第一章 单片机绪论

单片机原理及应用（第一章概述）教学内容单片机机概述单片机的发展历程单片机的发展趋势单片机的应用常用单片机芯片单片机学习方法DATE:2020/2/16PAGE:2一、单片机概述单片机又称微控制器(MicrocontrollerUnit，简称MCU)，是采用超大规模集成电路技术把中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时/计数器、脉宽调制电路、A/D转换器等等功能电路集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。DATE:2020/2/16PAGE:3DATE:2020/2/16PAGE:4一、单片机概述由于单片机把微型计算机的主要部件集成在了一块芯片上，大大缩短了系统内信号传送距离，提高了系统的可靠性及运行速度。虽然单片机的性能无法和通用计算机相比，但它所具有的体积小、价格低、可靠性高以及开发应用简单等诸多优点，使使其成为嵌入式应用系统和小型智能化产品开发的首选。DATE:2020/2/16PAGE:5一、单片机概述总线单片机CPU与各部件之间采用三总线结构进行连接。总线是指计算机中CPU与各功能部件间传送信息的公共通道，包括地址总线AB（addressBus）,数据总线DB(DataBus)和控制总线CB(ControlBus)三种。地址总线用于CPU向其它部件传送存储单元或I/O端口的地址信息，以进行指令或数据信息读取。数据总线用于在CPU与其它部件间传送指令或数据信息。控制总线用于在CPU与其它部件间传送控制或状态信息。DATE:2020/2/16PAGE:6一、单片机概述采用三总线结构，系统中各部件挂在总线上，当选中某部件时，可对该部件进行读写及控制，而其它部件与总线间处于“高阻态”，相当于与总线断开，从而实现各部件分时利用总线与CPU通讯。采用总线结构可以使计算机系统结构大为简化，并具有更好的可扩展性。中央处理器存储器I/O接口I/O设备地址总线数据总线控制总线DATE:2020/2/16PAGE:7二、单片机的发展历程初级的发展阶段（20世纪70年代初期）单片机元件集成规模比较小，功能比较简单，一般均把CPU、RAM有的还包括了一些简单的I/O口集成到芯片上。这个阶段的产品还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算系统，因此还不是真正意义上的单片机。较重要的产品有：Intel4004（1971年Intel公司研制的第一块4位微处理器芯片）Intel8008（1972年Intel公司研制的第一代8位微处理器）Intel8080（1973年Intel公司研制的第二代高性能8位微处理器）F8微处理器（Fairchild公司产品）Z80微处理器（Zilog公司产品）DATE:2020/2/16PAGE:8二、单片机的发展历程中级发展阶段（20世纪70年代中后期）单片机集成了CPU、存储器、I/O接口、定时/计数器、简单的中断系统以及时钟等部件，是真正意义上的单片机。它以体积小，功能全，价格低赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展史上重要的里程碑。较重要的产品有：Intel公司的MCS-48、MCS-51系列Zilog公司的Z8系列Motorola公司的6801和6802系列Rokwell公司的6501及6502系列DATE:2020/2/16PAGE:9二、单片机的发展历程高级发展阶段（20世纪80年代至今）单片机功能越来越强大，单片机的性能得到了飞速提高，集成了数目繁多的I/O接口、多种中断系统，还有一些带A/D转换等功能，RAM和ROM的容量也越来越大，寻址空间甚至可达64kB，应用领域更广泛.较重要的产品有：美国Microchip公司的PIC系列单片机MOTOROLA公司MC68HC系列单片机ATMEL公司的AT89系列单片机Intel公司的80960超级32位单片机。DATE:2020/2/16PAGE:10三、单片机的发展趋势1.集成度更高、功能更强半导体制作工艺的提高，使单片机的体积更小，时钟频率更高，也可以集成更多的存储器和部件，这使得单片机正朝着更加集成化和微型化的方向发展，功能更为强大，应用范围更加广泛。2.功耗更低MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右。目前单片机普遍采用低功耗的CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)，且普遍采用空闲方式和掉电方式等节电模式，使得功耗越来越低。3.主流与多品种共存目前虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流。今后将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。DATE:2020/2/16PAGE:11四、单片机的应用1.在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中。2.在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。3.在家用电器中的应用家用电器在应用单片机技术后，无论是性能还是功能，与传统技术相比均有长足的进步。DATE:2020/2/16PAGE:12四、单片机的应用4.在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件5.单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。6.在各种大型电器中的模块化应用某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。DATE:2020/2/16PAGE:13五、常用单片机芯片1.AT89系列单片机ATMEL公司将闪烁存储技术（Flash）与8051内核相结合，形成了片内带有Flash存储器的单片机，AT89系列是8位Flash单片机,与8051系列单片机相兼容，有AT89C5x/AT89S5x两个系列。单片机片内Flash存储器允许在线电擦除、使用编程器或串行下载对其重复编程。AT89系列单片机因其性能优良、成本低廉、开发简单而得到了广泛的应用。DATE:2020/2/16PAGE:14五、常用单片机芯片AVR系列单片机AVR单片机是1997年由ATMEL公司利用Flash新技术，研发出的精简指令集的高速8位单片机。采用精简指令集以字作为指令长度单位，指令长度固定，指令格式与种类、寻址方式相对较少，取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。AVR单片机有丰富的外设如看门狗电路、低电压检测电路BOD、模数转换电路ADC、脉宽调制电路PWM等片内外设等，增强了系统可靠性，且便于工程应用。DATE:2020/2/16PAGE:15五、常用单片机芯片PIC系列单片机PIC单片机是Microchip公司的产品,其突出的特点是性价比高，功耗低,精简指令集,抗干扰性好,可靠性高,有较强的模拟接口,代码保密性好,大部分芯片有其兼容的FLASH程序存储器的芯片。PIC单片机从低到高有几十个型号，可满足高、中、低档的各种需要。DATE:2020/2/16PAGE:16五、常用单片机芯片其他系列单片机STC系列单片机我国宏晶科技具有自主知识产权产品，可直接替换ATMEL等公司的产品。EMC单片机是台湾义隆公司的产品,有很大一部分与PIC8位单片机兼容,且相兼容产品的资源相对比PIC的多,价格便宜,有很多系列可选,但抗干扰较差.PHLIPIS51PLC系列单片机(51单片机)PHILIPS公司的单片机是基于80C51内核的单片机,嵌入了掉电检测、模拟以及片内RC振荡器等功能,这使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求.DATE:2020/2/16PAGE:17五、常用单片机芯片HOLTEK单片机台湾盛扬半导体的单片机,价格便宜,种类较多,但抗干扰较差,适用于消费类产品.TI公司单片机(51单片机)德州仪器提供了TMS370和MSP430两大系列通用单片机：TMS370系列单片机是8位CMOS单片机,具有多种存储模式、多种外围接口模式,适用于复杂的实时控制场合;MSP430系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机,特别适用于要求功耗低的场合。DATE:2020/2/16PAGE:18六、单片机学习方法1、学好基础理论知识需要掌握的基础理论知识包括模拟电路知识、数字电路知识和C语言。如果能同时掌握汇编语言则更有利于开发出高质量的单片机程序。2、注重理论和实践相结合多动脑勤动手，只有经过大量的编程和开发实践才能真正得到提高。