單片機原理接口及應(yīng)用

單片機原理接口及應(yīng)用第一頁，共十八頁，2022年，8月28日緒論★計算機的新分類★

嵌入式系統(tǒng)★

單片機?單片機的應(yīng)用?單片機的發(fā)展趨勢?MCS-51系列單片機類型第二頁，共十八頁，2022年，8月28日一、計算機的新分類

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長期以來人們按照計算機的體系結(jié)構(gòu)、運算速度、結(jié)構(gòu)規(guī)模、適用領(lǐng)域，將其分為

大型計算機、中型機、小型機和微型計算機?！?/p>

隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，計算機技術(shù)和產(chǎn)品對其它行業(yè)的廣泛滲透，人們以應(yīng)用為中心、按計算機的嵌入式應(yīng)用和非嵌入式應(yīng)用進(jìn)行新的分類,將其分為

嵌入式計算機和通用計算機。

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通用計算機具有計算機的標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)，通過裝配不同的應(yīng)用軟件，以類同面目出現(xiàn)，并應(yīng)用在社會的各個方面，其典型產(chǎn)品為PC機；

嵌入式計算機則是以嵌入式系統(tǒng)的形式隱藏在各種裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)中。

第三頁，共十八頁，2022年，8月28日什么是嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、針對具體應(yīng)用系統(tǒng)、對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式計算機在應(yīng)用數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了各種通用計算機，一臺通用計算機的外部設(shè)備中就包含了5-10個嵌入式微處理器，鍵盤、鼠標(biāo)、軟驅(qū)、硬盤、顯示卡、顯示器、網(wǎng)卡、Modem、聲卡、打印機、掃描儀、數(shù)字相機、USB集線器等均是由嵌入式處理器控制的。在制造工業(yè)、過程控制、通訊、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、家電產(chǎn)品等方面無不是嵌入式計算機的應(yīng)用領(lǐng)域。第四頁，共十八頁，2022年，8月28日二、嵌入式系統(tǒng)1.嵌入式系統(tǒng)的種類

嵌入式系統(tǒng)的核心部件有以下三類：

（1）嵌入式微處理器（EmbeddedMicroprocessorUnit,EMPU）：

功能同標(biāo)準(zhǔn)的CPU，但在工作溫度、電磁干擾、可靠性等方面做了各種增強。

（2）嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit,MCU又稱單片機）。

（3）嵌入式DSP處理器（EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP）：DSP處理器對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計，使其適合于執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。

第五頁，共十八頁，2022年，8月28日

2.嵌入式系統(tǒng)的特點

(1)產(chǎn)品穩(wěn)定性

不象PC機那樣更新?lián)Q代很快，51單片機問世20多年，至今方興未艾。

(2)不可壟斷性

PC機壟斷全世界，Windows壟斷全世界,而單片機沒有一個能壟斷全世界，各種單片機各有自己的市場。

(3)產(chǎn)品的多樣性、分散性、創(chuàng)新性

(4)軟件特性：不是以磁盤的形式存儲，而是固化在芯片中

(5)嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)需要開發(fā)工具

嵌入式系統(tǒng)自身無開發(fā)能力，需借助開發(fā)工具，如編程器、仿真器。第六頁，共十八頁，2022年，8月28日

全稱單片微型計算機(SingleChipMicrocomputer)

又稱微控制器MCU(MicroControllerUnit),是將計算機的基本部分微型化,使之集成在一塊芯片上的微機。片內(nèi)含有CPU、ROM、RAM、并行I/0、串行I/O、定時器/計數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線等，它本身就是一個嵌入式系統(tǒng)，同時它也可作更大的嵌入式系統(tǒng)的核心。單片機的特點是小而全，即體積小、功能全、功耗低、、性能價格比高。三、單片機

第七頁，共十八頁，2022年，8月28日1.單片機的應(yīng)用

由于單片機小而全，易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點，在自動化裝置，智能化儀器儀表和家用電器等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。下面僅列舉一些典型的應(yīng)用領(lǐng)域。

（1）工業(yè)控制

數(shù)控機床，電機控制，工業(yè)機器人，自動控制等

（2）儀器儀表智能儀器，醫(yī)療器械，數(shù)字示波器等。

（3）電信技術(shù)

調(diào)制解調(diào)器，聲像處理，數(shù)字濾波，通信設(shè)備等。（4）辦公自動化和計算機外部設(shè)備傳真機，復(fù)印機，打印機，繪圖儀，掃描儀等第八頁，共十八頁，2022年，8月28日

（5）汽車與節(jié)能點火控制，變速控制，防滑車控制，排氣控制，計費器，交通控制等。（6）導(dǎo)彈導(dǎo)彈控制，魚雷制導(dǎo)，智能武器裝置，航天導(dǎo)彈系統(tǒng)等。（7）商用產(chǎn)品電子收款機，電子秤，銀行統(tǒng)計機等。

（8）家用電器微波爐，電視機，錄像機，音響設(shè)備，游戲機等以上可見它無處不有、無時不在，像個萬能的螺絲釘。第九頁，共十八頁，2022年，8月28日2.單片機的發(fā)展趨勢（1）單片機的字長由4位、8位、16位發(fā)展到32位。

這幾種字長的MCU目前同時存在于市場，由于單片機主要用于控制，目前8位的MCU仍然占主流地位，只有在精度要求特別高的場合如圖像處理等，才采用16位的MCU,用戶可以根據(jù)產(chǎn)品的需要進(jìn)行選擇。（2）運行速度不斷提高。單片機的使用最高頻率由6MHz、12MHz、24MHz、33MHz、發(fā)展到40MHz。（3）單片機內(nèi)的存儲容量越來越大。由1KB、2KB、4KB、8KB、16KB、32KB、發(fā)展到64KB等。第十頁，共十八頁，2022年，8月28日（4）ROM存儲器的編程也越來越方便

有ROM型（掩模型）、OTP型（一次性編程）、EPROM（紫外線擦除編程）、EEPROM（電擦除編程）及FLASH（閃速編程）。編程（燒錄）方式也越來越方便，目前有脫機編程、在系統(tǒng)編程（ISP）、在應(yīng)用編程（IAP）。各類產(chǎn)品并存，可供用戶選擇。（5）I/O端口多功能化

單片機內(nèi)除集成有并行接口、串行接口外，還集成有A/D、D/A、LED/LCD顯示驅(qū)動、DMA控制、PWM（脈寬調(diào)制輸出）、PLC（鎖相環(huán)控制）、PCA(邏輯陣列）WDT（看門狗）等。

第十一頁，共十八頁，2022年，8月28日（6）功耗越來越低采用CHMOS制作工藝使單片機集HMOS的高速、高集成度和CMOS的低功耗技術(shù)為一體，使單片機的功耗進(jìn)一步降低，適應(yīng)的電壓范圍更寬（2.6~6V）。（7）結(jié)合專用集成電路ASIC、精簡指令集和RISC技術(shù)，使單片機發(fā)展成為嵌入式的處理器，深入到數(shù)字信號處理、圖象處理、人工智能、機器人等領(lǐng)域。第十二頁，共十八頁，2022年，8月28日

以上單片機各種發(fā)展系列并非一代淘汰一代，用戶根據(jù)產(chǎn)品要求、性價比等情況選擇。

目前市面上較有影響的單片機廠家有：INTEL：MCS-51、MCS-96系列。MOTOROLA：68HCXX系列。MICROCHIP：16C5X/6X/7X/8X系列。ZILOG：Z86EXXXPSC系列。TEXAS：MSP430FXX系列。

第十三頁，共十八頁，2022年，8月28日

各廠家單片機的指令系統(tǒng)各不相同，功能各有所長，其中市場占有最高的是MCS-51系列，因為世界上很多知名的IC生產(chǎn)廠家都生產(chǎn)51兼容的芯片。目前為止，MCS-51單片機已有數(shù)百個品種，還在不斷推出功能更強的新產(chǎn)品。近年來PHILIPS公司又推出了指令和MCS-51兼容的16位單片機，這樣保證了MCS-51單片機的先進(jìn)性，同時，很多專用芯片以它作為控制核心，可以預(yù)言，幾十年內(nèi)不會淘汰。因此，MCS-51單片機成為教學(xué)的首選機型。第十四頁，共十八頁，2022年，8月28日3.MCS-51系列單片機類型

MCS-51系列單片機品種很多，如果按照存儲器ROM配置狀態(tài),可劃分為：片內(nèi)無EPROM型，如80(C)3X;片內(nèi)EPROM,如87(C)5X；片內(nèi)FLASHEEPROM型，如89C5X;片內(nèi)EEPROMISP型(可在系統(tǒng)編程）如89S5X。第十五頁，共十八頁，2022年，8月28日

如果按照其功能，則可劃分以下一些類型:(1)基本型

基本型有8031、8051、8751、89C51/S51等。

基本型的代表產(chǎn)品是8051，其基本特性如下：

①一個8位CPU和指令系統(tǒng)。

②128字節(jié)的片內(nèi)RAM。

③21個特殊功能寄存器。

④32線并行I/O口。

⑤2個16位定時/計數(shù)器。

⑥一個全雙工串行口。

⑦5個中斷源、2個中斷優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu).

第十六頁，共十八頁，2022年，8月28日⑧4KB片內(nèi)ROM。⑨一個片內(nèi)時鐘振蕩器和時鐘電路.⑩片外可擴展64KBROM和64KBRAM.

由此可見,它本身就是一個功能相當(dāng)強的8位微型機.

(2)增強型有8052AH、8032AH、8752BH,此類型單片機的內(nèi)ROM和RAM容量比基本型的增大一倍,同時把16位計數(shù)增為3個.87C54內(nèi)部ROM增加到16KB,87C58增加到32KB.第十七頁，共十八頁，2022年，8月28日