單片機(jī)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(jī)原理及應(yīng)用（,freescale16,位）,第一章 緒論,CHANG’AN 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(dòng)化系,,,李 登 峰,,手機(jī)：,,Email,：,單片機(jī)原理及應(yīng)用（,freescale16,位單片機(jī)）,§1.1,,單片機(jī)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(jī)在汽車行業(yè)、高可靠性應(yīng)用中的廣泛使用。,

2、,高性能單片機(jī)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，并有逐步取代,8,位單片機(jī)的趨勢。,,大量的人才需求,,進(jìn)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(jī)的基本原理,,掌握,Freescale,16,位單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù),,掌握,Freescale,16,位單片機(jī)編程技術(shù),,熟悉,Freescale,16,位開發(fā)環(huán)境,,培養(yǎng)單片機(jī)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(qiáng)調(diào)實(shí)際應(yīng)用為主，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際實(shí)踐能力為主。,共,40,個(gè)學(xué)時(shí),2.,,實(shí)驗(yàn)課程,,,（,20,學(xué)時(shí)）,1.,,理論課程,,,（,20,學(xué)時(shí)）

3、,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(shí)作業(yè),,實(shí)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(diǎn)；,,理解和掌握經(jīng)典案例的原理、解決問題的思路和實(shí)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(qiáng)實(shí)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(jì)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(jī)的基本概念,1.,電子計(jì)

4、算機(jī)的問世,,1946,年,2,月,15,日,，第一臺電子數(shù)字計(jì)算機(jī)問世，這標(biāo)志著計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來。,,（,CALCULATOR,）,,ENIAC,匈牙利籍?dāng)?shù)學(xué)家,馮,·,諾依曼,在計(jì)算機(jī)方案設(shè)計(jì)上做出了重要的貢獻(xiàn)。,1946,年,6,月，他提出了“程序存儲”和“二進(jìn)制運(yùn)算”的思想，構(gòu)建了,計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成,這一計(jì)算機(jī)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。,2.,電子計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)體系,輸入設(shè)備,運(yùn)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(jì)算機(jī),。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(jī),,,

5、,,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(jì)算機(jī)的形態(tài)結(jié)構(gòu),運(yùn) 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(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng),CPU,(,C,entral,P,rocessing,U,nit),微機(jī)硬件組成,,,顯示器,主機(jī),鍵盤,鼠標(biāo),,,,,◆,單板機(jī),,,,,,,CPU,,輸,,入,,設(shè),,備,,,輸,,出,,設(shè),,備,,,,,軟,,,件,,,系,,,統(tǒng),+,,微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),硬件系統(tǒng),,,,輸,,入,,接,,口,,設(shè),,備,輸,,出,,

6、接,,口,,設(shè),,備,,運(yùn) 算 器,控 制 器,,存 儲 器,單片微型計(jì)算機(jī),是指集成在一個(gè)芯片上的微型計(jì)算機(jī)，簡稱單片機(jī),——,單片機(jī)實(shí)質(zhì)上就是一個(gè),芯片,◆,單片機(jī),4.,單片機(jī)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(jì)算機(jī)，即單片機(jī),。,5.,單片機(jī)的幾種封裝形式,§1.3,單片機(jī)概述,1,、單片機(jī),的,發(fā)展歷史,,,◆,單片機(jī)起步階段（,1976,－,1978,）,,,1976,年，,Intel,公司推出了,MCS-48,系列單片機(jī) 。,8,位,CPU,、,1K,字節(jié),ROM,、,64,字節(jié),RAM,、,27,根,I/O,線和

7、,1,個(gè),8,位定時(shí),/,計(jì)數(shù)器。,特點(diǎn)是：,存儲器容量較小，尋址范圍?。ú淮笥?4K,），無串行接口，指令系統(tǒng)功能不強(qiáng)。,,,◆,單片機(jī)完善階段（,1978,－,1982,）,,,,1980,年，,Intel,公司推出了,MCS-51,系列單片機(jī)：,8,位,CPU,、,4K,字節(jié),ROM,、,128,字節(jié),RAM,、,4,個(gè),8,位并口、,1,個(gè)全雙工串行口、,2,個(gè),16,位定時(shí),/,計(jì)數(shù)器。尋址范圍,64K,，并有控制功能較強(qiáng)的布爾處理器。,,,特點(diǎn)是：,結(jié)構(gòu)體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點(diǎn)進(jìn)一步突出?，F(xiàn)在，,MCS-51,已成為公認(rèn)的單片機(jī)經(jīng)典機(jī)種,。,◆,鞏固發(fā)展階段,（,1

8、982,－,1990,）,,8,位單片機(jī)鞏固發(fā)展和,16,位單片機(jī)的推出階段,,1982,年，,Intel,推出,MCS-96,系列單片機(jī)。,,芯片內(nèi)集成：,16,位,CPU,、,8K,字節(jié),ROM,、,232,字節(jié),RAM,、,5,個(gè),8,位并口、,1,個(gè)全雙工串行口、,2,個(gè),16,位定時(shí),/,計(jì)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(diǎn)是,：片內(nèi),面向測控系統(tǒng)外圍電路增強(qiáng)，,使單片機(jī)可以方便靈活地用于復(fù)雜的自動(dòng)測控系統(tǒng)及設(shè)備。,,“微控制器”的稱謂更能反應(yīng)單片機(jī)的本質(zhì),。,◆,高速發(fā)展（,1990---,現(xiàn)在

9、）,,32,位單片機(jī)的推出,,嵌入式操作系統(tǒng)的推出,,單片機(jī)在各行業(yè)廣泛應(yīng)用,2,、單片機(jī),的,發(fā)展趨勢,,字長由,4,位、,8,位、,16,位發(fā)展到,32,位。,,運(yùn)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(qiáng)。,,小體積、低價(jià)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

10、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(qiáng)、面積大、功耗大。,3,、單片機(jī),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(jì)變得更為簡單，,RISC CPU,包含較少的單元電路，因而面積小、功耗低,,（,2,）,按照存儲器結(jié)構(gòu)

11、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(jī),：,,是一個(gè)基本芯片，內(nèi)部資源比較豐富，性能全面且通用性強(qiáng)，覆蓋多種應(yīng)用需求。,專用單片機(jī)：,,針對某一種產(chǎn)品，或某一種控制應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)時(shí)已

12、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(jì)成本最佳。例如數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、洗衣機(jī)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(jī)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,公司：,W

13、77,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(jī),的特點(diǎn),,有優(yōu)異的性能價(jià)格比。,,,集成度高、體積小、有很高的可靠性。,,,,控制功能強(qiáng)。,,,,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(jī)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(jī)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

14、,,通信產(chǎn)品,消費(fèi)娛樂,智能儀器儀表,數(shù)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(jī)電一體化產(chǎn)品,數(shù)控車床,數(shù)控線切割機(jī)床,機(jī)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(yàn)，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(jìn)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(jì)和集成電路制造等等，致力于為汽車電子、消費(fèi)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

15、部位于美國德克薩斯州奧斯汀市，并在全球,25,個(gè)國家和地區(qū)建立了設(shè)計(jì)、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(yùn)行部門有,2832,名正式員工，在北京、蘇州和天津有,3,個(gè)研發(fā)中心，北京、上海和深圳有,3,個(gè)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(jì)，以及在中國出售半導(dǎo)體產(chǎn)品。

16、,,1,、了解飛思卡爾公司,飛思卡爾半導(dǎo)體,(,中國,),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(jī)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(fèi)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(jī)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(jì)劃,,核心內(nèi)容,,建立,《,飛思卡爾嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用,》,示范教學(xué)實(shí)驗(yàn)室,,以示范教學(xué)實(shí)驗(yàn)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(fèi)或特價(jià)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！,