單片機原理及應(yīng)用第1講

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1、單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單片機原理及應(yīng)用（,freescale16,位）,第一章 緒論,CHANGAN UNIVERSITY,長安大學(xué)電子與控制工程學(xué)院,長安大學(xué)電子與控制工程學(xué)院自動化系,李 登 峰,手機：,Email,：,單片機原理及應(yīng)用（,freescale16,位單片機）,1.1,單片機術(shù)原理及應(yīng)用課程綜述,1.,為什么要學(xué)習(xí)本課程？,大量的應(yīng)用需求,廣泛的應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域 。,特別是飛思卡爾單片機在汽車行業(yè)、高可靠性應(yīng)用中的廣泛使用。,高性能單片機的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，并有逐步取代,8

2、,位單片機的趨勢。,大量的人才需求,進一步學(xué)習(xí)新知識的需要,找到一份滿意的工作的需要,2,、課程目標(biāo),學(xué)習(xí),Freescale,16,位單片機的基本原理,掌握,Freescale,16,位單片機系統(tǒng)設(shè)計技術(shù),掌握,Freescale,16,位單片機編程技術(shù),熟悉,Freescale,16,位開發(fā)環(huán)境,培養(yǎng)單片機綜合應(yīng)用能力,飛思卡爾杯智能車競賽培訓(xùn),3,、課程安排,本課程強調(diào)實際應(yīng)用為主，以培養(yǎng)學(xué)生的實際實踐能力為主。,共,40,個學(xué)時,2.,實驗課程,（,20,學(xué)時）,1.,理論課程,（,20,學(xué)時）,4,考評辦法,總評成績的組成：,10%,10%,50%,30%,期末成績,考勤及測試,平時

3、作業(yè),實訓(xùn)成績,5,如何學(xué)好本門課程？,認(rèn)真聽講，理解和掌握相應(yīng)的知識點；,理解和掌握經(jīng)典案例的原理、解決問題的思路和實現(xiàn)方法。,逐步形成經(jīng)典案例應(yīng)用拓展能力。,建立開發(fā)環(huán)境，加強實際技能的訓(xùn)練，,鞏固所學(xué)內(nèi)容。,做好綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)系統(tǒng)設(shè)計和綜合應(yīng)用能力。,善于利用網(wǎng)上資源，提高學(xué)習(xí)的效率。,善于總結(jié)，形成系統(tǒng)知識體系和系統(tǒng)思考能力。,1.2,單片機的基本概念,1.,電子計算機的問世,1946,年,2,月,15,日,，第一臺電子數(shù)字計算機問世，這標(biāo)志著計算機時代的到來。,（,CALCULATOR,）,ENIAC,匈牙利籍?dāng)?shù)學(xué)家,馮,諾依曼,在計算機方案設(shè)計上做出了重要的貢獻。,1946,年,6

4、,月，他提出了“程序存儲”和“二進制運算”的思想，構(gòu)建了,計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成,這一計算機的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。,2.,電子計算機的結(jié)構(gòu)體系,輸入設(shè)備,運算器,輸出設(shè)備,控制器,存儲器,微處理器、存儲器加上,I/O,接口電路組成微型計算機,。各部分通過地址總線（,AB,）、數(shù)據(jù)總線（,DB,）和控制總線（,CB,）相連。,多板機,主板,顯卡,聲卡,存儲器接口,網(wǎng)卡,輸入輸出接口,內(nèi)存條,CPU,3.,計算機的形態(tài)結(jié)構(gòu),運 算 器,控 制 器,CPU,存 儲 器,輸,入,接,口,電路,輸,入,設(shè),備,輸,出,設(shè),備,輸,出,接,口,電路,計算機的硬件系統(tǒng),CPU,(,C,

5、entral,P,rocessing,U,nit),微機硬件組成,顯示器,主機,鍵盤,鼠標(biāo),單板機,CPU,輸,入,設(shè),備,輸,出,設(shè),備,軟,件,系,統(tǒng),+,微型計算機系統(tǒng),硬件系統(tǒng),輸,入,接,口,設(shè),備,輸,出,接,口,設(shè),備,運 算 器,控 制 器,存 儲 器,單片微型計算機,是指集成在一個芯片上的微型計算機，簡稱單片機,單片機實質(zhì)上就是一個,芯片,單片機,4.,單片機的基本概念,在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲器、,I/O,接口電路，從而構(gòu)成了,單芯片微型計算機，即單片機,。,5.,單片機的幾種封裝形式,1.3,單片機概述,1,、單片機,的,發(fā)展歷史,單片機起步階段（,1976

6、,1978,）,1976,年，,Intel,公司推出了,MCS-48,系列單片機 。,8,位,CPU,、,1K,字節(jié),ROM,、,64,字節(jié),RAM,、,27,根,I/O,線和,1,個,8,位定時,/,計數(shù)器。,特點是：,存儲器容量較小，尋址范圍小（不大于,4K,），無串行接口，指令系統(tǒng)功能不強。,單片機完善階段（,1978,1982,）,1980,年，,Intel,公司推出了,MCS-51,系列單片機：,8,位,CPU,、,4K,字節(jié),ROM,、,128,字節(jié),RAM,、,4,個,8,位并口、,1,個全雙工串行口、,2,個,16,位定時,/,計數(shù)器。尋址范圍,64K,，并有控制功能較強的布爾

7、處理器。,特點是：,結(jié)構(gòu)體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點進一步突出?，F(xiàn)在，,MCS-51,已成為公認(rèn)的單片機經(jīng)典機種,。,鞏固發(fā)展階段,（,1982,1990,）,8,位單片機鞏固發(fā)展和,16,位單片機的推出階段,1982,年，,Intel,推出,MCS-96,系列單片機。,芯片內(nèi)集成：,16,位,CPU,、,8K,字節(jié),ROM,、,232,字節(jié),RAM,、,5,個,8,位并口、,1,個全雙工串行口、,2,個,16,位定時,/,計數(shù)器。尋址范圍,64K,。,片上還有,8,路,10,位,ADC,、,1,路,PWM,輸出及高速,I/O,部件等,。,特點是,：片內(nèi),面向測控系統(tǒng)外圍電路增強，

8、,使單片機可以方便靈活地用于復(fù)雜的自動測控系統(tǒng)及設(shè)備。,“微控制器”的稱謂更能反應(yīng)單片機的本質(zhì),。,高速發(fā)展（,1990-,現(xiàn)在）,32,位單片機的推出,嵌入式操作系統(tǒng)的推出,單片機在各行業(yè)廣泛應(yīng)用,2,、單片機,的,發(fā)展趨勢,字長由,4,位、,8,位、,16,位發(fā)展到,32,位。,運行速度不斷提高。,片內(nèi)存儲容量越來越大 。,外圍電路內(nèi)裝化。,低功耗和低電壓。,低噪聲與高可靠性。,集成度越來越高，功能越來越強。,小體積、低價格和專用化。,（,1,）按照指令體系分類,復(fù)雜指令集與精簡指令集,CISC,：,復(fù)雜指令集（,Complex Instruction Set Computer,）,具有大

9、量的指令和復(fù)雜的尋址方式,8/2,原則：,80%,的程序只使用,20%,的指令,指令編碼采用可變長度編碼。,CISC CPU,包含有豐富的單元電路，因而功能強、面積大、功耗大。,3,、單片機,的分類,RISC,：,精簡指令集（,Reduced Instruction Set Computer),在通道中只包含最有用的指令,只提供簡單的操作。,確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令,Load-store,結(jié)構(gòu),處理器只處理寄存器中的數(shù)據(jù)，,load-store,指令用來完成數(shù)據(jù)在寄存器和外部存儲器之間的傳送。,指令編碼一般采用固定長度編碼。,使,CPU,硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計變得更為簡單，,RISC CPU,包含

10、較少的單元電路，因而面積小、功耗低,（,2,）,按照存儲器結(jié)構(gòu)分類,馮諾依曼結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu),馮,諾依曼體系結(jié)構(gòu)模型,指令寄存器,控制器,數(shù)據(jù)通道,輸入,輸出,中央處理器,存儲器,程序,指令,0,指令,1,指令,2,指令,3,指令,4,數(shù)據(jù),數(shù)據(jù),0,數(shù)據(jù),1,數(shù)據(jù),2,總線,哈佛體系結(jié)構(gòu)模型,指令寄存器,控制器,數(shù)據(jù)通道,輸入,輸出,中央處理器,程序存儲器,指令,0,指令,1,指令,2,數(shù)據(jù)存儲器,數(shù)據(jù),0,數(shù)據(jù),1,數(shù)據(jù),2,總線,總線,（,3,）,按照基本用途分類,通用型和專用型,通用單片機,：,是一個基本芯片，內(nèi)部資源比較豐富，性能全面且通用性強，覆蓋多種應(yīng)用需求。,專用單片機：,針對某

11、一種產(chǎn)品，或某一種控制應(yīng)用而專門設(shè)計的。設(shè)計時已經(jīng)使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡；軟硬件資源利用最優(yōu)；可靠性以及經(jīng)濟成本最佳。例如數(shù)碼相機、手機、洗衣機功能控制器、空調(diào)控制器、,IC,卡讀寫器中所應(yīng)用的單片機等。,（,4,）,按照性能指標(biāo)分類,按照處理能力：,4,位、,8,位,/16,位,/32,位,按照處理速度：,高速,/,低速,按照功耗分類：,普通,/,低功耗,按照工作電壓：,普通、低電壓,按照安裝方式：,雙列直插（,DIP,）,/,表面貼,(SMT),（,5,）,按照生產(chǎn)廠家分類,Intel,公司：,MCS-51,和,MCS-96,系列；,Atmel,公司：,AVR,系列、,AT,系列；,Winbond

12、,公司：,W77,系列、,W78,系列；,SST,公司：,SST,系列；,恩智浦公司：,P89,系列、,LPC,系列；,Motorola,公司：,68HCXX,系列；,Microchip,公司：,16C5X/6X/7X/8X,系列；,Texas,公司：,MSP430FXX,系列；,4,、單片機,的特點,有優(yōu)異的性能價格比。,集成度高、體積小、有很高的可靠性。,控制功能強。,低功耗、低電壓、便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。,體積小、結(jié)構(gòu)簡單。,單片機的系統(tǒng)配置較便于構(gòu)成各種規(guī)模的 應(yīng)用系統(tǒng)。,4.,單片機的應(yīng)用,汽車電子,家用電器,航空航天,醫(yī)療設(shè)備,工業(yè)控制,儀器儀表,通信產(chǎn)品,消費娛樂,智能儀器儀表,數(shù)

13、字式測角儀,交直流電壓電流表,智能熱量表,工業(yè)控制和機電一體化產(chǎn)品,數(shù)控車床,數(shù)控線切割機床,機器人,軍事應(yīng)用,航空航天,1.4,飛思卡爾簡要介紹,飛思卡爾半導(dǎo)體 （,Freescale Semiconductor,，原摩托羅拉半導(dǎo)體部），在微電子領(lǐng)域擁有,50,年的經(jīng)驗，在全球半導(dǎo)體公司排名中名列第九，是全球市場上舉足輕重的半導(dǎo)體產(chǎn)品供應(yīng)商，其利用先進技術(shù)開發(fā)制造的各種產(chǎn)品遍及集成電路產(chǎn)業(yè)的所有領(lǐng)域，包括集成電路研究和開發(fā)、軟件開發(fā)、集成電路設(shè)計和集成電路制造等等，致力于為汽車電子、消費電子、工業(yè)電子、網(wǎng)絡(luò)和無線市場提供廣泛的半導(dǎo)體產(chǎn)品。其總部位于美國德克薩斯州奧斯汀市，并在全球,25,個國

14、家和地區(qū)建立了設(shè)計、制造或銷售部門。飛思卡爾半導(dǎo)體,(,中國,),有限公司飛思卡爾在,1992,年開始在天津開展業(yè)務(wù)，目前在中國天津的封裝和測試運行部門有,2832,名正式員工，在北京、蘇州和天津有,3,個研發(fā)中心，北京、上海和深圳有,3,個銷售辦事處。,2004,年,5,月,1,日，作為摩托羅拉半導(dǎo)體業(yè)務(wù)重組的一部分，飛思卡爾中國開始經(jīng)營成立飛思卡爾公司，繼承摩托羅拉所有的半導(dǎo)體相關(guān)業(yè)務(wù)。目前飛思卡爾已經(jīng)擁有員工,3000,余人，成為中國優(yōu)秀的制造中心，利用高新技術(shù)從事與半導(dǎo)體有關(guān)的軟件開發(fā)和高級集成電路研發(fā)和設(shè)計，以及在中國出售半導(dǎo)體產(chǎn)品。,1,、了解飛思卡爾公司,飛思卡爾半導(dǎo)體,(,中國

15、,),有限公司,主要產(chǎn)品,8,位微控制器,16,位微控制器,32,位微控制器與處理器,高性能網(wǎng)絡(luò)處理器,高性能多媒體處理器,高性能工業(yè)控制處理器,模擬和混合信號電路,ASIC,手機平臺,CodeWarrior,開發(fā)工具,數(shù)字信號處理器與控制器,電源管理,RF,射頻功率放大器,高性能線性功率放大器,GPA,音視頻家電射頻多媒體處理器,傳感器。,飛思卡爾的市場地位,飛思卡爾在下列領(lǐng)域居于市場領(lǐng)先地位：,汽車：全球汽車半導(dǎo)體產(chǎn)品市場份額位居第一。,網(wǎng)絡(luò)：全球網(wǎng)絡(luò)通信處理器市場份額第一。,全球用于蜂窩基站的射頻功率產(chǎn)品市場份額位居第一。,工業(yè)控制器和消費電子產(chǎn)品：微控制器和嵌入式處理器市場份額位居第二。,無線產(chǎn)品：無線通信應(yīng)用專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品市場份額位居第四。,蜂窩手機數(shù)字基帶半導(dǎo)體產(chǎn)品全球市場份額位居第四。,飛思卡爾公司大學(xué)計劃,核心內(nèi)容,建立,飛思卡爾嵌入式系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用,示范教學(xué)實驗室,以示范教學(xué)實驗室 為中心建立教學(xué)與應(yīng)用培訓(xùn)中心，開設(shè)培訓(xùn)課程,提供免費或特價的開發(fā)工具,/,芯片,舉辦全國飛思卡爾杯智能車競賽,第一章 結(jié) 束,謝謝！,