单片机原理及应用单片机与嵌入式系统学习课件PPT.ppt

西安理工大学课堂教学讲稿 课程介绍及要求 单片机与嵌入式系统 主 讲：梁德胜 联系方式： 办公地点：教五楼 408室 *1 西安理工大学课堂教学讲稿 课程介绍及要求 课程性质及作用 单片机与嵌入式系统是一门专业技术课，其内 容具有很强的实践性； 通过本课程学习，要求学生掌握单片机的基本 原理，熟悉其基本结构，掌握单片机与外设的接 口技术和典型接口线路； （why？） 通过本课程学习，要求学生掌握单片机汇编语 言程序设计和调试的基本方法，并能结合硬件电 路功能要求编制简单程序； 通过单片机软、硬件学习，为将来从事相关工 作打下良好基础。 *2 西安理工大学课堂教学讲稿 课程介绍及要求 1、mcs-51系列单片机系统及应用，蔡美琴等，高 等教育出版社； 2、 mcs-51系列单片微型计算机机及应用，孙育才 ，东南大学出版社； 3、单片机原理及接口技术，李朝青，北京航空航 天大学出版社。 4、单片机原理及接口技术，余锡存等，西安电子 科技大学出版社。 5、单片机原理及接口技术，李全利，高等教育出 版社； 参考书目参考书目 *3 西安理工大学课堂教学讲稿 课程介绍及要求 一、学时分配： 总学时：32；授课：26；实验：6。 二、成绩评定： 考试成绩占70%；实验成绩占15%；平时成绩占15% 。 *4 西安理工大学课堂教学讲稿 绪论 第1章 绪 论 date5 西安理工大学课堂教学讲稿 绪论 嵌入式系统的定义 根据ieee的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者 辅助装置、机器和设备运行的装置” （devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。 目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心 、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用 系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的 专用计算机系统。 date6 西安理工大学课堂教学讲稿 绪论 嵌入式系统的构架可以分成四个部分：处理器 、存储器、输入输出（i/o）和软件（由于多数嵌入 式设备的应用软件和操作系统都是紧密结合的，在这 里我们对其不加区分，这也是嵌入式系统和windows 系统的最大区别）。 date7 西安理工大学课堂教学讲稿 绪论 嵌入式系统的特点 系统内核小。 专用性强。 系统精简。 高实时性的系统软件(os)是嵌入式软件的基 本要求。 嵌入式软件开发要想走向标准化，就必须使 用多任务的操作系统。 嵌入式系统开发需要开发工具和环境。 date8 西安理工大学课堂教学讲稿 绪论 n单片机是将组成微型计算机所必须的部件（中央处理器cpu 、程序存贮器（rom)、数据存贮器（ram)、输入/输出（ i/o)接口、定时/计数器、串行口、系统总线等）集成在一 个超大规模集成电路芯片上。 单片机主要用于控制系统中，所以又称微控制器（ microcontroller unitmcu）。 1.1 单片机简介 date9 西安理工大学课堂教学讲稿 绪论 1.2 单单片机的发发展过过程及产产品近况 1.2.1 单单片机的发发展过过程 自1971年intel公司推出4位微处处理器intel4004 以来，单单片机技术发术发 展过过程可分为为三个主要阶阶段： （1）单单芯片微机形成阶阶段 1976年，intel公司推出了mcs-48系列单单片机 。 8位cpu、1k字节节rom、64字节节ram、27根 i/o线线和1个8位定时时/计计数器。 特点是：存储储器容量较较小，寻寻址范围围小（不 大于 4k），无串行接口，指令系统统功能不强。 date10 西安理工大学课堂教学讲稿 绪论 （2）性能完善提高阶段 1980年，intel公司推出了mcs-51系列单 片机： 8位cpu、4k字节rom、128字节ram、 4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/ 计数器。寻址范围64k，并有控制功能较强的布尔 处理器。 特点是：结构体系完善，性能已大大提高 ，面向控制的特点进一步突出。现在，mcs-51已 成为公认的单片机经典机种 。 date11 西安理工大学课堂教学讲稿 绪论 （3）微控制器化阶段 1982年，intel推出mcs-96系列单片机。 芯片内集成：16位cpu、8k字节rom、232字 节ram、5个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定 时/计数器。寻址范围64k。 特点是：片内面向测控系统外围电路增强，使单 片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。 “微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。 当然，进入90年代，它又有了飞速的发展，表 现为功能增强，集成度提高，功耗降低(msp430系列) 。 date12 西安理工大学课堂教学讲稿 绪论 1.3 单单片机的特点及应应用领领 域 1.3.1 单单片机的特点 （1）控制性能和可靠性高 实时实时 控制功能特别别强，其cpu可以对对i/o 端口直接进进行操作，位操作能力更是其它计计算 机无法比拟拟的。另外，由于cpu、存储储器及i/o 接口集成在同一芯片内，各部件间间的连连接紧紧 凑，数据在传传送时时受干扰扰的影响较较小，且不 易受环环境条件的影响，所以单单片机的可靠性非 常高。 date13 西安理工大学课堂教学讲稿 绪论 （2）体积小、价格低、易于产品化 单片机芯片即是一台完整的微型计算机， 对于批量大的专用场合，一方面可以在众多的 单片机品种间进行匹配选择，同时还可以专门 进行芯片设计，使芯片的功能与应用具有良好 的对应关系。在单片机产品的引脚封装方面， 有的单片机引脚已减少到8个或更少，从而使应 用系统的印制板减小、接插件减少、安装简单 方便。具有控制性能和可靠性高、良好的性能 价格比。这是单片机得以广泛应用的重要原因 。 date14 西安理工大学课堂教学讲稿 绪论 1.3.2 单单片机的应应用领领域 （1）智能仪仪器仪仪表 单单片机用于各种仪仪器仪仪表，一方面 提高了仪仪器仪仪表的使用功能和精度，使仪仪 器仪仪表智能化，同时还简时还简 化了仪仪器仪仪表的 硬件结结构，从而可以方便地完成仪仪器仪仪表 产产品的升级换级换 代。如各种智能电电气测测量仪仪 表、智能传传感器等。 date15 西安理工大学课堂教学讲稿 绪论 （2）机电一体化产品 机电一体化产品是集机械技术、微 电子技术、自动化技术和计算机技术于一 体，具有智能化特征的各种机电产品。单 片机在机电一体化产品的开发中可以发挥 巨大的作用。典型产品如机器人、数控机 床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打 印机、传真机、复印机等。 数控车床 date16 西安理工大学课堂教学讲稿 绪论 （3）实时工业控制 单片机还可以用于各种物理量的采集与控制 。电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采 集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系 统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控 对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的 控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应 用如电机转速控制、温度控制、自动生产线等 。 date17 西安理工大学课堂教学讲稿 绪论 （4）分布式系统的前端模块 在较复杂的工业系统中，经常要采用分布 式测控系统完成大量的分布参数的采集。在这类系 统中，采用单片机作为分布式系统的前端采集模块 ，系统具有运行可靠，数据采集方便灵活，成本低 廉等一系列优点。 date18 西安理工大学课堂教学讲稿 绪论 （5）家用电器 家用电器是单片机的又一重要应用领域， 前景十分广阔。如空调器、电冰箱、洗衣机、电 饭煲、高档玩具等。 另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、 航天器等均有单片机的广泛应用。如汽车自动驾 驶系统、航天测控系统、黑匣子等 。 date19 西安理工大学课堂教学讲稿 绪论 1.4 单片机的发展趋势 1、低功耗cmos化 mcs-51系列的8031推出时的功耗达630mw ，而现在的单片机普遍都在100mw左右，随着 对单片机功耗的要求越来越高，现在的各个单片 机制造商基本都采用了cmos (互补金属氧化物 半导体工艺)。 date20 西安理工大学课堂教学讲稿 绪论 2、微型单片化 现在常规的单片机普遍都是将中央处理器 (cpu)、随机存取数据存储(ram)、只读程序存 储器(rom)、并行和串行通信接口，中断系统、 定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上， 增强型的单片机集成了如a/d转换器、pmw(脉 宽调制电路)、wdt(看门狗)、有些单片机（如 msp430f44x）将lcd(液晶)驱动电路都集成在 单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更 多，功能就越强大。 date21 西安理工大学课堂教学讲稿 绪论 3、主流与多品种共存 现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80c51 为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有 philips公司的产品，atmel公司的产品和中国台湾的 winbond系列单片机。所以80c51为核心的单片机占据了半 壁江山。 而microchip公司的pic精简指令集(risc)也有着强劲的 发展势头，中国台湾的holtek公司近年的单片机产量与日