2023学年完整公开课版微控制技术

电子产品创新设计的认知微控制技术微控制技术类型1、51单片机2、STM323、MSP4304、Arduino5、CPLD51单片机1、简介51单片机是对所有兼容Intel8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8004单片机，后来随着Flashrom技术的发展，8004单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。很多公司都有51系列的兼容机型推出，今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。2、主要产品*Intel(英特尔)的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等；*ATMEL(艾德梅尔)的：89C51、89C52、89C2051，89S51（RC），89S52（RC）等；*Philips(飞利浦)、华邦、Dallas(达拉斯)、Siemens(西门子)等公司的许多产品；STC(国产宏晶)单片机：89c51、89c52、89c516、90c516等众多品牌。89S51相对于89C51增加的新功能包括：--ISP在线编程功能。--最高工作频率为33MHz，S51具有更高工作频率。--具有双工UART串行通道。--内部集成看门狗计时器。--双数据指示器。--电源关闭标识。--全新的加密算法。--兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列产品。3、性能及内部结构8位CPU·4kbytes程序存储器(ROM)(52为8K)·128bytes的数据存储器(RAM)（52有256B）·32条I/O口线·111条指令，大部分为单字节指令·21个专用寄存器·2个可编程定时/计数器·5个中断源，2个优先级·一个全双工串行通信口·外部数据存储器寻址空间为64kB·外部程序存储器寻址空间为64kB·逻辑操作位寻址功能·双列直插40PinDIP封装·单一+5V电源供电学习建议：单片机的学习分两方面，一方面是单片机的原理及内部结构，另一方面是单片机的接口技术。这些都是需要平时多积累，多动手，多思考，这样才能学好单片机技术。STM321简介

STM32系列专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计的ARMCortex®-M0，M0+，M3,M4和M7内核（ST'sproductportfoliocontainsacomprehensiverangeofmicrocontrollers,fromrobust,low-cost8-bitMCUsupto32-bitARM-basedCortex®-M0andM0+,Cortex®-M3,Cortex®-M4Flashmicrocontrollerswithagreatchoiceofperipherals.SThasalsoextendedthisrangetoincludeanultra-low-powerMCUplatform)

。按内核架构分为不同产品：主流产品（STM32F0、STM32F1、STM32F3）、超低功耗产品（STM32L0、STM32L1、STM32L4、STM32L4+）、高性能产品（STM32F2、STM32F4、STM32F7、STM32H7）在STM32F105和STM32F107互连型系列微控制器之前，意法半导体已经推出STM32基本型系列、增强型系列、USB基本型系列、互补型系列；新系列产品沿用增强型系列的72MHz处理频率。内存包括64KB到256KB闪存和20KB到64KB嵌入式SRAM。新系列采用LQFP64、LQFP100和LFBGA100三种封装，不同的封装保持引脚排列一致性，结合STM32平台的设计理念，开发人员通过选择产品可重新优化功能、存储器、性能和引脚数量，以最小的硬件变化来满足个性化的应用需求。基本型：STM32F101R6、STM32F101C8、STM32F101R8、STM32F101V8、STM32F101RB、STM32F101VB增强型：STM32F103C8、STM32F103R8、STM32F103V8、STM32F103RB、STM32F103VB、STM32F103VE、STM32F103ZE型号参数意义STM32型号的说明：以STM32F103RBT6这个型号的芯片为例，该型号的组成为7个部分，其命名规则如下：STM32：STM32代表ARMCortex-M内核的32位微控制器。F：F代表芯片子系列。103：103代表增强型系列。R：R这一项代表引脚数，其中T代表36脚，C代表48脚，R代表64脚，V代表100脚，Z代表144脚，I代表176脚。B：B这一项代表内嵌Flash容量，其中6代表32K字节Flash，8代表64K字节Flash，B代表128K字节Flash，C代表256K字节Flash，D代表384K字节Flash，E代表512K字节Flash，G代表1M字节Flash。T：T这一项代表封装，其中H代表BGA封装，T代表LQFP封装，U代表VFQFPN封装。6：6这一项代表工作温度范围，其中6代表-40——85℃，7代表-40——105℃。STM32F1性能ARM公司的高性能”Cortex-M3”内核1.25DMips/MHz,而ARM7TDMI只有0.95DMips/MHz1μs的双12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI，18MHz的I/O翻转速度在72MHz时消耗36mA(所有外设处于工作状态)，待机时下降到2μA复位电路、低电压检测、调压器、精确的RC振荡器等简单的结构和易用的工具STM32F1参数2.0V-3.6V供电兼容5V的I/O管脚优异的安全时钟模式带唤醒功能的低功耗模式内部RC振荡器内嵌复位电路工作温度范围：-40°C至+85°C或105°CMSP430简介MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（MixedSignalProcessor）。MSP430单片机称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片机”解决方案。该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中。MSP430

发展MSP430系列的部分产品具有Flash存储器，在系统设计、开发调试及实际应用上都表现出较明显的优点。TI公司推出具有Flash型存储器及JTAG边界扫描技术的廉价开发工具MSP-FET430X110，将国际上先进的JTAG技术和Flash在线编程技术引入MSP430。这种以Flash技术与FET开发工具组合的开发方式，具有方便、廉价、实用等优点，给用户提供了一个较为理想的样机开发方式。2001年TI公司又公布了BOOTSTRAPLOADER技术，利用它可在烧断熔丝以后只要几根线就可更改并运行内部的程序。这为系统软件的升级提供了又一方便的手段。BOOTSTRAP具有很高的保密性，口令可达到32个字节的长度。TI公司在2002年底和2003年期间又陆续推出了F15x和F16x系列的产品。在这一新的系列中，有了两个方面的发展。一是从存储器方面来说，将RAM容量大大增加，如F1611的RAM容量增加到了10KB。二是从外围模块来说，增加了I2C、DMA、DAC12和SVS等模块。特点1、处理能力强MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址）、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。MSP4302、运算速度快MSP430系列单片机能在25MHz晶体的驱动下，实现40ns的指令周期。16位的数据宽度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加运算）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如FFT等）。MSP430MSP4303、超低功耗MSP430单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压和灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。首先，MSP430系列单片机的电源电压采用的是1.8-3.6V电压。因而可使其在1MHz的时钟条件下运行时，芯片的电流最低会在165μA左右，RAM保持模式下的最低功耗只有0.1μA。其次，独特的时钟系统设计。在MSP430系列中有两个不同的时钟系统：基本时钟系统、锁频环（FLL和FLL+）时钟系统和DCO数字振荡器时钟系统。可以只使用一个晶体振荡器（32.768kHz）DT-26ORDT-38，也可以使用两个晶体振荡器。由系统时钟系统产生CPU和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。由于系统运行时开启的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式（AM）和五种低功耗模式（LPM0~LPM4）。在实时时钟模式下，可达2.5μA，在RAM保持模式下，最低可达0.1μA。MSP4304、片内资源丰富MSP430系列单片机的各系列都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗（WDT）、模拟比较器A、定时器A0（Timer_A0）、定时器A1（Timer_A1）、定时器B0（Timer_B0）、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、16位Σ-ΔADC、DMA、I/O端口、基本定时器（BasicTimer）、实时时钟（RTC）和USB控制器等若干外围模块的不同组合。其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出A/D转换器；16位定时器（Timer_A和Timer_B）具有捕获/比较功能，大量的捕获/比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、PWM等；有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用；具有较多的I/O端口，P0、P1、P2端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入；10/12位硬件A/D转换器有较高的转换速率，最高可达200kbps，能够满足大多数数据采集应用；能直接驱动液晶多达160段；实现两路的12位D/A转换；硬件I2C串行总线接口实现存储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度，而采用的DMA模块。5、方便高效的开发环境MSP430系列有OTP型、FLASH型和ROM型三种类型的器件，这些器件的开发手段不同。对于OTP型和ROM型的器件是使用仿真器开发成功之后烧写或掩膜芯片；对于FLASH型则有十分方便的开发调试环境，因为器件片内有JTAG调试接口，还有可电擦写的FLASH存储器，因此采用先下载程序到FLASH内，再在器件内通过软件控制程序的运行，由JTAG接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。这种方式只需要一台PC机和一个JTAG调试器，而不需要仿真器和编程器。开发语言有汇编语言和C语言。家族1、430x1xx系列基于闪存或ROM的超低功耗MCU，提供8MIPS，工作电压为1.8V-3.6V，具有高达60KB的闪存和各种高性能模拟及智能数字外设。超低功耗低至：0.1μARAM（保持模式）0.7μA（实时时钟模式）200μA/MIPS（工作模式）在6μs之内快速从待机模式唤醒。器件参数：闪存选项：1KB–60KBROM选项：1KB–16KBRAM选项：512B–10KBGPIO选项：14、22、48引脚ADC选项：10和12位斜率SAR其它集成外设：模拟比较器、DMA、硬件乘法器、SVS、12位DAC。2、430F2xx系列基于闪存的超低功耗MCU，在1.8V-3.6V的工作电压范围内性能高达16MIPS。包含极低功耗振荡器(VLO)、内部上拉/下拉电阻和低引脚数选择。超低功耗低至：0.1μARAM（保持模式）0.3μA（待机模式）(VLO)0.7μA（实时时钟模式）220μA/MIPS（工作模式）在1μs之内超快速地从待机模式唤醒。器件参数：闪存选项：1KB–120KBRAM选项：128B–8KBGPIO选项：10、16、24、32、48、64引脚ADC选项：10和12位斜率SAR、16位Σ-ΔADC其它集成外设：模拟比较器、硬件乘法器、DMA、SVS、12位DAC、运算放大器。3、430C3xx系列旧款的ROM或OTP器件系列，工作电压为2.5V-5.5V，高达32KBROM、4MIPS和FLL。超低功耗低至：0.1μARAM（保持模式）0.9μA（实时时钟模式）160μA/MIPS（工作模式）在6μs之内快速从待机模式唤醒器件参数：ROM选项：2KB–32KBRAM选项：512B–1KBGPIO选项：14、40引脚ADC选项：14位斜率SAR其它集成外设：LCD控制器、硬件乘法器4、430x4xx系列基于LCD闪存或ROM的器件系列，提供8-16MIPS，包含集成LCD控制器，工作电压为1.8V-3.6V，具有FLL和SVS。低功耗测量和医疗应用的理想选择。超低功耗低，与430x1xx系列完全一致器件参数：闪存/ROM选项：4kB–120KBRAM选项：256B–8KBGPIO选项：14、32、48、56、68、72、80引脚ADC选项：10和12位斜率SAR、16位Σ-ΔADC其它集成外设：LCD控制器、模拟比较器、12位DAC、DMA、硬件乘法器、运算放大器、USCI模块5、430F5xx系列新款基于闪存的产品系列，具有最低工作功耗，在1.8V-3.6V的工作电压范围内性能高达25MIPS。包含一个用于优化功耗的创新电源管理模块。超低功耗低至：0.1μARAM（保持模式）2.5μA（实时时钟模式）165μA/MIPS（工作模式）在5μs之内快速从待机模式唤醒器件参数：闪存选项：高达256KBRAM选项：高达16KBADC选项：10和12位SAR其它集成外设：USB、模拟比较器、DMA、硬件乘法器、RTC、USCI、12位DAC。ArduinoArduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（ArduinoIDE)。由一个欧洲开发团队于2005年冬季开发。其成员包括MassimoBanzi、DavidCuartielles、TomIgoe、GianlucaMartino、DavidMellis和NicholasZambetti等。它构建于开放原始码simpleI/O介面版，并且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。主要包含两个的部分：硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino电路板；另外一个则是ArduinoIDE，计算机中的程序开发环境。你只要在IDE中编写程序代码，将程序上传到Arduino电路板后，程序便会告诉Arduino电路板要做些什么了。Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。板子上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。对Arduino的编程是通过Arduino编程语言(基于Wiring)和Arduino开发环境(基于Processing)来实现的。基于Arduino的项目，可以只包含Arduino，也可以包含Arduino和其他一些在PC上运行的软件，他们之间进行通信(比如Flash,Processing,MaxMSP)来实现。特点：跨平台ArduinoIDE可以在Windows、MacintoshOSX、Linux三大主流操作系统上运行，而其他的大多数控制器只能在Windows上开发。简单清晰ArduinoIDE基于processingIDE开发。对于初学者来说，极易掌握，同时有着足够的灵活性。Arduino语言基于wiring语言开发，是对avr-gcc库的二次封装，不需要太多的单片机基础、编程基础，简单学习后，你也可以快速的进行开发。开放性Arduino的硬件原理图、电路图、IDE软件及核心库文件都是开源的，在开源协议范围内里可以任意修改原始设计及相应代码。发展迅速Arduino不仅仅是全球最流行的开源硬件，也是一个优秀的硬件开发平台，更是硬件开发的趋势。Arduino简单的开发方式使得开发者更关注创意与实现，更快的完成自己的项目开发，大大节约了学习的成本，缩短了开发的周期。因为Arduino的种种优势，越来越多的专业硬件开发者已经或开始使用Arduino来开发他们的项目、产品；越来越多的软件开发者使用Arduino进入硬件、物联网等开发领域；大学里，自动化、软件，甚至艺术专业，也纷纷开展了Arduino相关课程。主板Arduino的型号有很多，如ArduinoUnoArduinoNanoArduinoNanoArduinoLilyPadArduinoMega2560ArduinoEthernetArduinoDueArduinoLeonardoArduinoYún扩展板Arduino的扩展板很多，如ArduinoGSMShieldArduinoGSMShieldFrontArduinoEthernetShieldArduinoEthernetShieldArduinoWiFiShieldArduinoWirelessSDShieldA