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文檔簡介

1、第一章 概 述w 單片機及其發(fā)展單片機及其發(fā)展w 單片機的結(jié)構(gòu)及特點單片機的結(jié)構(gòu)及特點w 單片機應(yīng)用單片機應(yīng)用單片機單片機 :SCM(Single-Chip Microcomputer )單片微型計算機單片微型計算機單片機是把主要計算機功能部件都集成在一塊芯單片機是把主要計算機功能部件都集成在一塊芯片上的微型計算機。片上的微型計算機。第一章 概 述1.1 單片機及其發(fā)展概況一一. . 計算機:計算機:1.計算機:計算機:不需要人工的直接干預(yù),能夠?qū)Ω鞣N數(shù)字信息進行算術(shù)和邏輯運算的快速電子設(shè)備。2.計算機的四個發(fā)展時期:計算機的四個發(fā)展時期: 電子管計算機(19451955年) 晶體管計算機(1

2、9551965年) 集成電路計算機(19651975年) 大、超大規(guī)模集成電路計算機(1975今)1.1 單片機及其發(fā)展概況3.計算機分類:計算機分類:巨型機、大型機、中型機、小型機、微型機4.微型計算機:微型計算機:微型計算機是第四代計算機向微型化方向發(fā)展的結(jié)果。具有以下特點:(1)體積小、重量輕、價格低;(2)結(jié)構(gòu)靈活;(3)應(yīng)用面廣,普及程度高。 主機(主機(CPU+RAM+ROM+I/O+CPU+RAM+ROM+I/O+電源)電源) 外設(shè)(鍵盤、外設(shè)(鍵盤、CRTCRT、打印機、打印機)1.1 單片機及其發(fā)展概況二二. .微處理器、微型計算機、微型計算機系統(tǒng)微處理器、微型計算機、微型計

3、算機系統(tǒng)1.微處理器微處理器:(簡稱CPU、 P ) (1)定義)定義:微型化的中央處理器,通常是由一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理部件。(2)功能)功能: 1)實現(xiàn)算術(shù)和邏輯運算,并具有邏輯判斷能力 2)能對指令進行譯碼,并執(zhí)行指令所規(guī)定的操作 3)具有訪問存儲器和外設(shè)的能力 4)提供整個系統(tǒng)所需要的定時和控制信號 5)可響應(yīng)中斷請求 (3)CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)上包含下列部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)上包含下列部分 1)算術(shù)邏輯部件算術(shù)邏輯部件 處理各種數(shù)據(jù)信息,進行算術(shù)運算和邏輯運算。 2)累加器和通用寄存器組累加器和通用寄存器組 保存參與運算的數(shù)據(jù)、運算的中間結(jié)果和地址。 3)程序計數(shù)器、指令寄存器和

4、指令譯碼器程序計數(shù)器、指令寄存器和指令譯碼器 4)時序和控制部件時序和控制部件產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號并送到時序和控制邏輯電路中,形成外部電路所需要的控制信號,以控制整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作 。1.1 單片機及其發(fā)展概況1.1 單片機及其發(fā)展概況(4)微處理器的發(fā)展)微處理器的發(fā)展 第一代微處理器第一代微處理器: 1971 1972年:處理字長4或8位;集成度2000管/片;1MHz、20s ;如Intel公司4004、8008; 第二代微處理器第二代微處理器 19731977年:8位;9000管/片;24MHz;12s;如Intel公司8080/8085、Zilog公司Z80、Motorola公司M680

5、0;第三代微處理器第三代微處理器 19771978年:16 位;2000060000管/片;48MHz;0.5s;如 Intel公司8086/8088、Zilog 公司Z8000;第四代微處理器第四代微處理器 1980年:16位;100000管/片;10MHz;0.2 s;如Intel公司80186/80286; 1985年:32位;150000200000管片;1620MHz;0.1 s;如Intel公司80386; 第五代微處理器第五代微處理器 1990年:64 位;3100000管/片;66MHz;如Intel公司80486、Pentium;1.1 單片機及其發(fā)展概況2.微型計算機(微型

6、計算機(C) (1)定義:)定義:以微處理器為核心,配上存儲器、輸入/輸出接口電路和系統(tǒng)總線所組成的計算機。 (2)基本結(jié)構(gòu):)基本結(jié)構(gòu): 1)CPU 2)存儲器 3)輸入/輸出接口電路 4)總線1.1 單片機及其發(fā)展概況3.微型計算機系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng) 微型計算機系統(tǒng)包括硬件硬件和軟件軟件兩大部分,它是以微型計算機為主體,配上系統(tǒng)軟件和外部設(shè)備組成的。1.1 單片機及其發(fā)展概況輸入設(shè)備輸入設(shè)備運算器運算器輸出設(shè)備輸出設(shè)備控制器控制器存儲器存儲器三三. .單片機及其發(fā)展單片機及其發(fā)展1.1.單片機:單片機:單片機是將中央處理器(CPU)、隨機存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM或 EPROM)

7、、定時器計數(shù)器芯片和一些輸入輸出接口電路集成在一個芯片上的微型計算機,又稱為微控制器(Micro-controller)。它是專為工業(yè)控制和智能儀器設(shè)計的一種集成度很高的微型計算機。1.1 單片機及其發(fā)展概況單片機有著微處理器所不具備的功能,它可單獨地單獨地完成現(xiàn)代控制所要求的智能化控制功能,這是單片機最大的特征。1.1 單片機及其發(fā)展概況 76年;Intel公司MCS-48;8位; 78年;Intel公司MCS-51、Zilog公司Z8、Motorola公司;6805;8位; 83年;Intel公司MCS-96;16位 88年;Intel公司9098;準16位 90年;Intel公司8096

8、0;32位2.2.單片機的發(fā)展:單片機的發(fā)展:自1974年美國仙童公司(Fairchild)生產(chǎn)第一個單片機F8以來,TI、Rockwell、Intel、Zilog、Motoro1a、NEC公司都紛紛推出自己的單片 機系列。出現(xiàn)了4位、8位、16位、32位單片機。 w 單片機的發(fā)展過程可劃分為四個階段:單片機的發(fā)展過程可劃分為四個階段: (1 1)單片機初級階段()單片機初級階段(1974197419761976年):年):元件集成規(guī)模還比較小,功能較簡單,一般均把CPU、RAM有的還包括了一些簡單的I/O口集成到芯片上,如仙童公司的F8單片機、 Zilog公司的Z80微處理器1.1 單片機及

9、其發(fā)展概況(2 2)低性能單片機階段()低性能單片機階段(1976197619781978年):年): 采用了單片結(jié)構(gòu),如Intel公司的MCS-48系列,8位CPU、8位定時器、并行I/O口、RAM和ROM,ROM的容量小,尋址范圍一般不超過4K字節(jié),中斷處理較簡單,無串行I/O口。 MCS-48系列體積小、功能全、價格低,為單片機的發(fā)展奠定了基礎(chǔ),成為單片機發(fā)展史上重要的里程碑。 (3 3)高性能單片機階段()高性能單片機階段(19781978):): 在SFR管理下的模塊化結(jié)構(gòu),標準的外部三總線,有串行I/O口、16位定時器、較高級的中斷處理,內(nèi)RAM、ROM容量較大,尋址范圍可達64K

10、字節(jié),有的還帶有A/D等,如Intel公司的MCS-51系列單片機。1.1 單片機及其發(fā)展概況(4 4)1616位單片機階段(位單片機階段(19821982):): 16位CPU,內(nèi)RAM、ROM的容量進一步增大,中斷處理能力更強、高速I/O、多通道的A/D轉(zhuǎn)換器等,如Intel公司的MCS-96系列單片機w 從單片機的結(jié)構(gòu)和功能分為三代: (1 1)第一代單片機:)第一代單片機: 只是將CPU及RAM、ROM、I/O口、CTC等功能單元集成在同一個芯片上。如Intel公司的MCS-48系列單片機。(2 2)第二代單片機:)第二代單片機: 在SFR統(tǒng)一管理下的模塊化結(jié)構(gòu),標準的外部三總線結(jié)構(gòu),

11、及可用于多機通信的全雙工串行口。如Intel公司的MCS51系列單片機。1.1 單片機及其發(fā)展概況(3 3)第三代單片機:)第三代單片機: 大力發(fā)展控制功能,提高系統(tǒng)運行的可靠性,將測控系統(tǒng)中需要的外部接口電路,如高速I/O、ADC、PWM納入片內(nèi),朝著微控制器的目標邁進。這一目標首先在Intel公司的MCS96單片機中得到體現(xiàn)。1.1 單片機及其發(fā)展概況1.1 單片機及其發(fā)展概況第三代單片機的技術(shù)特點:第三代單片機的技術(shù)特點:w普遍采用CMOS工藝,通常都能與TTL電路兼容。w提供不同類型的存儲器,并不斷擴展存儲容量。w大力提高運行速度,主要措施是提高時鐘頻率。w努力擴大接口功能。w采用多種

12、措施,提高芯片及系統(tǒng)工作的可靠性。w不斷發(fā)展和完善串行總線。w 單片機的單片機的發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢 : 1.1.大容量、高性能化;大容量、高性能化;2.2.小容量、低價格化;小容量、低價格化;3.3.外圍電路內(nèi)裝化;外圍電路內(nèi)裝化;4.4.全盤全盤CMOSCMOS化,實現(xiàn)全面功耗管理?;?,實現(xiàn)全面功耗管理。1.1 單片機及其發(fā)展概況一一. .單片機的結(jié)構(gòu):單片機的結(jié)構(gòu): 1.2單片機的結(jié)構(gòu)及特點單片機系統(tǒng)硬件部分軟件部分單片機芯片外圍器件CPU內(nèi)存中斷控制邏輯通用接口運算器寄存器組控制器并行I / O口串行UART定時/計數(shù)器ADC0809、DAC0832825382518255A、815527

13、64、6264指令系統(tǒng)應(yīng)用程序二二. .單片機的結(jié)構(gòu)特點:單片機的結(jié)構(gòu)特點: 1.集成度高;2.片內(nèi)RAM采用寄存器結(jié)構(gòu)形式,提高存取速度;3.指令采用緊湊的格式;4.片內(nèi)有完善的輸入/輸出部件;5.采用Harvard結(jié)構(gòu),即把程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器分開。1.2單片機的結(jié)構(gòu)及特點一一. .單片機的優(yōu)點:單片機的優(yōu)點: 1.小巧、靈活、成本低,易于產(chǎn)品化;2.面向各類控制任務(wù),可選度大,能獲得最佳的性價比;3.抗干擾能力強,適應(yīng)溫度范圍寬;4.可以方便地實現(xiàn)多機、分布式的集散控制。1.3單片機的應(yīng)用二.單片機的應(yīng)用: 1.在智能儀器儀表上的應(yīng)用在智能儀器儀表上的應(yīng)用 單片機體積小、功耗低、控制功

14、能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點,結(jié)合不同類型的傳感器,可實現(xiàn)電壓、頻率、溫濕度、速度、長度、壓力等物理量的測量。采用單片機控制實現(xiàn)儀器儀表的數(shù)字化、智能化、微型化。2.2.軍事上在一些新式武器裝備控制方面的應(yīng)用。軍事上在一些新式武器裝備控制方面的應(yīng)用。1.3單片機的應(yīng)用3.在工業(yè)控制中的應(yīng)用在工業(yè)控制中的應(yīng)用 用單片機構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。實現(xiàn)分布式、嵌入式控制。4.在家用電器中的應(yīng)用在家用電器中的應(yīng)用 現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制,洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、音響視頻器材、電子秤量設(shè)備,無所不在。1.3單片機的應(yīng)用5.在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用在計算機

15、網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口,可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信,為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件。 現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制,手機,電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信等。 1.3單片機的應(yīng)用6.6.在汽車工業(yè)中應(yīng)用在汽車工業(yè)中應(yīng)用 顯示系統(tǒng)、動力測控系統(tǒng)、運行監(jiān)視器(黑匣子)等。7.單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機在醫(yī)用設(shè)備中的用途相當(dāng)廣泛,例如醫(yī)用呼吸機,各種分析儀,監(jiān)護儀,超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。1.3單片機的應(yīng)用1.4 Intel單片機系列一、三個系列產(chǎn)品一、三個系列產(chǎn)品w MCS-48系列單片機:Intel公司早期產(chǎn)品,主要用于簡單的應(yīng)用系統(tǒng)。w MCS-51系列單片機:采用HMOS技術(shù),高性能8位機。我國應(yīng)用最廣泛。w MCS-96系列單片機:功能強大的16位或準16位單片機。二、三種片內(nèi)存儲器配置形式二、三種片內(nèi)存儲器配置形式w片內(nèi)帶掩膜式ROM:適用于定型大批量生產(chǎn);w片內(nèi)帶EPROM :適用于研制產(chǎn)品樣機;w片內(nèi)無ROM 、EPROM : 必須外接EPROM,用于新產(chǎn)品研制。FPGA(Field Programmab

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