51单片机课件第一讲 认识单片机

单片机技术基础第一讲认识单片机引用声明：本课件部分内容引自网络资源，相应内容版权归属原作者所有。主要参考源：……内容提要什么是单片机单片机与嵌入式应用/系统单片机的历史与发展趋势单片机的分类单片机的开发工具嵌入式系统入门单片机—8051系列什么是单片机1、微型计算机硬件结构——常见的微机外形台式微机便携式微机立式微机微型计算机硬件结构——微机硬件组成显示器主机键盘鼠标微型计算机硬件结构——运算器控制器CPU存储器输入接口电路输入设备输出设备输出接口电路硬件系统内部结构CPU(CentralProcessingUnit)硬件系统——构成微机的实体和装置软件系统——微机系统所使用的各种程序的总称软件系统与硬件系统共同构成实用的微机系统，两者是相辅相成、缺一不可的。70%硬件是基础，软件是灵魂软件系统+微型计算机系统运算器控制器CPU存储器输入接口电路输入设备输出设备输出接口电路硬件系统微型计算机系统CPU输入设备输出设备软件系统+微型计算机系统硬件系统输入接口设备输出接口设备运算器控制器存储器单片微型计算机是指集成在一个芯片上的微型计算机，简称单片机——单片机实质上就是一个芯片2、单片微型计算机单片机内部结构示意图CPU存储器定时器/计数器中断系统P0-P3TxDRxDTINT并行I/O口串行I/O口单片机的特点体积小、重量轻；功耗低、功能强；性价比高，可嵌入各种设备构成嵌入式系统；数据大都在单片机内部传送，运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高；结构灵活，易于组成各种微机应用系统；应用范围极为广泛。单片机应用系统单片机应用系统单片机＋接口电路及外设等＋软件硬件单片机应用系统:由硬件系统和软件系统组成硬件是应用系统的基础软件是在硬件的基础上对其资源进行合理调配和使用，从而完成应用系统所要求的任务，二者相互依赖，缺一不可注：本课程的重点1.掌握单片机及其基本应用系统硬件原理。2.掌握软件设计与调试的基本技能。二、单片机与嵌入式系统嵌入式系统本身是一个相对模糊的定义。目前嵌入式系统已经渗透到我们生活中的每个角落，工业、服务业、消费电子……，而恰恰由于这种范围的扩大，使得“嵌入式系统”更加难于明确定义。嵌入式系统的定义根据IEEE（国际电机工程师协会）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”（原文为devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）。这主要是从应用上加以定义的，从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。何立民教授的平台观点：三个学科平台的建设，一个学科平台的应用嵌入式处理器/微控制器嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。单片机（MCU）是应用最多的一类嵌入式控制器，常用的嵌入式处理器还有：微处理器（MPU）多为32位，处理能力强，常需外扩存储器数字信号处理器（DSP）很强的运算能力，图像、视频应用可编程逻辑器件（CPLD、FPGA）高速并行处理能力全球微处理器出货量统计2.嵌入式处理器/单片机应用单片机的发展过程第一阶段（1976~1978年）低性能单片机的探索阶段。以Intel公司的MCS-48为代表，8位CPU、定时/计数器、并行I/O口、RAM和ROM等。第二阶段（1978~1982年）高性能单片机阶段，这一类单片机带有串行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。第三阶段（1982~1990年）8位巩固发展，许多半导体厂商采用8051内核，并增强了外围电路的功能，强化了智能控制器的特征，16位单片机推出。第四阶段（1990年~）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。3.单片机种类◆单片机的发展经历了由4位机到8位机,再到16位机的发展过程◆目前8位单片机仍是单片机的主流机型；32位单片机成本迅速降低，应用前景广阔单片机的分类方式1）按内核结构分--指令集、性能51，AVR，MSP430、PIC、MC68……ARM，PowerPC，MIPS……2）按指令集类型分CISC（ComplexInstructionSetComputer）RISC（ReducedInstructionSetComputer）3）按总线形式分总线型：可以扩展存储器（AB、DB、CB）非总线型4）通用型/专用型◆单片机生产厂商：美国微芯片公司:PIC16C××系列、PIC17C××系列、PIC1400系列，美国英特尔公司的MCS-48和MCS-51系列，美国摩托罗拉公司的MC68HC05系列和MC68HC11系列，美国齐洛格公司的Z8系列，美国TI公司MSP430系列AtmelAT89xx系列、AVR系列日本公司产品台湾省公司产品/海尔MCU产品美国SiliconLaboratory公司C8051Fxxx系列51单片机单片机的发展趋势（1）内部结构的发展资源更丰富：AD/DA、串行总线接口速度更快：流水线结构、PLL提高工作频率低电压、微功耗电压：5V、3.3V~1.2V功耗：mW~uW封装技术的进步表面贴装技术（SMD）、小体积封装小体积SMD封装单片机单片机的发展趋势（2）网络化内嵌网络控制器接口，方便Internet连接无线化nrf24e1（Nordic），CC2431（TI）片上系统（SOC：SystemOnChip）工艺上的进步0.6μm以上CMOS光刻工艺，Motorola公司采用0.35μm、0.25μm技术，大大地提高了单片机的内部密度和可靠性。单片机开发工具（1）1）编程语言汇编语言–A51，……C语言–C51,ANSICBasic语言–少数单片机支持2）仿真器软件仿真（simulator，IDE提供）硬件仿真（emulator）JTAG接口（）单片机开发工具（2）3）开发环境编译、汇编、连接程序，命令行工作方式集成开发环境（IDE），菜单、工具条IDE一般由单片机厂商或第三方软件公司提供：KeiluVision–51系列通用，Asm/C，ARMIAR，ImageCraftATMEL，MICROCHIP，TI，MOTO……IDE免费，但C语言编译器一般需要购买。系统级开发仿真环境系统级开发仿真环境数字模拟混合电路仿真及分析微处理器与外围电路协同仿真（支持程序调试，系统级开发）丰富元器件库（RLCICLCDUSBMotor,etc.）各种虚拟仪器（示波器万用表逻辑分析仪信号发生器等）PCB设计