单片机-概述.

单片机原理与应用———第1章概述泰山学院信息科学技术系自动化教研室《单片机原理与应用》电子教案单片机原理与应用———第1章概述泰山学院信息科学技术系自动化教研室教材及参考书1.《单片机初级教程-------单片机基础》《单片机中级教程-------原理与应用》《单片机高级教程-------应用与设计》何立民主编北京航空航天大学出版社2.《单片机原理及接口技术》李朝青编著北京航空航天大学出版社3.《单片微机原理及应用》李建中编著西安电子科大出版社参考网址单片机学习网站单片机原理与应用———第1章概述泰山学院信息科学技术系自动化教研室学习单片机的意义1.硬件电子产品容易出成果与经商软件开发比较2.人才短缺单片机C++等（特色）3.单片机的特点所决定体积小，成本低，运用灵活，易于产品化，它能方便地组成各种智能化的控制设备和仪器，做到机电一体化。4.控制领域的产品利润可观家电等成本很低公司产品单片机原理与应用———第1章概述泰山学院信息科学技术系自动化教研室有关本课程学习的几点建议本课程是一门实践性、应用性很强的学科仅仅听懂还不够,重在培养动手能力硬件/软件同样重要、不可偏废硬件是骨架，软件是皮肉器脏及思想本课程的前期基础课程是数字电路与微机原理这方面知识掌握得不够好的请自己补上预习、听课、复习、作业、实验环环都重要用科学的方法学习本课程是一门继承了硬件的特点：枯燥乏味独立的特点：独立性、多样性以MCS51为线索学习单片机原理与应用———第1章概述泰山学院信息科学技术系自动化教研室沟通：教材与实验的选择与安排（方法）会一点与一点不会等对大家的要求：责任、信心、纪律、考勤、作业严格、按时、守约方法：笔记、看书、理解、思维、比较、总结、自学（问题）网络工具成绩与能力：建议---共同提高单片机原理与应用———第1章概述泰山学院信息科学技术系自动化教研室课程章节的安排：自编教材《单片机原理及应用》内容分为十章，以MCS-51系列单片机为介绍对象，分别介绍MCS-51系列单片机结构原理及应用技术。1.概述2.基础知识3.单片机结构原理4.指令系统5.汇编语言程序设计6.定时/计数器与中断技术7.串行通信技术8.扩展技术(存储器、I/O、扩展芯片8155/8255）9.接口技术（A/D转换接口、键盘与显示器接口技术）10.产品设计等内容。单片机原理与应用———第1章概述泰山学院信息科学技术系自动化教研室第1章概述1.1单片机技术的发展背景1.2单片机的发展概况1.3单片机的特点及应用1.4常用单片机系列介绍1.5单片机的发展方向单片机原理与应用———第1章概述泰山学院信息科学技术系自动化教研室1.1单片机技术的发展背景电子计算机的问世及其经典结构1946年2月15日，第一台电子数字计算机问世，这标志着计算机时代的到来。（CALCULATOR）ENIAC单片机原理与应用———第1章概述泰山学院信息科学技术系自动化教研室◆ENIAC是电子管计算机，时钟频率仅有100KHz，但能在1秒钟的时间内完成5000次加法运算。◆与现代的计算机相比，有许多不足，但它的问世开创了计算机科学技术的新纪元，对人类的生产和生活方式产生了巨大的影响。单片机原理与应用———第1章概述泰山学院信息科学技术系自动化教研室匈牙利籍数学家冯·诺依曼在方案的设计上做出了重要的贡献。1946年6月，他又提出了“程序存储”和“二进制运算”的思想，进一步构建了计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成这一计算机的经典结构。（EDVAC-ELECTRONICDISCRETEVARIABLEAUTOMATICCOMPUTER）存储器输出设备输入设备控制器运算器单片机原理与应用———第1章概述泰山学院信息科学技术系自动化教研室电子计算机技术的发展，相继经历了五个时代：﹡电子管计算机；﹡晶体管计算机；﹡集成电路计算机；﹡大规模集成电路计算机；﹡超大规模集成电路计算机。计算机的结构仍然没有突破冯·诺依曼提出的计算机的经典结构框架。单片机原理与应用———第1章概述泰山学院信息科学技术系自动化教研室微型计算机的组成及其应用形态1971年1月，INTEL公司的特德·霍夫在与日本商业通讯公司合作研制台式计算器时，将原始方案的十几个芯片压缩成三个集成电路芯片。其中的两个芯片分别用于存储程序和数据，另一芯片集成了运算器和控制器及一些寄存器，称为微处理器（即Intel4004）。4004微处理器单片机原理与应用———第1章概述泰山学院信息科学技术系自动化教研室现代计算机技术的两大分支：通用计算机系统与嵌入式计算机系统的专业化分工发展，导致20世纪末、21世纪初，计算机技术的飞速发展。计算机专业领域集中精力发展通用计算机系统的软、硬件技术，不必兼顾嵌入式应用要求，通用微处理器迅速从286、386、486到奔腾系列；操作系统则迅速扩张计算机基于高速海量的数据文件处理能力，使通用计算机系统进入到尽善尽美阶段。嵌入式计算机系统则走上了一条完全不同的道路，这条独立发展的道路就是单芯片化道路。它动员了原有的传统电子系统领域的厂家与专业人士，接过起源于计算机领域的嵌入式系统，承担起发展与普及嵌入式系统的历史任务，迅速地将传统的电子系统发展到智能化的现代电子系统时代。因此，现代计算机技术发展的两大分支的里程碑意义在于：将发展计算机技术的任务扩展到传统的电子系统领域，使计算机成为进入人类社会全面智能化时代的有力工具单片机原理与应用———第1章概述泰山学院信息科学技术系自动化教研室嵌入式系统的理解按照历史性、本质性、普遍性要求，嵌入式系统应定义为：“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”。“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素。对象系统则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统。不同的嵌入式系统其特点会有所差异。与“嵌入性”的相关特点：由于是嵌入到对象系统中，必须满足对象系统的环境要求；软、硬件的裁剪性；满足对象要求的最小软、硬件配置等；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。嵌入式系统按形态可分为设备级（工控机）、板级（单板、模块）、芯片级（MCU、SoC）。有些人把嵌入式处理器当作嵌入式系统，但由于嵌入式系统是一个嵌入式计算机系统，因此，只有将嵌入式处理器构成一个计算机系统，并作为嵌入式应用时，这样的计算机系统才可称作嵌入式系统。单片机原理与应用———第1章概述泰山学院信息科学技术系自动化教研室嵌入式的两种模式：由于嵌入式系统有过很长的一段单片机的独立发展道路，大多是基于8位单片机，实现最底层的嵌入式系统应用，带有明显的电子系统设计模式特点。大多数从事单片机应用开发人员，都是对象系统领域中的电子系统工程师，加之单片机的出现，立即脱离了计算机专业领域，以“智能化”器件身份进入电子系统领域，没有带入“嵌入式系统”概念。因此，不少从事单片机应用的人，不了解单片机与嵌入式系统的关系，在谈到“嵌入式系统”领域时，往往理解成计算机专业领域的，基于32位嵌入式处理器，从事网络、通信、多媒体等的应用。这样，“单片机”与“嵌入式系统”形成了嵌入式系统中常见的两个独立的名词。但由于“单片机”是典型的、独立发展起来的嵌入式系统，从学科建设的角度出发，应该把它统一成“嵌入式系统”。考虑到原来单片机的电子系统底层应用特点，可以把嵌入式系统应用分成高端与低端，把原来的单片机应用理解成嵌入式系统的低端应用，含义为它的底层性以及与对象系统的紧耦合。单片机即单片机微型计算机，是将计算机主机(CPU、内存和I/O接口)集成在一小块硅片上的微型机。单片机原理与应用———第1章概述泰山学院信息科学技术系自动化教研室单片机的定义的理解：单片机诞生于20世纪70年代末，在不同的时期又称作SCM、MCU、SoC等。SCM即单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。MCU即微控制器（MicroControllerUnit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC（SystemonChip）化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。单片机原理与应用———第1章概述泰山学院信息科学技术系自动化教研室单片机组成框图单片机的组成：单片机原理与应用———第1章概述泰山学院信息科学技术系自动化教研室(1)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电路板上，称其为单板微型计算机，简称单板机。(2)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，称其为单片微型计算机，简称单片机。(3)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。(4)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。相关术语的区别单片机原理与应用———第1章概述泰山学院信息科学技术系自动化教研室(1)通用微机的CPU主要面向数据处理，其发展主要围绕数据处理功能、计算速度和精度的进一步提高。例如，现今微机的CPU都支持浮点运算，采用流水线作业，并行处理、多级高速缓冲(Cache)技术等。CPU的主频达到数百兆赫兹(MHz)，字长普遍达到32位。单片机主要面向控制，控制中的数据类型及数据处理相对简单，所以单片机的数据处理功能比通用微机相对要弱一些，计算速度和精度也相对要低一些。例如，现在的单片机产品的CPU大多不支持浮点运算，CPU还采用串行工作方式，其振荡频率大多在百兆赫兹范围内;在一些简单应用系统中采用4位字长的CPU，在中、小规模应用场合广泛采用8位字长单片机，在一些复杂的中、大规模的应用系统中才采用16位字长单片机，32位单片机产品目前应用得还不多。单片机原理与应用———第1章概述泰山学院信息科学技术系自动化教研室(2)通用微机中存储器组织结构主要针对增大存储容量和CPU对数据的存取速度。现今微机的内存容量达到了数百兆字节(MB)，存储体系采用多体、并读技术和段、页等多种管理模式。单片机中存储器的组织结构比较简单，存储器芯片直接挂接在单片机的总线上，CPU对存储器的读写按直接物理地址来寻址存储器单元，存储器的寻址空间一般都为64KB。单片机原理与应用———第1章概述泰山学院信息科学技术系自动化教研室(3)通用微机中I/O接口主要考虑标准外设(如CRT、标准键盘、鼠标、打印机、硬盘、光盘等)。用户通过标准总线连接外设，能达到即插即用。单片机应用系统的外设都是非标准的，且千差万别，种类很多。单片机的I/O接口实际上是向用户提供的与外设连接的物理界面。用户对外设的连接要设计具体的接口电路，需有熟练的接口电路设计技术。单片机原理与应用———第1章概述泰山学院信息科学技术系自动化教研室1.2单片机的发展概况1．4位单片机阶段自1975年美国德克萨斯仪器公司首次推出4位单片机TMS-1000后，各个计算机生产公司竞相推出4位单片机。例如美国国家半导体公司(NationalSemiconductor)的COP402系列，日本电气公司(NEC)的μPD75XX系列，美国洛克威尔公司(Rockwell)的PPS/1系列，日本松下公司的MN1400系列，富士通