单片机原理与接口技术第一章简介

单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社1清华大学出版社单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社2《单片机原理与接口技术》课程介绍信息处理单片机单片机开发技术已成为电子信息、电气、通信、自动化、机电一体化等专业的学生，以及相关专业技术人员必须掌握的技术。体积小功能全性价比高工业控制家用电器通信设备尖端武器单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社3•全国电子设计竞赛培养学生创新思维和实践能力2009年全国大学生电子设计竞赛辽宁赛区一等奖单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社4•全国飞思卡尔杯智能汽车竞赛2011年第六届全国飞思卡尔杯智能汽车竞赛创意组一等奖、二等奖培养学生创新思维和实践能力单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社52011年第六届全国飞思卡尔杯智能汽车竞赛参赛选手培养学生创新思维和实践能力单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社6超声波发射和接收一体化机培养学生创新思维和实践能力单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社7能汉字显示的显示屏和实时时钟板培养学生创新思维和实践能力单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社8电子万年历培养学生创新思维和实践能力单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社9•1.1单片机的发展概述•1.2单片机的特点及分类•1.3单片机的应用领域•小结第1章单片机基础知识单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社10微处理器的集成度每隔18个月就会翻一番，芯片的性能也随之提高一倍------摩尔定律GordonE.MooreIntel公司的创始人之一单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社微处理器发展过程单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社12微型机家族：微处理器(CPU)CentrePorcessUnit，是小型或微型计算机的核心，负责数据的运算与控制。微型计算机除微处理器外，还需有存储器、输入输出接口(如键盘、显示器、打印机)等外围电路与之协同工作的一个完整的系统。微型计算机系统统称系统机，以功能的通用性与完整性，及应用的开放性为突出特征。PC机：典型的系统机。(PersonalComputer)单片微型计算机简称单片机，以满足一定要求的基本功能或少量的特殊功能部件，包括CPU、RAM、ROM、定时/计数器、及各种I/O接口电路集成于一片芯片上为突出特征。片上系统(SOC)正在发展之中的片上完整系统。单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社13单片机单片机的不同称谓单片机(SCM)SingleChipMicrocomputer，常用，但不够准确MCUMicrocontrollerUnit，比单片机更准确一些，但不够流行嵌入式微处理器EnbeddedMicroprocesser嵌入式微控制器EnbeddedMicrocontroller，时髦，准确，正在流行单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社14单板机单片机系统机（多板机）三种应用形态的比较：单片机的概念：•单片机即单片微型计算机，它是将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。单片机也称为微控制器(MiCrocontrollerUnit,MCU)、嵌入式控制器(EmbeddedMiCrocontrollerUnit,EMCU)。单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社1.1单片机的发展概述单片机的发展，主要经历了四个阶段：第一阶段（1974——1978年）：初级单片机阶段。第二阶段（1978——1982年）：高性能8位机阶段。第三阶段（1982——1990）：16位单片机推出阶段。第四阶段（1990到现在）：单片机全面发展阶段。1.1.1单片机的发展过程单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社1.1单片机的发展概述第一阶段（1974——1978年）：初级单片机阶段。1976年，Intel公司推出MCS-48系列单片机。特点：8位CPU、并行I/O口、8位定时器、片内小容量的RAM、ROM、寻址空间小于4KB、简单的中断处理机制、无串行口单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社1.1单片机的发展概述第二阶段（1978——1982年）：高性能8位机阶段。1980年，Intel公司推出MCS-51系列单片机。特点：外部总线规范化(16位地址总线，寻址空间64KB；8位数据总线；增加串行总线；控制总线)，8位CPU、并行I/O口、16位定时器、片内RAM、ROM容量增大、多级中断处理机制、位操作功能、片内特殊功能寄存器SFR(建立了外围功能电路的SFR集中管理模式)单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社1.1单片机的发展概述第三阶段（1982——1990）：16位单片机推出阶段。1982年，Intel公司推出MCS-96系列单片机。特点：16位CPU、增加8路10位A/D、PWM型D/A等同期间，不同厂家同步推出了相应的单片机机型：Motorola公司的M6800系列Zilog公司的Z8系列Rockwell公司的6500系列单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社191990年，Intel公司公开了8051内核。特点：8051兼容型单片机，形成了百花齐放的局面，成为单片机的发展方向。1、增加片内功能(如存储容量与方式、WDT、程序保密系统、A/D、D/A、电压比较器、LED/LCD/VFD显示器驱动、I2C/CAN/USB总线)2、提升性能(CMOS化、提高运行频率、RISC结构运行、低功耗、宽电压、程序串行下载ISP、增大寻址空间)3、降低成本(紧凑型)、低价格代表：ATMEL公司的89c51、89c2051……Philips公司的8Xc51WENBOND公司的W78c51第四阶段（1990到现在）：单片机全面发展阶段。1.1单片机的发展概述单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社201.1.2单片机的发展趋势1.1单片机的发展概述•CMOS化——单片机将具有更低的功耗、更低的电压。•高性能化——精简指令集(RISC)结构和流水线技术将得到广泛应用。•高可靠性——提高单片机的抗电磁干扰能力。•大容量化——扩大片内存储器容量。•多功能化——把众多的各种外围功能器件集成在片内，如模/数转换器、数/模转换器、液晶显示驱动器等。•串行扩展技术——SPI、I2C、Microwire、1-Wire等串行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化。单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社21◆控制性能和可靠性高实时控制功能特别强，其CPU可以对I/O端口直接进行操作，位操作能力更是其它计算机无法比拟的。另外，由于CPU、存储器及I/O接口集成在同一芯片内，各部件间的连接紧凑，数据在传送时受干扰的影响较小，且不易受环境条件的影响，所以单片机的可靠性非常高。1、单片机的特点1.2单片机的特点及分类单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社22◆体积小、价格低、易于产品化单片机芯片即是一台完整的微型计算机，对于批量大的专用场合，一方面可以在众多的单片机品种间进行匹配选择；同时还可以专门进行芯片设计，使芯片的功能与应用具有良好的对应关系；在单片机产品的引脚封装方面，有的单片机引脚已减少到8个或更少。从而使应用系统的印制板减小、接插件减少、安装简单方便。单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社23◆按CPU处理字的长度分就CPU处理字的长度而言，有4位、8位、16位、32位单片机◆按使用范围分可分为通用单片机和专用单片机两大类2、单片机的分类1.2单片机的特点及分类通用型单片机把可开发的内部资源全部提供给用户，内部资源丰富、性能全面、适应性强。专用型单片机针对某些产品的特定用途而制作，是MCU发展的一个趋势。单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社243.主要产品系列表1-1常用8位单片机性能表公司系列片内ROM片内RAM寻址范围并行口串行口定时器/计数器中断MCS-48IK/4K64/256B4KB3×8位/1×82MCS-514K/8K128/256B64KB4×8位URAT2×165/68XC51FX8/32K256B64K4×8位URAT3×167Intel8XC51GB8K256B64K6×8位2URAT3×161568012K/4K128/256B64K3×8位1×5位UART3×16位268051K/4K64B/112B2K/8K2×8位1×4位/1×8位1/4Moto-rola68HC11A8K256B64K22-38位1SCI1SPI16位3-IC5-OC，RTI20ZilogZ82K/4K124B64K8×1位4×4位1×8位UART2×8位6FairchildF8/64K4K2×8位///NECUPD78XX4K/6K128/256B64K6×8位UART1×12位3TITMS70002K/12K128B64K4×8位UART1/2×13位2/6NS80702K/2.5K64B/128B64/128K5×8位UART//Philips8XC5528K256B64K6×8位UART3×16位15单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社25表1-216位单片机性能表公司ThmsonIntelNSNEC型号682000MCS-96BPC16040783XX片内ROM4KB8KB4KB8KB片内RAM256K232B256B256B中断源158815串行口异/同步异步异步异步A/D无8×10位无4×8位PWM输出有有有Watchdog定时器借用通用计数器有有有计数器3×162×168×162×16高速I/O无HSIO有有DMA无无无8个宏通道单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社26由于单片机有许多优点，因此其应用领域之广，几乎到了无孔不入的地步。单片机应用的主要领域有：1）智能化家用电器：各种家用电器普遍采用单片机智能化控制代替传统的电子线路控制，升级换代，提高档次。如洗衣机、空调、电视机、录像机、微波炉、电冰箱、电饭煲以及各种视听设备等。2）办公自动化设备：现代办公室使用的大量通信和办公设备多数嵌入了单片机。如打印机、复印机、传真机、绘图机、考勤机、电话以及通用计算机中的键盘译码、磁盘驱动等。3）汽车电子产品：现代汽车的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、通信系统和运行监视器（黑匣子）等都离不开单片机。1.3单片机的应用领域单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社274）商业营销设备：在商业营销系统中已广泛使用的电子称、收款机、条形码阅读器、IC卡刷卡机、出租车计价器以及仓储安全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保险系统等都采用了单片机控制。5）工业自动化控制：工业自动化控制是最早采用单片机控制的领域之一。如各种测控系统、过程控制、机电一体化、PLC等。在化工、建筑、冶金等各种工业领域都要用到单片机控制。6）智能化仪表：采用单片机的智能化仪表大大提升了仪表的档次，强化了功能。如数据处理和存储、故障诊断、联网集控等。7）智能化通信产品：最突出的是手机，当然手机内的芯片属专用型单片机。单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社288）航空航天系统：飞机、飞船、空间站，及其跟踪、监测、生命保障系统等，无一不是人类科技高度集中的产品，大量采用的智能传感器、控制装置中，单片机扮演着重要的角色。9）国防军事、尖端武器等领域：单片机的应用更是不言而喻。单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益。更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。•以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。•以前自动控制中的PID调节，现在可以用单片机实现具有智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制。这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控技术。随着单片机应用的推广，微控制技术将不断发展完善。单片机原理与应用技术（第2版）清华大学出版社29小结•单片机是在一片集成电路芯片上集成