自動(dòng)控制課件

單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)主講教師：吳順偉緒論課程的性質(zhì)和目的課程教學(xué)內(nèi)容課程特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法一、課程的性質(zhì)和目的1.課程的性質(zhì)單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的一個(gè)重要分支，近年來(lái)在工業(yè)智能儀器儀表、光機(jī)電設(shè)備、自動(dòng)檢測(cè)、信息處理、家電等的得到廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展。適用專業(yè)：電子信息工程、測(cè)控技術(shù)類專業(yè)及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等專業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課或?qū)I(yè)基礎(chǔ)選修課

2.課程的目的

正確理解單片機(jī)的基本概念、基本原理掌握單片機(jī)程序設(shè)計(jì)和微機(jī)接口應(yīng)用的基本方法能綜合運(yùn)用單片機(jī)的軟、硬件技術(shù)分析實(shí)際問(wèn)題重視實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)，通過(guò)各種途徑，最終達(dá)到初步具有獨(dú)立設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)應(yīng)用型項(xiàng)目的能力二、課程教學(xué)內(nèi)容

本課程以理論教學(xué)為主要環(huán)節(jié)，以學(xué)生課堂實(shí)驗(yàn)為輔，同時(shí)使用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，54學(xué)時(shí)理論課和18學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)課，共計(jì)11章內(nèi)容，具體內(nèi)容如下:課程目錄

1.概述2.單片機(jī)結(jié)構(gòu)原理3.指令系統(tǒng)4.匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)5.中斷技術(shù)6.定時(shí)/計(jì)數(shù)器7.串行接口技術(shù)8.單片機(jī)擴(kuò)展技術(shù)(存儲(chǔ)器、I/O、擴(kuò)展芯片8155/8255）9.接口技術(shù)（A/D轉(zhuǎn)換接口、鍵盤(pán)與顯示器）10.產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)等內(nèi)容。三、課程特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法1.課程特點(diǎn)①知識(shí)點(diǎn)既分散又連貫，結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)是基礎(chǔ)；②與電子線路，尤其是數(shù)字和模擬電子線路關(guān)系密切；與PLC(可編程邏輯器件）2.學(xué)習(xí)方法①預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)；②多動(dòng)手（硬件、軟件實(shí)驗(yàn)）；③多看參考書(shū)(包括利用網(wǎng)上資料)；

(武漢力源）或老古開(kāi)發(fā)網(wǎng)④其它（上課、作業(yè)、答疑）。3、提高學(xué)習(xí)效果的途徑抓好理論學(xué)習(xí)參加電子活動(dòng)小組，創(chuàng)新活動(dòng)小組，電子工程師培訓(xùn)等形式；參加電子設(shè)計(jì)大賽、機(jī)電設(shè)計(jì)大賽等競(jìng)賽，能快速提高實(shí)踐動(dòng)手能力和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，為將來(lái)的就業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。充分利用我院先進(jìn)的試驗(yàn)設(shè)備和場(chǎng)所，重視基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)；我院部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備與場(chǎng)所圖片四、單片機(jī)的重要性超市收銀機(jī)圖書(shū)借閱與管理系統(tǒng)數(shù)顯稱重器數(shù)字溫度計(jì)數(shù)控機(jī)床電腦刻花機(jī)實(shí)例：超市收銀機(jī)的構(gòu)成

超市收銀臺(tái)基本有主機(jī)、顯示器、掃描儀、打印機(jī)、專用刷卡鍵盤(pán)、錢(qián)箱、UPS等等組成。

一般情況下，超市收銀機(jī)不進(jìn)行進(jìn)貨價(jià)格及售價(jià)調(diào)整，但對(duì)于特殊情況則例外，條碼效驗(yàn)則可以在掃描儀上進(jìn)行，超市收銀機(jī)只進(jìn)行單據(jù)打印一般不進(jìn)行單據(jù)掃描。相關(guān)網(wǎng)頁(yè)第1章單片機(jī)概論

一、微處理器、微型計(jì)算機(jī)與單片機(jī)

1.微型計(jì)算機(jī)的構(gòu)成：包括運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口四個(gè)基本組成部分。

2.微處理器：把運(yùn)算器與控制器封裝在一小塊芯片上，則稱該芯片為微處理器，微處理器cpu

3.單片微型計(jì)算機(jī)

將微型計(jì)算機(jī)的四個(gè)基本組成部分，則這種芯片就被稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。以單片機(jī)為核心的硬件電路稱為單片機(jī)系統(tǒng)。

４．嵌入式系統(tǒng)（ＡＲＭ）指非PC（PersonalComputer）系統(tǒng)，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括中央處理器、存儲(chǔ)器、外設(shè)器件、I/O（輸入/輸出）端口和圖形控制器等。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件（OS）（要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)操作）和應(yīng)用程序編程．ARM資料繼續(xù)ARM—簡(jiǎn)介ARM即AdvancedRISCMachines的縮寫(xiě),既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。1990年成立了AdvancedRISCMachinesLimited(后來(lái)簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)imited，ARM公司)。20世紀(jì)90年代，ARM32位嵌入式RISC(Reduced

lnstructionSetComputer)處理器擴(kuò)展到世界范圍，占據(jù)了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。ARM公司既不生產(chǎn)芯片也不銷售芯片，它只出售芯片技術(shù)授權(quán)。

復(fù)雜指令系統(tǒng)(CISC)，

（ComplexInstructionSetComputer）資料：RISC和CISC的區(qū)別（1）指令系統(tǒng)：RISC設(shè)計(jì)者把主要精力放在那些經(jīng)常使用的指令上，盡量使它們具有簡(jiǎn)單高效的特色。對(duì)不常用的功能，常通過(guò)組合指令來(lái)完成。因此，在RISC機(jī)器上實(shí)現(xiàn)特殊功能時(shí)，效率可能較低。但可以利用流水技術(shù)和超標(biāo)量技術(shù)加以改進(jìn)和彌補(bǔ)。而CISC計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)比較豐富，有專用指令來(lái)完成特定的功能。（2）存儲(chǔ)器操作：RISC對(duì)存儲(chǔ)器操作有限制，使控制簡(jiǎn)單化；而CISC機(jī)器的存儲(chǔ)器操作指令多，操作直接。（3）程序：RISC匯編語(yǔ)言程序一般需要較大的內(nèi)存空間，實(shí)現(xiàn)特殊功能時(shí)程序復(fù)雜，不易設(shè)計(jì)；而CISC匯編語(yǔ)言程序編程相對(duì)簡(jiǎn)單，科學(xué)計(jì)算及復(fù)雜操作的程序社設(shè)計(jì)相對(duì)容易，效率較高。（4）中斷：RISC機(jī)器在一條指令執(zhí)行的適當(dāng)?shù)胤娇梢皂憫?yīng)中斷；而CISC機(jī)器是在一條指令執(zhí)行結(jié)束后響應(yīng)中斷。（5）CPU：RISCCPU包含有較少的單元電路，因而面積小、功耗低；而CISCCPU包含有豐富的電路單元，因而功能強(qiáng)、面積大、功耗大。（6）設(shè)計(jì)周期：RISC微處理器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布局緊湊，設(shè)計(jì)周期短，且易于采用最新技術(shù)；CISC微處理器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。（7）用戶使用：RISC微處理器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，指令規(guī)整，性能容易把握，易學(xué)易用；CISC微處理器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強(qiáng)大，實(shí)現(xiàn)特殊功能容易。（8）應(yīng)用范圍：由于RISC指令系統(tǒng)的確定與特定的應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)，故RISC機(jī)器更適合于專用返回二、單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成

(1)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

(2)單片機(jī)的功能單片機(jī)內(nèi)部組成三、單片機(jī)的分類和指標(biāo)

位數(shù)：是單片機(jī)能夠一次處理的數(shù)據(jù)的寬度，有1位機(jī)（如PD7502）、4位機(jī)（如MSM64155A）、8位機(jī)（如MCS-51）、16位機(jī)（如MCS-96）、32位機(jī)（如IMST414）。存儲(chǔ)器：包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，程序存儲(chǔ)器空間較大，字節(jié)數(shù)一般從幾KB到幾十KB（1KB=210B=1024B），另外還有不同的類型，如ROM、EPROM、EEPROM、FlashROM和OTPROM型。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的字節(jié)數(shù)則通常為幾十字節(jié)到幾百字節(jié)之間。I/O口：即輸入/輸出口，一般有幾個(gè)到幾十個(gè)。速度：指的是CPU的處理速度，以每秒執(zhí)行多少條指令衡量，常用單位是MIPS（百萬(wàn)條指令每秒），目前最快的單片機(jī)可達(dá)到100MIPS。單片機(jī)的速度通常是和系統(tǒng)時(shí)鐘（相當(dāng)于PC機(jī)的主頻）相聯(lián)系的。工作電壓：通常工作電壓是5V，范圍是±5%或±10%，也有3V/3.3V電壓的產(chǎn)品，更低的可在1.5V工作?，F(xiàn)代單片機(jī)又出現(xiàn)了寬電壓范圍型，即在2.5V～6.5V內(nèi)都可正常工作。功耗：低功耗是現(xiàn)代單片機(jī)所追求的一個(gè)目標(biāo)，目前低功耗單片機(jī)的靜態(tài)電流可以低至μA（微安，10-6μA）或nA（納安，10-9nA）級(jí)。溫度：?jiǎn)纹瑱C(jī)根據(jù)工作溫度可分為民用級(jí)（商業(yè)級(jí)）、工業(yè)級(jí)和軍用級(jí)三種。民用級(jí)的溫度范圍是0℃～70℃，工業(yè)級(jí)是-40℃～85℃，軍用級(jí)是-55℃～125℃。新一代的單片機(jī)有的還具有在系統(tǒng)編程（ISP,In-System-Programmable）或在應(yīng)用再編程（IAP,In-Applicationre-Programmable）功能，有的還有專用的ISP編程JTAG口。四、單片機(jī)的特點(diǎn)

基本特點(diǎn)：體積小、價(jià)格低、性能強(qiáng)大、速度快、用途廣、靈活性強(qiáng)、可靠性高獨(dú)特之處：（1）存儲(chǔ)器ROM和RAM是嚴(yán)格分工的。（2）采用面向控制的指令系統(tǒng)。在實(shí)時(shí)控制方面，尤其是在位操作方面單片機(jī)有著不俗的表現(xiàn)。（3）輸入/輸出（I/O）端口引腳通常設(shè)計(jì)有多種功能。在設(shè)計(jì)時(shí)，究竟使用多功能引腳的哪一種功能，則可以由用戶編程確定。

（4）品種規(guī)格的系列化。屬于同一個(gè)產(chǎn)品系列、不同型號(hào)的單片機(jī)，通常具有相同的內(nèi)核、相同或兼容的指令系統(tǒng)。其主要的差別僅在片內(nèi)配置了一些不同種類或不同數(shù)量的功能部件，以適用不同的被控對(duì)象。（5）單片機(jī)的硬件功能具有廣泛的通用性。同一種單片機(jī)可以用在不同的控制系統(tǒng)中，只是其中所配置的軟件不同而已。換言之，給單片機(jī)固化上不同的軟件，便可形成用途不同的專用智能芯片。有時(shí)將這種芯片稱為固件（Firmware）。五、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)及應(yīng)用領(lǐng)域

應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域。單片