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1、嵌入式技术基础,讲授：张 扬 电话：5687204 Email：,信息与电气工程学院电气工程系,（单片机原理及接口技术）,参考书目：,张毅刚 单片机原理及应用 高等教育出版社 李朝青单片机原理及接口技术北京航天航空大学出版社 成都木马科技 单片机原理及应用北京希望电子出版社 曹琳琳 单片机原理及接口技术国防科技大学出版社,推荐网站:,单片机爱好者（） 中国电子网 （） 周立功单片机（） 单片机之家 （ ） 电子发烧友 () 老古网 （）,第1章 单片机概述,1.1 什么是单片机 1.2 单片机的历史及发展概况 1.3 8位单片机的主要生产厂家和机型 1.4 单片机的发展趋势 1.5 单片机的应
2、用 1.6 MCS-51系列单片机 1.7 补充概念,第1章 单片机概述,在半导体硅片上集成了微处理器(CPU)，存储器(RAM、ROM、EPROM)和各种输入、输出接口。,20世纪70年代问世。,已广泛应用在：,工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用 电器、电力电子、机电一体化设备等方面。,1.1 什么是单片机,单片机技术的应用遍布国民经济与人民生活的各个领域,可开发的内部资源：RAM、ROM、I/O等功能部件，全部提供给用户。用户根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核心的测控系统。,具有一台计算机的属性。也称为：,嵌入式控制器 EMCU（Embedded MicroControlle
3、r Unit）。,我国，习惯使用“单片机”这一名称。,按用途可分为通用型和专用型两大类：,（1）通用型,微控制器 MCU （MicroController Unit）,第1章 单片机概述,嵌入式：IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义：“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。 嵌入式系统：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。,（2）专用型,专门针对某些产品的特定用途而制作的单片机 ， 针对性强且数量巨大。,对系统结构的最简化、可靠性和成本的最佳化等 方面都作了全面的考虑 。,“专用”单片机具有十分明
4、显的综合优势。,第1章 单片机概述,1.2 单片机的历史及发展概况,四个阶段:,第一阶段(1974年1976年)：单片机初级阶段。双片的形式，且功能比较简单。,第二阶段（1976年1978年）:低性能单片机阶段。以Intel 公司制造的MCS-48单片机为代表。,第三阶段(1978年现在)：高性能单片机阶段。Intel公司的MCS-51系列、Mortorola公司的6801系列等。,第四阶段(1982年现在)：8位单片机巩固发展及16位单片机(MCS-96系列)、32位单片机推出阶段。,第1章 单片机概述,Intel 主要单片机系列,1.3 8位单片机的主要生产厂家和机型,（1）美国Intel
5、公司 MCS-51系列及其增强型、扩展型系列。,（2）美国ATMEL公司89C51、89C52、89C55、89S52等。,（3）荷兰PHILIPS（菲力浦）公司 8xC552系列 。,第1章 单片机概述,MCS-51系列单片机在我国得到了广泛的应用，主流系列，软、硬件设计资料丰富齐全。,1.4 单片机的发展趋势,1. CPU的改进,（1）采用双CPU结构，提高处理能力。,（2）增加数据总线宽度，内部采用16位数据总线。,（3）串行总线结构，菲利浦公司的I2C总线（Inter Icbus）。用两根信号线代替现行的8位数据总线。,第1章 单片机概述,第1章 单片机概述,2存储器的发展,（1）加大
6、存储容量。,（2）片内EPROM采用E2PROM或闪烁（Flash）存储器,（3）程序保密化。,补充: 半导体存储器的分类,按工作方式不同，分为随机存取存储器（或读写存储器）和只读存储器。,随机存储器RAM（Random Access Memory）可以随意地对任一存储单元进行读写操作，这类存储器按存储单元电路的类型可分为双极型和MOS型随机存储器。,MOS型随机存储器按信息存储方法不同分为静态RAM（SRAM，Static RAM）和动态RAM（DRAM，Dynamic RAM） 。,SRAM在工作过程中信息一旦写入，将一直保持直到下次重新写入新的信息，这期间不需要其它电路支持。 DRAM在
7、保持信息的过程中需要不断地对它进行刷新，否则信息就会丢失。因此DRAM需要刷新电路，这是两者的区别。,只读存储器ROM（Read Only Memory）在通常工作情况下只能读取信息，而不能写入信息，但是失电后信息不会丢失。又分为：,掩膜式ROM（MROM），一旦厂家做好内容不能改,可编程ROM（PROM，Programmable ROM），用户只能写入一次，写入后不能再更改,可擦除PROM（EPROM，Erasable PROM），这种EPROM在通常工作时只能读取信息，但可以用紫外线擦除已有信息，并在专用设备上高电压写入信息,电擦除PROM（E2PROM，Electrically Eras
8、able PROM）与EPROM的主要区别是E2PROM用电来擦除，使用更加方便。,闪速存储器是目前取代传统的EPROM和EEPROM的主要非挥发性（永久性）的存储器，目前大部分586主板的BIOS都使用闪速存储器,3片内I/O的改进,（1）增加并行口的驱动能力，能直接输出大电流和高电压。,（2）增加I/O口的逻辑控制功能。,（3）设置了一些特殊的串行接口功能，构成分布式、网络化系统 。,第1章 单片机概述,4外围电路内装化,器件集成度的不断提高，把众多的外围功能部件集 成在片内系统的单片化。,第1章 单片机概述,5低功耗CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)化,HMOS(高密度金属氧化物半导体
9、工艺) CHMOS (互补高密度金属氧化物半导体工艺),总之，向高性能、高速、低压、低功耗、低价格、 外围电路内装化方向发展。,1.5 单片机的应用,单片机卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。,使用温度：,民用级： 0 +70 ,工业级： -40 +85 ,军用级： -65 +125 ,第1章 单片机概述,也有(如ATMEL公司)分为商业C档、工业I档、汽车A档和军用M档四种档次的，使用温度范围分别为070、4085、40125和55150。,1.6 MCS-51系列单片机,20世纪80年代后期:Intel公司以专利的形式把8051内核技术转让给厂家。,第1章 单片机概述,如：AT
10、MEL、PHILIPS、ANALOG DEVICES、DALLAS公司。,这些厂家生产的兼容单片机，与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺。,不应直接称为MCS-51系列单片机，MCS只是Intel公司专用的单片机系列符号。,80C51系列：所有具有8051指令系统的单片机。,MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：,第1章 单片机概述,（1）基本型典型产品：8031/8051/8751,内部RAM增到256字节，8052、8752的内部程序存储器扩展到8KB，16位定时器/计数器增至3个。,（2）增强型典型产品：8032/8052/8752,（3）低功耗型
11、典型产品：80C31/87C51/80C51。采用CMOS工艺适于电池供电或其它要求低功耗的场合。,（4）专用型 8044/8744，用于总线分布式多机测控系统。美国Cypress公司的EZU SR-2100单片机USB接口。,第1章 单片机概述,（5）超8位型 典型产品：PHILIPS公司80C552/87C552/83C552系列单片机。,将MCS-96系列（16位单片机）I/O部件如：高速输入/输出（HSI/HSO）、A/D转换器、脉冲宽度调制（PWM）、看门狗定时器（WDT）等移植进来构成新一代51产品。,功能介于MCS-51和MCS-96之间。目前已得到了较广 泛的使用。,第1章 单
12、片机概述,第1章 单片机概述,（6）片内闪烁存储器型 美国ATMEL公司的AT89C51单片机，受到应用设计者的欢迎。,MCS-51系列以及80C51系列单片机有多种类型， 但 掌握好MCS-51的基本型（8031、8051、8751或80C31、 80C51、87C51）是十分重要的。,它们是具有MCS-51内核的各种型号单片机的基础，也是各种增强型、扩展型等衍生品种的核心。,补充,51、AVR与 PIC CISC（Complex Instruction Set Computer） RISC（Reduced Instruction Set Computer）ARM（Advanced RISC
13、 Machines） 一般不称其为单片机，只是单片机的内核。DSP（Digital Signal Processer） 51偏重于控制，对于运算比较薄弱。DSP偏重于运算，对于控制比较薄弱,1.7 补充概念,一、位（bit）、字节（Byte）、字（Word）和其他。1Byte = 8bits1Word2Bytes1KB = 1024Bytes1MB = 1024KB1GB = 1024MB ,1.7 补充概念,二、总线 我们知道，一个电路总是由元器件通过电线连接而成的，在模拟电路中，连连线并不成为一个问题，因为各器件间一般是串行关系，各器件之间的连线并不很多，但计算机电路却不一样，它是以微处理
14、器为核心，各器件都要与微处理器相连，各器件之间的工作必须相互协调，所以就需要的连线就很多了，如果仍如同模拟电路一样，在各微处理器和各器件间单独连线线，则线的数量将多得惊人，所以在微处理器中引入了总线的概念。,1.7 补充概念,器件的数据线也就被称为数据总线，器件所有的控制线被称为控制总线。在单片机内部或者外部存储器及其它器件中有存储单元，这些存储单元要被分配地址，才能用，分配地址当然也是以电信号的形式给出的，由于存储单元比较多，所以，用于地址分配的线也较多，这些线被称为地址总线。,1.7 补充概念,三、数据、地址、指令 之所以将这三者放在一起，是因为这三者的本质都是一样的数字，或者说都是一串0
15、和1组成的序列。换言之，地址、指令也都是数据。,指令：由单片机芯片的设计者规定的一种数字，它与我们常用的指令助记符有着严格的一一对应关，不可以由单片机的开发者更改。,地址：是寻找单片机内部、外部的存储单元、输入输出口的依据，内单元的地址值已由芯片设计者规定好，不可更改，外部的单元可以由单片机开发者自行决定，但有一些地址单元是一定要有的。,数据：这是由微处理机处理的对象，在各种不同的应用电路中各不相同。,1.7 补充概念,四、单板机、单片机、微型计算机、微型计算机系统 单板机：将微处理器（CPU）、存储器、I/O接口电路以及简单的输入输出设备组装在一块印刷线路板上，称其为单板微型计算机，简称单板
16、机。单片机：将微处理器（CPU）、存储器、I/O接口电路和相应实时控制器件集成在一块芯片上，称其为单片微型控制计算机，简称单片机。,1.7 补充概念,微型计算机：微处理器（CPU）、存储器、I/O接口电路由总线有机地连接在一起的整体，称为微型计算机。微型计算机系统：微型计算机与外围设备、电源、系统软件一起构成的系统，称为微型计算机系统。,1.7 补充概念,五、其他术语 1、字长：指参与运算的数的基本位数，它决定了计算机内部寄存器、加法器以及数据总线等的位数，反映了计算机的精度。 2、运算速度：MIPS(Million Instructions Per Second )每秒百万条指令。 3、主频：计算机内部的主时钟。,
