單片機原理、接口及應用.ppt

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單片機原理、接口及應用,——嵌入式系統(tǒng)技術基礎,,緒論,★計算機的新分類★嵌入式系統(tǒng)★單片機?單片機的應用?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構、運算速度、結構規(guī)模、適用領域，將其分為大型計算機、中型機、小型機和微型計算機?！鲭S著計算機技術的迅速發(fā)展，計算機技術和產品對其它行業(yè)的廣泛滲透，人們以應用為中心、按計算機的嵌入式應用和非嵌入式應用進行新的分類,將其分為嵌入式計算機和通用計算機?！鐾ㄓ糜嬎銠C具有計算機的標準形態(tài)，通過裝配不同的應用軟件，以類同面目出現(xiàn)，并應用在社會的各個方面，其典型產品為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、產品和系統(tǒng)中。,什么是嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、針對具體應用系統(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)。嵌入式計算機在應用數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備中就包含了5-10個嵌入式微處理器，鍵盤、鼠標、軟驅、硬盤、顯示卡、顯示器、網卡、Modem、聲卡、打印機、掃描儀、數字相機、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、家電產品等方面無不是嵌入式計算機的應用領域。,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（MicrocontrollerUnit,MCU又稱單片機）。（3）嵌入式DSP處理器（EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP）：DSP處理器對系統(tǒng)結構和指令進行了特殊設計，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(SingleChipMicrocomputer)又稱微控制器MCU(MicroControllerUnit),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。片內含有CPU、ROM、RAM、并行I/0、串行I/O、定時器/計數器、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.單片機的應用由于單片機小而全，易于推廣應用等顯著優(yōu)點，在自動化裝置，智能化儀器儀表和家用電器等領域得到日益廣泛的應用。下面僅列舉一些典型的應用領域。（1）工業(yè)控制數控機床，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，數字示波器等。（3）電信技術調制解調器，聲像處理，數字濾波，通信設備等。（4）辦公自動化和計算機外部設備傳真機，復印機，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）導彈導彈控制，魚雷制導，智能武器裝置，航天導彈系統(tǒng)等。（7）商用產品電子收款機，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,用戶可以根據產品的需要進行選擇。（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）、在應用編程（IAP）。各類產品并存，可供用戶選擇。（5）I/O端口多功能化單片機內除集成有并行接口、串行接口外，還集成有A/D、D/A、LED/LCD顯示驅動、DMA控制、PWM（脈寬調制輸出）、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的低功耗技術為一體，使單片機的功耗進一步降低，適應的電壓范圍更寬（2.6~6V）。（7）結合專用集成電路ASIC、精簡指令集和RISC技術，使單片機發(fā)展成為嵌入式的處理器，深入到數字信號處理、圖象處理、人工智能、機器人等領域。,以上單片機各種發(fā)展系列并非一代淘汰一代，用戶根據產品要求、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生產廠家都生產51兼容的芯片。目前為止，MCS-51單片機已有數百個品種，還在不斷推出功能更強的新產品。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，可以預言，幾十年內不會淘汰。因此，MCS-51單片機成為教學的首選機型。,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：片內無EPROM型，如80(C)3X;片內EPROM,如87(C)5X；片內FLASHEEPROM型，如89C5X;片內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?；拘偷拇懋a品是8051，其基本特性如下：①一個8位CPU和指令系統(tǒng)。②128字節(jié)的片內RAM。③21個特殊功能寄存器。④32線并行I/O口。⑤2個16位定時/計數器。⑥一個全雙工串行口。⑦5個中斷源、2個中斷優(yōu)先級的中斷結構.,⑧4KB片內ROM。⑨一個片內時鐘振蕩器和時鐘電路.⑩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ROM和RAM容量比基本型的增大一倍,同時把16位計數增為3個.87C54內部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.此外還有內含DMA、PCA(可編程計數陣列)、A/D、多并行口、及內含BASIC高級語言型等多類產品，詳見教材續(xù)表。,