單片機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目化教程 教案 1-1認(rèn)識(shí)單片機(jī) - 什么是單片機(jī)

單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程知識(shí)導(dǎo)學(xué)“芯”的開始--什么是單片機(jī)

“芯”的開始--什么是單片機(jī)目前，單片機(jī)已滲透到我們的生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡，它“如影隨形”是我們身邊“最熟悉的陌生人”。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具，電子寵物等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，認(rèn)識(shí)單片機(jī)、學(xué)習(xí)單片機(jī)、掌握單片機(jī)的開發(fā)與應(yīng)用是電子信息過程、自動(dòng)控制等專業(yè)領(lǐng)域工程技術(shù)人員必備的知識(shí)。什么是計(jì)算機(jī)？計(jì)算機(jī)（computer）是一種用于高速計(jì)算的電子計(jì)算機(jī)器，可以進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，又可進(jìn)行邏輯計(jì)算，還具有記憶功能，是能夠按照程序運(yùn)行，自動(dòng)、高速處理海量數(shù)據(jù)的現(xiàn)代智能電子設(shè)備。計(jì)算機(jī)有硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)是借助電、磁、光、機(jī)械等原理構(gòu)成的各種物理部件的有機(jī)組合，是計(jì)算機(jī)賴以工作的實(shí)體；軟件系統(tǒng)是各種程序和文件，用于指揮全系統(tǒng)按指定的要求進(jìn)行工作。計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)缺一不可。計(jì)算機(jī)發(fā)展：隨著電子技術(shù)、控制理論是發(fā)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)向兩個(gè)方向發(fā)展，即:一方面想著高速度、通用化、大型化發(fā)展。例如我國(guó)研制的銀河系統(tǒng)巨型機(jī)。另一方面想著微型化、專業(yè)化方向發(fā)展。例如日常使用的個(gè)人計(jì)算機(jī)、單片機(jī)。計(jì)算機(jī)分類：1、按照信息和數(shù)據(jù)的處理方式可分為數(shù)字計(jì)算機(jī)和模擬計(jì)算機(jī)。數(shù)字計(jì)算機(jī)：是用不連續(xù)的數(shù)字量，即“0”和“1”來表示各種信息，基本運(yùn)算部件是數(shù)字邏輯電路。數(shù)字計(jì)算機(jī)的精度高、存儲(chǔ)量大、通用性強(qiáng)，能夠勝任科學(xué)計(jì)算、信息處理、實(shí)時(shí)控制、智能模擬等方面的工作。模擬計(jì)算機(jī)：是用連續(xù)變化的模擬量，即電壓表示信息，基本運(yùn)算部件是放大器構(gòu)成的微分器、積分器等運(yùn)算電路。模擬電子計(jì)算機(jī)解題速度快、但精度不高、信息不易存儲(chǔ)、通用性差。模擬混合計(jì)算機(jī)：是綜合數(shù)字模擬兩種計(jì)算機(jī)的長(zhǎng)處設(shè)計(jì)，既處理數(shù)字量，又處理模擬量。結(jié)構(gòu)復(fù)雜。2、按照規(guī)模和處理能力可分為:巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微型機(jī)。其中微型機(jī)發(fā)展最快。3、按照應(yīng)用領(lǐng)域可分為專用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)兩類。微型計(jì)算機(jī)組成及工作原理計(jì)算機(jī)歷經(jīng)電子管數(shù)字機(jī)（1958-1964）。集成電路數(shù)字機(jī)（1964-1970）和大規(guī)模集成電路機(jī)（1970-今）四代的發(fā)展。1971年美國(guó)硅谷誕生了第一臺(tái)微處理器芯片，開創(chuàng)了微型計(jì)算機(jī)時(shí)代，成為了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的重要分支之一。微型計(jì)算機(jī)不但具有計(jì)算速度快、精確、程序控制等特點(diǎn)，而且體積小、功耗低、價(jià)格便宜。被廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)、生活中。1、硬件系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)通常由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口和外圍設(shè)備等組成。運(yùn)算器和控制器夠成中央處理單元（CPU），是整個(gè)微機(jī)的核心。存儲(chǔ)器分為程序存儲(chǔ)器（ROM）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），是用來存放程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間。輸出輸入接口（I/O）是連接外圍設(shè)備的通道和橋梁。外圍設(shè)備是微型機(jī)采集數(shù)據(jù)和被控制的對(duì)象。微型計(jì)算機(jī)通過內(nèi)部總線將CPU、存儲(chǔ)器、I/O口和外設(shè)連接在一起，形成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。2、軟件系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)所使用的各種程序的總稱，稱為軟件系統(tǒng)。通常分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。①系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是指控制和協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)及外設(shè)，支持應(yīng)用如何開發(fā)和運(yùn)行的系統(tǒng)。是無(wú)需用戶干預(yù)的各種程序的集合。例如：Windows7軟件。系統(tǒng)軟件主要功能是調(diào)度計(jì)算機(jī)、監(jiān)督和維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各種獨(dú)立硬件，使它們可以協(xié)調(diào)工作。系統(tǒng)軟件主要分為：操作系統(tǒng)（OS）；程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言）；語(yǔ)言處理程序（匯編和編譯）；數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序以及系統(tǒng)輔助處理程序等。②應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是用戶可使用的各種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，以及各種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫的應(yīng)用程序集合。3、微型計(jì)算機(jī)的工作原理1946年，美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮?諾依曼提出“存儲(chǔ)程序和程序控制”的計(jì)算機(jī)基本工作原理。稱為“存儲(chǔ)程序控制”原理。時(shí)至今日，盡管計(jì)算機(jī)軟、硬技術(shù)的飛速發(fā)展，但計(jì)算機(jī)本身的體系結(jié)構(gòu)并沒有明顯的突破，當(dāng)今的計(jì)算機(jī)仍屬于馮?諾依曼架構(gòu)。該原理的主要內(nèi)容是:①計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備由運(yùn)算器（ALU）、控制器（CPU）、存儲(chǔ)器（ROM+RAM）、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五部分組成；②采用二進(jìn)制形式表示各種指令及數(shù)據(jù)；③存儲(chǔ)程序思想：把計(jì)算過程描述為由許多命令按照一定順序組成的程序，并預(yù)先存放在存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)在工作的時(shí)候能夠高速地從存儲(chǔ)器中取出指令，并加以執(zhí)行；最后將結(jié)果輸出。微型計(jì)算機(jī)的工作過程：1、將程序和數(shù)據(jù)通過輸入設(shè)備送入存儲(chǔ)器（ROM）；2、計(jì)算機(jī)啟動(dòng)后（上電），自動(dòng)從存儲(chǔ)器中取出程序指令（或數(shù)據(jù)）送到控制器去識(shí)別，分析該指令要做事的內(nèi)容；3、控制器根據(jù)指令的含義發(fā)出相應(yīng)的命令，將存儲(chǔ)單元中存放的操作數(shù)取出送往運(yùn)算器進(jìn)行運(yùn)算，再把運(yùn)算結(jié)果反送回存儲(chǔ)器指定的單元中；4、當(dāng)運(yùn)算任務(wù)完成后，就可以根據(jù)指令將結(jié)果通過輸出設(shè)備輸出。單片微型計(jì)算機(jī)（Microcontrouers）1、定義：?jiǎn)纹⑿陀?jì)算機(jī)（Single-ChipMicrocomputer），又稱單片機(jī)或者微控制器（MCU）是將微型計(jì)算機(jī)的基本部分微型化的集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、存儲(chǔ)器（ROM+RAM），多種輸入輸出接口（I/O）以及中斷系統(tǒng)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、A/D轉(zhuǎn)換等外圍電路集成到一塊硅片上構(gòu)成一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由于單片機(jī)的重要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橹悄芑娮赢a(chǎn)品，一般需要將其嵌入儀器設(shè)備內(nèi)，故單片機(jī)單片機(jī)又稱為嵌入式微控制器（EembeddedMicrontroller）。單片機(jī)特別適合控制領(lǐng)域，故又稱微控制器（MicroControlUnit）。中文“單片機(jī)”的稱呼是由英文名稱“Single-ChipMicrocomputer”直接翻譯過來的。單片機(jī)只要合適當(dāng)?shù)能浖巴庠O(shè)相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。2、特點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)在軟件的控制下，能夠準(zhǔn)確、迅速、高效的完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。同時(shí)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、成本低、運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高，易實(shí)現(xiàn)模塊化、低電壓、低功耗等特色。單片機(jī)主要特點(diǎn)如下：高集成度，體積小，到可靠性單片機(jī)將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機(jī)程序指令、常數(shù)及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故可靠性高?？刂颇芰?qiáng)為了滿足對(duì)對(duì)象的控制要求，單片機(jī)的指令系統(tǒng)具有極豐富的條件分支轉(zhuǎn)移能力，I/O口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品單片機(jī)廣泛適用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機(jī)內(nèi)的工作電壓僅為1.8V~3.6,而工作電流僅為數(shù)百微安。(4)

易擴(kuò)展

片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

(5)

優(yōu)異的