《单片机原理及应用 教学课件 ppt 作者 娄国焕 第一章 概述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机原理及应用 教学课件 ppt 作者 娄国焕 第一章 概述（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第一章 概述,2,2,第一章 目录 1.1 单片机的定义和特点 1.1.1微型计算机系统 1.1.2单片机的基本概念 1.1.3 单片机的特点 1.2 单片机的发展概况 1.3 单片机的应用特点,3,1.4 常用单片机介绍 1.4.1 Intel公司的单片机 1.4.2 Atmel 公司的单片机 1.4.3 Philips公司的单片机 1.4.4 Microchip公司的单片机 1.4.5 MOTOROLA 单片机,4,微型计算机和单片机的基本概念及组成结构；单片机的发展趋势；单片机的特点；常见的单片机介绍。 重点：微型计算机和单片机的组成结构 难点：微型计算机和单片机的组成结构,内容提要
2、,5,5,1.1 单片机的定义和特点 1.1.1微型计算机系统 微型计算机由中央处理单元CPU、只读存储器ROM、随机存储器RAM、中断系统、定时/计数器、I/O接口组成。 对于微型计算机来说，组成的各个部分，都是分立的，由单独的芯片或者电路板组成。,6,6,1.1.2单片机的基本概念 单片微型计算机简称单片机(Single Chip Microcomputer)，又称微控制器（Microcomputer Unit）。自70年代问世以来，已深入应用到非微型计算机所无法应用的领域。它将计算机的基本部件微型化，使之集成在一块芯片上。片内含有中央处理部件(CPU)、存储器(ROM、RAM)、输入输出
3、(I/O)接口、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及总线等。 按照面向对象、突出控制功能，在片内集成了许多外围电路及外设接口，突破了传统意义的计算机结构，发展成microcontroller的体系结构，目前国外已普遍称之为微控制器MCU（Micro Controller Unit）。鉴于它完全作嵌入式应用，故又称为嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller)。,7,7,1.1.3 单片机的特点 单片机是以工业测控对象、环境、接口特点出发向着增强控制功能，提高工业环境下的可靠性方向发展。单片机具有以下特点。 (1)功能强、体积小，易于产品化。片单片机一般也只有一块校徽大小。
4、它能方便地嵌入到各种被控制的设备中。 (2)面向控制。单片机指令系统中有丰富的转移指令、位操作指令、I/O口的逻辑操作等指令，能满足工业、国防等高科技领域的控制要求。 (3)价格低廉。由于单片机应用面广，因此世界各个公司都竞相生产，不断提高性能价格比。 (4)低电压、低功耗。单片机大量用于便携式装置和家电产品，因此低电压、低功耗就显得非常重要。许多单片机功耗已为微安级，一粒纽扣电池就能使单片机长期工作。,8,1.2单片机的发展概况 单片机按照其用途可分为通用型和专用型两大类。通用型单片机可以把开发资源全部提供给使用者，通过不同的外围扩展来满足不同的应用对象要求；专用型单片机的硬件结构和指令是按
5、照某一特定用途而设计，从而降低成本、简化系统结构、提高可靠性，例如计费率电表、电子记事簿的单片机等。 单片机的发展可以划分为四个阶段： (1)第一阶段（1976-1978） 单片机的控索阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。这就是SCM的诞生年代，“单片机”一词即由此而来。,8,9,(2)第二阶段（1978-1982） 单片机的完善阶段。Intel公司在MCS48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS-51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。 完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有多机通信功能
6、的串行通信接口。 CPU外围功能单元的集中管理模式。 体现工控特性的位地址空间及位操作方式。 指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。,9,10,(3)第三阶段（1982-1990） 8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS-96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着MCS-51系列的广泛应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路功
7、能，强化了智能控制的特征。 (4)第四阶段（1990） 微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。,10,11,1.3单片机的应用特点 由于单片机的特点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力助手。它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面： 1. 单片机在智能仪表中的应用 单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。 2. 单片机在机电一体化中的应用 机电一体化是机械工业发展的方向。机电
8、一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。因此，单片机被称为机电一体化中最理想的控制器。,11,12,3. 单片机在实时控制中的应用 单片机广泛地用于各种实时控制系统中。例如，在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。 4. 单片机在分布式多机系统中的应用 在比较复杂的系统中，常采用
9、分布式多机系统。多机系统一般由若干功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。,12,13,5. 单片机在人类生活中的应用 自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增强了功能，倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。 综合所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从
10、根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。,13,14,1.4 常用单片机介绍 1.4.1 Intel公司的单片机 Intel公司单片机是目前应用最广、品种最多的单片机。Intel公司于1980年推出8位的高性能8051单片机 ，在工业控制领域引起不小的轰动，并迅速确立了其不可动摇的地位。 随后Intel公司将80C51内核使用权以专利互换或出让给世界许多著名IC制造厂商，引来世界上很多半导体厂商加入了开发和改造8051单片机的行列中，这
11、其中贡献最大的有Philipe公司，它着力发展了单片机的控制功能和外围单元；Atmel公司，它在单片机内部植入了Flash ROM，使得单片机应用变得更灵活，在我国拥有大量的用户；ADI公司，它推出的AduC8 xx系列单片机，在单片机向SOC发展的模/数混合集成电路发展过程中扮演了很重要的角色；Cygnai公司，它采用一种全新的流水线设计思路，使单片机的运算速度得到了极大的提高，在向SOC发展的过程中迈出了一大步。,14,15,这样80C51单片机就变成了众多芯片制造厂商支持的大家族，统称为80C51系列单片机。客观事实表明，80C51已成为8位单片机的主流，成了事实上的标准MCU芯片。 目
12、前8051系列单片机各生产厂商的主流产品有几十个系列，几百个品种。尽管其各具特色，名称各异，但作为集CPU、RAM、ROM（或EPROM）、 I/O接口、定时器/计数器、中断系统为一体的单片机，其原理大同小异。,15,16,1.4.2 Atmel 公司的单片机 ATMEL公司是世界上著名的高性能低功耗非易失性存储器和数字集成电路的一流半导体制造公司。在CMOS器件生产领域中ATMEL的先进设计水平优秀的生产工艺及封装技术一直处于世界的领先地位。 ATMEL公司的90系列单片机是增强RISC内载Flash的单片机，通常简称为AVR单片机。90系列单片机基于新的精简指令RISC结构，此结构使得在8
13、位微处理器市场上AVR单片机具有最高MIPS/mw能力。 为了加快进入市场的时间和简化维护的支持，对于单片机来说用高级语言编程成了一种标准编程方法。AVR结构单片机的开发目的就是在于能采用C语言编程从而能高效地开发出目标产品。为了对目标代码大小性能及功耗的优化，AVR单片机采用了大型快速存取寄存器文件和快速单周期指令。,16,17,在 AVR 单片机中在前一条指令执行的时候，就取出现行的指令。然后以一个周期执行指令，在其它的CISC以及类似的RISC结构中，外部振荡器的时钟被分频降低到传统的内部执行周期，这种分频最大达12倍。AVR单片机是用一个时钟周期执行一条指令的，它是在8位单片机中第一种
14、真正的RISC单片机。 AVR单片机采用低功率非挥发的CMOS工艺制造，通过SPI口和一般的编程器可以对AVR单片机的Flash存储器进行编程。 AT90 系列单片机目前有AT90S1200、AT90S2313、AT90S4414、AT90S8515、AT90S2323、AT90S2343、AT90SMEG403、AT90SMEG103、AT90S4434、AT90S8535等多种型号，它们在功能和存储器容量等方面有一定的区别但是它们都是比89系列要强的单片机。,17,18,1.4.3 Philips公司的单片机 飞利浦半导体作为全球著名的半导体产品供应商，在单片机领域具有强大的影响力，产品范
15、围广泛并且在技术创新上极为活跃，尤其近几年在ARM和增强型51单片机方面，有大量的新产品问世。飞利浦80C51系列单片机与MCS-51指令系统完全兼容，其片内具有I2C总线、A/D转换器、定时监视器、CRT控制器等丰富的外围部件。其主要产品有LPC900系列、LPC76x系列、P8xC5x系列、增强型80C51系列。 飞利浦单片机独特的创造是具有I2C总线，这是一种集成电路和集成电路之间的串行通信总线，可以通过总线对系统进行扩展，使单片机系统结构更简单，体积更小。I2C总线也可以用于多机通信。,19,1.4.4 Microchip公司的单片机 Microchip公司是著名的8位单片机生产商，M
16、icrochip单片机在我国也有比较多的用户，近几年随着Microchip不断推出颇具特色的各型单片机，Microchip已越来越受到业界的广泛关注。MicroChip单片机的主要产品是PIC 16C系列和17C系列8位单片机。CPU采用RISC结构，分别仅有33,35,58条指令，采用Harvard双总线结构，运行速度快，低工作电压，低功耗，较大的输入输出直接驱动能力，价格低，一次性编程，小体积。适用于用量大，档次低,价格敏感的产品。在办公自动化设备，消费电子产品、电讯通信、智能仪器仪表、汽车电子、金融电子、工业控制不同领域都有广泛的应用，PIC系列单片机在世界单片机市场份额排名中逐年提高，展非常迅速。,19,20,1.4.5 MOTOROLA 单片机 MOTOROLA是世界上最早开发单片机的著名厂商，是目前全球最大的8位单片机生产商。现在已经拥有8位、16位和32位约十几个系列的单片机。在8位机方面有68HC05和升级产品68HC08。68HC05有30多个系列，200多个品种，产量已超过20亿片。16 位机68HC16 也有十多个品种。32位单片机的683XX
