單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用.ppt

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1、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 MCS-51系列單片機(jī)類型,一、計(jì)算機(jī)的新分類, 長期以來人們按照計(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)。 通用計(jì)算機(jī)具有計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)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(gè)方面，其典型產(chǎn)品為PC機(jī)； 嵌

2、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、針對具體應(yīng)用系統(tǒng)、對功能、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)超過了各種通用計(jì)算機(jī)，一臺通用計(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、鼠標(biāo)、軟驅(qū)、硬盤、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(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。,二、嵌入式系

3、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(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（Microcontroller Unit, MCU又稱單片機(jī)）。 （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(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

4、代很快，51單片機(jī)問世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)沒有一個(gè)能壟斷全世界，各種單片機(jī)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(jì)算機(jī)(Single ChipMicrocomputer) 又稱微控制器MCU(Micro Controller Unit),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

5、、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(jì)算機(jī)外部設(shè)備 傳真機(jī)，復(fù)印機(jī)，打

6、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 以上可見它無處不有、無時(shí)不在，像個(gè)萬能的螺絲釘。,,,2.單片機(jī)的發(fā)展趨勢 （1）單片機(jī)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(shí)存在于市場，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合如圖像處理等，才采用16位的MCU, 用戶可以

7、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(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

8、 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、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(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（2.66V）。 （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(jī)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(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

9、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，其中市場占有最高的是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

10、心，可以預(yù)言，幾十年內(nèi)不會淘汰。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(gè)8位CPU和指令系統(tǒng)。 128字節(jié)的片內(nèi)RAM

11、。 21個(gè)特殊功能寄存器。 32線并行I/O口。 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。 一個(gè)全雙工串行口。 5個(gè)中斷源、2個(gè)中斷優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu).,4KB片內(nèi)ROM。 一個(gè)片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器和時(shí)鐘電路. 片外可擴(kuò)展64KBROM和64KBRAM. 由此可見,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(jì)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。,