第1章 單片機的概述-55949

沈陽航空航天大學計算機學院單片微型計算機原理及應用第一章單片機概述電子計算機概述1.1單片機的定義及分類1.2單片機的特點1.3單片機的應用1.4MCS-51單片機簡介1.5單片機的選型1.6單片機的開發(fā)1.7單片機與嵌入式系統(tǒng)的關系1.81.1電子計算機概述1946年2月15日，第一臺電子數(shù)字計算機問世。標志著計算機時代的到來，對人類的生產和生活方式產生了巨大的影響。ENIAC（埃尼阿克）天河-1A（天津國家超級計算中心，2010年11月時最快，現(xiàn)今第10名）2013年全球最快的超級計算機天河二號（國防科學技術大學，現(xiàn)今第1名）Sequoia（美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室）“京”（日本獨立行政法人理化學研究所）2013年全球最快的超級計算機Mira（美國阿爾貢國家實驗室）泰坦（美國能源部下屬橡樹嶺國家實驗室）馮·諾依曼提出“程序存儲”和“二進制運算”的思想，構建了計算機經典結構：存儲器控制器運算器輸入設備輸出設備思考：如果將存儲器、運算器、輸入輸出接口全部集成在一塊小芯片上，這塊芯片會有什么作用呢？1.2單片機的定義及分類

單片機就是將CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計算機。因此，一塊芯片就構成了一臺微型計算機。它已成為工業(yè)控制領域、智能儀器儀表、武器系統(tǒng)、日常生活中最廣泛使用的計算機形式。(SingleBoardComputer的集成形式)

MicrocontrollerμCMCUWhy?

通用計算機---各部件功能很強，需一個或幾個芯片。在很多應用系統(tǒng)中，對各部件的功能要求不是很高，因此有可能將多個功能部件集成到一個芯片上。優(yōu)點：體積、重量、可靠性、價格、裝配成本、功耗單片機單片機單片機內含：CPU存儲器I/O接口單片機的分類一、按字長：4位、8位、16位、32位

8位機仍是主流

16位和32位？二、按應用：通用型如8051專用型電話機、電視機、遙控器、傳真機、空調、微波爐、洗衣機、電冰箱、玩具、手機、打印機、鍵盤等單片機的發(fā)展概況第一階段（1976~1978年）：低性能單片機階段。主要用于工業(yè)領域。第二階段（1978~1982年）：高性能單片機階段。應用范圍較廣，并在不斷的改進和發(fā)展。第三階段（1982~1990年）：16位單片機階段。實時處理能力更強，體現(xiàn)了微控制器的特征。第四階段（1990年~）：微控制器的全面發(fā)展階段。各公司的產品在盡量兼容的同時，向高速、強運算能力、尋址范圍大以及小型廉價方面發(fā)展。單片機發(fā)展趨勢一、功能集成化（通用型）：A/D,D/A,I2C,WDT,PWM二、專用化：適合特殊用途的單片機（SoC)如電話IC等三、高速化：速度越來越高，可實現(xiàn)復雜的控制算法四、字長增加：更適合于復雜控制算法和數(shù)字信號處理五、存儲容量增加：更適合于數(shù)據(jù)處理和程序較長的應用存儲器類型：FLASH取代EPROM六、低功耗：CMOS工藝、低電壓（3.3,2.7,2.5,1.8,1.2）空閑方式、掉電方式、時鐘切換七、新技術：RISC、ISP、IAP（固件更新，非易失性存儲）、JTAG、JAVAVM、嵌入式Internet1.3單片機的特點

價格低廉1.3單片機的特點體積小1.3單片機的特點

簡單易用指令系統(tǒng)簡單，支持高級語言◆只有111條匯編指令◆支持C等高級語言

功能靈活型號種類繁多，發(fā)展迅速◆Intel、Atmel、Philip、Motorola、Microchip等廠家均推出了多個系列不同配置，獨具特色的單片機，其中包括8位機、16位機和32位機可靠性相對PC而言較高控制功能較PC強思考：根據(jù)單片機以上的特點，你認為單片機主要應用在哪些場合？1.4單片機的應用機電一體化◆機電一體化是機械工業(yè)發(fā)展的重要方面，機電一體化產品是集機械技術、微電子技術、自動化技術和計算機技術于一體，具有智能化特征的機電產品。例如:現(xiàn)代汽車已經成為機電一體化技術應用最成功的產品之一，在汽車發(fā)動機控制、ABS控制、門窗控制、安全氣囊控制、空調、音響等，無一不是集成了單片機控制的智能化機電一體化產品。據(jù)統(tǒng)計，在一輛高檔轎車內，已經繼集成了30-100個不同的微處理器。

一臺BMW-7系列轎車就用了63個單片機1.4單片機的應用

智能儀器儀表：數(shù)字化、智能化、功能多、性能好誤差校正、線性化處理等可用軟件實現(xiàn)1.4單片機的應用

工業(yè)現(xiàn)場控制在各種實時控制系統(tǒng)中，單片機得到了廣泛的應用，如流量、液位、轉速、位移、壓力、溫度等測量和控制工業(yè)上過程控制中的各種物理參數(shù)，經過單片機的實時處理和控制，可以控制得到一個精確度很高的水平。單片機和測量技術、自動化控制技術相結合，數(shù)據(jù)處理和實時控制功能能夠得到充分的發(fā)揮，使系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的生產效率和產品質量。1.4單片機的應用

軍事技術由于單片機使用溫度范圍廣，利用可靠性高、適應各種惡劣環(huán)境的特點，在導航制導、魚雷制導控制、智能武器裝備、航天飛機巡航系統(tǒng)等領域，單片機也得到了廣泛的應用。1.4單片機的應用分布式控制系統(tǒng)在較復雜的系統(tǒng)中，都采用分布式多機系統(tǒng)，分布式系統(tǒng)具有功能強、可靠性高的特點。利用單片機構成的分布式測控系統(tǒng)，系統(tǒng)中有若干臺由單片機組成的功能各異的儀器設備，之間通過通信相互聯(lián)系和交換數(shù)據(jù)，各自完成特定的任務的同時協(xié)調完成整體任務，能同時采集或處理的信息更多。1.4單片機的應用家用電子產品

1.5MCS-51單片機簡介（一） MCS-51的結構使其特別適用于實時控制、智能儀表、分布式控制系統(tǒng)基本型：4KBROM，128BRAM，4個8位并行口，一個全雙工串行口，兩個16位定時器/計數(shù)器集成度高、可靠性高、功能強（有加、減、乘、除及各種邏輯運算和轉移指令，有強大的位操作功能）分類：ROM型：80514KBROM，ROM由廠家定制（專）EPROM型：87514KBEPROM無ROM型：8031無ROM，必須外接程序存儲器1.5MCS-51單片機簡介（二）兼容型：

AT89C51/2ATMELGMS97C51LGPHILIPS80C51系列80C552（A/D）

80C592（CAN總線）

89C51RX2（FLASH，XRAM）

SiliconLabsC8051FxxxDALLASTI

等等

1.6單片機的選型型號制造技術片內程序存儲器片內數(shù)據(jù)存儲器8051AHHMOSROM(4k)128字節(jié)8031AHAHMOS無128字節(jié)8751HHMOSEPROM（4K）128字節(jié)80C51CHMOSROM（4K）128字節(jié)80C31CHMOS無128字節(jié)8052HMOSROM（8K）256字節(jié)8032HMOS無256字節(jié)MCS-51系列型號1.6單片機的選型單片機選型受多種因素的影響不同廠家：INTEL,PHILIPS,ATMEL,DALLAS,SILABS,MOTOROLA,MICROCHIP,SGS-THOMSON,SIEMENS,NEC,HITACHI,TOSHIBA

同一廠家，不同產品：如SiliconLabsC8051F單片機百余種，資源不同，封裝形式不同

按應用：硬件資源情況按開發(fā)手段：現(xiàn)有開發(fā)設備，購置新設備成本，熟練程度等按批量大?。篍PROM（FLASH）、OTP、ROM固件更新方式：是否需要ISP、IAP功能1.7單片機的開發(fā)單片機自身無開發(fā)能力，須借助開發(fā)機完成：排除硬件故障和軟件錯誤程序固化到程序存儲器芯片中。正確的硬件設計和良好的軟件功能設計是一個實用的單片機應用系統(tǒng)的設計目標。完成該目標的過程稱為單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)。電路板制作

使用Protel99SE軟件設計制版、安裝器件、焊接1.7.1單片機的硬件設計單片機開發(fā)板自制PCB板指令的表示形式指令是讓單片機執(zhí)行某種操作的命令，按一定的順序以二進制碼的形式存放于程序存儲器。如：04H:累加器A的內容加1，難記！00000100B04HINCA記憶容易。稱為符號指令。1.7.2單片機的軟件編制現(xiàn)在還常采用高級語言（如C51）進行單片機應用程序的設計。匯編或編譯，將符號指令轉換成機器碼的過程稱為匯編。常用的匯編方法有三種：

手工匯編駐留匯編（利用開發(fā)機的駐留匯編程序）交叉匯編（利用普通的PC機）目標文件生成利用WAVE生成目標文件

仿真：軟件仿真、硬件仿真軟件界面硬件仿真器1.7.3wave