單片機(jī)在高科技領(lǐng)域中應(yīng)用的主要模式。(1)多功能彌散系統(tǒng)是指工程系統(tǒng)中可以在任意環(huán)節(jié)上設(shè)置單片機(jī)功能子系統(tǒng)，它體現(xiàn)了多機(jī)系統(tǒng)的功能分布。(2)并行多機(jī)控制系統(tǒng)有快速并行數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)等。(3)局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要用于系統(tǒng)中的通信控制，以及構(gòu)成各種測(cè)控用子站系統(tǒng)。四、單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域65五、單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置

單片機(jī)加上適當(dāng)?shù)耐鈬骷蛻?yīng)用程序，構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)稱為最小系統(tǒng)。這種采用“單片”形式構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)主要用于家用類產(chǎn)品和簡(jiǎn)單的儀器儀表中。對(duì)于復(fù)雜的測(cè)控系統(tǒng),單片機(jī)本體上集成的功能元件滿足不了需求，為了使測(cè)控系統(tǒng)覆蓋更寬的應(yīng)用范圍，一般不得不在單片機(jī)的基礎(chǔ)上外擴(kuò)存貯器和I／O接口。因此，利用單片機(jī)構(gòu)成一個(gè)完整的工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)，必需考慮單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置。

1)系統(tǒng)擴(kuò)展

指單片機(jī)內(nèi)部的基本單元不能滿足系統(tǒng)要求時(shí)，在片外擴(kuò)展相應(yīng)的電路或器件。2)系統(tǒng)配置指為了滿足系統(tǒng)功能要求而配置的各種接口電路圖1典型的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)五、單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置

單片機(jī)加上適當(dāng)?shù)耐鈬骷蛻?yīng)用程661.2單片機(jī)產(chǎn)品及其性能介紹

單片機(jī)種類繁多,而且還在不斷推出新的更高性能的單片機(jī)品種。從國(guó)內(nèi)使用情況來看,MCS-51型系列單片機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。下面介紹幾個(gè)著名的單片機(jī)生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品型號(hào)及功能。1．8051類單片機(jī)最早由Intel公司推出的8051/31類單片機(jī)也是世界上用量最大的幾種單片機(jī)之一。后來8051類單片機(jī)主要由Philips、三星、華邦和ATMEL等公司生產(chǎn)。這些公司都在保持與8051單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上改善了8051許多特性(如時(shí)序特性)。提高了速度、降低了時(shí)鐘頻率,放寬了電源電壓的動(dòng)態(tài)范圍,降低了產(chǎn)品價(jià)格Motorola是世界上最大的單片機(jī)廠商。已有二百多個(gè)品種,選擇余地較大。在8位機(jī)上有68HC05和升級(jí)產(chǎn)品68HC08等兩種,68HC05有三十多個(gè)系列,產(chǎn)量已超過20億片。8位增強(qiáng)型單片機(jī)有68HC11和68HC12。16位機(jī)68HC16有十多個(gè)品種。32位單片機(jī)的683XX系列也有幾十個(gè)品種。近年來,將DSP作為輔助模塊集成的單片機(jī)也紛紛推出。Motorola單片機(jī)的特點(diǎn)之一是在同樣速度下所使用的時(shí)鐘頻率較Intel類單片機(jī)低很多,因而使其高頻噪聲較低,抗干擾能力強(qiáng),更適合用于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境。3．Microchip單片機(jī)Microchip單片機(jī)是市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的單片機(jī)。其主要產(chǎn)品有16C系列8位單片機(jī),CPU采用RISC結(jié)構(gòu),僅33條指令,運(yùn)行速度快,價(jià)位較低。Microchip強(qiáng)調(diào)節(jié)約成本的最優(yōu)化設(shè)計(jì),適于用量大、檔次低、價(jià)格敏感的產(chǎn)品。

1.2單片機(jī)產(chǎn)品及其性能介紹單片機(jī)種類繁多,而且還在不674．華邦單片機(jī)華邦單片機(jī)是8051類單片機(jī),其W78系列與標(biāo)準(zhǔn)的8051兼容,W77系列是增強(qiáng)型51系列,對(duì)8051的時(shí)序作了改進(jìn)。同樣時(shí)鐘頻率下速度提高2．5倍,FLASH容量從4KB到64KB,有ISP(在線可編程)功能。華邦的4位單片機(jī)有921系列和帶LCD驅(qū)動(dòng)的741系列。華邦使用惠普公司PA-RISC單片機(jī)技術(shù),生產(chǎn)低價(jià)位的32位RISC單片機(jī)。5．Epson單片機(jī)Epson公司以制造液晶顯示器著稱,因此,Epson單片機(jī)主要為該公司生產(chǎn)的LCD配套。其單片機(jī)的特點(diǎn)是LCD驅(qū)動(dòng)部分做得特別好。在低電壓、低功耗方面也很有特點(diǎn)。目前0．9V供電的單片機(jī)已經(jīng)上市,不久,供LCD顯示的手表類單片機(jī)將使用0．5V供電。6．Zilog單片機(jī)Z8單片機(jī)是Zilog公司的產(chǎn)品,采用多累加器結(jié)構(gòu),有較強(qiáng)的中斷處理能力。Z8單片機(jī)以低價(jià)位的優(yōu)勢(shì)面向低端應(yīng)用,以18引腳封裝為主,ROM為0．5KB～2KB。最近Zilog公司又推出了Z86系列單片機(jī),該系列內(nèi)部可集成廉價(jià)的DSP單元。7．NS單片機(jī)COP8單片機(jī)是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品,該公司以生產(chǎn)先進(jìn)的模擬電路著稱,能生產(chǎn)高水平的數(shù)字模擬混合電路。COP8單片機(jī)片內(nèi)集成了16位A／D。COP8單片機(jī)內(nèi)部使用了電磁兼容設(shè)計(jì)具有EMI電路,在看門狗電路以及STOP方式下,單片機(jī)在喚醒方式上都有其獨(dú)特方式。另外,在程序的加密控制方面,COP8單片機(jī)做得比較好。4．華邦單片機(jī)68分類按應(yīng)用領(lǐng)域分?？煞譃榧译婎?、工控類、通信類、個(gè)人信息終端（PDA）等。按通用性分?？煞譃橥ㄓ眯秃蛯Ｓ眯蛢纱箢?。早期大多數(shù)都是通用型單片機(jī)。通過不同的外圍擴(kuò)展來滿足不同的應(yīng)用對(duì)象要求。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，在一些大批量應(yīng)用的領(lǐng)域中，為了降低成本、簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提高性能，出現(xiàn)了專門為某一些應(yīng)用而設(shè)計(jì)的單片機(jī)，如用于計(jì)費(fèi)電表、電子記事薄的單片機(jī)等。按總線結(jié)構(gòu)分?？煞譃榭偩€型與串型總線型。按位數(shù)分類。有4位、8位、16位和32位單片機(jī)等。分類按應(yīng)用領(lǐng)域分?？煞譃榧译婎?、工控類、通信類、個(gè)人信息終端69MCS-51單片機(jī)的主要性能和特點(diǎn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器ROM(以89C51為例)：4K的存儲(chǔ)容量；內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM：256B(128B的RAM+21B的SFR)；寄存器區(qū)：設(shè)有4個(gè)寄存器區(qū)，每一個(gè)區(qū)有R0-R7八個(gè)工作寄存器；8位并行輸入輸出端口：P0、P1、P2和P3；定時(shí)/計(jì)數(shù)器：2個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器；串型口：全雙工的端口（RXD：接收端，TXD發(fā)送端）；中斷系統(tǒng)：設(shè)有5個(gè)中斷源；系統(tǒng)擴(kuò)展能力：可外接64K的ROM和64K的RAM；堆棧：設(shè)在RAM單元中，可以浮動(dòng)既通過堆棧指針SP來確定堆棧的位置布爾處理機(jī)：配合布爾運(yùn)算的指令進(jìn)行各種邏輯運(yùn)算；指令系統(tǒng)：111條指令。按功能可分為數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、 控制轉(zhuǎn)移和布爾操作5大類。MCS-51單片機(jī)的主要性能和特點(diǎn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器ROM(70§1-3單片機(jī)的數(shù)制表示法一.數(shù)制1．二進(jìn)制以2為基數(shù)的數(shù)制叫二進(jìn)制,它只包括“0”和“1”兩個(gè)符號(hào)。進(jìn)位規(guī)則是“逢二進(jìn)一”。2．十進(jìn)制以10為基數(shù)的數(shù)制叫十進(jìn)制,十進(jìn)制用0，1，2，3，4，5，6，7，8，9等10個(gè)符號(hào)來表示。進(jìn)位規(guī)則是“逢十進(jìn)一”。3．十六進(jìn)制盡管計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制來表示信息,但為了書寫和閱讀的方便,我們經(jīng)常