《第1章 单片机综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第1章 单片机综述（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述第第1 1章章 单片机综述单片机综述主编：海主编：海 涛涛课件制作：齐宏伟课件制作：齐宏伟 辛鹏辛鹏黄新迪黄新迪 闭耀宾闭耀宾 王立元王立元 广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述内容提要内容提要 使使用用C C语语言言开开发发嵌嵌入入式式系系统统，是是今今后后单单片片机机发发展展的的主主要要方方向向。本本章章对对嵌嵌入入式式系系统统从从定定义义、特特点点、分分类类及及其其与与单单片片机机的的关关系系等等几几个个方方面面进进行
2、行阐阐述述。并并介介绍绍了了AVRAVR单片机的特点、系列产品和应用特点。单片机的特点、系列产品和应用特点。第第1 1章单片机综述章单片机综述广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述微微机机系系统统的的核核心心部部件件为为CPUCPU，从从CPUCPU的的发发展展、演演变变过过程程可可显显现现微微机机系系统统的的发发展展过过程程。其其发发展展历历程程主主要要经经历历了了，第第一一代代、第第二二代代、第第三三代代、第第四四代代、第五代、第六代。第五代、第六代。我我国国于于19741974年年开开始始研研制制微微处处理理器器。19771977年年研研制制
3、出出DSJDSJ050050（INTEL8080INTEL8080）随随后后我我国国微微机机的的研研制制和和发发展展加加快快。1 1位位、4 4位位、1616、3232位位相相继继涌涌现现，目目前已经有各种型号产品。前已经有各种型号产品。1.1 1.1 微机发展史简介微机发展史简介广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述1 1计计算算机机硬硬件件由由五五部部分分组组成成：运运算算器器、控控制制器器、存存储器、输入设备、输出设备。储器、输入设备、输出设备。2 2微机的特点：微机的特点：（1 1）运运算算器器和和控控制制器器集集成成在在一一个个芯芯片片上
4、上，称称之之为为CPUCPU芯片芯片（2 2）存储器由半导体存储器芯片组成。）存储器由半导体存储器芯片组成。1.2 1.2 单片机与微机单片机与微机广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述（3 3）CPUCPU，存存储储器器，I/O I/O 口口通通过过ABAB，DBDB，CBCB三三总总线线交换信息交换信息（4 4）外设通过）外设通过I/OI/O口芯片与机器内各部件交换信息。口芯片与机器内各部件交换信息。3 3单单片片机机是是集集成成了了组组成成微微机机的的CPUCPU、存存储储器器、I/OI/O口口以及其它辅助电路的大规模集成电路芯片。以及其它辅
5、助电路的大规模集成电路芯片。广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述1.3.11.3.1嵌入式系统的定义与特点嵌入式系统的定义与特点 1 1、嵌入式系统的定义、嵌入式系统的定义嵌嵌入入式式系系统统应应定定义义为为“嵌嵌入入到到对对象象体体系系中中的的专专用用计计算算机机系系统统”。嵌嵌入入性性、专专用用性性与与计计算算机机系系统统是是嵌嵌入入式式系系统统的的3 3个个基基本本要要素素。对对象象系系统统则则是是指指嵌嵌入入式系统所嵌入的宿主系统。式系统所嵌入的宿主系统。1.3 1.3 嵌入式系统嵌入式系统广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海
6、涛第第1章：单片机综述章：单片机综述2 2、嵌入式系统的特点、嵌入式系统的特点与专用性相关的特点：与专用性相关的特点： 软、硬件的裁剪性。软、硬件的裁剪性。满足对象要求的最小软、硬件配置等。满足对象要求的最小软、硬件配置等。与计算机系统相关的特点：与计算机系统相关的特点： 嵌入式系统必须嵌入式系统必须是能满足对象系统控制要求的计算机系统。与是能满足对象系统控制要求的计算机系统。与前面两个特点相呼应，这样的计算机必须配置前面两个特点相呼应，这样的计算机必须配置与对象与对象广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述嵌嵌入入式式系系统统按按形形态态可可分分为
7、为设设备备级级（工工控控机机）、板板级级（单板、模块）和芯片级（单板、模块）和芯片级（MCUMCU、SoCSoC）。）。嵌嵌入入式式应应用用对对计计算算机机系系统统的的要要求求：（1 1）可可靠靠性性高高：防防止止控控制制失失误误（2 2）物物理理空空间间有有限限：要要嵌嵌入入到到对对方方体体系系中中；（3 3）强强大大的的 I IO O管管理理、驱驱动动能能力力：（4 4）要要和和外外围围电电路路、功功能能单单元元打打交交道道；（5 5）足足够够的的应应用用软软件：符合对象管理、控制要求的应用软件。件：符合对象管理、控制要求的应用软件。3 3、嵌入式系统的种类与发展、嵌入式系统的种类与发展广
8、西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述1.4 AVR1.4 AVR单片机简介单片机简介 ATMELATMEL公公司司是是世世界界上上有有名名的的生生产产高高性性能能、低低功功耗耗、非非易易失失性性存存储储器器和和各各种种数数字字模模拟拟ICIC芯芯片片的的半半导导体体制制造造公公司司。在在单单片片机机做做控控制制器器方方面面，ATMELATMEL公公司司有有AT89AT89、AT90AT90和和ARMARM三三个个系系列列单单片片机机的的产产品品。ATMELATMEL公公司司在在其其单单片片机机产产品品中中，融融入入了了先先进进的的E2PROME2P
9、ROM电电可可擦擦除除和和Flash Flash ROMROM闪闪速速存存储储器器技技术术，使使得得该该公公司司的的单单片片机机具具备备了了优优秀秀的的品品质质，在在结结构构、性性能能和和功功能能等等方方面面都都有有明显的优势。明显的优势。广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述AVRAVR单单片片机机吸吸取取了了PICPIC及及 80518051单单片片机机的的优优点点，同同时时还还做做了一些重大改进，其主要的优点如下：了一些重大改进，其主要的优点如下：1 1、片片内内集集成成可可擦擦写写1000010000次次以以上上的的FlashFlash程程
10、序序存存储储器器。2 2、高高度度保保密密（LOCKLOCK）。可可多多次次擦擦写写的的FLASHFLASH具具有有多多重重密密码码保保护护锁锁死死（LOCKLOCK）功功能能，并并且且FlashFlash单单元元深深藏藏于于芯芯片内部。片内部。 1.4.1 AVR1.4.1 AVR单片机的主要特点单片机的主要特点广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述3 3、工业级（、工业级（WDTWDT）产品。具有大电流的特点，可直）产品。具有大电流的特点，可直接驱动接驱动SSRSSR或继电器。有看门狗定时器（或继电器。有看门狗定时器（WDTWDT）安全）安全保
11、护，提高产品的抗干扰能力。保护，提高产品的抗干扰能力。4 4、超功能精简指令。具有、超功能精简指令。具有3232个通用工作寄存器，易个通用工作寄存器，易学、易写、易移植。学、易写、易移植。5 5、程序写入器件可以并行写入（用编程器写入），、程序写入器件可以并行写入（用编程器写入），也可使用串行在线编程（也可使用串行在线编程（ISPISP）方法下载写入。）方法下载写入。广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述6 6、除除了了并并行行I/OI/O口口输输入入/ /输输出出特特性性与与PICPIC的的HI/LOWHI/LOW输输出出及及三三态态高高阻阻抗抗
12、HI-ZHI-Z输输入入相相同同外外，还还设设定定了了与与80518051系列内部有上拉电阻的输入端功能相似的功能，系列内部有上拉电阻的输入端功能相似的功能，7 7、单单片片机机内内集集成成了了模模拟拟比比较较器器，I/OI/O口口可可作作A/DA/D转转换换用，组成廉价的用，组成廉价的A/DA/D转换器。转换器。8 8、AVRAVR单片机可重新设置启动复位。单片机可重新设置启动复位。广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述9 9、 具具 有有 休休 眠眠 省省 电电 功功 能能 （ POWER POWER DOWNDOWN） 及及 闲闲 置置（ID
13、LEIDLE）低功耗功能的工作方式。）低功耗功能的工作方式。1010、ATmegaATmega单单片片机机具具有有内内部部的的RCRC振振荡荡器器，提提供供1MHz1MHz8MHz8MHz的的工工作作时时钟钟，使使该该类类单单片片机机无无需需外外加加晶晶振振等等时钟电路元器件即可工作，简单方便。时钟电路元器件即可工作，简单方便。广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述1111、有有8 8位位和和 1616位位的的计计数数器器/ /定定时时器器（C/TC/T），可可作作为为比比较较器器、计计数数器器、外外部部中中断断和和PWM PWM ( (也也可可作
14、作D/A)D/A)，用于控制输出。用于控制输出。1212、有有串串行行异异步步通通信信UARTUART硬硬件件接接口口电电路路，采采用用单单独独的波特率发生器，并不占用定时器。的波特率发生器，并不占用定时器。1313、工工作作电电压压范范围围为为2.7V2.7V6.0V6.0V，电电源源抗抗干干扰扰性性能能强。强。 1414、多通道的、多通道的1010位位A/DA/D及实时时钟（及实时时钟（RTCRTC）。）。广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述1.4.2 AVR1.4.2 AVR单片机系列产品单片机系列产品内部资源ATtiny11LATtiny
15、11ATtiny12VATtiny12LATtiny12ATtiny15LATtiny26LATtiny26ATtiny28VATtiny28LFlash(KB)1111112222E2PROM(B)64646464128128RAM(B)快速寄存器0320320320320320321283212832032032指令条数9090909090901281289090I/O Pins66666616162020中断数445558111155外部中断数11（+5）1（+5）1（+5）1（+5）1（+5）1（+5）1（+8）1（+8）1（+8）1（+8）SPI1616表表1-1 1-1 部分部分A
16、VRAVR系列单片机选型表（录自系列单片机选型表（录自ATMEL ATMEL 网站）网站）广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述内部资源ATtiny11LATtiny11ATtiny12VATtiny12LATtiny12ATtiny15LATtiny26LATtiny26ATtiny28VATtiny28LFlash(KB)1111112222E2PROM(B)64646464128128RAM(B)快速寄存器0320320320320320321283212832032032指令条数9090909090901281289090I/O Pins6
17、6666616162020中断数445558111155外部中断数11（+5）1（+5）1（+5）1（+5）1（+5）1（+5）1（+8）1（+8）1（+8）1（+8）SPI1616广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述UART1515TWI41414硬件乘法器8位定时器111112221116位定时器PWM144看门狗定时器YYYYYYYYYY实时时钟模拟比较器YYYYYYYYYY10位A/D通道41111广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述片内振荡器YYY2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2BODYYY
18、YYY在线编程（ISP）Y3Y3YYYYYYY3Y3自编程(SPM)VCC（最低） （最高）2.75.54.05.51.85.52.75.54.05.52.75.52.75.54.55.51.85.52.75.5系统时钟（MHz）0-20-60-10-40-81-60-80-160-10-4封装形式8-PinDIP8-PinSOIC8-PinDIP8-PinSOIC8-PinDIP8-PinSOIC8-PinDIP8-PinSOIC8-PinDIP8-PinSOIC8-PinDIP8-PinSOIC20-PinDIPSOIC32-PinMLF20-PinDIPSOIC32-PinMLF28-P
19、inDIP32-PinTQFPMLF28-PinDIP32-PinTQFPMLF广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述表表1-2 1-2 部分部分AVRAVR系列单片机选型表（录自系列单片机选型表（录自ATMEL ATMEL 网站）网站）内部资源AT90LS1200AT90S1200AT90LS2313AT90S2313AT90LS2323AT90S2323AT90LS2343AT90S2343AT90LS4433AT90S2323Flash(KB)1122222244E2PROM(B)6464128128128128128128256256RAM
20、(B)快速寄存器0320321283212832128321283212832128321283212832指令条数8989120120120120120120120120I/O Pins1515151533552020中断数33101022221414外部中断数11122111122广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述SPI11UART1111TWI4硬件乘法器8位定时器111111111116位定时器1111PWM1111看门狗定时器YYYYYYYYYY实时时钟模拟比较器YYYYYY广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：
21、单片机综述章：单片机综述10位A/D通道66片内振荡器YYYYBODYY在线编程（ISP）YYYYYYYYYY自编程(SPM)VCC（最低） （最高）2.760.4.06.02.76.04.06.02.76.04.06.02.76.04.06.02.76.04.06.0系统时钟（MHz）0-40-120-40-100-40-100-40-100-40-8广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述封装形式20-PinDIPSOICSSOP20-PinDIPSOICSSOP20-PinDIPSOIC20-PinDIPSOIC8-PinDIPSOIC8-Pi
22、nDIPSOIC8-PinDIPSOIC8-PinDIPSOIC28-PinDIP32-PinTQFP28-PinDIP32-PinTQFP表表1-3 1-3 部分部分AVRAVR系列单片机选型表（录自系列单片机选型表（录自ATMEL ATMEL 网站）网站） 内部资源AT90LS8515AT90S8515AT90LS8535AT90S8538ATmega8LATmega8ATmega16ATmega32ATmega64ATmega128广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述Flash(KB)888888163264128E2PROM(B)5125
23、125125125125125121K2K4KRAM(B)快速寄存器512325123251232512321K321K321K322K324K324K32指令条数120120120120130130130130133133I/O Pins32323232232332325353中断数12121616181820203434外部中断数12222223388广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述SPI1111111111UART1111151515152525TWI4111111硬件乘法器YYYYY8位定时器112222222216位定时器11111
24、11122PWM223333446+26+2看门狗定时器YYYYYYYYYY实时时钟YYYYYYYY模拟比较器YYYYYYYYYY10位A/D通道886/86/88888广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述片内振荡器Y2Y2Y2Y2Y2Y2BODYYYYYY在线编程（ISP）YYYYYYYYYY自编程(SPM)YYYYYYVCC（最低） （最高）2.760.4.06.02.76.04.06.02.75.54.55.54.55.54.55.54.55.54.05.5系统时钟（MHz）0-40-80-40-80-81-160-160-160-160-
25、16广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述说明：该表为说明：该表为ATMELATMEL网站网站20022002年年7 7月刊登。月刊登。 1.1.高精度（高精度（5 5）可编程的内部）可编程的内部RCRC振荡器。振荡器。 2.2.兼容兼容 I2CI2C。 3.3.可编程串行可编程串行USARTUSART。 4.4.通过通过USIUSI（ Universal Serial Universal Serial InterfaceInterface）实现）实现。广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述1.5 1.
26、5 单片机的应用特点单片机的应用特点1 1工业过程控制工业过程控制2 2智能化仪器仪表智能化仪器仪表3 3家用电器设备家用电器设备4 4在计算机网络和通信领域中的应用在计算机网络和通信领域中的应用5 5单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备领域中的应用广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述1.6 1.6 用用C C语言开发单片机的优势语言开发单片机的优势1 1、无需精通单片机指令集和具体的硬件，也能够、无需精通单片机指令集和具体的硬件，也能够 编出符合硬件实际专业水平的程序。编出符合硬件实际专业水平的程序。2 2、可以大幅度加快开发进度、可以
27、大幅度加快开发进度3 3、可以实现软件的结构化编程。、可以实现软件的结构化编程。4 4、省去了人工分配单片机资源（包括寄存器、省去了人工分配单片机资源（包括寄存器、 RAMRAM等）的工作。等）的工作。广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述5 5、C C语言提供语言提供auto, static, flashauto, static, flash等存储类型，针等存储类型，针 对单片机的程序存储空间、数据存储空间对单片机的程序存储空间、数据存储空间EEPROM EEPROM 空间自动为变量合理地分配空间。空间自动为变量合理地分配空间。6 6、当写好了一
28、个算法（在、当写好了一个算法（在C C中称为函数）后，用中称为函数）后，用C C语语 言移植性好言移植性好7 7、对于一些复杂系统的开发，可以通过移植或、对于一些复杂系统的开发，可以通过移植或C C编编 译器提供的实时操作系统来实现。译器提供的实时操作系统来实现。广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述本本章章对对嵌嵌入入式式系系统统从从定定义义、特特点点、分分类类及及其其与与单单片片机机的的关关系系等等几几个个方方面面进进行行阐阐述述。并并介介绍绍了了AVRAVR单单片片机机的特点、系列产品和应用特点。的特点、系列产品和应用特点。1 1、嵌嵌入入式
29、式系系统统定定义义：以以应应用用为为中中心心、以以计计算算机机技技术术为为基基础础、软软件件硬硬件件可可裁裁剪剪、适适应应应应用用系系统统对对功功能能、可可靠靠性性、成成本本、体体积积、功功耗耗严严格格要要求求的的专专用用计计算算机机系系统统。特点是：嵌入性、专用性、计算机系统。嵌入式特点是：嵌入性、专用性、计算机系统。嵌入式本本 章章 小小 结结广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述2 2、单单片片机机，就就是是把把中中央央处处理理器器 CPUCPU、存存储储器器、定定时时器器、I IO O 接接口口电电路路等等一一些些计计算算机机的的主主要要功
30、功能能部部件件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。3 3、ATMELATMEL公公司司于于19971997年年研研发发并并推推出出了了采采用用精精简简指指令令集集RISCRISC结结构构的的新新型型单单片片机机，简简称称 AVRAVR单单片片机机。并并列列举举了了ATmegaATmega单单片片机机与与其其它它单单片片机机比比较较，在在性性能能上上有有许许多多优越之处。优越之处。4 4、AVRAVR单单片片机机已已形形成成一一个个系系列列。为为满满足足不不同同的的需需求求和和应应用用，本本章章配配有有部部分分AVRAVR系系列列单单片片机机的的选选型型表表，供供读者参考和查用。读者参考和查用。广西大学电气工程学院广西大学电气工程学院 海涛海涛第第1章：单片机综述章：单片机综述习习 题题1. 1. 什什么么是是嵌嵌入入式式系系统统？它它的的特特点点有有哪哪些些？如如何何进进行分类？行分类？2 2、何谓单片机？单片机内部有哪些功能部件？、何谓单片机？单片机内部有哪些功能部件？3 3与与其其它它单单片片机机相相比比较较，ATmegaATmega单单片片机机在在性性能能上上有哪些优越之处？有哪些优越之处？4 4列举日常生活中有哪些单片机应用的例子？列举日常生活中有哪些单片机应用的例子？
