96单片机 天津大学 第一章 单片机基础知识

单片机多媒体CAI课件天津大学电气自动化学院电工电子技术中心课程要求本课程对于基础知识和实践环节都具有较高要求。学生通过本课程的学习，应达到以下要求：开始了解有关单片机系统的基础知识。掌握MCS-96系列单片机的软件编程技术。具备一定的硬件设计能力，能够设计简单的单片机应用系统。TIANJINUNIVERSITYMCS96系列单片机教程第一章单片机基础知识开始1.1单片机概述CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种I/O接口模块都集成到一块芯片上的微型计算机。一、什么是单片机单片机与普通微型计算机的区别:•将计算机系统的各种模块都集成到一块芯片上。•单片机的功能相对简单而且专一。•其应用程序存储在专门的程序存储器中。单片机特点：体积小、可靠性高、实时性好、使用方便、性价比高及开发周期短。应用领域：工业控制、智能仪器仪表、汽车电子以及日用产品。开始开始系统时钟外部时钟信号ROM定时器/计数器串行I/O端口并行I/O端口RAMCPU复位外部中断源电源单片机的基本结构二、单片机的基本构成开始从程序存储器中提取指令代码，解释代码，并执行相应的操作内容能够在掉电时保持不丢失。但只能读，不能改写内容既可以读取，也可以改写，但是掉电后其原有内容就会丢失数据的并行输入/输出，有些I/O引脚可作为芯片的地址线，用于系统的片外存储器扩展。数据的串行通信，最少使用两个引脚，传输速度低，占用芯片引脚少。以系统时钟信号为基准，向CPU或外设提供精确的定时；计数器准确地记录某段时间内外部事件发生的数量。系统时钟信号系统时钟信号是计算机执行各种操作所依据的基准时间信号，它可以由外接晶体与内部电路构成的晶体振荡器产生，也可以由外部时钟电路提供。中断系统当某个事件发生时，CPU必须中断正在执行的程序，转而执行用来处理该事件的指令，称为中断。中断的用途：1）解决CPU与外设之间的速度匹配问题；2）使CPU具有响应外部随机事件的能力。开始编程软件单片机的程序可以用汇编语言或高级语言（如C语言）来书写。汇编语言的程序代码简洁，但来自不同制造商的汇编指令集通常不兼容。高级语言虽然代码效率低，但可移植性好，因此已成为发展趋势。操作系统单片机可以没有操作系统，仅由一个顺序结构且无限循环的主程序来控制整个系统。随着单片机性能的不断增强，以及对单片机系统的实时性要求不断提高，嵌入式操作系统—适用于单片机的操作系统已越来越普及，并已成为发展趋势。开始三、单片机的结构特点片内的RAM采用寄存器结构形式，以便于提高数据的存取速度。通常将程序存储器ROM和数据存储器RAM的存储空间分开。引脚通常是多功能的。通常配有全双工串行接口，以扩展单片机与外备的通信方式。具有丰富的指令系统，内部通常设置可以位寻址的存储器空间。具有许多特殊功能寄存器。开始1.2单片机发展概况一、单片机发展史单片机的发展史可划分为四阶段：第一阶段（1976~1978年）：低性能单片机。以Intel公司的MCS-48为代表，采用了单片结构，即在一块芯片内含有8位CPU、定时/计数器、并行I/O口、RAM和ROM等。主要用于工业领域。第二阶段（1978~1982年）：高性能8位机，带有串行I/O口，8位数据线、16位地址线可以寻址的范围达到64K字节、控制总线、较丰富的指令系统等。此类单片机的应用范围较广，并在不断的改进和发展。开始第三阶段（1982~1990年）：16位单片机，除CPU为16位外，片内RAM和ROM容量进一步增大，实时处理能力更强，体现了微控制器的特征。例如Intel公司的MCS-96主振频率为12M，片内RAM为232字节，ROM为8K字节，中断处理能力为8级，片内带有10位A/D转换器和高速输入/输出部件等。第四阶段（1990年至今）：微控制器的全面发展阶段，各公司的产品在尽量兼容的同时，向高速、强运算能力、寻址范围大以及小型廉价方面发展。开始二、单片机的发展趋势1.改进制造工艺，提高芯片性能（提高速度、降低功耗）以Intel系列单片机为例，早期的8051芯片的最高振荡频率为12MHz，机器周期1μs，工作电压5V；而新型的80C51芯片的机器周期仅为1/6μs，工作电压仅1.8V。2.在保留原有CPU体系结构的基础上，根据应用范围将各种外设集成在芯片中。早期的单片机包括时钟发生器、定时器/计数器、并行输入/输出端口、串行输入输出端口、中断管理器等外设装置。近年来推出的单片机在此基础上增加了监视定时器（Watchdog）、A/D转换器、PWM输出、波形发生器、外部事件处理器、现场总线接口等装置。开始三、单片机主流制造商美国：Intel、Motorola、Microchip、Atmel荷兰：Philips德国：Siemens日本：Nec从目前的应用情况来看，8位和16位单片机芯片主要分为Intel、Motorola和Microchip三大系列，其他制造商的产品通常在芯片结构和指令集方面与上述系列产品兼容。随着单片机的发展进入高性能阶段（32位机），国际上越来越多的制造商开始加入到芯片生产行列中。许多制造商已推出在硬件和指令集方面具有自主知识产权和自身特色的高性能芯片。开始1.3单片机的应用范围日常应用:电机控制系统调制解调器打印机扫描仪数码相机移动电话空调控制系统软、硬盘控制系统医疗仪器数字电视系统CD、DVD控制系统办公自动化设备微机外设管理系统工业领域:机器人过程控制伺服系统精密仪器信号处理分布式控制系统汽车领域:发动机控制系统传动系统安全气囊车身控制系统ABS、ASR开始应用实例1：移动电话CPUDSPCPU：通用芯片，主要用于键盘控制、液晶显示、电源管理等。DSP：专用芯片，主要用于语音信号处理。开始应用实例2：汽车电子控制系统开始开始仪表盘ABSASR传动系统传感器发动机控制串行控制总线—CAN2.0B自动变速巡航系统排放控制汽车电子系统及网络参考书籍：Intel16位单片机，徐爱卿编著8×C196KX单片机及其应用系统设计，刘复华编著MCS-96系列8098单片机原理与应用技术，方建淳编著8098单片机原理及实用接口技术，李杏春编著相关网站：周立功单片机世界中国单片机公共实验室Microchip中文网站21IC中国电子网开始