專業(yè)學(xué)習(xí)-功率接口12級1概述

1電機(jī)微機(jī)測控及功率接口(一)高春俠信控學(xué)院電氣工程系2第1章概述單片機(jī)概述單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)典型8位單片機(jī)單片機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)的發(fā)展趨勢3第1節(jié)單片機(jī)概述單片機(jī)也被稱為“單片微型計算機(jī)”（SingleChipputer）、“微控制器單元”（MicroControllerUnit）、“嵌入式微處理器”（EmbeddedMicrocontroller）。將微處理器、存儲器和外圍設(shè)備集成到一塊芯片上，稱為“單片微型計算機(jī)”，簡稱為SCM，俗稱單片機(jī)。隨SCM在技術(shù)、體系結(jié)構(gòu)上不斷擴(kuò)展其控制功能，已不能用單片微型計算機(jī)準(zhǔn)確表達(dá)其內(nèi)涵，國際上逐漸采用“MCU”來代替，形成單片機(jī)界公認(rèn)、最終統(tǒng)一的名詞。41.1單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

單片機(jī)包括中央處理器（CPU）、隨機(jī)存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、定時/計數(shù)器和多種I/O接口等部件。單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖51.CPU

CPU是單片機(jī)的核心部件，由運算部件和控制部件組成。（1）運算部件：由算術(shù)邏輯運算單元、累加器、寄存器和程序狀態(tài)寄存器組成，用于完成算術(shù)運算和邏輯運算功能。（2）控制部件：由程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、振蕩器和定時電路等組成，用于完成控制功能。

根據(jù)單片機(jī)字長（CPU一次處理數(shù)據(jù)位數(shù)）不同，單片機(jī)分為4位、8位、16位、32位機(jī)等。字長越長則數(shù)據(jù)處理速度越快，執(zhí)行速度越強(qiáng)。目前主要應(yīng)用的是8位和16位單片機(jī)。62.存儲器

單片機(jī)存儲器分程序存儲器（ROM）和數(shù)據(jù)存儲器（RAM）兩種。（1）ROM：即只讀存儲器，用于存放編制好的程序和表格數(shù)據(jù)，分為片內(nèi)ROM和片外ROM。按制造工藝可進(jìn)行以下分類：掩膜ROM、可編程ROM（PROM）、紫外線擦除可編程ROM（EPROM）

、電擦除可編程ROM（E2PROM）、FLASHROM。（2）RAM：即隨機(jī)存儲器，用來存放程序運行過程中采集的數(shù)據(jù)和所需要的變量，分為片內(nèi)RAM和片外RAM。

通常ROM的容量較大，RAM容量較小。73.I/O接口

輸入/輸出接口用以實現(xiàn)對外控制或者信息的傳遞，分并行接口和串行接口兩種。4.定時/計數(shù)器定時器和計數(shù)器是單片機(jī)內(nèi)部具有特殊功能的兩個部件，利用它們可以實現(xiàn)對外事件的定時和計數(shù)控制功能。5.時鐘電路時鐘電路通過外接石英晶體產(chǎn)生頻率固定的時鐘脈沖，為單片機(jī)提供時鐘脈沖序列，用以協(xié)調(diào)整個單片機(jī)的有序工作。81.28位單片機(jī)概述1.MCS51、8051、8031、80C51的區(qū)別

MCS51是指由美國Intel公司生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱，這一系列單片機(jī)包括了三個基本型8031、8051、8751及對應(yīng)的低功耗型，其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減、改變而來的，所以人們習(xí)慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機(jī)，而8031是前些年在我國最流行的單片機(jī)，所以很多場合會看到8031的名稱。

Intel將80C51內(nèi)核轉(zhuǎn)讓給許多著名的IC制造廠商，如Atmel、Philips、NEC、SST、Winbond、ST等，衍生出眾多的新產(chǎn)品，統(tǒng)稱為80C51系列，簡稱51系列。92.典型的8位單片機(jī)產(chǎn)品（1）Intel公司的單片機(jī)

Intel公司的單片機(jī)為MCS51系列，包括3個基本型，分別為8031、8051、8751以及對應(yīng)的低功耗型。（2）Atmel公司的單片機(jī)

Atmel將Flash技術(shù)與80C31核相結(jié)合，生產(chǎn)出具有8051結(jié)構(gòu)的Flash型和E2PROM型單片機(jī)，如AT89C51、AT89C52、AT89S51、AT89S52。（3）SiliconLaboratories（芯科）公司的單片機(jī)

該公司主要生產(chǎn)C8051F系列單片機(jī)，是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，指令與MCS51完全兼容，具有極高的指令執(zhí)行效率，具備大量的數(shù)字、模擬外設(shè)。10（4）Philips公司的單片機(jī)（NXP）

該公司生產(chǎn)8051結(jié)構(gòu)的80C51系列的8位單片機(jī)，其具有便于開發(fā)的Flash型單片機(jī)，具有I2C串口總線，A/D轉(zhuǎn)換器，CAN總線，ROM與RAM容量較大。（5）Motorola公司的單片機(jī)

該公司生產(chǎn)的8位單片機(jī)主要是68H系列，其主要特點是并口具有拉高、開路、鍵中斷、大電流驅(qū)動等功能，還有UART（通用異步接收器）、SPI（高速同步串行口）、A/D等I/O部件。（6）Toshiba（東芝）公司的單片機(jī)

該公司生產(chǎn)的單片機(jī)具有功能強(qiáng)、可靠性高、價格低等優(yōu)點，特別適合于空調(diào)、電冰箱等家電產(chǎn)品。11第2節(jié)單片機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢2.1單片機(jī)的應(yīng)用1.單片機(jī)在智能儀表中的應(yīng)用

單片機(jī)廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)、交通運輸工具、計量等各種儀器儀表之中，使儀器儀表智能化。2.單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用

單片機(jī)作為機(jī)電一體化的控制器，能充分發(fā)揮其體積小、可靠性高、功能強(qiáng)、安裝方便等優(yōu)點，大大提高了系統(tǒng)功能、自動化、智能化。3.單片機(jī)在實時控制中的應(yīng)用

單片機(jī)廣泛應(yīng)用于各種實時控制系統(tǒng)中，如對工業(yè)上各種溫度、壓力、液位、化學(xué)成分進(jìn)行測量和控制。124.單片機(jī)在分布式多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用分布式多機(jī)系統(tǒng)具有功能強(qiáng)，可靠性高的優(yōu)點，單片機(jī)在這種系統(tǒng)，往往作為一個終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點上，通過通訊接口相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。5.單片機(jī)在生活中的應(yīng)用許多日常產(chǎn)品都包含用戶完全意識不到的嵌入式智能，從烤面包機(jī)、無繩電話、微波爐、洗衣機(jī)到汽車等眾多產(chǎn)品，都加入了單片機(jī)來增強(qiáng)可靠性。目前家用電器幾乎都是單片機(jī)控制的電腦產(chǎn)品。單片機(jī)從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法，以前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實現(xiàn)。132.2單片機(jī)的發(fā)展趨勢1.多功能在單片機(jī)中盡可能多的把應(yīng)用系統(tǒng)中所需要的存儲器、各種功能的I/O口都集成在一塊芯片內(nèi)，即外圍器件內(nèi)裝化，如把LED、LCD顯示驅(qū)動器集成在8位單片微機(jī)中，把A/D、D/A、多路模擬開關(guān)和采樣/保持器也集成在單片機(jī)芯片中，從而成為名副其實的單片微機(jī)。2.高性能為了提高速度和執(zhí)行效率，在單片機(jī)中開始使用RISC（精簡指令集芯片）體系結(jié)構(gòu)、并行流水線操作和DSP等的設(shè)計技術(shù)，使單片微機(jī)的指令運行速度得到大大提高，其電磁兼容等性能明顯地優(yōu)于同類型的微處理器。143.功耗更低

現(xiàn)在新推出的單片機(jī)功耗越來越低。例如Philips公司的P87LPC962，空閑狀態(tài)下的電流為1.5mA，而在節(jié)電狀態(tài)下電流只有0.5mA，而P87LPC764在低頻下，正常工作電流為16μA

，空閑狀態(tài)下只有7μA。4.電壓范圍更寬

擴(kuò)大電源工作范圍以及在較低電壓下仍能工作是現(xiàn)在新推出的單片機(jī)的一個特點，目前一般單片機(jī)都可以在3.3～5.5V的范圍內(nèi)工作，有的可以在2.2～6V的范圍內(nèi)工作，某些超低功耗單片機(jī)的工作電壓甚至降到1.8V。155.工藝更先進(jìn)和封裝更小

現(xiàn)在單片機(jī)的封裝水平已大大提高，有越來越多的單片機(jī)采用了各種貼片封裝形式，減小體積，并且有的單片機(jī)具有很強(qiáng)的驅(qū)動能力。有的單片機(jī)可以輸出20mA的電流，直接驅(qū)動繼電器等開關(guān)設(shè)備。166.推行串行擴(kuò)展總線

推行串行擴(kuò)展總線可以顯著減少引腳數(shù)量，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。隨著外圍器件串行接口的發(fā)展，單片微機(jī)的串行接口的普遍化、高速化，使得并行擴(kuò)展接口技術(shù)日漸衰退。

推出刪去了并行總線的非總線單片機(jī)，