單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用.ppt

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單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用,——嵌入式系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ),,緒論,★計(jì)算機(jī)的新分類★嵌入式系統(tǒng)★單片機(jī)?單片機(jī)的應(yīng)用?單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)?MCS-51系列單片機(jī)類型,一、計(jì)算機(jī)的新分類,■長(zhǎng)期以來(lái)人們按照計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)算速度、結(jié)構(gòu)規(guī)模、適用領(lǐng)域，將其分為大型計(jì)算機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微型計(jì)算機(jī)。■隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)和產(chǎn)品對(duì)其它行業(yè)的廣泛滲透，人們以應(yīng)用為中心、按計(jì)算機(jī)的嵌入式應(yīng)用和非嵌入式應(yīng)用進(jìn)行新的分類,將其分為嵌入式計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)?！鐾ㄓ糜?jì)算機(jī)具有計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)，通過(guò)裝配不同的應(yīng)用軟件，以類同面目出現(xiàn)，并應(yīng)用在社會(huì)的各個(gè)方面，其典型產(chǎn)品為PC機(jī)；嵌入式計(jì)算機(jī)則是以嵌入式系統(tǒng)的形式隱藏在各種裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)中。,什么是嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、針對(duì)具體應(yīng)用系統(tǒng)、對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式計(jì)算機(jī)在應(yīng)用數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了各種通用計(jì)算機(jī)，一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備中就包含了5-10個(gè)嵌入式微處理器，鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、軟驅(qū)、硬盤(pán)、顯示卡、顯示器、網(wǎng)卡、Modem、聲卡、打印機(jī)、掃描儀、數(shù)字相機(jī)、USB集線器等均是由嵌入式處理器控制的。在制造工業(yè)、過(guò)程控制、通訊、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、家電產(chǎn)品等方面無(wú)不是嵌入式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。,二、嵌入式系統(tǒng),1.嵌入式系統(tǒng)的種類嵌入式系統(tǒng)的核心部件有以下三類：（1）嵌入式微處理器（EmbeddedMicroprocessorUnit,EMPU）：功能同標(biāo)準(zhǔn)的CPU，但在工作溫度、電磁干擾、可靠性等方面做了各種增強(qiáng)。（2）嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit,MCU又稱單片機(jī)）。（3）嵌入式DSP處理器（EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP）：DSP處理器對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其適合于執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。,,2.嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)(1)產(chǎn)品穩(wěn)定性不象PC機(jī)那樣更新?lián)Q代很快，51單片機(jī)問(wèn)世20多年，至今方興未艾。(2)不可壟斷性PC機(jī)壟斷全世界，Windows壟斷全世界,而單片機(jī)沒(méi)有一個(gè)能壟斷全世界，各種單片機(jī)各有自己的市場(chǎng)。(3)產(chǎn)品的多樣性、分散性、創(chuàng)新性(4)軟件特性：不是以磁盤(pán)的形式存儲(chǔ)，而是固化在芯片中(5)嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)需要開(kāi)發(fā)工具嵌入式系統(tǒng)自身無(wú)開(kāi)發(fā)能力，需借助開(kāi)發(fā)工具，如編程器、仿真器。,全稱單片微型計(jì)算機(jī)(SingleChipMicrocomputer)又稱微控制器MCU(MicroControllerUnit),是將計(jì)算機(jī)的基本部分微型化,使之集成在一塊芯片上的微機(jī)。片內(nèi)含有CPU、ROM、RAM、并行I/0、串行I/O、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)時(shí)鐘及系統(tǒng)總線等，它本身就是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，同時(shí)它也可作更大的嵌入式系統(tǒng)的核心。單片機(jī)的特點(diǎn)是小而全，即體積小、功能全、功耗低、、性能價(jià)格比高。,三、單片機(jī),1.單片機(jī)的應(yīng)用由于單片機(jī)小而全，易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)化裝置，智能化儀器儀表和家用電器等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。下面僅列舉一些典型的應(yīng)用領(lǐng)域。（1）工業(yè)控制數(shù)控機(jī)床，電機(jī)控制，工業(yè)機(jī)器人，自動(dòng)控制等（2）儀器儀表智能儀器，醫(yī)療器械，數(shù)字示波器等。（3）電信技術(shù)調(diào)制解調(diào)器，聲像處理，數(shù)字濾波，通信設(shè)備等。（4）辦公自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)外部設(shè)備傳真機(jī)，復(fù)印機(jī)，打印機(jī)，繪圖儀，掃描儀等,,（5）汽車與節(jié)能點(diǎn)火控制，變速控制，防滑車控制，排氣控制，計(jì)費(fèi)器，交通控制等。（6）導(dǎo)彈導(dǎo)彈控制，魚(yú)雷制導(dǎo)，智能武器裝置，航天導(dǎo)彈系統(tǒng)等。（7）商用產(chǎn)品電子收款機(jī)，電子秤，銀行統(tǒng)計(jì)機(jī)等。（8）家用電器微波爐，電視機(jī)，錄像機(jī)，音響設(shè)備，游戲機(jī)等以上可見(jiàn)它無(wú)處不有、無(wú)時(shí)不在，像個(gè)萬(wàn)能的螺絲釘。,,,2.單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)（1）單片機(jī)的字長(zhǎng)由4位、8位、16位發(fā)展到32位。這幾種字長(zhǎng)的MCU目前同時(shí)存在于市場(chǎng)，由于單片機(jī)主要用于控制，目前8位的MCU仍然占主流地位，只有在精度要求特別高的場(chǎng)合如圖像處理等，才采用16位的MCU,用戶可以根據(jù)產(chǎn)品的需要進(jìn)行選擇。（2）運(yùn)行速度不斷提高。單片機(jī)的使用最高頻率由6MHz、12MHz、24MHz、33MHz、發(fā)展到40MHz。（3）單片機(jī)內(nèi)的存儲(chǔ)容量越來(lái)越大。由1KB、2KB、4KB、8KB、16KB、32KB、發(fā)展到64KB等。,,（4）ROM存儲(chǔ)器的編程也越來(lái)越方便有ROM型（掩模型）、OTP型（一次性編程）、EPROM（紫外線擦除編程）、EEPROM（電擦除編程）及FLASH（閃速編程）。編程（燒錄）方式也越來(lái)越方便，目前有脫機(jī)編程、在系統(tǒng)編程（ISP）、在應(yīng)用編程（IAP）。各類產(chǎn)品并存，可供用戶選擇。（5）I/O端口多功能化單片機(jī)內(nèi)除集成有并行接口、串行接口外，還集成有A/D、D/A、LED/LCD顯示驅(qū)動(dòng)、DMA控制、PWM（脈寬調(diào)制輸出）、PLC（鎖相環(huán)控制）、PCA(邏輯陣列）WDT（看門狗）等。,,,,（6）功耗越來(lái)越低采用CHMOS制作工藝使單片機(jī)集HMOS的高速、高集成度和CMOS的低功耗技術(shù)為一體，使單片機(jī)的功耗進(jìn)一步降低，適應(yīng)的電壓范圍更寬（2.6~6V）。（7）結(jié)合專用集成電路ASIC、精簡(jiǎn)指令集和RISC技術(shù)，使單片機(jī)發(fā)展成為嵌入式的處理器，深入到數(shù)字信號(hào)處理、圖象處理、人工智能、機(jī)器人等領(lǐng)域。,以上單片機(jī)各種發(fā)展系列并非一代淘汰一代，用戶根據(jù)產(chǎn)品要求、性價(jià)比等情況選擇。目前市面上較有影響的單片機(jī)廠家有：INTEL：MCS-51、MCS-96系列。MOTOROLA：68HCXX系列。MICROCHIP：16C5X/6X/7X/8X系列。ZILOG：Z86EXXXPSC系列。TEXAS：MSP430FXX系列。,各廠家單片機(jī)的指令系統(tǒng)各不相同，功能各有所長(zhǎng)，其中市場(chǎng)占有最高的是MCS-51系列，因?yàn)槭澜缟虾芏嘀腎C生產(chǎn)廠家都生產(chǎn)51兼容的芯片。目前為止，MCS-51單片機(jī)已有數(shù)百個(gè)品種，還在不斷推出功能更強(qiáng)的新產(chǎn)品。近年來(lái)PHILIPS公司又推出了指令和MCS-51兼容的16位單片機(jī)，這樣保證了MCS-51單片機(jī)的先進(jìn)性，同時(shí)，很多專用芯片以它作為控制核心，可以預(yù)言，幾十年內(nèi)不會(huì)淘汰。因此，MCS-51單片機(jī)成為教學(xué)的首選機(jī)型。,3.MCS-51系列單片機(jī)類型MCS-51系列單片機(jī)品種很多，如果按照存儲(chǔ)器ROM配置狀態(tài),可劃分為：片內(nèi)無(wú)EPROM型，如80(C)3X;片內(nèi)EPROM,如87(C)5X；片內(nèi)FLASHEEPROM型，如89C5X;片內(nèi)EEPROMISP型(可在系統(tǒng)編程）如89S5X。,,,如果按照其功能，則可劃分以下一些類型:(1)基本型基本型有8031、8051、8751、89C51/S51等。基本型的代表產(chǎn)品是8051，其基本特性如下：①一個(gè)8位CPU和指令系統(tǒng)。②128字節(jié)的片內(nèi)RAM。③21個(gè)特殊功能寄存器。④32線并行I/O口。⑤2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。⑥一個(gè)全雙工串行口。⑦5個(gè)中斷源、2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu).,⑧4KB片內(nèi)ROM。⑨一個(gè)片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器和時(shí)鐘電路.⑩片外可擴(kuò)展64KBROM和64KBRAM.由此可見(jiàn),它本身就是一個(gè)功能相當(dāng)強(qiáng)的8位微型機(jī).(2)增強(qiáng)型有8052AH、8032AH、8752BH,此類型單片機(jī)的內(nèi)ROM和RAM容量比基本型的增大一倍,同時(shí)把16位計(jì)數(shù)增為3個(gè).87C54內(nèi)部ROM增加到16KB,87C58增加到32KB.,,(3)低功耗型有80C5XBH、80C31XBH、87C5X.這類型號(hào)帶有“C”字的單片機(jī)采用CHMOS工藝,其特點(diǎn)是功耗低，另外,87C51還有兩級(jí)程序存儲(chǔ)器保密系統(tǒng),可防止非法拷貝程序.此外還有內(nèi)含DMA、PCA(可編程計(jì)數(shù)陣列)、A/D、多并行口、及內(nèi)含BASIC高級(jí)語(yǔ)言型等多類產(chǎn)品，詳見(jiàn)教材續(xù)表。,