单片机原理与应用技术(第2版) 清华大学出版社第1章

1,单片机原理与应用技术（第2版）,清华大学出版社,2,单片机原理与接口技术课程介绍,信息处理,单片机,单片机开发技术已成为电子信息、电气、通信、自动化、机电一体化等专业的学生，以及相关专业技术人员必须掌握的技术。,体积小,功能全,性价比高,工业控制,家用电器,通信设备,尖端武器,3,全国电子设计竞赛,培养学生创新思维和实践能力,2009年全国大学生电子设计竞赛辽宁赛区一等奖,4,全国飞思卡尔杯智能汽车竞赛,2011年第六届全国飞思卡尔杯智能汽车竞赛创意组一等奖、二等奖,培养学生创新思维和实践能力,5,2011年第六届全国飞思卡尔杯智能汽车竞赛参赛选手,培养学生创新思维和实践能力,6,超声波发射和接收一体化机,培养学生创新思维和实践能力,7,能汉字显示的显示屏和实时时钟板,培养学生创新思维和实践能力,8,电子万年历,培养学生创新思维和实践能力,9,1.1单片机的发展概述1.2单片机的特点及分类1.3单片机的应用领域小结,第1章单片机基础知识,10,微处理器的集成度每隔18个月就会翻一番，芯片的性能也随之提高一倍-摩尔定律,GordonE.MooreIntel公司的创始人之一,微处理器发展过程,12,微型机家族：微处理器(CPU)CentrePorcessUnit，是小型或微型计算机的核心，负责数据的运算与控制。微型计算机除微处理器外，还需有存储器、输入输出接口(如键盘、显示器、打印机)等外围电路与之协同工作的一个完整的系统。微型计算机系统统称系统机，以功能的通用性与完整性，及应用的开放性为突出特征。PC机：典型的系统机。(PersonalComputer)单片微型计算机简称单片机，以满足一定要求的基本功能或少量的特殊功能部件，包括CPU、RAM、ROM、定时/计数器、及各种I/O接口电路集成于一片芯片上为突出特征。片上系统(SOC)正在发展之中的片上完整系统。,13,单片机单片机的不同称谓单片机(SCM)SingleChipMicrocomputer，常用，但不够准确MCUMicrocontrollerUnit，比单片机更准确一些，但不够流行嵌入式微处理器EnbeddedMicroprocesser嵌入式微控制器EnbeddedMicrocontroller，时髦，准确，正在流行,14,单板机,单片机,系统机（多板机）,三种应用形态的比较：,单片机的概念：,单片机即单片微型计算机，它是将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。,单片机也称为微控制器(MiCrocontrollerUnit,MCU)、嵌入式控制器(EmbeddedMiCrocontrollerUnit,EMCU)。,1.1单片机的发展概述,单片机的发展，主要经历了四个阶段：第一阶段（19741978年）：初级单片机阶段。第二阶段（19781982年）：高性能8位机阶段。第三阶段（19821990）：16位单片机推出阶段。第四阶段（1990到现在）：单片机全面发展阶段。,1.1.1单片机的发展过程,1.1单片机的发展概述,第一阶段（19741978年）：初级单片机阶段。1976年，Intel公司推出MCS-48系列单片机。特点：8位CPU、并行I/O口、8位定时器、片内小容量的RAM、ROM、寻址空间小于4KB、简单的中断处理机制、无串行口,1.1单片机的发展概述,第二阶段（19781982年）：高性能8位机阶段。1980年，Intel公司推出MCS-51系列单片机。特点：外部总线规范化(16位地址总线，寻址空间64KB；8位数据总线；增加串行总线；控制总线)，8位CPU、并行I/O口、16位定时器、片内RAM、ROM容量增大、多级中断处理机制、位操作功能、片内特殊功能寄存器SFR(建立了外围功能电路的SFR集中管理模式),1.1单片机的发展概述,第三阶段（19821990）：16位单片机推出阶段。1982年，Intel公司推出MCS-96系列单片机。特点：16位CPU、增加8路10位A/D、PWM型D/A等同期间，不同厂家同步推出了相应的单片机机型：Motorola公司的M6800系列Zilog公司的Z8系列Rockwell公司的6500系列,19,1990年，Intel公司公开了8051内核。特点：8051兼容型单片机，形成了百花齐放的局面，成为单片机的发展方向。,1、增加片内功能(如存储容量与方式、WDT、程序保密系统、A/D、D/A、电压比较器、LED/LCD/VFD显示器驱动、I2C/CAN/USB总线)2、提升性能(CMOS化、提高运行频率、RISC结构运行、低功耗、宽电压、程序串行下载ISP、增大寻址空间)3、降低成本(紧凑型)、低价格代表：ATMEL公司的89c51、89c2051Philips公司的8Xc51WENBOND公司的W78c51,第四阶段（1990到现在）：单片机全面发展阶段。,1.1单片机的发展概述,20,1.1.2单片机的发展趋势,1.1单片机的发展概述,CMOS化单片机将具有更低的功耗、更低的电压。高性能化精简指令集(RISC)结构和流水线技术将得到广泛应用。高可靠性提高单片机的抗电磁干扰能力。大容量化扩大片内存储器容量。多功能化把众多的各种外围功能器件集成在片内，如模/数转换器、数/模转换器、液晶显示驱动器等。串行扩展技术SPI、I2C、Microwire、1-Wire等串行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化。,21,控制性能和可靠性高实时控制功能特别强，其CPU可以对I/O端口直接进行操作，位操作能力更是其它计算机无法比拟的。另外，由于CPU、存储器及I/O接口集成在同一芯片内，各部件间的连接紧凑，数据在传送时受干扰的影响较小，且不易受环境条件的影响，所以单片机的可靠性非常高。,1、单片机的特点,1.2单片机的特点及分类,22,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。,23,按CPU处理字的长度分就CPU处理字的长度而言，有4位、8位、16位、32位单片机按使用范围分可分为通用单片机和专用单片机两大类,2、单片机的分类,1.2单片机的特点及分类,通用型单片机把可开发的内部资源全部提供给用户，内部资源丰富、性能全面、适应性强。专用型单片机针对某些产品的特定用途而制作，是MCU发展的一个趋势。,24,3.主要产品系列,25,26,由于单片机有许多优点，因此其应用领域之广，几乎到了无孔不入的地步。单片机应用的主要领域有：1）智能化家用电器：各种家用电器普遍采用单片机智能化控制代替传统的电子线路控制，升级换代，提高档次。如洗衣机、空调、电视机、录像机、微波炉、电冰箱、电饭煲以及各种视听设备等。2）办公自动化设备：现代办公室使用的大量通信和办公设备多数嵌入了单片机。如打印机、复印机、传真机、绘图机、考勤机、电话以及通用计算机中的键盘译码、磁盘驱动等。3）汽车电子产品：现代汽车的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、通信系统和运行监视器（黑匣子）等都离不开单片机。,1.3单片机的应用领域,27,4）商业营销设备：在商业营销系统中已广泛使用的电子称、收款机、条形码阅读器、IC卡刷卡机、出租车计价器以及仓储安全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保险系统等都采用了单片机控制。5）工业自动化控制：工业自动化控制是最早采用单片机控制的领域之一。如各种测控系统、过程控制、机电一体化、PLC等。在化工、建筑、冶金等各种工业领域都要用到单片机控制。6）智能化仪表：采用单片机的智能化仪表大大提升了仪表的档次，强化了功能。如数据处理和存储、故障诊断、联网集控等。7）智能化通信产品：最突出的是手机，当然手机内的芯片属专用型单片机。,28,8）航空航天系统：飞机、飞船、空间站，及其跟踪、监测、生命保障系统等，无一不是人类科技高度集中的产品，大量采用的智能传感器、控制装置中，单片机扮演着重要的角色。9）国防军事、尖端武器等领域：单片机的应用更是不言而喻。,单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益。更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。以前自动控制中的PID