單片機(jī)原理及應(yīng)用第一章

1、單片機(jī)原理及應(yīng)用第一章第1頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二第一章緒 論第2頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二一、電子計算機(jī)概述二、微型計算機(jī)的應(yīng)用形態(tài)三、單片機(jī)的發(fā)展過程及產(chǎn)品近況四、單片機(jī)的特點 五、單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域六、電子產(chǎn)品采用單片機(jī)的優(yōu)點第3頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二一、電子計算機(jī)概述電子計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，相繼經(jīng)歷了五個時代：電子管計算機(jī)；晶體管計算機(jī)；集成電路計算機(jī)；大規(guī)模集成電路計算機(jī)；超大規(guī)模集成電路計算機(jī)。1、電子計算機(jī)的發(fā)展第4頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二 1946

2、年2月15日，第一臺電子數(shù)字計算機(jī)問世，這標(biāo)志著計算機(jī)時代的到來。（CALCULATOR）ENIAC第5頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二 ENIAC是電子管計算機(jī)，時鐘頻率僅有100 KHz，但能在1秒鐘的時間內(nèi)完成5000次加法運算。 與現(xiàn)代的計算機(jī)相比，有許多不足，但它的問世開創(chuàng)了計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元，對人類的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生了巨大的影響 。第6頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二微型計算機(jī)系統(tǒng)的組成主要包括五大部分： 運算器 控制器： 此兩部分合稱為CPU 存儲器： RAM及ROM 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備： 外部設(shè)備通過I/O接口相連 微型

3、計算機(jī)各部分通過三大總線有機(jī)連接2、微型計算機(jī)的組成第7頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二微型計算機(jī)組成結(jié)構(gòu)框圖CPURAMRAMROMI/OI/OI/ODBABCB微處理器、存儲器加上I/O接口電路組成微型計算機(jī)。各部分通過地址總線（AB）、數(shù)據(jù)總線（DB）和控制總線（CB）相連。第8頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二3、什么是單片機(jī) 單片微型計算機(jī)簡稱單片機(jī)。即在一片芯片上集成有計算機(jī)的CPU、RAM、ROM、定時/計數(shù)器、I/O接口等電路，形成芯片級的計算機(jī)。 CPURAMROMI/O接口實時控制器件單片機(jī)第9頁，共53頁，2022年，5月

4、20日，17點58分，星期二二、微型計算機(jī)的應(yīng)用形態(tài)從應(yīng)用形態(tài)上，微機(jī)可以分成三種：多板機(jī)（系統(tǒng)機(jī)） 將CPU、存儲器、I/O接口電路和總線接口等組裝在一塊主機(jī)板（即微機(jī)主板）。各種適配板卡插在主機(jī)板的擴(kuò)展槽上并與電源、軟/硬盤驅(qū)動器及光驅(qū)等裝在同一機(jī)箱內(nèi)，再配上系統(tǒng)軟件，就構(gòu)成了一臺完整的微型計算機(jī)系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)機(jī)）。工業(yè)PC機(jī) 也屬于多板機(jī)。第10頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二 單板機(jī) 將CPU芯片、存儲器芯片、I/O接口芯片和簡單的I/O設(shè)備（小鍵盤、LED顯示器）等裝配在一塊印刷電路板上，再配上監(jiān)控程序（固化在ROM中），就構(gòu)成了一臺單板微型計算機(jī)（簡稱單板

5、機(jī)）。單板機(jī)第11頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二單板機(jī)的I/O設(shè)備簡單，軟件資源少，使用不方便。早期主要用于微型計算機(jī)原理的教學(xué)及簡單的測控系統(tǒng)，現(xiàn)在已很少使用。第12頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二 單片機(jī) 在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲器、I/O接口電路，從而構(gòu)成了單芯片微型計算機(jī)，即單片機(jī)。 三種應(yīng)用形態(tài)的比較 ：系統(tǒng)機(jī)（多板機(jī)）單板機(jī)單片機(jī)第13頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二 系統(tǒng)機(jī)（桌面應(yīng)用）屬于通用計算機(jī)，主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理、辦公自動化及輔助設(shè)計。 單片機(jī)（嵌入式應(yīng)用）屬于專用計算機(jī)，主要應(yīng)用

6、于智能儀表、智能傳感器、智能家電、智能辦公設(shè)備、汽車及軍事電子設(shè)備等應(yīng)用系統(tǒng)。 單片機(jī)體積小、價格低、可靠性高，其非凡的嵌入式應(yīng)用形態(tài)對于滿足嵌入式應(yīng)用需求具有獨特的優(yōu)勢。第14頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二三、單片機(jī)的發(fā)展過程及產(chǎn)品近況 單片機(jī)技術(shù)發(fā)展過程可分為三個主要階段： 單芯片微機(jī)形成階段 1976年，Intel公司推出了MCS-48系列單片機(jī) 。8位CPU、1K字節(jié)ROM、64字節(jié)RAM、27根I/O線和1個8位定時/計數(shù)器。 特點是：存儲器容量較小，尋址范圍?。ú淮笥?K），無串行接口，指令系統(tǒng)功能不強(qiáng)。 1、單片機(jī)的發(fā)展過程第15頁，共53頁，2022

7、年，5月20日，17點58分，星期二 性能完善提高階段 1980年，Intel公司推出了MCS-51系列單片機(jī)：8位CPU、4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、4個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時/計數(shù)器。尋址范圍64K，并有控制功能較強(qiáng)的布爾處理器。 特點是：結(jié)構(gòu)體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點進(jìn)一步突出?，F(xiàn)在，MCS-51已成為公認(rèn)的單片機(jī)經(jīng)典機(jī)種 。第16頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二 微控制器化階段 1982年，Intel推出MCS-96系列單片機(jī)。 芯片內(nèi)集成：16位CPU、8K字節(jié)ROM、232字節(jié)RAM、5個8位并口、1個全雙工串行口、

8、2個16位定時/計數(shù)器。尋址范圍64K。片上還有8路10位ADC、1路PWM輸出及高速I/O部件等。 特點是：片內(nèi)面向測控系統(tǒng)外圍電路增強(qiáng)，使單片機(jī)可以方便靈活地用于復(fù)雜的自動測控系統(tǒng)及設(shè)備。“微控制器”的稱謂更能反應(yīng)單片機(jī)的本質(zhì)。第17頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二2、單片機(jī)產(chǎn)品近況 51系列單片機(jī)產(chǎn)品繁多，主流地位已經(jīng)形成，近年來推出的與51系列兼容的主要產(chǎn)品有： ATMEL公司融入Flash存儲器技術(shù)的AT89系列； Philips公司的80C51、80C552系列； 華邦公司的W78C51、W77C51高速低價系列； ADI公司的ADC8xx高精度ADC系列

9、； LG公司的GMS90/97低壓高速系列； Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列； Cygnal公司的C8051F系列高速SOC單片機(jī)。第18頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二非51結(jié)構(gòu)單片機(jī)新品不斷推出，給用戶提供了更為廣泛的選擇空間 ，近年來推出的非51系列的主要產(chǎn)品有：Intel的MCS-96系列16位單片機(jī) ； Microchip的PIC系列RISC單片機(jī) ；TI的MSP430F系列16位低功耗單片機(jī) 。 Motorola的68HCXX系列單片機(jī) Zilog的Z8系列單片機(jī)第19頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二四、

10、單片機(jī)的特點 1、具有優(yōu)異的性能價格比2 、集成度高、體積小、成本低、可靠性高 3 、結(jié)構(gòu)靈活、控制功能強(qiáng) 4 、低電壓、低功耗 5 、易于產(chǎn)品化 第20頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二五、單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 1、在智能儀器儀表中的應(yīng)用 在各類儀器儀表中引入單片機(jī)，使儀器儀表數(shù)字化、智能化，多功能化、綜合化方向發(fā)展，提高測試的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價格比。 第21頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二波形顯示萬用表 波形顯示萬用表除具備常規(guī)數(shù)字萬用表的所有功能外，還可實現(xiàn)波形存儲及再現(xiàn)。在波形顯示上，采用單片機(jī)及高速A/

11、D快速采樣，可以波形顯示/模擬顯示/數(shù)字顯示/圖表記錄方式，四種方式任意轉(zhuǎn)換及顯示。并具備有數(shù)據(jù)/波形存儲功能，可以將測試結(jié)果記錄下來，方便分析及處理。第22頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二函數(shù)信號發(fā)生器邏輯測試儀第23頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二數(shù)字存儲示波器電機(jī)溫度測量儀第24頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二數(shù)字邏輯分析儀室內(nèi)空氣檢測儀器第25頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二2、在機(jī)電一體化中的應(yīng)用 機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集機(jī)械、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的電子產(chǎn)品。如

12、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等。單片機(jī)在機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產(chǎn)品如機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、自動包裝機(jī)等。 第26頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二數(shù)控車床數(shù)控車床控制系統(tǒng)第27頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人第28頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二智能玩具與機(jī)器人第29頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二工業(yè)焊接機(jī)器人第30頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二3、在實時過程控制中的應(yīng)用 用單片機(jī)對過程控制中的電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)實時進(jìn)行

13、數(shù)據(jù)采集、處理和控制，使系統(tǒng)保持最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。如工業(yè)過程控制、過程監(jiān)測、即時數(shù)據(jù)采集處理等 。典型應(yīng)用如電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動生產(chǎn)線等 。第31頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二壓力、溫度檢測與控制第32頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二工業(yè)生產(chǎn)流水線第33頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二工業(yè)生產(chǎn)流水線第34頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二工業(yè)生產(chǎn)流水線第35頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二工業(yè)生產(chǎn)流水線第36頁，共53頁，2022

14、年，5月20日，17點58分，星期二4、在人類生活中的應(yīng)用 目前國內(nèi)外各種家用電器已普通采用單片機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制電路。例如洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)、微波爐、電飯煲、收音機(jī)、電視機(jī)、音箱、電風(fēng)扇 及許多高級電子玩具都配上了單片機(jī)，從而提高了自動化程度，增強(qiáng)了功能。 第37頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二家用電器第38頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二家用電子產(chǎn)品第39頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二5 、在其它方面的應(yīng)用 單片機(jī)除以上各方面的應(yīng)用，它還廣泛應(yīng)用于軍事國防領(lǐng)域、辦公自動化領(lǐng)域、商業(yè)營銷領(lǐng)域、汽車及通信、航空航天

15、、計算機(jī)外部設(shè)備、模糊控制、醫(yī)療設(shè)備等各領(lǐng)域中。 第40頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二軍事國防領(lǐng)域第41頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二航天領(lǐng)域第42頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二辦公自動化領(lǐng)域第43頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二汽車電子第44頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二醫(yī)療器械領(lǐng)域第45頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二六、電子產(chǎn)品采用單片機(jī)的優(yōu)點 1、硬件通用化，應(yīng)用靈活化。 2、具有記憶、計算和查表能力。 3、適于實時檢測和控制。 4、體積小、總量輕、功能強(qiáng)、價格便宜、 抗干擾能力強(qiáng)。 5、產(chǎn)品開發(fā)周期短、開發(fā)效率高。 第46頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二學(xué)生作品：電子鐘第47頁，共53頁，2022年，5月20日，17點58分，星期二學(xué)生作品：超聲波測距儀第48頁，