《微型计算机基础》PPT课件.ppt

单片机与嵌入式系统,主讲教师：师硕E-mail:shishuoshsh9909河北工业大学计算机科学与软件学院,计算机的发展,电子管计算机（1946-1956）晶体管计算机（1957-1964）中小规模集成电路计算机（1965-1970）超大规模集成电路计算机（1971-今）第五代人工神经网络计算机第六代生物计算机,电子计算机按其性能分类：,大型计算机中型计算机小型计算机微型计算机,什么是微型计算机？什么时候出现的呢？,微型计算机是第四代计算机的一个重要分支，1971年出现,微型计算机的分类,常见的分类方法有以下4种：按字长分：8位机，16位机，32位机和64位机等。按用途分：工业过程控制机与数据处理机等。按芯片型号分：286机，386机，486机与Pentium机等。按组装形式分：单片机、单板机、多板微型计算机等。,单片机,单片机：如果将构成微型计算机的各功能部件（CPU，RAM，ROM及I/O接口电路）集成在同一块大规模集成电路芯片上，一个芯片就是一台微型机，则该微型机就称为单片微型计算机，简称单片机。,单板机：如果将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片及简单的输入、输出设备（如小键盘、数码显示器LED（发光二极管）装配在同一块印刷电路板上，这块印刷电路板就是一台完整的微型机，称为单板微型计算机，简称单板机。多板微型计算机：也称系统机，把微处理器芯片、存储器芯片、各种I/O接口芯片和驱动电路、电源等装配在不同的印刷电路板上，各印刷电路板插在主机箱内标准的总线插槽上，通过系统总线相互连接起来，就构成了一个多插件板的微型计算机。,单片微型计算机（SCMC）SingleClipMicrocomputer,将中央处理器、随机存储器、只读存贮器、中断系统、定时器/计时器以及I/O接口电路等主要微型机部件集成在一块芯片上。,单片机又可称之为微控制器（MCU）MicroControllerUnit,单片计算机分类,通用单片机：是一个基本芯片，内部资源比较丰富，性能全面且通用性强，覆盖多种应用需求。,专用单片机：针对某一种产品，或是某一种控制应用而专门设计的。设计时已经使系统结构最简；软硬件资源利用最优；可靠性以及经济成本最佳。,本课程介绍的MCS-51系列单片机是一种通用单片机，其结构和原理对所有单片机都是适用的。,微型计算机的两大分支,微处理器(MPU)着重于信息处理计算机微控制器(MCU)着重于控制单片机,微机组成结构的两大类型,冯.诺依曼型,哈佛型,例：PC机,例：MCS-51单片机,1.4单片微型计算机的发展及应用1.4.1单片机的发展历史1.4.2单片机的发展趋势1.4.3单片机的典型产品1.4.4单片机的应用,1974年12月，美国仙童（Fairchild）公司推出了世界上第一台8位单片机F8。单片机的发展过程分为以下几个发展阶段。第一代单片机（19741976年）单片机发展的起步阶段。集成度也较低，并且采用了双片形式。代表产品有Fairchild公司的F8和Mostek公司的3870等。第二代单片机（19761978年）这是单片机的发展阶段。最典型的产品有Intel公司的MCS-48系列单片机。第三代单片机（1979一1982年）这是8位单片机的成熟阶段。代表产品有Intel公司的MCS-51系列机、Motorola公司的MC6801系列机、Zilog公司的Z8系列机等。第四代单片机（1983年以后）1983年以后是16位单片机和8位高性能单片机并行发展的时代。,1.4.1单片机的发展历史,目前，单片机正朝着高速度、高性能和多品种方向发展，单片机的发展趋势具体体现在以下四个方面：1CPU功能增强2内部资源增多3引脚的多功能化4低电压和低功耗,1.4.2单片机的发展趋势,1.4.3单片机的典型产品,1八位低档系列机MCS-48系列是Intel公司1976年后推出的八位系列机单片机2八位高档系列机MCS-51系列单片机是Intel公司1980年以后推出的8位高档机3十六位单片机系列Intel公司从1984年开始推出高性能的十六位MCS-96系列单片机,单片机具有集成度高、结构简单、可靠性高、控制功能强、应用灵活方便和价格低等优点，因此广泛应用于国民经济的各个领域。单片机的应用提高了机电设备的技术水平和自动化程度，对各行各业的技术改造和产品更新换代起到了重要的推动作用。1单片机特别适用于机、电、仪一体的智能产品（1）单片机在日常生活中的应用（2）单片机在数据处理方面的应用（3）单片机在智能化的仪器仪表中应用2单片机在工业控制中的应用3单片机在通讯方面的应用,1.4.4单片机的应用,单片机成功地应用于玩具、游戏机、无绳电话、充电器、按摩器、IC卡电话、IC卡水表、IC卡煤气表、IC卡电度表、流量温控仪表、家庭自动化、电子锁、电子秤、步进电机、防盗报警、电子日历时钟等这些日常生活的产品中。图形终端、彩色黑白复印机、软盘及硬盘驱动器、磁带机、打印机的内部都采用单片机进行控制。在各类仪器仪表中（包括医疗器械、色谱仪、温度、湿度、流量、流速、电压、频率、功率、厚度、角度、长度、硬度、元素测定等）引人单片机，使仪器仪表数字化、智能化、微型化，功能大大提高。,嵌入式系统简介,计算机系统的三大领域服务器市场功能强利润最大的市场可用性强可扩展性桌面市场最广阔的市场嵌入式市场潜力最大的市场,嵌入式系统简介,以往计算机分类：大型计算机、中型机、小型机和微计算机目前计算机分类：超级计算机，大型计算机、工作站、微计算机、亚微计算机亚微计算机(嵌入式计算机)是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中,嵌入式系统定义,一般定义以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪,应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境有特殊要求的专用计算机系统。是将应用程序、操作系统和计算机硬件集成在一起的系统（技术角度）嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。（系统角度）术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统（被称之为嵌入的系统）的一个完整子系统。嵌入式的系统可以包含多个嵌入式系统。广义定义任何一个非计算机的计算系统,嵌入式系统定义,IEEE定义原文为:devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）。嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作的机器、设备或装置”通常执行特定功能嵌入式系统的核心-嵌入式微处理器严格的时序和稳定性要求全自动操作循环,嵌入式系统定义,微机学会定义嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系统。可分为系统级、板级、片级系统级：各种类型的工控机、PC104模块板级：各种类型的带CPU的主板及OEM产品片级：各种以单片机、DSP、微处理器为核心的产品,嵌入式系统定义,广义上讲，凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可称为嵌入式系统。如各类单片机和DSP系统。这些系统在完成较为单一的专业功能时具有简洁高效的特点。但由于他们没有操作系统，管理系统硬件核软件的能力有限，在实现复杂多任务功能时，往往困难重重，甚至无法实现。从狭义上讲，我们更加强调那些使用嵌入式微处理器构成独立系统，具有自己操作系统，具有特定功能，用于特定场合的嵌入式系统。,嵌入式系统的特点,功耗限制嵌入式系统中，尤其是在用电池供电的嵌入式系统中，这是一个主要考虑的因素。大耗电量直接影响到硬件费用，并影响电源寿命以及带来散热问题。低成本包含硬件成本和软件成本。硬件成本主要决定于所使用的微处理器、所需的内存及相应的外围芯片；软件成本通常难于预测，但一个好的设计方法有利于降低软件成本。多速率系统同时运行多个实时性任务，系统必须同时控制这些动作，但这些动作有些速度慢，有些速度快。环境相关性嵌入式系统不是独立的，而是与其被嵌入的设备紧密相关联。,嵌入式系统的特点,系统内核小由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。比如ENEA公司的OSE实时OS，内核只有5K，而Windows的内核则要大得多。专用性强嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植。同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的“升级”是完全不同的概念。,嵌入式系统的特点,不可垄断性PC有WinTel垄断嵌入式系统工业的基础是以应用为中心的“芯片”设计和面向应用的软件产品开发。产品相对稳定性普通处理器18月嵌入式处理器810年,嵌入式系统市场,2001年嵌入式系统国际会议年会JimTurley的报告中，统计得到PC的数量只占CPU总耗量的0.1%。据CCID2003年的数据显示，2000年嵌入式软件市场规模为70.33亿元，2001年为95.43亿元，2002年118.56亿元，三年平均增长38.85%。2002年中国软件市场为345.0亿元，嵌入式软件约占软件总市场的34.37。,嵌入式系统市场,2004年，软件统计数据为：套装软件共计478亿元，为具有独立产品形态的软件。其中包括系统软件89亿元（操作系统44.19亿元、数据库管理系统20.06亿元、支撑软件25.71亿元）、中间件软件6.98亿元、应用软件304.53亿元（包括通用应用软件（安全软件、办公软件、管理软件、游戏软件、教育软件等）与行业应用软件（金融、电信、政府等）、嵌入式软件（673.62亿元）相关软件服务（937.48亿元）：除生产产品化软件之外的所有的软件研发及相关活动，包括系统集成、软件外包、咨询、数据加工和处理等。,嵌入式系统组成,处理器,存储器,输入接口,操作系统(协议栈),应用程序,软件子系统,硬件子系统,输出接口,外围设备,嵌入式系统的软/硬件框架,1.2.1微型计算机的组成,RandomAccessMemory,ReadOnlyMemory,类型：ROM正常工作时只能读不能写的存储器PROM可编程ROM,厂家一次写入EPROM用户可编程可擦写ROM，紫外线擦除器EEPROM电可擦写可编程ROM，在线，读快/写慢FlashPEROM闪速可编程可擦写ROM,1、存储器（类型、结构、重要指标）,RAM正常工作时即可读又可写的存储器DRAM动态RAM，集成度高，外加刷新电路SRAM静态RAM，成本高、速度快iRAM全集成化RAM，DRAM+刷新电路NVRAMSRAM+EEPROM，不挥发即不易失,易失,不易失,ROM和RAM的主要区别：1、断电后ROM内的信息不丢失RAM中的信息立即丢失2、读/写方式不同ROM采用特殊方式写入信息，正常工作是只读方式RAM正常工作既能读又能写,ROM和RAM芯片均有分四组引脚线：（ROM另有特殊的引脚线）1、地址线传送存储器的地址码，其根数决定存储单元个数即字数2、数据线传