第1章--单片机技术简介

第1章单片机技术简介单片机的历史、特点、应用与选型什么是单片机在一块大规模或超大规模集成电路芯片上制成的微型计算机体积小、功耗低、性价比高、应用灵活可以作为一个部件嵌入到各种产品中，而不是以常见的计算机系统形式出现微控制器(Microcontroller或MicroControlUnit，MCU)嵌入式微控制器(EmbeddedMicrocontroller)1.1单片机简介单片机系统的构成与常见的微型计算机系统类似其发展也与微型计算机的发展同步由于面向的应用领域不同技术进步在产品研发中体现出不同的侧重点1.1.1计算机的基本组成冯·诺伊曼计算机体系结构：存储程序原理三大硬件系统组成中央处理器(CPU)，其中包含一个控制器、一个运算器、若干寄存器和一个程序计数器主存储器系统，用来保存控制计算机操作的各种程序输入/输出(I/O)系统具有执行顺序指令的处理能力在主存储器系统和CPU的控制单元之间，包含一条物理上的或逻辑上的单一通道，可以强制改变指令的内容和执行的顺序计算机的基本组成增加了系统总线的冯·诺伊曼结构1.1.2单片机的基本结构微型计算机是计算机小型化的产物单片机是单芯片形式的微型计算机在一块芯片上，集成了CPU、存储器和各种接口电路单片机的CPU通常比同期的普通微型计算机的CPU简单一些大量的CPU辅助电路和接口电路以及片内存储器的存在，使得用单片机构建的微型计算机系统变得非常简单单片机功能框图(MCS-51)单片机与通用微机的比较单片机内的CPU功能已经做了简化单片机不是用来设计通用微机的没有必要拥有较强的运算能力常见的有4位、8位、16位、32位的CPU最常用的一直是8位单片机针对其应用领域做了优化一般在控制、逻辑、实时性上比通用微机的CPU表现还要更好一些1.1.3单片机的发展历史单片机探索阶段Intel、Motorola单片机完善阶段MCS-51微控制器形成阶段微控制器发展阶段片上系统（SystemonChip）1.1.4单片机技术发展特点8位、16位、32位单片机共同发展速度越来越快低电压、低功耗高可靠性技术ISP与IAP技术全盘CMOS化1.3单片机的结构特点从CPU存储器总线结构三个方面讨论单片机系统的结构特点单片机与微处理器的区别单片机与嵌入式系统的关系1.2.1单片机的CPUCISC(ComplexInstructionSetComputer)复杂指令集计算机技术如Intel的MCS-51系列RISC(ReducedInstructionSetComputer)精简指令集计算机技术如Microchip的PIC系列Atmel的AVR系列1.2.2存储器设计冯·诺伊曼结构也称作普林斯顿(Princeton)结构用来存储程序和数据的物理存储器是在同一个物理存储器空间中哈佛(Harvard)结构将程序指令存储空间与数据存储空间分开的存储器结构普林斯顿结构和哈佛结构1.2.3总线结构单总线、双总线和多重总线结构单总线结构比较常见在单总线结构中，对存储器和I/O接口的寻址方法，又分为独立编址的I/O方式和存储器映像的I/O方式两种1.2.4单片机与微处理器硬件结构指令集软件应用领域1.2.5单片机与嵌入式系统嵌入式系统以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，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嵌入式的另一种实现是使用嵌入式微处理器单片机与嵌入式微处理器在应用领域的交叉不多，二者在嵌入式系统应用中都有不可估量的发展空间1.3单片机的应用与选型1.3.1单片机的应用智能化家用电器、智能化接口的办公自动化设备、商业营销设备、工业自动化控制、智能化仪表、智能化通信产品、汽车电子产品、航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域1.3.2单片机的选型需要考虑多个方面