單片機原理、接口及應(yīng)用.ppt

單片機原理、接口及應(yīng)用,嵌入式系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ),緒 論, 計算機的新分類 嵌入式系統(tǒng) 單片機 單片機的應(yīng)用 單片機的發(fā)展趨勢 MCS-51系列單片機類型,一、計算機的新分類, 長期以來人們按照計算機的體系結(jié)構(gòu)、運算速度、結(jié)構(gòu)規(guī)模、適用領(lǐng)域，將其分為 大型計算機、中型機、小型機和微型計算機。 隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，計算機技術(shù)和產(chǎn)品對其它行業(yè)的廣泛滲透，人們以應(yīng)用為中心、按計算機的嵌入式應(yīng)用和非嵌入式應(yīng)用進行新的分類,將其分為 嵌入式計算機 和 通用計算機。 通用計算機具有計算機的標準形態(tài)，通過裝配不同的應(yīng)用軟件，以類同面目出現(xiàn)，并應(yīng)用在社會的各個方面，其典型產(chǎn)品為PC機； 嵌入式計算機則是以嵌入式系統(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、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、針對具體應(yīng)用系統(tǒng)、對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。 嵌入式計算機在應(yīng)用數(shù)量上遠遠超過了各種通用計算機，一臺通用計算機的外部設(shè)備中就包含了5-10個嵌入式微處理器，鍵盤、鼠標、軟驅(qū)、硬盤、顯示卡、顯示器、網(wǎng)卡、Modem、聲卡、打印機、掃描儀、數(shù)字相機、USB集線器等均是由嵌入式處理器控制的。在制造工業(yè)、過程控制、通訊、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、家電產(chǎn)品等方面無不是嵌入式計算機的應(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（Embedded Microprocessor Unit, EMPU）： 功能同標準的CPU，但在工作溫度、 電磁干擾、可靠性等方面做了各種增強。 （2）嵌入式微控制器（Microcontroller Unit, MCU又稱單片機）。 （3）嵌入式DSP處理器（Embedded Digital Signal Processor, EDSP）：DSP處理器對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進行了特殊設(shè)計，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 (1)產(chǎn)品穩(wěn)定性 不象PC機那樣更新?lián)Q代很快，51單片機問世20多年，至今方興未艾。 (2)不可壟斷性 PC機壟斷全世界，Windows壟斷全世界,而單片機沒有一個能壟斷全世界，各種單片機各有自己的市場。 (3)產(chǎn)品的多樣性、分散性、創(chuàng)新性 (4)軟件特性：不是以磁盤的形式存儲，而是固化在芯片中 (5)嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)需要開發(fā)工具 嵌入式系統(tǒng)自身無開發(fā)能力，需借助開發(fā)工具，如編程器、仿真器。,全稱單片微型計算機(Single ChipMicrocomputer) 又稱微控制器MCU(Micro Controller Unit),是將計算機的基本部分微型化,使之集成在一塊芯片上的微機。片內(nèi)含有CPU、ROM、RAM、并行I/0、串行I/O、定時器/計數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線等，它本身就是一個嵌入式系統(tǒng)，同時它也可作更大的嵌入式系統(tǒng)的核心。 單片機的特點是小而全，即體積小、功能全、功耗低、性能價格比高。,三、單片機,1.單片機的應(yīng)用 由于單片機小而全，易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點，在自動化裝置，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)控機床，電機控制，工業(yè)機器人，自動控制等 （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）辦公自動化和計算機外部設(shè)備 傳真機，復(fù)印機，打印機，繪圖儀，掃描儀等,（5）汽車與節(jié)能 點火控制，變速控制，防滑車控制，排氣控制，計費器，交通控制等。 （6）導(dǎo)彈 導(dǎo)彈控制，魚雷制導(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，電子秤，銀行統(tǒng)計機等。 （8）家用電器 微波爐，電視機，錄像機，音響設(shè)備，游戲機等 以上可見它無處不有、無時不在，像個萬能的螺絲釘。,2.單片機的發(fā)展趨勢 （1）單片機的字長由4位、8位、16 位發(fā)展到32位。 這幾種字長的MCU目前同時存在于市場，由于單片機主要用于控制，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)品的需要進行選擇。 （2）運行速度不斷提高。 單片機的使用最高頻率由6MHz、12MHz 、24MHz、 33MHz、發(fā)展到 40MHz。 （3）單片機內(nèi)的存儲容量越來越大。 由1KB、 2KB、 4KB、 8KB、 16KB、 32KB、發(fā)展到 64KB 等。,（4）ROM存儲器的編程也越來越方便 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）方式也越來越方便，目前有脫機編程、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、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）功耗越來越低 采用CHMOS制作工藝使單片機集HMOS的高速、高集成度和CMOS的低功耗技術(shù)為一體，使單片機的功耗進一步降低，適應(yīng)的電壓范圍更寬（2.66V）。 （7）結(jié)合專用集成電路ASIC、精簡指令集和RISC技術(shù)，使單片機發(fā)展成為嵌入式的處理器，深入到數(shù)字信號處理、圖象處理、人工智能、機器人等領(lǐng)域。,以上單片機各種發(fā)展系列并非一代淘汰一代，用戶根據(jù)產(chǎn)品要求、性價比等情況選擇。 目前市面上較有影響的單片機廠家有： 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。,各廠家單片機的指令系統(tǒng)各不相同，功能各有所長，其中市場占有最高的是MCS-51系列，因為世界上很多知名的IC生產(chǎn)廠家都生產(chǎn)51兼容的芯片。目前為止，MCS-51單片機已有數(shù)百個品種，還在不斷推出功能更強的新產(chǎn)品。近年來PHILIPS公司又推出了指令和MCS-51兼容的16位單片機，這樣保證了MCS-51單片機的先進性，同時，很多專用芯片以它作為控制核心，可以預(yù)言，幾十年內(nèi)不會淘汰。因此，MCS-51單片機成為教學(xué)的首選機型。,3.MCS-51系列單片機類型 MCS-51系列單片機品種很多，如果按照存儲器ROM配置狀態(tài),可劃分為： 片內(nèi)無EPROM型，如80(C)3X; 片內(nèi)EPROM,如87(C)5X； 片內(nèi)FLASH EEPROM型，如89C5X; 片內(nèi)EEPROM ISP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： 一個8位CPU和指令系統(tǒng)。 128字節(jié)的片內(nèi)RAM。 21個特殊功能寄存器。 32線并行I/O口。 2個16位定時/計數(shù)器。 一個全雙工串行口。 5個中斷源、2個中斷優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu).,4KB片內(nèi)ROM。 一個片內(nèi)時鐘振蕩器和時鐘電路. 片外可擴展64KBROM和64KBRAM. 由此可見,它本身就是一個功能相當強的8位微型機. (2)增強型 有8052AH、8032AH、8752BH,此類型單片機的內(nèi)ROM和RAM容量比基本型的增大一倍,同時把16位計數(shù)增為3個.87C54內(nèi)部ROM增加到16KB,87C58增加到32KB.,(3)低功耗型 有80C5XBH、80C31XBH、87C5X.這類型號帶有“C”字的單片機采用CHMOS工藝,其特點是功耗低，另外, 87C51還有兩級程序存儲器保密系統(tǒng),可防止非法拷貝程序. 此外還有內(nèi)含DMA、PCA (可編程計數(shù)陣列)、A/D、多并行口、及內(nèi)含BASIC高級語言型等多類產(chǎn)品，詳見教材續(xù)表。,