單片機原理及應(yīng)用第一章

單片機原理及應(yīng)用第一章第1頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一第一章緒論第2頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一一、電子計算機概述二、微型計算機的應(yīng)用形態(tài)三、單片機的發(fā)展過程及產(chǎn)品近況四、單片機的特點五、單片機的應(yīng)用領(lǐng)域六、電子產(chǎn)品采用單片機的優(yōu)點第3頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一一、電子計算機概述電子計算機技術(shù)的發(fā)展，相繼經(jīng)歷了五個時代：﹡電子管計算機；﹡晶體管計算機；﹡集成電路計算機；﹡大規(guī)模集成電路計算機；﹡超大規(guī)模集成電路計算機。1、電子計算機的發(fā)展第4頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一1946年2月15日，第一臺電子數(shù)字計算機問世，這標(biāo)志著計算機時代的到來。（CALCULATOR）ENIAC第5頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一

◆ENIAC是電子管計算機，時鐘頻率僅有100KHz，但能在1秒鐘的時間內(nèi)完成5000次加法運算。

◆與現(xiàn)代的計算機相比，有許多不足，但它的問世開創(chuàng)了計算機科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元，對人類的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生了巨大的影響。第6頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一微型計算機系統(tǒng)的組成主要包括五大部分：

運算器

控制器：

此兩部分合稱為CPU

存儲器：RAM及ROM輸入設(shè)備輸出設(shè)備：外部設(shè)備通過I/O接口相連

微型計算機各部分通過三大總線有機連接2、微型計算機的組成第7頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一微型計算機組成結(jié)構(gòu)框圖CPURAMRAMROMI/OI/OI/ODBABCB微處理器、存儲器加上I/O接口電路組成微型計算機。各部分通過地址總線（AB）、數(shù)據(jù)總線（DB）和控制總線（CB）相連。第8頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一3、什么是單片機

單片微型計算機簡稱單片機。即在一片芯片上集成有計算機的CPU、RAM、ROM、定時/計數(shù)器、I/O接口等電路，形成芯片級的計算機。

CPURAM／ROMI/O接口實時控制器件單片機＋＋＋第9頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一二、微型計算機的應(yīng)用形態(tài)從應(yīng)用形態(tài)上，微機可以分成三種：◆多板機（系統(tǒng)機）將CPU、存儲器、I/O接口電路和總線接口等組裝在一塊主機板（即微機主板）。各種適配板卡插在主機板的擴展槽上并與電源、軟/硬盤驅(qū)動器及光驅(qū)等裝在同一機箱內(nèi)，再配上系統(tǒng)軟件，就構(gòu)成了一臺完整的微型計算機系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)機）。工業(yè)PC機也屬于多板機。第10頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一

◆單板機將CPU芯片、存儲器芯片、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)成了一臺單板微型計算機（簡稱單板機）。單板機第11頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一單板機的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算機原理的教學(xué)及簡單的測控系統(tǒng)，現(xiàn)在已很少使用。第12頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一

◆單片機

在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲器、I/O接口電路，從而構(gòu)成了單芯片微型計算機，即單片機。三種應(yīng)用形態(tài)的比較：系統(tǒng)機（多板機）單板機單片機第13頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一

系統(tǒng)機（桌面應(yīng)用）屬于通用計算機，主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理、辦公自動化及輔助設(shè)計。

單片機（嵌入式應(yīng)用）屬于專用計算機，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)。

單片機體積小、價格低、可靠性高，其非凡的嵌入式應(yīng)用形態(tài)對于滿足嵌入式應(yīng)用需求具有獨特的優(yōu)勢。第14頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一三、單片機的發(fā)展過程及產(chǎn)品近況單片機技術(shù)發(fā)展過程可分為三個主要階段：

◆單芯片微機形成階段

1976年，Intel公司推出了MCS-48系列單片機。8位CPU、1K字節(jié)ROM、64字節(jié)RAM、27根I/O線和1個8位定時/計數(shù)器。

特點是：存儲器容量較小，尋址范圍?。ú淮笥?K），無串行接口，指令系統(tǒng)功能不強。

1、單片機的發(fā)展過程第15頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一

◆性能完善提高階段

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

特點是：結(jié)構(gòu)體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點進一步突出?，F(xiàn)在，MCS-51已成為公認(rèn)的單片機經(jīng)典機種。第16頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一

◆微控制器化階段1982年，Intel推出MCS-96系列單片機。芯片內(nèi)集成：16位CPU、8K字節(jié)ROM、232字節(jié)RAM、5個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時/計數(shù)器。尋址范圍64K。片上還有8路10位ADC、1路PWM輸出及高速I/O部件等。

特點是：片內(nèi)面向測控系統(tǒng)外圍電路增強，使單片機可以方便靈活地用于復(fù)雜的自動測控系統(tǒng)及設(shè)備?！拔⒖刂破鳌钡姆Q謂更能反應(yīng)單片機的本質(zhì)。第17頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一2、單片機產(chǎn)品近況◆

51系列單片機產(chǎn)品繁多，主流地位已經(jīng)形成，近年來推出的與51系列兼容的主要產(chǎn)品有：

﹡ATMEL公司融入Flash存儲器技術(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。第18頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一◆非51結(jié)構(gòu)單片機新品不斷推出，給用戶提供了更為廣泛的選擇空間，近年來推出的非51系列的主要產(chǎn)品有：﹡Intel的MCS-96系列16位單片機；﹡Microchip的PIC系列RISC單片機；﹡TI的MSP430F系列16位低功耗單片機。﹡

Motorola的68HCXX系列單片機﹡

Zilog的Z8系列單片機第19頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一四、單片機的特點

1、具有優(yōu)異的性能價格比

2、集成度高、體積小、成本低、可靠性高

3、結(jié)構(gòu)靈活、控制功能強

4、低電壓、低功耗

5、易于產(chǎn)品化

第20頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一五、單片機的應(yīng)用領(lǐng)域

1、在智能儀器儀表中的應(yīng)用

在各類儀器儀表中引入單片機，使儀器儀表數(shù)字化、智能化，多功能化、綜合化方向發(fā)展，提高測試的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價格比。

第21頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一波形顯示萬用表波形顯示萬用表除具備常規(guī)數(shù)字萬用表的所有功能外，還可實現(xiàn)波形存儲及再現(xiàn)。在波形顯示上，采用單片機及高速A/D快速采樣，可以波形顯示/模擬顯示/數(shù)字顯示/圖表記錄方式，四種方式任意轉(zhuǎn)換及顯示。并具備有數(shù)據(jù)/波形存儲功能，可以將測試結(jié)果記錄下來，方便分析及處理。第22頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一函數(shù)信號發(fā)生器邏輯測試儀第23頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一數(shù)字存儲示波器電機溫度測量儀第24頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一數(shù)字邏輯分析儀室內(nèi)空氣檢測儀器第25頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一2、在機電一體化中的應(yīng)用

機電一體化產(chǎn)品是指集機械、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)于一體，具有智能化特征的電子產(chǎn)品。如機器人、數(shù)控機床等。單片機在機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產(chǎn)品如機器人、數(shù)控機床、自動包裝機等。

第26頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一數(shù)控車床數(shù)控車床控制系統(tǒng)第27頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一機器人工業(yè)機器人第28頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一智能玩具與機器人第29頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一工業(yè)焊接機器人第30頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一

3、在實時過程控制中的應(yīng)用

用單片機對過程控制中的電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)實時進行數(shù)據(jù)采集、處理和控制，使系統(tǒng)保持最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。如工業(yè)過程控制、過程監(jiān)測、即時數(shù)據(jù)采集處理等。典型應(yīng)用如電機轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動生產(chǎn)線等。第31頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一壓力、溫度檢測與控制第32頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一工業(yè)生產(chǎn)流水線第33頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一工業(yè)生產(chǎn)流水線第34頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一工業(yè)生產(chǎn)流水線第35頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一工業(yè)生產(chǎn)流水線第36頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一

4、在人類生活中的應(yīng)用

目前國內(nèi)外各種家用電器已普通采用單片機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制電路。例如洗衣機、電冰箱、空調(diào)、微波爐、電飯煲、收音機、電視機、音箱、電風(fēng)扇及許多高級電子玩具都配上了單片機，從而提高了自動化程度，增強了功能。第37頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一家用電器第38頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一家用電子產(chǎn)品第39頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一

5、在其它方面的應(yīng)用

單片機除以上各方面的應(yīng)用，它還廣泛應(yīng)用于軍事國防領(lǐng)域、辦公自動化領(lǐng)域、商業(yè)營銷領(lǐng)域、汽車及通信、航空航天、計算機外部設(shè)備、模糊控制、醫(yī)療設(shè)備等各領(lǐng)域中。第40頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一軍事國防領(lǐng)域第41頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一航天領(lǐng)域第42頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一辦公自動化領(lǐng)域第43頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一汽車電子第44頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一醫(yī)療器械領(lǐng)域第45頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一六、電子產(chǎn)品采用單片機的優(yōu)點

1、硬件通用化，應(yīng)用靈活化。

2、具有記憶、計算和查表能力。

3、適于實時檢測和控制。

4、體積小、總量輕、功能強、價格便宜、抗干擾能力強。

5、產(chǎn)品開發(fā)周期短、開發(fā)效率高。

第46頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一學(xué)生作品