單片機(jī)第一課課件

電話：課件Email：(密碼：12345678)單片機(jī)原理及其應(yīng)用1介紹單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、發(fā)展歷史、應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢(shì)。8位單片機(jī)的主流機(jī)型，較大市場份額的MCS-51系列單片機(jī)及其兼容的單片機(jī)（統(tǒng)稱為51系列單片機(jī)）對(duì)目前流行的51單片機(jī)的代表性機(jī)型：美國ATMEL公司的AT89C5x/AT89S5x系列單片機(jī)及代表性產(chǎn)品AT89S51詳細(xì)介紹。簡要介紹其它類型的單片機(jī)。初步了解嵌入式處理器：單片機(jī)，數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）、嵌入式微處理器第一章內(nèi)容概要21電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展概述1.1電子計(jì)算機(jī)的問世及其經(jīng)典結(jié)構(gòu)3單片機(jī)的發(fā)展過程及產(chǎn)品近況3.1單片機(jī)的發(fā)展過程1.2微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用形態(tài)3.2單片機(jī)產(chǎn)品近況2.1存儲(chǔ)器的概述2.3I/O接口及外設(shè)2.2CPU的組成及作用2計(jì)算機(jī)各組成部分的介紹3一、二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制二、不同進(jìn)制之間相互轉(zhuǎn)換三、原碼、反碼及補(bǔ)碼四、數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示補(bǔ)充常用數(shù)制和編碼補(bǔ)充

數(shù)制與編碼的簡單回顧1數(shù)制2編碼7AVR系列單片機(jī)與PIC系列單片機(jī)8各類嵌入式處理器簡介51電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展概述1946年2月15日，第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)問世，這標(biāo)志著計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來。ENIAC（“埃尼阿克”）1.1電子計(jì)算機(jī)的問世及其經(jīng)典結(jié)構(gòu)◆ENIAC是電子管計(jì)算機(jī)，時(shí)鐘頻率僅有100KHz，但能在1秒鐘的時(shí)間內(nèi)完成5000次加法運(yùn)算。◆與現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)相比，有許多不足，但它的問世開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元，對(duì)人類的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生了巨大的影響。6匈牙利籍?dāng)?shù)學(xué)家馮·諾依曼在方案的設(shè)計(jì)上做出了重要的貢獻(xiàn)。1946年6月，他又提出了“程序存儲(chǔ)”和“二進(jìn)制運(yùn)算”的思想，進(jìn)一步構(gòu)建了計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成這一計(jì)算機(jī)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。（EDVAC-ELECTRONICDISCRETEVARIABLEAUTOMATICCOMPUTER）71.2微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用形態(tài)從應(yīng)用形態(tài)上，微機(jī)可以分成三種：單板機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)機(jī)（多板機(jī)）9

◆單板機(jī)將CPU芯片、存儲(chǔ)器芯片、I/O接口芯片和簡單的I/O設(shè)備（小鍵盤、LED顯示器）等裝配在一塊印刷電路板上，再配上監(jiān)控程序（固化在ROM中），就構(gòu)成了一臺(tái)單板微型計(jì)算機(jī)（簡稱單板機(jī)）。單板機(jī)單板機(jī)的I/O設(shè)備簡單，軟件資源少，使用不方便。早期主要用于微型計(jì)算機(jī)原理的教學(xué)及簡單的測(cè)控系統(tǒng)，現(xiàn)在已很少使用。10

◆單片機(jī)在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口電路，從而構(gòu)成了單芯片微型計(jì)算機(jī)，即單片機(jī)。

單片機(jī)（嵌入式應(yīng)用）屬于專用計(jì)算機(jī)，主要應(yīng)用于智能儀表、智能傳感器、智能家電、智能辦公設(shè)備、汽車及軍事電子設(shè)備等應(yīng)用系統(tǒng)。

單片機(jī)體積小、價(jià)格低、可靠性高，其非凡的嵌入式應(yīng)用形態(tài)對(duì)于滿足嵌入式應(yīng)用需求具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。112.1.2存儲(chǔ)器的作用2.1.3存儲(chǔ)器的表達(dá)2.1.4存儲(chǔ)器的種類、內(nèi)部數(shù)據(jù)2.1.5存儲(chǔ)器的訪問2.1.6存儲(chǔ)器的容量及地址線的計(jì)算地址線的根數(shù)：n地址線空間：2n地址：從n個(gè)0~n個(gè)1132.2CPU的組成及作用算術(shù)邏輯單元(簡稱ALU）

運(yùn)算器累加器

寄存器CPU運(yùn)算器

控制器2.2.1CPU、運(yùn)算器及控制器的組成14控制器的組成程序計(jì)數(shù)器指令寄存器指令譯碼器時(shí)序產(chǎn)生器操作控制器152.3I/O接口及外設(shè)每個(gè)外設(shè)與微處理器的連接必須經(jīng)過接口適配器（I/O接口）。每個(gè)I/O接口及其對(duì)應(yīng)的外設(shè)都有一個(gè)固定的地址，在CPU的控制下實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)的輸入（讀）和輸出（寫）操作。比較I/O接口與存儲(chǔ)器的訪問常見的外設(shè)舉例：打印機(jī)鍵盤顯示器硬盤等173單片機(jī)的發(fā)展過程及產(chǎn)品近況3.1單片機(jī)的發(fā)展過程單片機(jī)技術(shù)發(fā)展過程可分為三個(gè)主要階段：

◆單芯片微機(jī)形成階段

1976年，Intel公司推出了MCS-48系列單片機(jī)。8位CPU、1K字節(jié)ROM、64字節(jié)RAM、27根I/O線和1個(gè)8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。特點(diǎn)是：存儲(chǔ)器容量較小，尋址范圍?。ú淮笥?K），無串行接口，指令系統(tǒng)功能不強(qiáng)。18

◆性能完善提高階段

1980年，Intel公司推出了MCS-51系列單片機(jī)：8位CPU、4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、4個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍64K，并有控制功能較強(qiáng)的布爾處理器。

特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點(diǎn)進(jìn)一步突出。現(xiàn)在，MCS-51已成為公認(rèn)的單片機(jī)經(jīng)典機(jī)種。19

﹡ATMEL公司融入Flash存儲(chǔ)器技術(shù)的AT89系列；

﹡Philips公司的80C51、80C552系列；

﹡華邦公司的W78C51、W77C51高速低價(jià)系列；

﹡ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列；

﹡LG公司的GMS90/97低壓高速系列；

﹡Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列；

﹡Cygnal公司的C8051F系列高速SOC單片機(jī)。

◆

80C51系列單片機(jī)產(chǎn)品繁多，主流地位已經(jīng)形成，近年來推出的與80C51兼容的主要產(chǎn)品有：3.2單片機(jī)產(chǎn)品“近況”21

◆非80C51結(jié)構(gòu)單片機(jī)新品不斷推出，給用戶提供了更為廣泛的選擇空間，近年來推出的非80C51系列的主要產(chǎn)品有：﹡Intel的MCS-96系列16位單片機(jī)；﹡Microchip的PIC系列RISC單片機(jī)；﹡TI的MSP430F系列16位低功耗單片機(jī)。224單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域4.1單片機(jī)的特點(diǎn)

◆控制性能和可靠性高實(shí)時(shí)控制功能特別強(qiáng)，其CPU可以對(duì)I/O端口直接進(jìn)行操作，位操作能力更是其它計(jì)算機(jī)無法比擬的。另外，由于CPU、存儲(chǔ)器及I/O接口集成在同一芯片內(nèi)，各部件間的連接緊湊，數(shù)據(jù)在傳送時(shí)受干擾的影響較小，且不易受環(huán)境條件的影響，所以單片機(jī)的可靠性非常高。234.2單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域◆智能儀器儀表

單片機(jī)用于各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能化，同時(shí)還簡化了儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，從而可以方便地完成儀器儀表產(chǎn)品的升級(jí)換代。如各種智能電氣測(cè)量儀表、智能傳感器等?！魴C(jī)電一體化產(chǎn)品機(jī)電一體化產(chǎn)品是集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的各種機(jī)電產(chǎn)品。單片機(jī)在機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產(chǎn)品如機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)包裝機(jī)、點(diǎn)鈔機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等。25◆實(shí)時(shí)工業(yè)控制單片機(jī)還可以用于各種物理量的采集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)的采集和控制均可以利用單片機(jī)方便地實(shí)現(xiàn)。在這類系統(tǒng)中，利用單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器，可以根據(jù)被控對(duì)象的不同特征采用不同的智能算法，實(shí)現(xiàn)期望的控制指標(biāo)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。典型應(yīng)用如電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動(dòng)生產(chǎn)線等。

◆分布式系統(tǒng)的前端模塊

在較復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用分布式測(cè)控系統(tǒng)完成大量的分布參數(shù)的采集。在這類系統(tǒng)中，采用單片機(jī)作為分布式系統(tǒng)的前端采集模塊，系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠，數(shù)據(jù)采集方便靈活，成本低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)。26◆家用電器家用電器是單片機(jī)的又一重要應(yīng)用領(lǐng)域，前景十分廣闊。如空調(diào)器、電冰箱、洗衣機(jī)、電飯煲、高檔洗浴設(shè)備、高檔玩具等。另外，在交通領(lǐng)域中，汽車、火車、飛機(jī)、航天器等均有單片機(jī)的廣泛應(yīng)用。如汽車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、航天測(cè)控系統(tǒng)、黑匣子等。使用溫度：民品：0°—+70°C 工業(yè)品：-40—+85°C汽車：-40—+105°C 軍品：

-55—+125°C272．存儲(chǔ)器的發(fā)展（1）片內(nèi)程序存儲(chǔ)器普遍采用閃爍（Flash）存儲(chǔ)器?？刹挥猛鈹U(kuò)展程序存儲(chǔ)器，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。（2）加大存儲(chǔ)容量。目前有的單片機(jī)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器容量可達(dá)128KB甚至更多。3．片內(nèi)I/O的改進(jìn)（1）增加并行口驅(qū)動(dòng)能力，以減少外部驅(qū)動(dòng)芯片。有的單片機(jī)可以直接輸出大電流和高電壓，以便能直接驅(qū)動(dòng)LED和VFD（熒光顯示器）。（2）有些單片機(jī)設(shè)置了一些特殊的串行I/O功能，為構(gòu)成分布式、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)提供方便條件。294．低功耗化CMOS化，功耗小，配置有等待狀態(tài)、睡眠狀態(tài)、關(guān)閉狀態(tài)等工作方式。消耗電流僅在μA或nA量級(jí)，適于電池供電的便攜式、手持式的儀器儀表以及其它消費(fèi)類電子產(chǎn)品。5．外圍電路內(nèi)裝化眾多外圍電路全部裝入片內(nèi)，即系統(tǒng)的單片化是目前發(fā)展趨勢(shì)之一。例如，美國Cygnal公司的C8051F0208位單片機(jī)，內(nèi)部采用流水線結(jié)構(gòu)，大部分指令的完成時(shí)間為1或2個(gè)時(shí)鐘周期，峰值處理能力為25MIPS。片上集成有8通道A/D、兩路D/A、兩路電壓比較器，內(nèi)置溫度傳感器、定時(shí)器、可編程數(shù)字交叉開關(guān)和64個(gè)通用I/O口、電源監(jiān)測(cè)、3030看門狗、多種類型的串行接口（兩個(gè)UART、SPI）等。一片芯片就是一個(gè)“測(cè)控”系統(tǒng)。綜上所述，單片機(jī)正在向多功能、高性能、高速度（時(shí)鐘達(dá)40MHz）、低電壓（2.7V即可工作）、低功耗、低價(jià)格（幾元錢）、外圍電路內(nèi)裝化以及片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量不斷增大的方向發(fā)展。3131（1）MCS-51是Intel公司生產(chǎn)的一個(gè)單片機(jī)系列名稱。屬于這一系列的單片機(jī)有多種，如：

﹡8051/8751/8031；

﹡8052/8752/8032；

﹡80C51/87C51/80C31

﹡80C52/87C52/80C32等

。5.1MCS-51系列5MCS-51系列與AT89C5x系列單片機(jī)32（2）該系列生產(chǎn)工藝有兩種：CHMOS是CMOS和HMOS的結(jié)合，既保持了HMOS高速度和高密度的特點(diǎn)，還具有CMOS的低功耗的特點(diǎn)。在產(chǎn)品型號(hào)中凡帶有字母“C”的即為CHMOS芯片，CHMOS芯片的電平既與TTL電平兼容，又與CMOS電平兼容。一是HMOS工藝（高密度短溝道MOS工藝）。二是CHMOS工藝（互補(bǔ)金屬氧化物的HMOS工藝）。33（3）在功能上，該系列單片機(jī)有基本型和增強(qiáng)型兩大類：增強(qiáng)型：8052/8752/803280C52/87C52/80C32基本型：8051/8751/803180C51/87C51/80C31（4）在片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的配置上，該系列單片機(jī)有三種形式，即掩膜ROM、EPROM和ROMLess(無片內(nèi)程序存儲(chǔ)器)。如：﹡80C51有4K字節(jié)的掩膜ROM；﹡87C51有4K字節(jié)的EPROM；﹡80C31在芯片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器。3480C51系列

﹡

Intel的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等；

﹡ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等；

﹡

Philips、華邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司的許多產(chǎn)品。

80C51是MCS-51系列中CHMOS工藝的一個(gè)典型品種；其它廠商以8051為基核開發(fā)出的CMOS工藝單片機(jī)產(chǎn)品統(tǒng)稱為80C51系列。當(dāng)前常用的80C51系列單片機(jī)主要產(chǎn)品有：3580C51典型產(chǎn)品資源配置36讀懂型號(hào)376單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)簡介◆正確無誤的硬件設(shè)計(jì)和良好的軟件功能設(shè)計(jì)是一個(gè)實(shí)用的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。完成這一目標(biāo)的過程稱為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)?！魡纹瑱C(jī)作為一片集成了微型計(jì)算機(jī)基本部件的集成電路芯片，與通用微機(jī)相比，它自身沒有開發(fā)功能，必須借助開發(fā)機(jī)（一種特殊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）來完成如下任務(wù)：

﹡排除應(yīng)用系統(tǒng)的硬件故障和軟件錯(cuò)誤；

﹡程序固化到內(nèi)部或外部程序存儲(chǔ)器芯片中。

6.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)386.2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)傳統(tǒng)開發(fā)方式

◆利用獨(dú)立型仿真器開發(fā)39

SST公司推出的SST89C54和SST89C58芯片分別有20KB和30KB的SuperFLASH存儲(chǔ)器，利用這種存儲(chǔ)器可以進(jìn)行高速讀寫的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程（ISP）和在應(yīng)用編程（IAP）功能。首先在PC機(jī)上完成應(yīng)用程序的編輯、匯編（或編譯）、模擬運(yùn)行，然后實(shí)現(xiàn)目標(biāo)程序的串行下載。6.3單片機(jī)開發(fā)方式的發(fā)展◆在系統(tǒng)編程ISP

ISP（In-SystemProgramming）在系統(tǒng)可編程，指電路板上的空白器件可以編程寫入最終用戶代碼，而不需要從電路板上取下器件，已經(jīng)編程的器件也可以用ISP方式擦除或再編程。ISP技術(shù)是未來發(fā)展方向。40ISP的工作原理

ISP的實(shí)現(xiàn)相對(duì)要簡單一些，一般通用做法是內(nèi)部的存儲(chǔ)器可以由上位機(jī)的軟件通過串口來進(jìn)行改寫。對(duì)于單片機(jī)來講可以通過SPI或其它的串行接口接收上位機(jī)傳來的數(shù)據(jù)并寫入存儲(chǔ)器中。所以即使我們將芯片焊接在電路板上，只要留出和上位機(jī)接口的這個(gè)串口，就可以實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器的改寫，而無須再取下芯片。

ISP的優(yōu)點(diǎn)

ISP技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是不需要編程器就可以進(jìn)行單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)和開發(fā)，單片機(jī)芯片可以直接焊接到電路板上，調(diào)試結(jié)束即成成品，免去了調(diào)試時(shí)由于頻繁地插入取出芯片對(duì)芯片和電路板帶來的不便。41

AVR系列是1997年ATMEL公司挪威設(shè)計(jì)中心的A先生與V先生共同研發(fā)出的精簡指令集(RISC—ReducedInstructionSetComputer)的高速8位單片機(jī)，簡稱AVR。7AVR系列單片機(jī)與PIC系列單片機(jī)7.1AVR系列單片機(jī)

51系列單片機(jī)采用復(fù)雜指令集(CISC)，追求指令完備性。42（4）I/O口功能強(qiáng)、驅(qū)動(dòng)能力大。（5）低功耗。（6）支持程序的在系統(tǒng)編程。（7）程序保密性好。（1）高速、高可靠性、功能強(qiáng)、低功耗和低價(jià)位。（2）采用片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器給用戶的開發(fā)帶來方便。（3）豐富的片內(nèi)外設(shè)。AVR系列單片機(jī)特點(diǎn)如下：43定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、看門狗電路、低電壓檢測(cè)電路BOD，多個(gè)復(fù)位源(自動(dòng)上下電復(fù)位、外部復(fù)位、看門狗復(fù)位、BOD復(fù)位)，可設(shè)置的啟動(dòng)后延時(shí)運(yùn)行程序，增強(qiáng)了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性。多種串口：如通用的異步串行口（UART），面向字節(jié)的高速硬件串行接口TWI（與I2C接口兼容）、SPI。此外還有ADC、PWM等部件。44豐富的片內(nèi)外設(shè)44AVR單片機(jī)系列全，3個(gè)檔次，適于各種不同要求：（1）低檔Tiny系列:Tiny11/12/13/15/26/28等；（2）中檔AT90S系列:AT90S1200/2313/8515/8535等；（3）高檔ATmega系列:

有ATmega8/16/32/64/128（存儲(chǔ)容量為8/16/32/64/128KB）以及ATmega8515/8535等。45AVR系列單片機(jī)常見的型號(hào)：45美國Microchip公司的產(chǎn)品。特性如下：

（1）最大的特點(diǎn)是從實(shí)際出發(fā)，重視性能價(jià)格比，已經(jīng)開發(fā)出多種型號(hào)來滿足應(yīng)用需求。例如，一個(gè)摩托車的點(diǎn)火器需要一個(gè)I/O較少、RAM及程序存儲(chǔ)空間不大、可靠性較高的小型單片機(jī)。7.2PIC系列單片機(jī)

PIC系列從低到高有幾十個(gè)型號(hào)常用的型號(hào)如：PIC12C508單片機(jī)僅有8個(gè)引腳，是世界最小的單片機(jī)；PIC的高檔型，如PIC16C74（尚不是最高檔型號(hào)）有40個(gè)引腳。46（2）精簡指令集使執(zhí)行效率大為提高。（3）優(yōu)越的開發(fā)環(huán)境。51單片機(jī)的開發(fā)系統(tǒng)大都采用高檔型仿真低檔型，實(shí)時(shí)性不理想。PIC推出一款新型號(hào)單片機(jī)的同時(shí)推出相應(yīng)的仿真芯片，所有的開發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實(shí)時(shí)性非常好。（4）其引腳具有防瞬態(tài)能力，（7）設(shè)有休眠和省電工作方式。（5）保密性好（6）片內(nèi)集成了看門狗定時(shí)器47（1）低檔8位單片機(jī)PIC12C5XXX／16C5X系列48PIC單片機(jī)分低檔型、中檔型和高檔型：（2）中檔8位單片機(jī)PIC12C6XX/PIC16CXXX系列。（3）高檔8位單片機(jī)PIC17CXX系列。適合高級(jí)復(fù)雜系統(tǒng)開發(fā)的產(chǎn)品，在中檔位單片機(jī)的基礎(chǔ)上增加了硬件乘法器，指令周期可達(dá)成160ns，它是目前世界上8位單片機(jī)中性價(jià)比最高的機(jī)種，可用于高、中檔產(chǎn)品的開發(fā)，如電機(jī)控制等。48隨著集成電路技術(shù)及電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種體系結(jié)構(gòu)的處理器品種繁多，且都嵌入到系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸和控制功能，各類嵌入式處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，是當(dāng)今電子信息技術(shù)應(yīng)用的一大熱點(diǎn)。8各類嵌入式處理器簡介具有各種不同體系結(jié)構(gòu)的處理器，構(gòu)成了嵌入式處理器家族，是嵌入式系統(tǒng)的核心。全世界嵌入式處理器的品種總量已經(jīng)超過1000多種，按體系結(jié)構(gòu)主要分為如下幾類：嵌入式微控制器（單片機(jī)）、嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器（簡稱DSP）、嵌入式微處理器以及片上系統(tǒng)（SOC）等。491.9.1嵌入式微控制器（單片機(jī)）將用于測(cè)控目的的計(jì)算機(jī)小系統(tǒng)集成到一塊芯片中。一般以某一種微處理器內(nèi)核為核心，片內(nèi)集成ROM/EPROM、RAM、總線及總線控制邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、Flash存儲(chǔ)器等各種必要的功能部件和外設(shè)。一個(gè)系列的單片機(jī)具有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核都是一樣的，不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的配置及封裝。使單片機(jī)與需求相匹配，減少功耗和成本。單片機(jī)最大特點(diǎn)是單片化，價(jià)廉，功耗和成本下降、可靠性提高。是目前嵌入式系統(tǒng)的主流。50501.9.2嵌入式DSP處理器(DSP)DSP（DigitalSignalProcessor)，非常擅長于高速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算（如數(shù)字濾波、FFT、頻譜分析等）。由于硬件結(jié)構(gòu)和指令的特殊設(shè)計(jì)，使其能夠高速完成各種數(shù)字信號(hào)處理算法。1981年，TI公司研制出TMS320系列的首片低成本、高性能DSP處理器芯片，使DSP技術(shù)向前跨出意義重大的一步。上世紀(jì)90年代，由于無線通信、各種網(wǎng)絡(luò)通信、多媒體技術(shù)的普及和應(yīng)用，高清晰度數(shù)字電視的研究，極大地刺激了5151DSP在工程上的推廣應(yīng)用。DSP大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域。推動(dòng)DSP快速發(fā)展的是嵌入式系統(tǒng)的智能化，例如各種帶有智能邏輯的消費(fèi)類產(chǎn)品，生物信息識(shí)別終端，實(shí)時(shí)語音壓解系統(tǒng)、數(shù)字圖像處理等。這類智能化算法一般都是運(yùn)算量較大，特別是向量運(yùn)算、指針線性尋址等較多，而這些正是DSP的長處所在。但在一些實(shí)時(shí)性要求很高的場合，單片DSP的處理能力還是不能滿足要求。因此，又研制出了多總線、多流水線和并行處理的包含多個(gè)DSP處理器的芯片，大大提高了系統(tǒng)的性能。與單片機(jī)相比，DSP的高速運(yùn)算能力和多總線，處理的算法的復(fù)雜度和大的數(shù)據(jù)處理流量是單片機(jī)不可企及的。52DSP的主要廠商有美國TI、ADI、Motorola、Zilog等公司。TI公司位居榜首，占全球DSP市場約60％左右。DSP代表性的產(chǎn)品是TI公司的TMS320系列。TMS320系列處理器包括用于控領(lǐng)域的C2000系列，移動(dòng)通信的C5000系列，以及應(yīng)在通信和數(shù)字圖像處理的C6000系列等。今天，隨著全球信息化和Internet網(wǎng)的普及，多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用，尖端技術(shù)向民用領(lǐng)域迅速的轉(zhuǎn)移，數(shù)字技術(shù)大范圍進(jìn)入消費(fèi)類電子產(chǎn)品，使DSP不斷更新?lián)Q代，性能指標(biāo)不斷提高，價(jià)格不斷下降，已成為新興科技：通信、多媒體系統(tǒng)、消費(fèi)電子、醫(yī)用電子等飛速發(fā)展的推動(dòng)力量，5353力，據(jù)國際著名市場調(diào)查研究公司ForwardConcepts發(fā)布的一份統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)報(bào)告顯示，目前世界DSP產(chǎn)品市場每年正以30％的增幅大幅度增長，是目前最有發(fā)展和應(yīng)用前景的嵌入式處理器之一。1.9.3嵌入式微處理器嵌入式微處理器(EmbeddedMicroProcessorUnit，EMPU)的基礎(chǔ)是通用計(jì)算機(jī)中的CPU。與單片機(jī)相比，單片機(jī)本身（或稍加擴(kuò)展）就是一個(gè)小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可獨(dú)立運(yùn)行，具有完整的功能。而嵌入式微處理器僅僅相當(dāng)于單片機(jī)中的CPU。5454在應(yīng)用設(shè)計(jì)中，將嵌入式微處理器裝配在專門設(shè)計(jì)的電路板上，只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的母板功能，可大幅減小系統(tǒng)體積和功耗。為滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本是一樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強(qiáng)。代表性產(chǎn)品為ARM系列，ARM是AdvancedRISCMachines的縮寫，其中RISC是精簡指令集計(jì)算機(jī)的縮寫。同時(shí)ARM也是設(shè)計(jì)ARM處理器的美國公司的簡稱。ARM家族主要有5個(gè)產(chǎn)品系列：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10和SecurCore。5555下面以ARM7為說明嵌入式微處理器基本性能。嵌入式處理器的地址線為32條，能擴(kuò)展較大的存儲(chǔ)器空間，所以可配置實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)。RTOS是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺(tái)。常用的RTOS為Linux（數(shù)百KB）和VxWorks（數(shù)MB）以及μC-OSⅡ。由于嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)具有高度靈活性，可很容易地對(duì)它進(jìn)行定制或作適當(dāng)開發(fā)，即對(duì)它進(jìn)行“裁減”、“移植”和“編寫”，從而設(shè)計(jì)出用戶所需的應(yīng)用程序，來滿足需要。5656由于能運(yùn)行實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，所以能處理復(fù)雜的系統(tǒng)管理任務(wù)和處理工作。因此，在移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)、媒體手機(jī)、工業(yè)控制和商業(yè)領(lǐng)域（例如，智能工控設(shè)備、ATM機(jī)等）、電子商務(wù)平臺(tái)、信息家電（機(jī)頂盒、數(shù)字電視）、軍事等，已成為繼單片機(jī)、DSP之后的電子信息技術(shù)應(yīng)用的又一大熱點(diǎn)廣義上講，凡是系統(tǒng)中嵌入了“嵌入式處理器”，如單片機(jī)、DSP、嵌入式微處理器，都稱為“嵌入式系統(tǒng)”。也有僅把“嵌入”嵌入式微處理器的系統(tǒng)，稱為“嵌入式系統(tǒng)”。還沒有嚴(yán)格的定義。目前的“嵌入式系統(tǒng)”，多指后者。57571.9.4嵌入式片上系統(tǒng)SOC(SystemOnChip)隨著超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展，一個(gè)硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，即SystemOnChip(SOC)，即片上系統(tǒng)。核心思想是把整個(gè)電子系統(tǒng)全部集成在一個(gè)芯片中。避免大量PCB板設(shè)計(jì)及板級(jí)的調(diào)試工作。設(shè)計(jì)者面對(duì)的不再是電路及芯片，而是根據(jù)系統(tǒng)的固件特性和功能要求，把各種通用處理器內(nèi)核及各種外圍功能部件模塊作為SOC設(shè)計(jì)公司的標(biāo)準(zhǔn)庫，成為VLSI設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)器件，用VHDL等語言描述，存儲(chǔ)在器件庫中。用戶只需定義整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，仿真通過后就可以將設(shè)計(jì)圖交給半導(dǎo)體器件廠商制作樣品。5858除無法集成的器件外，整個(gè)系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去，系統(tǒng)電路板簡潔，對(duì)減小體積和功耗、提高可靠性非常有利。SOC使系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)生革命性變化，標(biāo)志著一個(gè)全新時(shí)代到來。至此，已介紹了嵌入式處理器家族的各成員。由于單片機(jī)體積小、價(jià)格低、很容易嵌入到系統(tǒng)中，應(yīng)用十分廣泛，且易掌握和普及，市場占有率最高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，8051體系結(jié)構(gòu)的單片機(jī)的用量占全部嵌入式處理器總用量的50%以上。因此，8051體系結(jié)構(gòu)的單片機(jī)技術(shù)是首先要掌握的。5959

嵌入式控制器家族單片機(jī)DSPARMSOC51系列PICAVR凌陽MSP430MCS-51兼容60作業(yè)（2012-2-22）P15:5/6/1061補(bǔ)充數(shù)制與編碼的簡單回顧數(shù)制（即計(jì)數(shù)制，亦稱記數(shù)制）是計(jì)數(shù)的規(guī)則。十進(jìn)制是人們?nèi)粘Ｉ钪凶钍煜さ倪M(jìn)位計(jì)數(shù)制。二進(jìn)制是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中采用的進(jìn)位計(jì)數(shù)制。

位號(hào)76543210字節(jié)單字節(jié)表示范圍：0~255

1數(shù)制62雙字節(jié)表示范圍：0~65535

十六進(jìn)制是人們?cè)谟?jì)算機(jī)指令代碼和數(shù)據(jù)的書寫中經(jīng)常使用的數(shù)制。用0，1，……，9和A，B，……，F(xiàn)（或a，b，……，f）這16個(gè)符號(hào)來描述。

位號(hào)1514131211109876543210字632編碼計(jì)算機(jī)中數(shù)以及數(shù)以外的其它信息（如字符或字符串）要用二進(jìn)制代碼來表示。這些二進(jìn)制代碼稱為二進(jìn)制編碼。

2.1字符的二進(jìn)制編碼----ASCII碼

常用字符的ASCII碼

字符ASCII碼字符ASCII碼字符ASCII碼字符ASCII碼030HA41Ha61HSP(空格)20H131HB42Hb62HCR(回車)0DH232HC43Hc63HLF(換行)0AH∶∶∶∶∶∶BEL(響鈴)07H939HZ5AHz7AHBS(退格)08H642.2二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)----BCD碼用二進(jìn)制碼表示十進(jìn)制數(shù)的代碼稱為BCD碼

。十進(jìn)制數(shù)BCD碼十進(jìn)制數(shù)BCD碼00000B50101B10001B60110B20010B70111B30011B81000B40100B91001B8421BCD碼表

用1個(gè)字節(jié)表示2位十進(jìn)制數(shù)的代碼，稱為壓縮的BCD碼。

二進(jìn)制碼在1010B~1111B范圍時(shí)，屬于非法碼。

65部分自然數(shù)的3種進(jìn)制表示

自然數(shù)十進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制自然數(shù)十進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制〇00000B0H九91001B9H一10001B1H十101010BAH二20010B2H十一111011BBH三30011B3H十二121100BCH四40100B4H十三131101BDH五50101B5H十四141110BEH六60110B6H十五151111BFH七70111B7H十六1610000B

10H八81000B8H十七1710001B11H66補(bǔ)充常用數(shù)制和編碼一、二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制1.二進(jìn)制：是“0”和“1”這樣的數(shù)、逢2進(jìn)位。按權(quán)展開時(shí)權(quán)的基數(shù)為2。用后綴字母“B”表示。如：1001=1×23+0×22+0×21+1×20

=9（十進(jìn)制數(shù)）2.十進(jìn)制：是“0”—“9”之間的數(shù)、逢10進(jìn)位。按權(quán)展開時(shí)權(quán)的基數(shù)為10。用后綴字母“D”表示。如：1135=1×103+1×102+3×101+5×1003.十六進(jìn)制：是“0”—“9”，“A,B,C,D,E,F”之間的數(shù)、逢16進(jìn)位。按權(quán)展開時(shí)權(quán)的基數(shù)為16。用后綴字母“H”表示。如：1C5H=1×162+12×161+5×160=453D67二、不同進(jìn)制之間相互轉(zhuǎn)換1、二進(jìn)制、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制：將二、十六進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開相加即為相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。如：1101B=1×23+1×22+0×21+1×20

=13D如：1FH=1×161+15×160

=31D2、十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)：將十進(jìn)制數(shù)除2取余，商為0止余數(shù)倒置。如：11D=1011B3、十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)：將十進(jìn)制數(shù)除16取余，商為0止余數(shù)倒置。如：100D=64H4、二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)：將二進(jìn)制數(shù)以小數(shù)點(diǎn)為界四位一分，不足補(bǔ)0，用一位十六進(jìn)制數(shù)代替四位二進(jìn)制數(shù)。如：1

00111100B=00010011

1100B=13CH5、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)：將十六進(jìn)制數(shù)以小數(shù)點(diǎn)為界，用四位二進(jìn)制數(shù)代替一位十六進(jìn)制數(shù)。如：D4EH=1101

0100

1110B211余數(shù)

2512212100116100余數(shù)

16640668三、原碼、反碼及補(bǔ)碼1、原碼： 一個(gè)二進(jìn)制數(shù)同時(shí)包含符號(hào)