单片机原理,接口及应用

绪论单片机原理、接口及应用——嵌入式系统技术基础高等学校教材·计算机应用李群芳肖看编著清华大学出版社绪论绪论★计算机的新分类★嵌入式系统★单片机♦单片机的应用♦单片机的发展趋势♦MCS-51系列单片机类型绪论一、计算机的新分类■长期以来人们按照计算机的体系结构、运算速度、结构规模、适用领域，将其分为大型计算机、中型机、小型机和微型计算机。■随着计算机技术的迅速发展，计算机技术和产品对其它行业的广泛渗透，人们以应用为中心、按计算机的嵌入式应用和非嵌入式应用进行新的分类,将其分为嵌入式计算机和通用计算机。■通用计算机具有计算机的标准形态，通过装配不同的应用软件，以类同面目出现，并应用在社会的各个方面，其典型产品为PC机；嵌入式计算机则是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中。绪论什么是嵌入式系统嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、针对具体应用系统、对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机，一台通用计算机的外部设备中就包含了5-10个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、网卡、Modem、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、USB集线器等均是由嵌入式处理器控制的。在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、家电产品等方面无不是嵌入式计算机的应用领域。绪论二、嵌入式系统1.嵌入式系统的种类嵌入式系统的核心部件有以下三类：（1）嵌入式微处理器（EmbeddedMicroprocessorUnit,EMPU）：功能同标准的CPU，但在工作温度、电磁干扰、可靠性等方面做了各种增强。（2）嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit,MCU又称单片机）。（3）嵌入式DSP处理器（EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP）：DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。绪论2.嵌入式系统的特点(1)产品稳定性不象PC机那样更新换代很快，51单片机问世20多年，至今方兴未艾。(2)不可垄断性PC机垄断全世界，Windows垄断全世界,而单片机没有一个能垄断全世界，各种单片机各有自己的市场。(3)产品的多样性、分散性、创新性(4)软件特性：不是以磁盘的形式存储，而是固化在芯片中(5)嵌入式系统的开发需要开发工具嵌入式系统自身无开发能力，需借助开发工具，如编程器、仿真器。绪论全称单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)又称微控制器MCU(MicroControllerUnit),是将计算机的基本部分微型化,使之集成在一块芯片上的微机。片内含有CPU、ROM、RAM、并行I/0、串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等，它本身就是一个嵌入式系统，同时它也可作更大的嵌入式系统的核心。单片机的特点是小而全，即体积小、功能全、功耗低、、性能价格比高。三、单片机绪论1.单片机的应用由于单片机小而全，易于推广应用等显著优点，在自动化装置，智能化仪器仪表和家用电器等领域得到日益广泛的应用。下面仅列举一些典型的应用领域。（1）工业控制数控机床，电机控制，工业机器人，自动控制等（2）仪器仪表智能仪器，医疗器械，数字示波器等。（3）电信技术调制解调器，声像处理，数字滤波，通信设备等。（4）办公自动化和计算机外部设备传真机，复印机，打印机，绘图仪，扫描仪等绪论（5）汽车与节能点火控制，变速控制，防滑车控制，排气控制，计费器，交通控制等。（6）导弹导弹控制，鱼雷制导，智能武器装置，航天导弹系统等。（7）商用产品电子收款机，电子秤，银行统计机等。（8）家用电器微波炉，电视机，录像机，音响设备，游戏机等以上可见它无处不有、无时不在，像个万能的螺丝钉。绪论2.单片机的发展趋势（1）单片机的字长由4位、8位、16位发展到32位。这几种字长的MCU目前同时存在于市场，由于单片机主要用于控制，目前8位的MCU仍然占主流地位，只有在精度要求特别高的场合如图像处理等，才采用16位的MCU,用户可以根据产品的需要进行选择。（2）运行速度不断提高。单片机的使用最高频率由6MHz、12MHz、24MHz、33MHz、发展到40MHz。（3）单片机内的存储容量越来越大。由1KB、2KB、4KB、8KB、16KB、32KB、发展到64KB等。绪论（4）ROM存储器的编程也越来越方便有ROM型（掩模型）、OTP型（一次性编程）、EPROM（紫外线擦除编程）、EEPROM（电擦除编程）及FLASH（闪速编程）。编程（烧录）方式也越来越方便，目前有脱机编程、在系统编程（ISP）、在应用编程（IAP）。各类产品并存，可供用户选择。（5）I/O端口多功能化单片机内除集成有并行接口、串行接口外，还集成有A/D、D/A、LED/LCD显示驱动、DMA控制、PWM（脉宽调制输出）、PLC（锁相环控制）、PCA(逻辑阵列）WDT（看门狗）等。绪论（6）功耗越来越低采用CHMOS制作工艺使单片机集HMOS的高速、高集成度和CMOS的低功耗技术为一体，使单片机的功耗进一步降低，适应的电压范围更宽（2.6~6V）。（7）结合专用集成电路ASIC、精简指令集和RISC技术，使单片机发展成为嵌入式的处理器，深入到数字信号处理、图象处理、人工智能、机器人等领域。绪论以上单片机各种发展系列并非一代淘汰一代，用户根据产品要求、性价比等情况选择。目前市面上较有影响的单片机厂家有：INTEL：MCS-51、MCS-96系列。MOTOROLA：68HCXX系列。MICROCHIP：16C5X/6X/7X/8X系列。ZILOG：Z86EXXXPSC系列。TEXAS：MSP430FXX系列。绪论各厂家单片机的指令系统各不相同，功能各有所长，其中市场占有最高的是MCS-51系列，因为世界上很多知名的IC生产厂家都生产51兼容的芯片。目前为止，MCS-51单片机已有数百个品种，还在不断推出功能更强的新产品。近年来PHILIPS公司又推出了指令和MCS-51兼容的16位单片机，这样保证了MCS-51单片机的先进性，同时，很多专用芯片以它作为控制核心，可以预言，几十年内不会淘汰。因此，MCS-51单片机成为教学的首选机型。绪论3.MCS-51系列单片机类型MCS-51系列单片机品种很多，如果按照存储器ROM配置状态,可划分为：片内无EPROM型，如80(C)3X;片内EPROM,如87(C)5X；片内FLASHEEPROM型，如89C5X;片内EEPROMISP型(可在系统编程）如89S5X。绪论如果按照其功能，则可划分以下一些类型:(1)基本型基本型有8031、8051、8751、89C51/S51等。基本型的代表产品是8051，其基本特性如下：①一个8位CPU和指令系统。②128字节的片内RAM。③21个特殊功能寄存器。④32线并行I/O口。⑤2个16位定时/计数器。⑥一个全双工串行口。⑦5个中断源、2个中断优先级的中断结构.绪论⑧4KB片内ROM。⑨一个片内时钟振荡器和时钟电路.⑩片外可扩展64KBROM和64KBRAM.由此可见,它本身就是一个功能相当强的8位微型机.(2)增强型有8052AH、8032AH、8752BH,此类型单片机的内ROM和RAM容量比基本型的增大一倍,同时把16位计数增为3个.87C54内部ROM增加到16KB,87C58增加到32KB.绪论(3)低功耗型有80C5XBH、80C31XBH、87C5X.这类型号带有“C”字的单片机采用CHMOS工艺,其特点是功耗低，另外,87C51还有两级程序存储器保密系统,可防止非法拷贝程序.此外还有内含DMA、PCA(可编程计数阵列)、A/D、多并行口、及内含BASIC高级语言型等多类产品，详见教材续表。