單片機,第0章 緒論

1、姓名：盛賢君單位：電氣學(xué)院電工教研室Email：單片機原理及應(yīng)用主講教師信息0.1 電子計算機的發(fā)展及分類簡介0.2 單片機的發(fā)展過程及產(chǎn)品近況 0.3 單片機的特點及應(yīng)用領(lǐng)域0.4 如何學(xué)習(xí)“單片機原理及應(yīng)用”課程0 緒 論0.1.1 電子計算機的問世及其經(jīng)典結(jié)構(gòu) 1946年2月14日，第一臺電子數(shù)字計算機問世，這標(biāo)志著計算機時代的到來。ENIAC （埃尼阿克）0.1 電子計算機的發(fā)展及分類簡介與現(xiàn)代的計算機相比，有許多不足，但它的問世開創(chuàng)了計算機科學(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 。ENIAC是電子管計算機，時鐘頻率僅有100 KHz，但能在1秒鐘的時間內(nèi)完成5000

2、次加法運算。0.1 電子計算機的發(fā)展及分類簡介 匈牙利籍?dāng)?shù)學(xué)家馮諾依曼在方案的設(shè)計上做出了重要的貢獻。1946年6月，他又提出了“程序存儲”和“二進制運算”的思想，進一步構(gòu)建了計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成這一計算機的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。 馮諾依曼結(jié)構(gòu) 0.1 電子計算機的發(fā)展及分類簡介電子計算機技術(shù)的發(fā)展，相繼經(jīng)歷了五個時代：1、電子管計算機；2、晶體管計算機；3、集成電路計算機；4、大規(guī)模集成電路計算機；5、超大規(guī)模集成電路計算機。 計算機的結(jié)構(gòu)仍然沒有突破馮諾依曼提出的計算機的經(jīng)典結(jié)構(gòu)框架。0.1 電子計算機的發(fā)展及分類簡介 Intel微處理器芯片的發(fā)展芯片名稱集成度主頻P

3、entium MMX450萬個晶體管266M HzPentium 750萬個晶體管500M HzPentium 950萬個晶體管600M HzPentium 44200萬個晶體管3.2G HzCore i7-382022.7億個晶體管3.6G Hz0.1 電子計算機的發(fā)展及分類簡介0.1.2 微型計算機的應(yīng)用形態(tài) 多板機（系統(tǒng)機） 從應(yīng)用形態(tài)上，微機可以分成多板機、單板機、單片機三種： 將CPU、存儲器、I/O接口電路和總線接口等組裝在一塊主機板（即微機主板）。各種適配板卡插在主機板的擴展槽上并與電源、軟/硬盤驅(qū)動器及光驅(qū)等裝在同一機箱內(nèi)，再配上系統(tǒng)軟件，就構(gòu)成了一臺完整的微型計算機系統(tǒng)（簡稱

4、系統(tǒng)機）。 工業(yè)PC機 （IPC）也屬于多板機。0.1 電子計算機的發(fā)展及分類簡介 單板機 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（簡稱單板機）。 0.1.2 微型計算機的應(yīng)用形態(tài) 多板機（系統(tǒng)機）單板機的I/O設(shè)備簡單，軟件資源少，使用不方便。早期主要用于微機原理的教學(xué)及簡單的測控系統(tǒng)，現(xiàn)在已很少使用。0.1 電子計算機的發(fā)展及分類簡介 單片機 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，即單片機。0.1.2 微型計算機的

5、應(yīng)用形態(tài) 多板機（系統(tǒng)機） 單板機（系統(tǒng)機）AT89C510.1 電子計算機的發(fā)展及分類簡介 單片機 單板機（逐漸消失）單片機系統(tǒng)機（多板機）0.1.2 微型計算機的應(yīng)用形態(tài) 多板機（系統(tǒng)機） 單板機（系統(tǒng)機）當(dāng)前計算機的兩大分支0.1 電子計算機的發(fā)展及分類簡介通用計算機與單片機在硬件結(jié)構(gòu)上的比較 微型計算機 單片機微型計算機的組成框圖（由多個IC芯片組裝在一個主電路板上）MCS-51單片機所有單元都組裝在一個IC芯片上數(shù)據(jù)RAMCPU并行I/O程序ROM定時/計數(shù)器串行端口中斷控制器擴展I/O端口系統(tǒng)總線（DB、AB、CB）大而全小而精0.1 電子計算機的發(fā)展及分類簡介系統(tǒng)機（桌面應(yīng)用）屬

6、于通用計算機，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（嵌入式應(yīng)用）屬于專用計算機，主要應(yīng)用于智能儀表、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。0.1 電子計算機的發(fā)展及分類簡介0.1 電子計算機的發(fā)展及分類簡介關(guān)于單片機的名稱單片微機是早期Single Chip Microcomputer的直譯，它忠實地反映了早期單片微機的形態(tài)和本質(zhì)。隨著單片機的發(fā)展，越發(fā)突出其控制功能，在片內(nèi)集成了許多外圍電路及外設(shè)接口，突破了傳統(tǒng)意義的計算機結(jié)構(gòu)，發(fā)展成microcontroll

7、er的體系結(jié)構(gòu)，目前國外已普遍稱之為微控制器MCU（Micro Controller Unit）。鑒于它完全作嵌入式應(yīng)用，故又稱為嵌入式微控制器EMCU （Embedded Microcontroller Unit ）。0.2.1 單片機的發(fā)展過程單片機技術(shù)發(fā)展過程可分為三個主要階段： 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。 0.2 單片機的發(fā)展過程及產(chǎn)品近況 （1）單芯片微機形成階段 1976年，Intel公司推出了MCS-48系列單片機 。 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。 （2）性能完善提高階段

8、特點是：結(jié)構(gòu)體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點進一步突出。現(xiàn)在，MCS-51已成為公認(rèn)的單片機經(jīng)典機種 。1.2 單片機的發(fā)展過程及產(chǎn)品近況單片機技術(shù)發(fā)展過程可分為三個主要階段： （1）單芯片微機形成階段 1980年，Intel公司推出了MCS-51系列單片機：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，并有控制功能較強的布爾處理器。0.2.1 單片機的發(fā)展過程（3）微控制器化階段 特點是：片內(nèi)面向測控系統(tǒng)外圍電路增強，使單片機可以方便靈活地用于復(fù)雜的自動測控系統(tǒng)及設(shè)備。 1982年，Intel推出MCS-96系列

9、單片機。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、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。0.2 單片機的發(fā)展過程及產(chǎn)品近況 （2）性能完善提高階段單片機技術(shù)發(fā)展過程可分為三個主要階段： （1）單芯片微機形成階段 0.2.1 單片機的發(fā)展過程0.2.2 單片機產(chǎn)品近況 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ADmC8xx高精度ADC系列； LG公司的GMS90/97

10、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。 80C51系列單片機產(chǎn)品繁多，主流地位已經(jīng)形成，近年來推出的與80C51兼容的主要產(chǎn)品有：0.2 單片機的發(fā)展過程及產(chǎn)品近況 非80C51結(jié)構(gòu)單片機新品不斷推出，給用戶提供了更為廣泛的選擇空間 ，近年來推出的非80C51系列的主要產(chǎn)品有：Intel的MCS-96系列16位單片機 ； Microchip的PIC系列RISC單片機 ； Atmel的AT90系列RISC單片機 ；TI的MSP430F系列16位低功耗單片機 。0.2 單片機的發(fā)展過程及產(chǎn)品近況0.2.2 單

11、片機產(chǎn)品近況0.3.1 單片機的特點 近期推出的單片機產(chǎn)品，內(nèi)部集成有高速I/O口、ADC、PWM、WDT等部件，并在低電壓、低功耗、串行擴展總線、控制網(wǎng)絡(luò)總線和開發(fā)方式（如在系統(tǒng)編程ISP）等方面都有了進一步的增強。 （1）控制性能和可靠性高 0.3 單片機的特點及應(yīng)用領(lǐng)域 實時控制功能特別強，其CPU可以對I/O端口直接進行操作，位操作能力更是其它計算機無法比擬的。另外，由于CPU、存儲器及I/O接口集成在同一芯片內(nèi)，各部件間的連接緊湊，數(shù)據(jù)在傳送時受干擾的影響較小，且不易受環(huán)境條件的影響，所以單片機的可靠性非常高。 單片機芯片即是一臺完整的微型計算機，對于批量大的專用場合，一方面可以在眾

12、多的單片機品種間進行匹配選擇；同時還可以專門進行芯片設(shè)計，使芯片的功能與應(yīng)用具有良好的對應(yīng)關(guān)系。在單片機產(chǎn)品的引腳封裝方面，有的單片機引腳已減少到8個或更少。從而使應(yīng)用系統(tǒng)的印制板減小、接插件減少、安裝簡單方便。0.3 單片機的特點及應(yīng)用領(lǐng)域（2）體積小、價格低、易于產(chǎn)品化 0.3.1 單片機的特點 （1）控制性能和可靠性高 0.3.2 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 智能儀器儀表 單片機用于各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能化，同時還簡化了儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，從而可以方便地完成儀器儀表產(chǎn)品的升級換代。如各種智能電氣測量儀表、智能傳感器等。0.3 單片機的特點及應(yīng)用領(lǐng)域機電一

13、體化產(chǎn)品 機電一體化產(chǎn)品是集機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動化技術(shù)和計算機技術(shù)于一體，具有智能化特征的各種機電產(chǎn)品。單片機在機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產(chǎn)品如機器人、自動包裝機、點鈔機、醫(yī)療設(shè)備、打印機、傳真機、復(fù)印機等。實時工業(yè)控制 單片機還可以用于各種物理量的采集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)的采集和控制均可以利用單片機方便地實現(xiàn)。在這類系統(tǒng)中，利用單片機作為系統(tǒng)控制器，可以根據(jù)被控對象的不同特征采用不同的智能算法，實現(xiàn)期望的控制指標(biāo)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。典型應(yīng)用如電機轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動生產(chǎn)線等 。0.3 單片機的特點及應(yīng)用領(lǐng)域0.3.2 單片機的

14、應(yīng)用領(lǐng)域 智能儀器儀表 機電一體化產(chǎn)品 分布式系統(tǒng)的前端模塊 在較復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用分布式測控系統(tǒng)完成大量的分布參數(shù)的采集。在這類系統(tǒng)中，采用單片機作為分布式系統(tǒng)的前端采集模塊，系統(tǒng)具有運行可靠，數(shù)據(jù)采集方便靈活，成本低廉等一系列優(yōu)點。0.3 單片機的特點及應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崟r工業(yè)控制0.3.2 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 智能儀器儀表 機電一體化產(chǎn)品家用電器家用電器是單片機的又一重要應(yīng)用領(lǐng)域，前景十分廣闊。如空調(diào)器、電冰箱、洗衣機、電飯煲、高檔洗浴設(shè)備、高檔玩具等。 另外，在交通領(lǐng)域中，汽車、火車、飛機、航天器等均有單片機的廣泛應(yīng)用。如汽車自動駕駛系統(tǒng)、航天測控系統(tǒng)、黑匣子等 。0.3 單片機的特點及應(yīng)用領(lǐng)域 分布式系統(tǒng)的前端模塊實時工業(yè)控制0.3.2 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 智能儀器儀表 機電一體化產(chǎn)品0.3 單片機的特點及應(yīng)用領(lǐng)域單片機技術(shù)的應(yīng)用遍布國民經(jīng)濟與人民生活的各個領(lǐng)域“無所不在”學(xué)好本門課程的要素深刻掌握單片機的硬件結(jié)構(gòu) （RAM、定時器、并行和串行口中斷系統(tǒng)，以及特殊功能寄存器SFR）。堅持課后復(fù)習(xí)熟練掌握指令系統(tǒng)。 這也是將來運用C51編程的重要基