單片機原理及應用-第1章-概述課件

單片機原理及應用敖天勇

tyao@單片機原理及應用敖天勇

tyao@1教材及參考書教材《單片機原理與接口技術(shù)》----牛昱光，電子工業(yè)出版社參考書《單片機中級教程》----何立民，北京航空航天大學出版社《單片微型計算機原理及其C語言程序設(shè)計》 ----陳光東，華中科技大學出版社《單片機的C語言應用程序設(shè)計》 ----馬忠梅編，北京航空航天大學出版社教材及參考書教材2課程要求應用性強：多動手、多實踐考核方法：平時成績+實驗+期末考試實踐環(huán)節(jié)：Proteus虛擬仿真考試：基本概念原理+設(shè)計編程課程要求應用性強：多動手、多實踐3理論課主要內(nèi)容

第一部分：MCS-51系列單片機的基本硬件結(jié)構(gòu)

介紹51單片機內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)寄存器、程序存儲器、輸入輸出端口、定時計數(shù)器、串行口及中斷等）第二部分：MCS-51單片機的指令系統(tǒng)

51單片機的111條指令的分類、尋址方式、偽指令及使用中的注意事項，和編程基礎(chǔ)第三部分：MCS-51單片機的系統(tǒng)擴展及應用程序與數(shù)據(jù)存儲器的擴展、定時/計數(shù)器的應用、串行口的應用及A/D、D/A轉(zhuǎn)換器與單片機的接口和鍵盤掃描/動態(tài)顯示接口電路。第四部分：Cx51編程基礎(chǔ)

簡單介紹一下用C語言開發(fā)單片機項目的基礎(chǔ)理論課主要內(nèi)容4如何學好本門課程理論課是整個課程的基礎(chǔ)。它包含了MCS-51單片機的硬件組成及工作原理。只有熟練的掌握這些才能正確的使用指令進行各種編程、應用和開發(fā)。正確的理解和掌握指令的尋址方式，掌握程序設(shè)計的一般方法。掌握外圍芯片的使用方法，以及與單片機的接口原理。這是進行各種應用系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。認真完成實驗。實驗前，分析每個實驗程序，獨立地完成思考題的編程，掌握程序的各種調(diào)試方法。對于綜合設(shè)計的內(nèi)容要注意程序的整體結(jié)構(gòu)（流程圖），調(diào)試方法和步驟，要學會如何利用調(diào)試軟件，使用不同的方法來調(diào)試、運行程序、尋找程序中的錯誤。如何學好本門課程理論課是整個課程的基礎(chǔ)。它包含了MCS-515第1章概述本章教學要求了解單片機與微型計算機的區(qū)別；熟悉單片機的結(jié)構(gòu)組成；了解單片機的特點與指標；了解單片機的發(fā)展歷史、常用產(chǎn)品及應用領(lǐng)域；了解單片機嵌入式系統(tǒng)的概念；第1章概述本章教學要求6主要內(nèi)容1、微型計算機及系統(tǒng)2、單片機及單片機系統(tǒng)3、單片機的發(fā)展4、單片機的特點5、主流單片機廠家6、單片機嵌入式系統(tǒng)主要內(nèi)容1、微型計算機及系統(tǒng)2、單片機及單片機系統(tǒng)3、單片機7一、電子計算機以存儲程序的方式、自動地進行算術(shù)和邏輯運算的數(shù)字電子裝置稱電子計算機。1946年2月15日，世界上第一臺數(shù)字式電子計算機是在美國費城賓夕法尼亞大學莫爾學院研制成功并運行，名為(ENIAC)。1955年10月切斷電源。1微型計算機及系統(tǒng)一、電子計算機1微型計算機及系統(tǒng)8

◆ENIAC是電子管計算機，時鐘頻率僅有100KHz，但能在1秒鐘的時間內(nèi)完成5000次加法運算。有18000個電子管。◆它的問世開創(chuàng)了計算機科學技術(shù)的新紀元，對人類的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生了巨大的影響。1微型計算機及系統(tǒng)◆ENIAC是電子管計算機，時鐘頻率僅有100KHz，91微型計算機及系統(tǒng)匈牙利籍數(shù)學家馮·諾依曼在方案的設(shè)計上做出了重要的貢獻?！爸噶詈蛿?shù)據(jù)一起以二進制的形式存放在存儲器中?！庇捎嬎銠C之父美籍匈牙利數(shù)學家馮·諾依曼1945年3月提出，標志著電子計算機時代的真正開始。1微型計算機及系統(tǒng)匈牙利籍數(shù)學家馮·諾101946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)。（EDVAC-ELECTRONICDISCRETEVARIABLEAUTOMATICCOMPUTER）1946年6月，他又提出了“程序存儲”和“二進制運算”的思想111971年1月，INTEL公司的特德·霍夫在與日本商業(yè)通訊公司合作研制臺式計算器時，將原始方案的十幾個芯片壓縮成三個集成電路芯片。其中的兩個芯片分別用于存儲程序和數(shù)據(jù)，另一芯片集成了運算器和控制器及一些寄存器，稱為微處理器（即Intel4004）。4004微處理器1971年1月，INTEL公司的特德·霍夫在與日本商業(yè)通12電子計算機技術(shù)的發(fā)展，相繼經(jīng)歷了五個時代：﹡電子管計算機；﹡晶體管計算機；﹡集成電路計算機；﹡大規(guī)模集成電路計算機；﹡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。電子計算機技術(shù)的發(fā)展，相繼經(jīng)歷了五個時代：﹡電子管計算機；計131微型計算機及系統(tǒng)微機系統(tǒng)具有硬件功能強大、數(shù)據(jù)處理能力強等優(yōu)點，已經(jīng)成為當今社會普遍應用的不可替代的“通用”工具硬件：由CPU、存儲器、定時/計數(shù)器、并行輸入/輸出接口電路、中斷控制器等大規(guī)模IC芯片安置在一個（或多個）電路板上，配合鍵盤、顯示器等構(gòu)成了微型計算機的硬體部分。軟件：微型計算機的硬件在其豐富的軟件（系統(tǒng)軟件+應用軟件）支持下，可以進行各種復雜的數(shù)據(jù)處理、過程控制等領(lǐng)域中的應用。返回1微型計算機及系統(tǒng)微機系統(tǒng)具有硬件功能強大、數(shù)據(jù)處理能力14軟件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)＋控制器運算器存儲器輸入設(shè)備CPU微型計算機系統(tǒng)輸入接口電路輸出設(shè)備輸出接口電路軟硬件系統(tǒng)＋控制器運算器存儲器輸CPU微型計算機151.1基本概念微型計算機----包括運算器、控制器、存儲器、輸入輸出接口組成。微處理器----把運算器與控制器封裝在一小塊芯片上，稱該芯片為微處理器。微處理器與存儲器，輸入輸出接口電路在印制電路板上用總線連接起來，就構(gòu)成了微型計算機。1.1基本概念微型計算機----包括運算器、控制器、存儲器16單片機----在一塊芯片上，集成一臺微型計算機的四個基本組成部分，則這種芯片稱為單片微型計算機，簡稱單片機。單片機系統(tǒng)----以單片機為核心的系統(tǒng)稱為單片機系統(tǒng)。單片機----在一塊芯片上，集成一臺微型計算機的四個基本組成171.1.1微型計算機基本結(jié)構(gòu)1.1.1微型計算機基本結(jié)構(gòu)18它由控制器、運算器、存儲器、輸入/輸出接口電路、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備幾部分組成，它們之間由總線連接進行信息傳輸?？刂破骱瓦\算器綜合起來稱中央處理器（CPU），也稱為微處理器。1.1.1微型計算機基本結(jié)構(gòu)它由控制器、運算器、存儲器、輸入/輸出接口電路、輸入設(shè)備和輸191．控制器控制器是計算機的控制核心，它負責從內(nèi)部存儲器中1.1.1微型計算機基本結(jié)構(gòu)取出指令并對指令進行分析、根據(jù)指令發(fā)出控制信號，指揮輸入、輸出、運算器、存儲器等功能部件協(xié)調(diào)工作。1．控制器控制器是計算機的控制核心，它負責從內(nèi)部存儲器中1.202．運算器運算器（AithmctiealLogicUnit，ALU）1.1.1微型計算機基本結(jié)構(gòu)運算器又稱算術(shù)邏輯部件，主要完成算術(shù)運算和邏輯運算。2．運算器運算器（AithmctiealLogicUni213．存儲器存儲器用于存儲程序和數(shù)據(jù)。存儲器根據(jù)其位置不同可分為兩類：內(nèi)部存儲器和外部存儲器。1.1.1微型計算機基本結(jié)構(gòu)內(nèi)部存儲器(簡稱內(nèi)存)和CPU直接相連，存放當前要運行的程序和數(shù)據(jù)，故稱主存儲器(簡稱主存)。外部存儲器(簡稱外存)，主要用于保存暫時不用但又需長時間保留的數(shù)據(jù)和程序。存放在外存的程序必須調(diào)入內(nèi)存才能運行。3．存儲器存儲器用于存儲程序和數(shù)據(jù)。存儲器根據(jù)其位置不同可分224．輸入/輸出接口I/O輸入/輸出接口（又稱I/O接口）是CPU與外設(shè)之間相連的邏輯電路，外設(shè)必須通過接口才能和CPU相連。1.1.1微型計算機基本結(jié)構(gòu)4．輸入/輸出接口I/O輸入/輸出接口（又稱I/O接口）是C235．輸入和輸出設(shè)備輸入和輸出設(shè)備（如：鍵盤、鼠標、顯示器、打印機等）用于完成和計算機進行信息交流的輸入和輸出操作。1.1.1微型計算機基本結(jié)構(gòu)5．輸入和輸出設(shè)備輸入和輸出設(shè)備（如：鍵盤、鼠標、顯示器、打246．總線（Bus）總線是控制器、運算器、存儲器、I/O接口之間相連的一組線。數(shù)據(jù)總線（DataBus，DB）；地址總線（AddressBus，AB）控制總線（ControlBus，CB）。1.1.1微型計算機基本結(jié)構(gòu)6．總線（Bus）總線是控制器、運算器、存儲器、I/O接口之25微型計算機的發(fā)展

1971年，美國Intel公司研制出了Intel4004微處理器芯片，以它為核心的MCS-4計算機，由該公司年輕工程師馬西安·霍夫研制，標志了世界上第一臺微機的誕生，至今，已經(jīng)歷了五代：第一代：1971~1973，4位和低檔8位機，典型代表Intel4004，Intel8008。第二代：1974~1978，中檔8位機，典型代表Intel8080，MC6800，ZILOGZ80APPLE6502等。微型計算機的發(fā)展26第三代：1978~1981，16位機，1981年，IBM公司推出了以Intel8088為CPU的PC個人電腦第四代：1981~1992，32位微機，如Intel80386，MotorolaMC68020第五代：1993~2001，64位微機，奔騰微處理器第六代：2001~至今，多核處理器，2001年IBM的第一款雙核Power4處理power4,Intel的酷睿系列處理器，Athlon64X2

第三代：1978~1981，16位機，1981年，IBM公司272、單片機及單片機系統(tǒng)單片機的概念

我們將組成微型計算機的各功能部件：中央處理器（CPU）、存儲器（RAM、ROM）I/O接口電路及定時/計數(shù)器等制作在一塊集成電路芯片中從而構(gòu)成完整的微型計算機。故稱作單晶片微型計算機，簡稱單片機（Singlechipmicrocomputer)。或稱微控制器(MCU:Microcontroller)返回2、單片機及單片機系統(tǒng)返回28微型計算機與單片機在硬件結(jié)構(gòu)上的比較

微型計算機單片機數(shù)據(jù)RAMCPU并行I/O程序ROM定時/計數(shù)器串型端口中斷控制器擴展I/O端口系統(tǒng)總線（DB、AB、CB）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芯片上返回微型計算機與單片機在硬件結(jié)構(gòu)上的比較293、單片機的發(fā)展1976年，Intel公司首先推出了MCS-48系列的單片微型計算機，單片機的發(fā)展歷史大致可分為三個階段。第一階段低性能階段（1976~1978年）：以Intel公司的MCS-48系列為代表，此單片微型計算機具有8位CPU、并行I/O端口、8位時序同步計數(shù)器，尋址范圍不大于4KB，但沒有串口。3、單片機的發(fā)展1976年，Intel公司首先推出了MCS-30第二階段高性能階段（1978~1982年）：如Intel公司的MCS-51系列、Motorola公司的6801和Zilog公司的Z-8等。該類單片機具有串口、多級中斷處理系統(tǒng)和16位時序同步計數(shù)器，RAM、ROM容量加大，尋址范圍可達64KB，有的芯片還有A/D轉(zhuǎn)換接口。第三階段（1982至今）：8位單片微型計算機改良型及16與32位單片微型計算機階段，如Intel公司的16位單片機MCS-96系列，32位單片機ARM系列。第二階段高性能階段（1978~1982年）：如Intel公31電子計算機是科技發(fā)展的產(chǎn)物計算機的飛速發(fā)展歸功于半導體集成技術(shù)的發(fā)展計算機的發(fā)展趨勢微型化巨型化網(wǎng)絡(luò)化智能模擬化單片機學科的發(fā)展趨勢單片機學科的發(fā)展趨勢32自從1974年美國Fairchild公司研制出第一臺單片機F8之后，迄今為止，單片機經(jīng)歷了由4位機到8位機再到16位機的發(fā)展過程。單片機制造商很多，主要有美國的Intel、Motorola、Zilog等公司。目前，單片機正朝著高性能、多品種方向發(fā)展。近年來，32位單片機已進入了實用階段，但是由于8位單片機在性能價格比上占有優(yōu)勢，而且8位增強型單片機在速度和功能上向現(xiàn)在的16位單片機挑戰(zhàn)，因此在未來相當長的時期內(nèi)，8位單片機仍是單片機的主流機型。自從1974年美國Fairchild公司研制出第一臺單片機F334、單片機的特點1、產(chǎn)品特點體積?。夯竟δ懿考M足要求可靠性高：BUS大多在內(nèi)部；易采取電磁屏蔽功能強：實時響應速度；I/O直接操作使用方便：硬件設(shè)計簡單；提供開發(fā)工具資料性能價格比高：電路板小；接插件少易產(chǎn)品化：研制周期短4、單片機的特點1、產(chǎn)品特點342、硬件結(jié)構(gòu)與功能上特點存儲器ROM和RAM嚴格分工采用面向控制的指令系統(tǒng)輸入/輸出端口引腳具有復用功能品種規(guī)格的系列化硬件功能具有廣泛的通用性2、硬件結(jié)構(gòu)與功能上特點353、應用面廣智能化測控系統(tǒng)智能化接口機電一體化：電腦縫紉機智能儀表：測量儀實時控制：汽車家電：（MOTOROLA）網(wǎng)絡(luò)通信：通信協(xié)議集成其中計算機外設(shè)：鍵盤、打印機保健產(chǎn)品：按摩器……返回3、應用面廣返回36。◆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。◆智能儀器儀表37◆機電一體化產(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、數(shù)控機床、自動包裝機、點鈔機、醫(yī)療設(shè)備、打印機、傳真機、復印機等?！魴C電一體化產(chǎn)品38◆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，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。典型應用如電機轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動生產(chǎn)線等?！魧崟r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、39◆分布式系統(tǒng)的前端模塊

在較復雜的工業(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?！舴植际较到y(tǒng)的前端模塊在較復雜的工業(yè)系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用分40◆家用電器家用電器是單片機的又一重要應用領(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用。如汽車自動駕駛系統(tǒng)、航天測控系統(tǒng)、黑匣子等?！艏矣秒娖骷矣秒娖魇菃纹瑱C的又一重要應用領(lǐng)域，前景十分廣闊。415、主流單片機廠家器件廠家美國：Intel、Motorola、Microchip、Atmel荷蘭:Philips德國：Siemens日本：Nec返回5、主流單片機廠家器件廠家返回42﹡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ADμC8xx高精度ADC系列；﹡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?！舯M管目前單片機的品種繁多，但其中最具典型性的仍當屬Intel公司的MCS-51系列單片機?！?/p>

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：﹡ATMEL公司融入Flash存儲器技術(shù)的AT89系列；43對單片機的選擇原則主要是從指令結(jié)構(gòu)、程序存儲方式和功能等幾個方面考慮。要考慮單片機的性能指標：位數(shù)存儲器I/O口速度工作電壓功耗溫度單片機的選擇對單片機的選擇原則主要是從指令結(jié)構(gòu)、程序存儲方式和功能等幾個44嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應用程序等四個部分組成，用于實現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。嵌入式系統(tǒng)通常也定義為：“嵌入到對象體系中的專用計算機系統(tǒng)”。“嵌入性”、“專用性”與“計算機系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個基本要素。概念6、單片機嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁45單片機嵌入式系統(tǒng)的特點從控制意義上說，單片機嵌入式系統(tǒng)涉及系統(tǒng)最底層的、芯片級的信息處理與控制。1)單片機嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應用的。2)單片機嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術(shù)、半導體技術(shù)和電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應用相結(jié)合后的產(chǎn)物。3)單片機嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計，量體裁衣。單片機嵌入式系統(tǒng)的特點從控制意義上說，單片機嵌入式系統(tǒng)涉及系464)單片機嵌入式系統(tǒng)和具體應用有機地結(jié)合在一起。5)為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，單片機嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機本身中，而不是存貯于磁盤等載體中。6)單片機嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)能力，設(shè)計完成以后用戶通常是不能對其中的程序功能進行修改的，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進行開發(fā)。單片機嵌入式系統(tǒng)的特點4)單片機嵌入式系統(tǒng)和具體應用有機地結(jié)合在一起。單片機嵌入47單片機技術(shù)相關(guān)網(wǎng)站

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1-1微型計算機通常由哪些部分組成？各有哪些功能？1-2單片微型計算機與一般微型計算機相比較有哪些區(qū)別？有哪些特點？1-3簡述計算機的工作過程。習題與思考題

1-1微型計算機通常由哪些部分組成？各有哪50單片機原理及應用敖天勇

tyao@單片機原理及應用敖天勇

tyao@51教材及參考書教材《單片機原理與接口技術(shù)》----牛昱光，電子工業(yè)出版社參考書《單片機中級教程》----何立民，北京航空航天大學出版社《單片微型計算機原理及其C語言程序設(shè)計》 ----陳光東，華中科技大學出版社《單片機的C語言應用程序設(shè)計》 ----馬忠梅編，北京航空航天大學出版社教材及參考書教材52課程要求應用性強：多動手、多實踐考核方法：平時成績+實驗+期末考試實踐環(huán)節(jié)：Proteus虛擬仿真考試：基本概念原理+設(shè)計編程課程要求應用性強：多動手、多實踐53理論課主要內(nèi)容

第一部分：MCS-51系列單片機的基本硬件結(jié)構(gòu)

介紹51單片機內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)寄存器、程序存儲器、輸入輸出端口、定時計數(shù)器、串行口及中斷等）第二部分：MCS-51單片機的指令系統(tǒng)

51單片機的111條指令的分類、尋址方式、偽指令及使用中的注意事項，和編程基礎(chǔ)第三部分：MCS-51單片機的系統(tǒng)擴展及應用程序與數(shù)據(jù)存儲器的擴展、定時/計數(shù)器的應用、串行口的應用及A/D、D/A轉(zhuǎn)換器與單片機的接口和鍵盤掃描/動態(tài)顯示接口電路。第四部分：Cx51編程基礎(chǔ)

簡單介紹一下用C語言開發(fā)單片機項目的基礎(chǔ)理論課主要內(nèi)容54如何學好本門課程理論課是整個課程的基礎(chǔ)。它包含了MCS-51單片機的硬件組成及工作原理。只有熟練的掌握這些才能正確的使用指令進行各種編程、應用和開發(fā)。正確的理解和掌握指令的尋址方式，掌握程序設(shè)計的一般方法。掌握外圍芯片的使用方法，以及與單片機的接口原理。這是進行各種應用系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。認真完成實驗。實驗前，分析每個實驗程序，獨立地完成思考題的編程，掌握程序的各種調(diào)試方法。對于綜合設(shè)計的內(nèi)容要注意程序的整體結(jié)構(gòu)（流程圖），調(diào)試方法和步驟，要學會如何利用調(diào)試軟件，使用不同的方法來調(diào)試、運行程序、尋找程序中的錯誤。如何學好本門課程理論課是整個課程的基礎(chǔ)。它包含了MCS-5155第1章概述本章教學要求了解單片機與微型計算機的區(qū)別；熟悉單片機的結(jié)構(gòu)組成；了解單片機的特點與指標；了解單片機的發(fā)展歷史、常用產(chǎn)品及應用領(lǐng)域；了解單片機嵌入式系統(tǒng)的概念；第1章概述本章教學要求56主要內(nèi)容1、微型計算機及系統(tǒng)2、單片機及單片機系統(tǒng)3、單片機的發(fā)展4、單片機的特點5、主流單片機廠家6、單片機嵌入式系統(tǒng)主要內(nèi)容1、微型計算機及系統(tǒng)2、單片機及單片機系統(tǒng)3、單片機57一、電子計算機以存儲程序的方式、自動地進行算術(shù)和邏輯運算的數(shù)字電子裝置稱電子計算機。1946年2月15日，世界上第一臺數(shù)字式電子計算機是在美國費城賓夕法尼亞大學莫爾學院研制成功并運行，名為(ENIAC)。1955年10月切斷電源。1微型計算機及系統(tǒng)一、電子計算機1微型計算機及系統(tǒng)58

◆ENIAC是電子管計算機，時鐘頻率僅有100KHz，但能在1秒鐘的時間內(nèi)完成5000次加法運算。有18000個電子管?！羲膯柺篱_創(chuàng)了計算機科學技術(shù)的新紀元，對人類的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生了巨大的影響。1微型計算機及系統(tǒng)◆ENIAC是電子管計算機，時鐘頻率僅有100KHz，591微型計算機及系統(tǒng)匈牙利籍數(shù)學家馮·諾依曼在方案的設(shè)計上做出了重要的貢獻。“指令和數(shù)據(jù)一起以二進制的形式存放在存儲器中。”由計算機之父美籍匈牙利數(shù)學家馮·諾依曼1945年3月提出，標志著電子計算機時代的真正開始。1微型計算機及系統(tǒng)匈牙利籍數(shù)學家馮·諾601946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)。（EDVAC-ELECTRONICDISCRETEVARIABLEAUTOMATICCOMPUTER）1946年6月，他又提出了“程序存儲”和“二進制運算”的思想611971年1月，INTEL公司的特德·霍夫在與日本商業(yè)通訊公司合作研制臺式計算器時，將原始方案的十幾個芯片壓縮成三個集成電路芯片。其中的兩個芯片分別用于存儲程序和數(shù)據(jù)，另一芯片集成了運算器和控制器及一些寄存器，稱為微處理器（即Intel4004）。4004微處理器1971年1月，INTEL公司的特德·霍夫在與日本商業(yè)通62電子計算機技術(shù)的發(fā)展，相繼經(jīng)歷了五個時代：﹡電子管計算機；﹡晶體管計算機；﹡集成電路計算機；﹡大規(guī)模集成電路計算機；﹡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。電子計算機技術(shù)的發(fā)展，相繼經(jīng)歷了五個時代：﹡電子管計算機；計631微型計算機及系統(tǒng)微機系統(tǒng)具有硬件功能強大、數(shù)據(jù)處理能力強等優(yōu)點，已經(jīng)成為當今社會普遍應用的不可替代的“通用”工具硬件：由CPU、存儲器、定時/計數(shù)器、并行輸入/輸出接口電路、中斷控制器等大規(guī)模IC芯片安置在一個（或多個）電路板上，配合鍵盤、顯示器等構(gòu)成了微型計算機的硬體部分。軟件：微型計算機的硬件在其豐富的軟件（系統(tǒng)軟件+應用軟件）支持下，可以進行各種復雜的數(shù)據(jù)處理、過程控制等領(lǐng)域中的應用。返回1微型計算機及系統(tǒng)微機系統(tǒng)具有硬件功能強大、數(shù)據(jù)處理能力64軟件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)＋控制器運算器存儲器輸入設(shè)備CPU微型計算機系統(tǒng)輸入接口電路輸出設(shè)備輸出接口電路軟硬件系統(tǒng)＋控制器運算器存儲器輸CPU微型計算機651.1基本概念微型計算機----包括運算器、控制器、存儲器、輸入輸出接口組成。微處理器----把運算器與控制器封裝在一小塊芯片上，稱該芯片為微處理器。微處理器與存儲器，輸入輸出接口電路在印制電路板上用總線連接起來，就構(gòu)成了微型計算機。1.1基本概念微型計算機----包括運算器、控制器、存儲器66單片機----在一塊芯片上，集成一臺微型計算機的四個基本組成部分，則這種芯片稱為單片微型計算機，簡稱單片機。單片機系統(tǒng)----以單片機為核心的系統(tǒng)稱為單片機系統(tǒng)。單片機----在一塊芯片上，集成一臺微型計算機的四個基本組成671.1.1微型計算機基本結(jié)構(gòu)1.1.1微型計算機基本結(jié)構(gòu)68它由控制器、運算器、存儲器、輸入/輸出接口電路、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備幾部分組成，它們之間由總線連接進行信息傳輸。控制器和運算器綜合起來稱中央處理器（CPU），也稱為微處理器。1.1.1微型計算機基本結(jié)構(gòu)它由控制器、運算器、存儲器、輸入/輸出接口電路、輸入設(shè)備和輸691．控制器控制器是計算機的控制核心，它負責從內(nèi)部存儲器中1.1.1微型計算機基本結(jié)構(gòu)取出指令并對指令進行分析、根據(jù)指令發(fā)出控制信號，指揮輸入、輸出、運算器、存儲器等功能部件協(xié)調(diào)工作。1．控制器控制器是計算機的控制核心，它負責從內(nèi)部存儲器中1.702．運算器運算器（AithmctiealLogicUnit，ALU）1.1.1微型計算機基本結(jié)構(gòu)運算器又稱算術(shù)邏輯部件，主要完成算術(shù)運算和邏輯運算。2．運算器運算器（AithmctiealLogicUni713．存儲器存儲器用于存儲程序和數(shù)據(jù)。存儲器根據(jù)其位置不同可分為兩類：內(nèi)部存儲器和外部存儲器。1.1.1微型計算機基本結(jié)構(gòu)內(nèi)部存儲器(簡稱內(nèi)存)和CPU直接相連，存放當前要運行的程序和數(shù)據(jù)，故稱主存儲器(簡稱主存)。外部存儲器(簡稱外存)，主要用于保存暫時不用但又需長時間保留的數(shù)據(jù)和程序。存放在外存的程序必須調(diào)入內(nèi)存才能運行。3．存儲器存儲器用于存儲程序和數(shù)據(jù)。存儲器根據(jù)其位置不同可分724．輸入/輸出接口I/O輸入/輸出接口（又稱I/O接口）是CPU與外設(shè)之間相連的邏輯電路，外設(shè)必須通過接口才能和CPU相連。1.1.1微型計算機基本結(jié)構(gòu)4．輸入/輸出接口I/O輸入/輸出接口（又稱I/O接口）是C735．輸入和輸出設(shè)備輸入和輸出設(shè)備（如：鍵盤、鼠標、顯示器、打印機等）用于完成和計算機進行信息交流的輸入和輸出操作。1.1.1微型計算機基本結(jié)構(gòu)5．輸入和輸出設(shè)備輸入和輸出設(shè)備（如：鍵盤、鼠標、顯示器、打746．總線（Bus）總線是控制器、運算器、存儲器、I/O接口之間相連的一組線。數(shù)據(jù)總線（DataBus，DB）；地址總線（AddressBus，AB）控制總線（ControlBus，CB）。1.1.1微型計算機基本結(jié)構(gòu)6．總線（Bus）總線是控制器、運算器、存儲器、I/O接口之75微型計算機的發(fā)展

1971年，美國Intel公司研制出了Intel4004微處理器芯片，以它為核心的MCS-4計算機，由該公司年輕工程師馬西安·霍夫研制，標志了世界上第一臺微機的誕生，至今，已經(jīng)歷了五代：第一代：1971~1973，4位和低檔8位機，典型代表Intel4004，Intel8008。第二代：1974~1978，中檔8位機，典型代表Intel8080，MC6800，ZILOGZ80APPLE6502等。微型計算機的發(fā)展76第三代：1978~1981，16位機，1981年，IBM公司推出了以Intel8088為CPU的PC個人電腦第四代：1981~1992，32位微機，如Intel80386，MotorolaMC68020第五代：1993~2001，64位微機，奔騰微處理器第六代：2001~至今，多核處理器，2001年IBM的第一款雙核Power4處理power4,Intel的酷睿系列處理器，Athlon64X2

第三代：1978~1981，16位機，1981年，IBM公司772、單片機及單片機系統(tǒng)單片機的概念

我們將組成微型計算機的各功能部件：中央處理器（CPU）、存儲器（RAM、ROM）I/O接口電路及定時/計數(shù)器等制作在一塊集成電路芯片中從而構(gòu)成完整的微型計算機。故稱作單晶片微型計算機，簡稱單片機（Singlechipmicrocomputer)?；蚍Q微控制器(MCU:Microcontroller)返回2、單片機及單片機系統(tǒng)返回78微型計算機與單片機在硬件結(jié)構(gòu)上的比較

微型計算機單片機數(shù)據(jù)RAMCPU并行I/O程序ROM定時/計數(shù)器串型端口中斷控制器擴展I/O端口系統(tǒng)總線（DB、AB、CB）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芯片上返回微型計算機與單片機在硬件結(jié)構(gòu)上的比較793、單片機的發(fā)展1976年，Intel公司首先推出了MCS-48系列的單片微型計算機，單片機的發(fā)展歷史大致可分為三個階段。第一階段低性能階段（1976~1978年）：以Intel公司的MCS-48系列為代表，此單片微型計算機具有8位CPU、并行I/O端口、8位時序同步計數(shù)器，尋址范圍不大于4KB，但沒有串口。3、單片機的發(fā)展1976年，Intel公司首先推出了MCS-80第二階段高性能階段（1978~1982年）：如Intel公司的MCS-51系列、Motorola公司的6801和Zilog公司的Z-8等。該類單片機具有串口、多級中斷處理系統(tǒng)和16位時序同步計數(shù)器，RAM、ROM容量加大，尋址范圍可達64KB，有的芯片還有A/D轉(zhuǎn)換接口。第三階段（1982至今）：8位單片微型計算機改良型及16與32位單片微型計算機階段，如Intel公司的16位單片機MCS-96系列，32位單片機ARM系列。第二階段高性能階段（1978~1982年）：如Intel公81電子計算機是科技發(fā)展的產(chǎn)物計算機的飛速發(fā)展歸功于半導體集成技術(shù)的發(fā)展計算機的發(fā)展趨勢微型化巨型化網(wǎng)絡(luò)化智能模擬化單片機學科的發(fā)展趨勢單片機學科的發(fā)展趨勢82自從1974年美國Fairchild公司研制出第一臺單片機F8之后，迄今為止，單片機經(jīng)歷了由4位機到8位機再到16位機的發(fā)展過程。單片機制造商很多，主要有美國的Intel、Motorola、Zilog等公司。目前，單片機正朝著高性能、多品種方向發(fā)展。近年來，32位單片機已進入了實用階段，但是由于8位單片機在性能價格比上占有優(yōu)勢，而且8位增強型單片機在速度和功能上向現(xiàn)在的16位單片機挑戰(zhàn)，因此在未來相當長的時期內(nèi)，8位單片機仍是單片機的主流機型。自從1974年美國Fairchild公司研制出第一臺單片機F834、單片機的特點1、產(chǎn)品特點體積小：基本功能部件滿足要求可靠性高：BUS大多在內(nèi)部；易采取電磁屏蔽功能強：實時響應速度；I/O直接操作使用方便：硬件設(shè)計簡單；提供開發(fā)工具資料性能價格比高：電路板小；接插件少易產(chǎn)品化：研制周期短4、單片機的特點1、產(chǎn)品特點842、硬件結(jié)構(gòu)與功能上特點存儲器ROM和RAM嚴格分工采用面向控制的指令系統(tǒng)輸入/輸出端口引腳具有復用功能品種規(guī)格的系列化硬件功能具有廣泛的通用性2、硬件結(jié)構(gòu)與功能上特點853、應用面廣智能化測控系統(tǒng)智能化接口機電一體化：電腦縫紉機智能儀表：測量儀實時控制：汽車家電：（MOTOROLA）網(wǎng)絡(luò)通信：通信協(xié)議集成其中計算機外設(shè)：鍵盤、打印機保健產(chǎn)品：按摩器……返回3、應用面廣返回86。◆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?！糁悄軆x器儀表87◆機電一體化產(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、數(shù)控機床、自動包裝機、點鈔機、醫(yī)療設(shè)備、打印機、傳真機、復印機等?！魴C電一體化產(chǎn)品88◆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，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。典型應用如電機轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動生產(chǎn)線等。◆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、89◆分布式系統(tǒng)的前端模塊

在較復雜的工業(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?！舴植际较到y(tǒng)的前端模塊在較復雜的工業(yè)系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用分90◆家用電器家用電器是單片機的又一重要應用領(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