MCU儀器儀表1章03101概述

MCU智能儀器儀表設計主講教師：

姜濤MCU?第1章、微型計算機根底1.1概述1.1.2電子計算機按其性能分類〔5類〕：

巨型計算機〔MainframeComputer〕大中型計算機/小型計算機〔Minicomputer〕微型計算機〔Microcomputer〕單片計算機〔Single-ChipMicrocomputer〕MCU(MicroControllerUnit)

微機的本質(zhì)?-------------What?人類的核心工具：大腦的延長和擴展腦—微機眼---電視耳---腳---汽車

微機有何用途?----Why已滲透到社會的各行各業(yè)，正在轉(zhuǎn)變著傳統(tǒng)的工作、學習和生活方式，推動著社會的進展。1.科學計算(或數(shù)值計算)2.數(shù)據(jù)處理(或信息處理)3.計算機幫助設計與制造4.過程把握(或?qū)崟r把握)5.人工智能(或智能模擬)6.網(wǎng)絡應用

微機如何工作?------How？

第1章、微型計算機根底1.3微型計算機系統(tǒng)的組成、分類和配置微型計算機系統(tǒng)的組成MCU儀器儀表?單片機技術的應用遍布國民經(jīng)濟與人民生活的各個領域第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.1MCU(MicroControllerUnit)概述(定義/進展歷史/分類/MCS-51)1.2儀器儀表〔instrumentation〕概述(定義/歷史與趨勢/分類/性能)1.3MCU儀器儀表設計概述(定義/進展歷史/分類/用途/設計實例分析)1.4、課程學習意義與要求1.5、課程教學安排 1.6、課程如何學習1.1MCU(MicroControllerUnit)概述電子計算機概述按其性能分類〔5類〕：

巨型計算機〔MainframeComputer〕大中型計算機/小型計算機〔Minicomputer〕微型計算機〔Microcomputer〕單片計算機〔Single-ChipMicrocomputer〕MCU(MicroControllerUnit)1.1MCU(MicroControllerUnit)概述電子計算機概述電子計算機系統(tǒng)的組成14計算機的工作原理存儲程序計算機—又稱為馮?諾依曼型計算機以運算器為核心、以存儲程序原理為根底將計算過程描述為由很多條指令按確定挨次組成的程序，即程序是由多條有規(guī)律關系的指令組成，指令的長度不等〔一般為1～4字節(jié)〕數(shù)據(jù)和程序均以二進制代碼的形式不加區(qū)分地存放在存儲器中，存放位置由地址指定，地址碼也是二進制形式由把握器把握整個程序和數(shù)據(jù)的存取以及程序的執(zhí)行指令驅(qū)動15存儲程序計算機的工作原理把握器按預先存放在計算機存儲器中的程序的流程自動地連續(xù)取出指令并執(zhí)行之。運算器輸出設備把握器輸入設備存儲器指令流把握命令數(shù)據(jù)流16程序的執(zhí)行過程程序指令1指令2指令3指令4指令n……取指令指令譯碼取操作數(shù)執(zhí)行指令存結果指令周期操作碼操作數(shù)執(zhí)行1。CPU如何知道從哪里取出程序的第一條指令？——操作系統(tǒng)2。CPU如何按程序把握流執(zhí)行指令？——程序計數(shù)器3。CPU如何知道從哪里取操作數(shù)？——地址、尋址方式1.1MCU(MicroControllerUnit)概述計算機的進展有2個趨勢：巨型機：向超高速、大容量、實時和智能化;微型化：單片微型計算機低功耗、低價格、集成度高，運算速度快，體積小、運行牢靠、在過程把握、數(shù)據(jù)采集、機電一體化、智能儀器儀表、家用電器、和網(wǎng)絡技術等方面應用廣泛。1.1MCU(MicroControllerUnit)概述1.1.2MCU(MicroControllerUnit)概述〔一〕MCU的定義中文名稱為微把握單元，又稱單片微型計算機(SingleChipMicrocomputer)，一樣概念:MCS(MicroControllerSystem)是指隨著大規(guī)模集成電路的消逝及其進展，將計算機的CPU、RAM、ROM、定時數(shù)器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片級的計算機，為不同的應用場合做不同組合把握?！睮c實物及圖片〕1.1MCU(MicroControllerUnit)概述1.1.2MCU(MicroControllerUnit)概述〔二〕MCU的進展歷史1974年，美國仙童〔Fairchild〕公司研制出世界上第一臺單片微型計算機F8，從今，單片機開頭快速進展，20世紀80年月以來，各半導體器件廠商也紛紛推出自己的產(chǎn)品系列。迄今為止，市售單片機產(chǎn)品已達60多個系列，600多個品種。1983年，世界單片機的銷售量到達了10億片，比1992年增長了25%，其中8位機的供不應求。1.1MCU(MicroControllerUnit)概述1.1.2MCU(MicroControllerUnit)概述〔三〕MCU的分類 MCU按其存儲器類型可分為：MASK(掩模)ROM：價格廉價，但程序在出廠時已經(jīng)固化，適合程序固定不變的應用場合；OTP(一次性可編程)ROM：價格適中，擁有一次性可編程力氣，尤其是功能不斷翻新、需要快速量產(chǎn)的電子產(chǎn)品。如:8051,FLASHROM和EPROM等類型：MCU程序可以反復擦寫，靈敏性很強，但價格較高，適合對價格不敏感的應用場合或做開發(fā)用途.如:87C51,AT89C511.1MCU(MicroControllerUnit)概述1.1.2MCU(MicroControllerUnit)概述〔三〕 MCU的分類 依據(jù)CPU對數(shù)據(jù)處理位數(shù)來分，單片機通常又可以分為以下四類。(1)4位單片機4位單片機的把握功能較弱，CPU一次只能處理4位二進制數(shù)。這類單片機常用于計算器、各種形態(tài)的智能單元以及作為家用電器中的把握器。典型產(chǎn)品有美國NS〔NatoinalSemiconductor〕公司的COP4╳╳系列、Toshiba公司的TMP47╳╳╳系列以及Panasonic公司的MN1400系列等單片機。1.1MCU(MicroControllerUnit)概述1.1.2MCU(MicroControllerUnit)概述〔三〕MCU的分類 (2)8位單片機8位單片機的把握功能較強，品種最為齊全。其片內(nèi)資源豐富且功能強大，主要在工業(yè)把握、智能儀表、家用電器和辦公自動化系統(tǒng)中應用。代表產(chǎn)品有INTEL公司的MCS-51系列機、荷蘭Philips公司的80C51系列機〔同MCS-51兼容〕、Motorola公司的M6805系列機、M公司的PIC系列機和A公司的AT89系列〔同MCS-51兼容〕等。1.1MCU(MicroControllerUnit)概述1.1.2MCU(MicroControllerUnit)概述〔三〕MCU的分類 (3)16位單片機16位單片機是在1983年以后進展起來的。CPU是16位的，運算速度普遍高于8位機，尋址力氣高達1MB，片內(nèi)含有A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路，支持高級語言。這類單片機主要用于過程把握、智能儀表、家用電器以及作為計算機外部設備的把握器，典型產(chǎn)品有Intel公司的MCS-96/98系列機、M公司的M68HC16系列機、NS公司的HPC╳╳╳╳系列機等。(P42)1.1MCU(MicroControllerUnit)概述1.1.2MCU(MicroControllerUnit)概述〔三〕 MCU的分類 (4)32位單片機32位單片機的字長為32位，是單片機的頂級產(chǎn)品，具有極高的運算速度。近年來，隨著家用電子系統(tǒng)新進展，32位單片機的市場前景看好。代表產(chǎn)品有M公司總裁的M6830系列機、英國Inmos公司的IM-ST414和日立公司的SH系列機等。(P44)1.1MCU(MicroControllerUnit)概述1.1.2MCU(MicroControllerUnit)概述〔三〕 MCU的分類----MCS-51系列 其中，8位MCU與4位MCU價差相無幾，8位已漸成為市場主流；1997年市場份額為64.3%.它不僅具有較大的存儲容量的尋址范圍，而且增加中斷源、并行I/O接口和定時器/計算器、片內(nèi)增加了A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，并集成有全雙工串行通信接口、定時器捕獲/比較存放器、監(jiān)視定時器〔Watchdog〕、總線把握部件和晶體振蕩電路等。指令系統(tǒng)方面，普遍增設了乘除批令行和比較指令。1.1MCU(MicroControllerUnit)概述1.1.2MCU(MicroControllerUnit)概述〔三〕 MCU的分類----MCS-51系列 MCS-51是指由美國INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片機的總稱，INTEL公司將MCS51的核心技術授權給了很多其它公司,MCS-51兼容代表產(chǎn)品有:INTEL公司的MCS-51系列機;(P35,36,37)荷蘭Philips公司的80C51系列機;A公司的AT89系列;(P38)EEPROM,FLASHAT90系列;AVR—HarVard,華邦公司的78E系列第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.2儀器儀表〔instrumentation〕概述儀器儀表定義儀器儀表是用以檢出、測量、觀看、計算各種物理量、物質(zhì)成分、物性參數(shù)等的器具或設備。例如壓力表、測長儀、顯微鏡、乘法器等。廣義來說，儀器儀表也可具有自動把握、報警、信號傳遞和數(shù)據(jù)處理等功能，例如用于工業(yè)生產(chǎn)過程自動把握中的氣動調(diào)整儀表，和電動調(diào)整儀表，以及集散型儀表把握系統(tǒng)也皆屬于儀器儀表。

第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.2儀器儀表〔instrumentation〕概述儀器儀表定義儀器儀表能改善、擴展或補充人的官能。人們用感覺器官去視、聽、嘗、摸外部事物，而顯微鏡、望遠鏡、聲級計、酸度計、高溫計等儀器儀表，可以改善和擴展人的這些官能；另外，有些儀器儀表如磁強計、射線計數(shù)計等可感受和測量到人的感覺器官所不能感受到的物理量；還有些儀器儀表可以超過人的力氣去記錄、計算和計數(shù)，如高速照相機、計算機等。第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.2儀器儀表〔instrumentation〕概述儀器儀表進展歷史與趨勢儀器儀表進展已有悠久的歷史。據(jù)《韓非子·有度》記載，中國在戰(zhàn)國時期已有了利用自然磁鐵制成的指南儀器，稱為司南。古代的儀器在很長的歷史時期中多屬用以定向、計時或供度量衡用的簡潔儀器。〔指南儀器圖片〕第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.2儀器儀表〔instrumentation〕概述儀器儀表進展歷史與趨勢17～18世紀，歐洲的一些物理學家開頭利用電流與磁場作用力的原理制成簡潔的檢流計；利用光學透鏡制成的望遠鏡，奠定了電學和光學儀器的根底。其它一些用于測量和觀看的各種儀器也遂漸漸得到了進展。〔望遠鏡圖片〕第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.2儀器儀表〔instrumentation〕概述儀器儀表進展歷史與趨勢19世紀到20世紀，工業(yè)革命和現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)促進了新學科和新技術的進展，后來又消逝了電子計算機和空間技術等，儀器儀表因而也得到快速的進展?，F(xiàn)代儀器儀表已成為測量、把握和實現(xiàn)自動化必不行少的技術工具?！搽娮赢a(chǎn)品圖片〕第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.2儀器儀表〔instrumentation〕概述儀器儀表進展歷史與趨勢科學技術的進步不斷對儀器儀表提出更高更新的要求。儀器儀表的進展趨勢是不斷利用新的工作原理和承受新材料及新的元器件.例如利用超聲波、微波、射線、紅外線、核磁共振、超導、激光等原理和承受各種新型半導體敏感元件、集成電路、集成光路、光導纖維等元器件。其目的是實現(xiàn)儀器儀表的小型化，減輕重量、降低生產(chǎn)本錢和更便于使用與修理等。〔電子產(chǎn)品圖片〕第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.2儀器儀表〔instrumentation〕概述儀器儀表進展歷史與趨勢另一重要的趨勢是通過微型計算機的使用來提高儀器儀表的性能，擔高儀器儀表本身自動化、智能化程度和數(shù)據(jù)處理力氣。儀器儀表不僅供單項使用，而且可能過標準接口和數(shù)據(jù)通道與電子計算機結合起來，組成各種測試把握治理綜合系統(tǒng)，滿足更高的要求。推動儀表系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化，完成自動化儀表從模擬技術向數(shù)字技術的轉(zhuǎn)變?！搽娮赢a(chǎn)品圖片〕第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.2儀器儀表〔instrumentation〕概述儀器儀表分類儀器儀表是多種科學技術的綜合產(chǎn)物，品種繁多，使用廣泛，而且不斷更新，有多種分類方法。按使用目的和用途來分，主要有:量具量儀、汽車儀表、拖拉機儀表、船用儀表、航空儀表、導航儀器、駕駛儀器、無線電測試儀器、載波微波測試儀器、地質(zhì)勘探測試儀器、建材測試儀器、地震測試儀器、大地測繪儀器、水文儀器、計時儀器、農(nóng)業(yè)測試儀器、商業(yè)測試儀器、教學儀器、醫(yī)療儀器、環(huán)保儀器等。第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.2儀器儀表〔instrumentation〕概述1.2.4性能指標衡量儀器儀表性能的主要技術指標有準確度、靈敏度、響應時間等。準確度表示儀表測量結果與被測量真值的全都程度。儀器儀表的準確度常用準確度等級來表示，例如0.1級、0.2級、0.5級、1.0級、1.5級等。靈敏度表示當被測的量有一個很小的增量時與此增量引起儀表示值增量之比，它反映儀表能夠測量的最小被測量。第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.2儀器儀表〔instrumentation〕概述1.2.4性能指標響應時間是指儀表輸入一個階躍量時，其輸出由初始值第一次到達最終穩(wěn)定值的時間間隔，一般規(guī)定以到達穩(wěn)定值的95%時的時間為準。此外，還有重復性、線性度、滯環(huán)、死區(qū)、漂移等性能技術指標。第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.3MCU儀器儀表設計1.3.1MCU儀器儀表的定義 承受MCU硬軟件技術的儀器儀表=智能儀器儀表1.3.2MCU儀器儀表的進展歷史MCU儀器儀表在經(jīng)過這多年不斷地爭論,進展,歷經(jīng)4位,8位,到現(xiàn)在的16位及32位,甚至64位MCU儀器儀表。4位MCU：大部份應用在計算器、車用儀表、車用防盜裝置、呼叫器、無線、CD播放器、LCD驅(qū)動把握器、LCD玩耍機、兒童玩具、磅秤、充電器、胎壓計、溫濕度計、遙控器及傻瓜相機等；第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.3MCU儀器儀表設計8位MCU：大部份應用在電表、電動玩具機、變頻式冷氣機、機、來電辨識器〔CallerID〕、錄音機、CRT顯示器、鍵盤及USB等；16位MCU：大部份應用在行動、數(shù)字相機及攝錄放影機等；32位MCU：大部份應用在Modem、GPS、PDA、手持電腦HPC、STB、Hub、Bridge、Router、工作站、ISDN、激光打印機與彩色機；64位MCU：大部份應用在高階工作站、多媒體互動系統(tǒng)、高級電視游樂器及高級終端機等。第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.3MCU儀器儀表設計1.3.3MCU儀器儀表的分類 MCU儀器儀表按其功能類型主要可分為：測量顯示儀表和測量把握儀器.測量顯示儀表：是用以檢出、測量、觀看、計算各種物理量、物質(zhì)成分、物性參數(shù)等的器具或設備。例如(電子溫度計)

.測量把握儀器：具有自動把握、報警、信號傳遞和數(shù)據(jù)處理等功能，例如(自動恒溫箱).其典型系統(tǒng)構造如下：1.3MCU儀器儀表設計1.3.3MCU儀器儀表的構造與原理

典型系統(tǒng)構造第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述單片機鍵盤傳感器顯示器把握設備A/DD/AI/O第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.3MCU儀器儀表設計1.3.4MCU儀器儀表的構造與原理第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.3MCU儀器儀表設計1.3.4MCU儀器儀表的構造與原理第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.3MCU儀器儀表設計1.3.4MCU儀器儀表的構造與原理第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.3MCU儀器儀表設計1.3.4MCU儀器儀表的用途 MCU儀器儀表的應用遍布國民經(jīng)濟與人民生活的各個領域.在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、保安、金融、航空航天、醫(yī)療、通訊、辦公設備、消遣休閑、健身、體育競賽、效勞領域……,大量單片機-嵌入式MCU儀器儀表已經(jīng)無處不在。正快速轉(zhuǎn)變著人們傳統(tǒng)的生產(chǎn)和生活方式。2023年資料說明：美國單個家庭用MCU到達226個，每個自動化辦公室所用MCU增加到42個，每輛汽車用MCU高達35個，全部這些MCU將主要是8位單片機。單片機技術的應用遍布國民經(jīng)濟與人民生活的各個領域第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.3MCU儀器儀表設計1.3.4MCU儀器儀表的用途 用于人民生活的吃穿住行等：吃：電飯鍋，電冰箱等;穿：洗衣機，干洗機等;住：智能家居系統(tǒng)，智能大廈系統(tǒng)、變頻式冷氣機等;行：機動車儀表、把握設備，停車場設備;消遣：(見進展歷史實例)第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.3MCU儀器儀表設計1.3.4MCU儀器儀表的用途 用于社會生活的各行各業(yè)：工業(yè):生產(chǎn)過程自動把握中的電動調(diào)整儀表，以及集散型儀表把握系統(tǒng)等;農(nóng)業(yè)：大篷溫度把握設備，無土化工廠把握系統(tǒng)，酸度計儀器儀表、磅秤，滴灌系統(tǒng)等;軍事：把握系統(tǒng)，通信設備、航空儀器儀表、機器人;科研：信號發(fā)生器、數(shù)字示波器、聲級計、酸度計、高溫計，磁強計、電子天平，恒溫箱等.第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.3MCU儀器儀表設計1.3.5MCU儀器儀表設計與實例分析等離子體滲氮溫度模糊把握系統(tǒng)的設計步驟一:系統(tǒng)方案設計過程分解：系統(tǒng)功能和操作標準確定；系統(tǒng)構造與原理設計；〔傳感器、自動把握技術〕原理計算機算法設計；〔傳感器、自動把握技術〕

第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.3MCU儀器儀表設計1.3.5MCU儀器儀表設計與實例分析等離子體滲氮溫度模糊把握系統(tǒng)的設計步驟二:硬件設計過程分解：原理圖設計SCH，〔電路原理圖設計軟件，如：PROTEL〕；電路板設計PCB，〔電路板設計軟件，如：PROTEL〕；電路板制版；元氣件選購；電路板焊接；電路板調(diào)試?！矓?shù)字電路，傳感器，模擬電路，MCU硬件技術〕;第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.3MCU儀器儀表設計1.3.5MCU儀器儀表設計與實例分析等離子體滲氮溫度模糊把握系統(tǒng)的設計步驟三:軟件設計過程分解：MCU資源安排設計，〔MCU硬軟件技術〕軟件流程框圖、數(shù)據(jù)構造設計、〔MCU軟件設計方法技術〕軟件各程序編程調(diào)試；〔MCU軟件指令系統(tǒng)、編程技術，軟件開發(fā)工具〕系統(tǒng)硬軟件聯(lián)合調(diào)試?！睲CU硬軟件技術〕第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.3MCU儀器儀表設計1.3.5MCU儀器儀表設計與實例分析總結:MCU儀器儀表產(chǎn)品設計工程師必需系統(tǒng)把握以下3項完整的真實技能.要求到達:把握MCU儀器儀表硬軟件根底學問;把握MCU儀器儀表硬軟件根本設計方法:〔包括1種MCU儀器儀表硬軟件設計資料和根本設計方法〕;把握MCU儀器儀表設計工具使用〔硬件設計工具PROTEL等；軟件設計開發(fā)環(huán)境〕.1.4、課程教學安排 課程內(nèi)容10章分3局部,講解設計的完整過程和內(nèi)容.第1章介紹MCU儀器儀表定義/進展歷史/分類/用途;通過設計實例分析,總堅固際設計步驟和內(nèi)容;第2章分別講解MCU單片機硬件與工作原理;第3-4章分別講解MCU單片機軟件指令系統(tǒng)和匯編語言程序設計;第6-10章分別講解MCU單片機內(nèi)外部功能部件的硬件及其軟件程序設計技術,包括:半導體存儲器,并行I/O接口,A/D和D/A接口,中斷/定時器系統(tǒng),串行通訊等;第11章講解MCU儀器儀表設計方法和設計實踐.第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.4、課程教學安排課程時間,教室安排 (具體見課表,郵件附件查收)第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.4、課程教學安排各位同學：以后課程文件通知可登陸此課程公共郵箱，附件查收。

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密碼：scutmemcu2023第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.4、課程教學安排課程教材教材:姜濤，MCU智能儀器儀表設計，華南理工大學出版社.參考書:胡漢才,單片機原理及其接口技術.清華大學出版社.(含CAI)李朝青,單片機原理及接口技術.北京航空航天大學出版社.第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.4、課程教學安排課程考核期末考試50%；作業(yè)考核30%；尋常〔考勤〕20%；曠課3次尋常成績?yōu)?。1.5、課程學習目的與意義課程學習目的:學習把握MCU儀器儀表產(chǎn)品設計的真實技能，培育將來的智能儀器儀表產(chǎn)品設計工程師.第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述第1章、MCU儀器儀表〔設計〕概述1.5、課程學習目的與意義課程學習意義把握一種社會需求和用途廣泛