单片机应用技术--第一章PPT课件.ppt

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1、第一章单片机概述 1 1单片机的发展及应用1 2单片机的数制与编码实训一单片机开发系统演示本章小结 1 1 1单片机的发展及应用 1 1 1嵌入式系统与单片机自1946年计算机诞生以来它始终是用于实现数值计算的大型设备直到20世纪70年代微处理器的出现才使得计算机技术的发展有了历史性的变化人们以应用为中心将微型机嵌入到一个应用对象体系中以实现对象智能化控制的要求这样的计算机就有别于通用的计算机系统它失去了通用计算机的标准形态和功能这种以应用为中心以计算机技术为基础软硬件可裁剪针对具体应用系统对功能可靠性成本体积功耗严格要求的专用计算机系统被称为嵌入式系统

2、由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象体系中实现的是对象下一页返回 2 1 1单片机的发展及应用的智能化控制因此它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向嵌入式计算机则走上了芯片化道路它完全按照嵌入式应用要求设计全新的体系结构微处理器指令系统总线方式管理模式将计算机做在一个芯片上这就是嵌入式系统独立发展的单片机时代随着微电子工艺水平的提高其后发展的产品DSP迅速提升了嵌入式系统的技术水平使嵌入式系统无处不在简单地说一个嵌入式系统就是一个硬件和软件的集合体硬件包括嵌入式处理器存储器及外设器件输入输出端口图形控制器等软件部件包括操作系统软件和

3、应用程序下一页返回上一页 3 1 1单片机的发展及应用嵌入式处理器可分成下面几类 1 嵌入式微处理器 EmbeddedMicroProcessorUnit EMPU 嵌入式微处理器采用增强型通用微处理器在工作温度电磁兼容性以及可靠性方面的要求较高在功能方面与标准的微处理器基本上是一样的嵌入式微处理器组成的系统将嵌入式微处理器及其存储器总线外设等安装在一块电路主板上具有体积小重量轻成本低可靠性高的优点但系统的技术保密性较差嵌入式处理器目前主要有80X86系列 PowerPC系列及68000系列等上一页下一页返回 4 1 1单片机的发展及应用 2 嵌入式微

4、控制器 MicroControllerUnit MCU 嵌入式微控制器又称单片机它将整个计算机系统集成到一块芯片中嵌入式微控制器一般以某种微处理器内核为核心根据某些典型的应用在芯片内部集成了RAM ROM EPROM 总线总线逻辑定时计数器看门狗 I O口串行口脉宽调制输出 A D D A FlashRAM E2PROM等各种必要的功能部件和外设为适应不同的应用需求对功能的设置和外设的配置进行必要的修改和裁减定制和嵌入式微处理器相比微控制器使应用系统的体积大大减小功耗和成本大幅下降可靠性提高使得微控制器成为嵌入式系统应用的主流目前MCU约占嵌入式系统市场份额

5、的70 最典型的就是MCS 51系列产品上一页下一页返回 5 1 1单片机的发展及应用 3 嵌入式DSP处理器 EmbeddedDigitalSignalProcessor EDSP 由于实际应用中对数字信号进行处理的要求使DSP算法被大量应用于嵌入式系统 DSP应用从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能过渡到采用嵌入式DSP处理器 DSP处理器在系统结构和指令等方面进行了特殊设计使之更适合用于运算量较大特别是向量运算指针线性寻址等较多的场合嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是TI公司的TMS320系列和Motorola的DSP56000系列 4 嵌入式片上系统 Syst

6、emonChip SoC 随着EDA的推广和VLSI设计的普及化以及半导体工艺的迅速发展可以在一块硅片上实现一个更为复杂的系统上一页下一页返回 6 1 1单片机的发展及应用这就产生了SoC技术 1 1 2单片机的发展趋势单片机的应用面极广发展速度很快其发展大致经历了3个历史阶段 1974 1978年为单片机芯片化阶段第一代单片机始于1974年以Intel公司的MCS 48系列为代表其特点是专门的结构设计单片机在片内集成了8位CPU 并行I O端口 8位定时器计数器 RAM ROM等资源少无软件只能保证基本的控制功能这一代的单片机产品还有Motorola公司

7、的6801系列和Zilog公司的Z8系列 1978 1983年为单片机完善阶段以Intel公司的MCS 51系列为代表其技术特点是具有完善的总线结构上一页下一页返回 7 1 1单片机的发展及应用包括8位数据总线 16位地址总线及相应的控制总线组成的三总线结构及串行总线具有强大的指令系统其中大量的位操作指令与片内位地址空间构成了单片机所独有的布尔操作系统建立了计算机外围功能电路的SFR集中管理模式具有多级中断处理 16位定时计数器较大的片内RAM和ROM容量有的单片机内部还带有A D转换接口这一代单片机真正开创了单片机作为微控制器的发展道路 1983年至今为单片机

8、向微控制器过渡阶段在这一时期一方面不断完善高档8位单片机另一方面发展16位单片机及专用单片机将许多测控系统中所使用的电路技术接口技术及可靠性技术应用于单片机中如程序运行监视器上一页下一页返回 8 1 1单片机的发展及应用 WDT 脉冲宽度调制器 PWM 高速I O口数模模数转换器等将这些满足嵌入式应用要求的外围扩展加入到芯片内部使单片机内部的外围功能电路得到增强使其更符合智能控制器的特征同时加强了各种总线扩展技术如SPI I2C CAN等总线接口以及电源管理功能等单片机在目前的发展形势下表现出几大趋势 1 采用多核CPU提高处理能力 2 加大存储容量采用新

9、型存储器方便用户擦写程序及数据加强程序的保密措施 3 单片机内部所集成的部件越来越多和模拟电路结合越来越紧密使其应用水平不断提高如NS 美国国家半导体公司的单片机已把语音图像部件也集成到单片机中上一页下一页返回 9 1 1单片机的发展及应用 4 通信和联网功能不断加强 5 集成度不断提高功耗越来越低电源电压范围加宽随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高单片机还会不断产生新的变化和进步最终人们可能发现单片机与微机系统之间的距离越来越小甚至难以辨认 1 1 3单片机主要产品及应用随着集成电路的飞速发展单片机从问世到现在发展迅猛拥有繁多的系列五花八门的机种

10、根据控制单元设计方式与采用技术的不同可将目前市场上的单片机分为两大类型复杂指令集 CISC 和精简指令集 RISC 上一页下一页返回 10 1 1单片机的发展及应用采用CISC结构的单片机数据线和指令线分时复用指令丰富功能较强但取指令和取数据不能同时进行速度受限价格亦高采用RISC结构的单片机数据线和指令线分离即所谓哈佛结构这使得取指令和取数据可同时进行执行效率更高速度亦更快属于CISC结构的单片机有Intel的MCS 51 96系列 Motorola的M68HC系列 Atmel的AT89系列台湾Winbond 华邦 W78系列荷兰Pilips的PCF80

11、C51系列等属于RISC结构的有Microchip公司的PIC16C5X 6X 7X 8X系列 Zilog的Z86系列 Atmel的AT90S系列等上一页下一页返回 11 1 1单片机的发展及应用现将国际上较大的单片机公司以及产品销量大发展前景看好的各系列8位单片机简介如下 1 Intel公司MCS 51系列单片机Intel公司的MCS 51系列单片机的型号及性能指标如表1 1所示其中带有 C 字的型号为CHMOS工艺的低功耗芯片否则为HMOS工艺芯片 MCS 51系列单片机大多采用PDIP PLCC封装形式 2 89系列单片机89系列单片机与MCS 51系列单片机完全兼容

12、已成为使用者的首选主流机型其特征为片内Flash是一种高速E2PROM 可在内部存放程序能方便地实现单片系统扩展系统多机系统上一页下一页返回 12 1 1单片机的发展及应用 1 Atmel公司的AT89系列单片机美国Atmel公司推出的AT89系列单片机是一种8位Flash单片机采用8031CPU的内核设计产品性能指标如表1 1所示其中 AT 表示公司代码 C 为CMOS工艺产品 LV 表示低电压 S 表示该器件含在系统可编程功能 ISP 其中AT89C1051 AT89C2051只有20引脚芯片采用PDIP PLCC TQFP等封装形式 2 Philips公司的P89系

13、列单片机荷兰Philips公司推出的89系列单片机也是一种8位的Flash单片机与Atmel的89系列产品类似各档次单片机性能指标如表1 1所示上一页下一页返回 13 1 1单片机的发展及应用 3 Motorola公司MC68HC系列单片机MC68HC系列单片机是Motorola公司推出的8位单片机其型号庞大但是同一系列单片机的CPU均相同指令系统相同它与51系列单片机不兼容程序指令也不相同其单片机的型号命名方法如下上一页下一页返回 14 1 1单片机的发展及应用上一页下一页返回 15 1 1单片机的发展及应用 MC68HC系列单片机的性能指标见表1 2所示

14、其中PWM为脉冲宽度调制功能 4 Microchip 微芯公司的PIC系列单片机PIC单片机是由美国Microchip 微芯公司推出的8位高性能单片机该系列单片机是首先采用RISC结构的单片机系列 PIC的指令集只有35条指令四种寻址方式同时指令集中的指令多为单字节指令指令总线和数据总线分离允许指令总线宽于数据总线即指令线为14位数据线为8位 PIC有的型号单片机只有8个引脚为世界上最小的单片机 PIC单片机的主要特点是精简了指令集使得指令少执行速度快同时功耗低驱动能力强有的型号还上一页下一页返回 16 1 1单片机的发展及应用具有I2C和SPI串行口

15、总线端口有利于单片机串行总线扩充外围器件常用的PIC系列单片机特性如表1 3所示由于单片机的种种优点和特性其应用领域无所不至无论是工业部门民用部门和家用等领域处处可以见到它的身影主要应用于以下几个方面 1 在智能仪表中的应用这是单片机应用最多最活跃的领域之一在各类仪器仪表中引入单片机使仪器仪表智能化提高测试的自动化水平和精度简化仪器仪表的硬件结构提高性价比 2 在工业方面的应用上一页下一页返回 17 1 1单片机的发展及应用单片机广泛用于工业生产过程的自动控制物理量的自动检测与处理工业机器人智能传感器电机控制数据传输等领域中 3 在电信业的应用单片

16、机在程控交换机手机电话机智能调制解调器智能线路运行控制等方面的应用也很广泛 4 军用导航方面的应用单片机应用在航天航空导航系统电子干扰系统宇宙飞船中及尖端武器导弹控制智能武器装置鱼雷制导控制等方面 5 日常生活中的应用上一页下一页返回 18 1 1单片机的发展及应用目前国内外各种家用电器已普遍采用单片机代替传统的控制电路例如单片机广泛用于洗衣机电冰箱空调机微波炉电饭煲等家用电器以及高级的电子玩具电子字典数码像机等产品中从而提高了自动化程序同时还增加了功能当前家电领域的主要发展趋势是模糊控制现已形成了众多的模糊控制家电产品而单片机正是这些产品的最佳选择 6 其它方面的应用单片机除了以上各方面的应用之外还广泛应用于办公自动化领域商业营销领域汽车的点火控制变速控制防滑刹车排气控制节能控制冷气控制汽车报警测试设备等计算机内部设备等各领域中上一页下一页返回 19 1 1单片机的发展及应用 1 1 4单片机系统的开发对于一个单片机控制系统或称为目标系统从提出任务到设计调试最终正确地投入运行并完成即定的功能这

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