學(xué)習(xí)情境1單片機控制LED彩燈的亮滅-項目1-2單片機概述

項目-1單片機控制LED彩燈的亮滅2單片機概述學(xué)習(xí)情境1-單片機控制LED燈的顯示VS微型計算機技術(shù)的兩大發(fā)展分支通用微型計算機系統(tǒng)(Universal

microComputerSystem）嵌入式計算機系統(tǒng)（EmbeddedComputerSystem）

分支一：通用微型計算機系統(tǒng)(Universal

microComputerSystem）UCS——為滿足眾多普通應(yīng)用場合需要而發(fā)展的一類個人計算機系統(tǒng)

技術(shù)要求:高速計算+海量存儲發(fā)展方向:CPU速度不斷提升，存儲容量不斷擴大

386486Pentium

PentiumⅣConroeII個人計算機（PersonalComputer）CPU+存儲器+主板+顯卡+聲卡+網(wǎng)卡+顯示器+鼠標(biāo)+鍵盤…基本功能部件接口部件外部設(shè)備支持它的軟件五花八門，應(yīng)有盡有

分支二：嵌入式計算機系統(tǒng)

（EmbeddedComputerSystem）ECS——能嵌入到對象體系中，以實現(xiàn)對象體系智能化為目的的一類專用計算機系統(tǒng)技術(shù)要求：必須滿足對象體系的物理、電氣和環(huán)境以及產(chǎn)品成本等要求發(fā)展方向:與對象系統(tǒng)密切相關(guān)的嵌入性能、控制能力與控制可靠性

PC→電氣加固、機械加固，并配置各種接口板卡→IPC（工控機）→嵌入到大型對象系統(tǒng)中（實現(xiàn)智能化）工業(yè)計算機（IndustrialPersonalComputer）

船舶駕駛室集中控制臺自動配料控制系統(tǒng)電站鍋爐控制系統(tǒng)眾多小型對象系統(tǒng)（如家電、儀器、工控單元…）無法使用IPC→需要發(fā)展一類特殊的嵌入式計算機系統(tǒng)第1章單片機基礎(chǔ)知識概述單片計算機（SingleChipMicrocomputer）SCM：將通用微計算機基本功能部件集成在一塊芯片上構(gòu)成的一種專用微計算機系統(tǒng)一片半導(dǎo)體硅片集成：中央處理單元（CPU）、存儲器（RAM、ROM）、并行I/O、串行I/O、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、系統(tǒng)時鐘電路及系統(tǒng)總線的微型計算機。具有微型計算機屬性，因而被稱為單片微型計算機，簡稱單片機。主要應(yīng)用測控領(lǐng)域。單片機處于測控系統(tǒng)的核心地位并嵌入其中，所以國際上通常把單片機稱為嵌入式控制器（EMCU，EmbeddedMicroControllerUnit），或微控制器（MCU，MicroControllerUnit）。我國習(xí)慣于使用“單片機”這一名稱。按用途可分為通用型和專用型兩大類。通用型：內(nèi)部可開發(fā)資源（如存儲器、I/O等各種外圍功能部件等）可全部提供給用戶。01OPTION02OPTION專用型專門針對某些產(chǎn)品的特定用途而制作的。例如，各種家用電器中的控制器等。由于特定用途，單片機芯片制造商常與產(chǎn)品廠家合作，設(shè)計和生產(chǎn)“專用”的單片機。在設(shè)計中，已對“專用”單片機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡化、可靠性和成本的最佳化等做了全面綜合考慮，所以“專用”單片機具有十分明顯的綜合優(yōu)勢?；窘Y(jié)構(gòu)和工作原理都是以通用單片機為基礎(chǔ)。單片機是計算機技術(shù)發(fā)展史上重要里程碑，標(biāo)志著計算機正式形成了通用計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)兩大分支。從產(chǎn)品角度來看12從時間角度來看單片機的發(fā)展歷程從產(chǎn)品角度來看1單片機的發(fā)展歷程SCM單片微型計算機階段尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)MCU微控制器階段突顯其對象的智能化控制能力。SoC嵌入式系統(tǒng)階段尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決010203單片機的發(fā)展歷程從時間角度來看2單片機的發(fā)展歷程單片機的發(fā)展歷程完善階段微控制器的全面發(fā)展階段探索階段向微控制器發(fā)展的階段1971-19781978-19821982-19901990至今1971年11月，Intel推出MCS-4微型計算機系統(tǒng)，第一塊單片機誕生。Intel公司在MCS-48基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的MCS-51系列單片機。Intel公司推出的MCS-96系列單片機，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機的微控制器特征。出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強運算能力的8位/16位/32位通用型單片機，以及小型廉價的專用型單片機。按處理二進制位數(shù)主要分為：4位單片機、8位單片機、16位單片機和32位單片機。四個發(fā)展階段第一階段（1974年～1976年）：單片機初級階段。因工藝限制，雙片形式且功能較簡單。1974年12月，仙童公司推出了8位的F8單片機，實際只包括了8位CPU、64BRAM和2個并行口。第二階段（1976年～1978年）：低性能單片機階段。1976年Intel的MCS-48單片機（8位）極大地促進了單片機變革和發(fā)展，1977年GI公司推出PIC1650，但這個階段仍處于低性能階段。第三階段（1978年～1983年）：高性能單片機階段。1978年，Zilog公司推出Z8單片機，1980年，Intel公司在MCS-48系列基礎(chǔ)上推出MCS-51系列，Mortorola推出6801單片機。使單片機性能及應(yīng)用躍上新臺階。此后，各公司8位單片機迅速發(fā)展。推出的單片機普遍帶有串行I/O口、多級中斷系統(tǒng)、16位定時器/計數(shù)器，片內(nèi)ROM、RAM容量加大，且尋址范圍可達64KB，有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換器。由于這類單片機性/價比高，得到廣泛應(yīng)用，是目前應(yīng)用數(shù)量最多的單片機。第四階段（1983年～現(xiàn)在）：8位單片機鞏固發(fā)展及16位單片機、32位單片機推出階段。

16位典型產(chǎn)品Intel公司的MCS-96系列單片機。而32位單片機除具有更高集成度外，其數(shù)據(jù)處理速度比16位單片機提高許多，性能比8位、16位單片機更加優(yōu)越。

20世紀(jì)90年代單片機大發(fā)展時期，Mortorola、Intel、ATMEL、德州儀器（TI）、三菱、日立、飛利浦、LG等公司開發(fā)一大批性能優(yōu)越的單片機，極大推動單片機應(yīng)用。近年，不少新型高集成度的單片機涌現(xiàn)。目前，除8位單片機得到廣泛應(yīng)用外，16位單片機、32位單片機也得到廣大用戶青睞。單片機的發(fā)展趨勢單片機發(fā)展趨勢：高集成度、高性能、低功耗、高性價比位數(shù)不斷增加：4位→8位→16位→32位外設(shè)接口內(nèi)置化：ADC、DAC、PGA、USB……單片機（SCM）→微控制器（MicroControllerUnit）8位基于51內(nèi)核的單片機仍然是主流機型。MicroControllerUnitSingleChipMicrocomputer單片機的特點為什么應(yīng)用廣泛？由于具有以下優(yōu)點：01OPTION簡單方便，易普及。單片機技術(shù)是易掌握技術(shù)。應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計、組裝、調(diào)試已經(jīng)是一件容易的事情，工程技術(shù)人員通過學(xué)習(xí)可很快掌握其應(yīng)用設(shè)計技術(shù)。02OPTION功能齊全，應(yīng)用可靠，抗干擾能力強。03OPTION發(fā)展迅速，前景廣闊。短短幾十年，單片機經(jīng)過4位機、8位機、16位機、32位機等幾大發(fā)展階段。集成度高、功能日臻完善的單片機不斷問世，使單片機在工業(yè)控制及工業(yè)自動化領(lǐng)域獲得長足發(fā)展和大量應(yīng)用。目前，單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)愈加完美，片內(nèi)外圍功能部件越來越完善，向更高層次和更大規(guī)模的發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。嵌入容易，用途廣泛，體積小、性/價比高，應(yīng)用靈活性強等特點在嵌入式微控制系統(tǒng)中具有十分重要地位。單片機問世前，制作一套測控系統(tǒng)，大量模擬電路、數(shù)字電路、分立元件完成，以實現(xiàn)計算、判斷和控制功能。系統(tǒng)體積龐大，線路復(fù)雜，連接點多，易出故障。單片機出現(xiàn)后，絕大部分測控功能由單片機軟件程序?qū)崿F(xiàn)，其它電子線路則由片內(nèi)外圍功能部件替代。04OPTION單片機的應(yīng)用1．工業(yè)檢測與控制主要應(yīng)用：工業(yè)過程控制、智能控制、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)采集和傳輸、測試、測量、監(jiān)控等。在工業(yè)自動化領(lǐng)域中，機電一體化技術(shù)將發(fā)揮愈來愈重要的作用，在這種集機械、微電子和計算機技術(shù)為一體的綜合技術(shù)（如機器人技術(shù)）中，單片機發(fā)揮著非常重要作用。2．儀器儀表目前對儀器儀表的自動化和智能化要求越來越高。單片機的使用有助于提高儀器儀表的精度和準(zhǔn)確度，簡化結(jié)構(gòu)，減小體積而易于攜帶和使用，加速儀器儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化方向發(fā)展。3．消費類電子產(chǎn)品4．通信例如，洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、電風(fēng)扇、電視機、微波爐、加濕機、消毒柜等。嵌入了單片機后，功能和性能大大提高，并實現(xiàn)智能化、最優(yōu)化控制。在調(diào)制解調(diào)器、各類手機、傳真機、程控電話交換機、信息網(wǎng)絡(luò)及各種通訊設(shè)備中，單片機也已得到廣泛應(yīng)用。5．武器裝備現(xiàn)代化武器裝備，如飛機、軍艦、坦克、導(dǎo)彈、魚雷制導(dǎo)、智能武器裝備、航天飛機導(dǎo)航系統(tǒng)，都有單片機嵌入其中。計算機網(wǎng)絡(luò)終端（如銀行終端）及計算機外部設(shè)備（如打印機、硬盤驅(qū)動器、繪圖機、傳真機、復(fù)印機等）中都使用了單片機作為控制器。6．各種終端及計算機外部設(shè)備7．汽車電子設(shè)備已廣泛應(yīng)用在各種汽車電子設(shè)備中，如汽車安全系統(tǒng)、汽車信息系統(tǒng)、智能自動駕駛系統(tǒng)、衛(wèi)星汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車緊急請求服務(wù)系統(tǒng)、汽車防撞監(jiān)控系統(tǒng)、汽車自動診斷系統(tǒng)及汽車黑匣子等。單片機的系列-MCS-51系列單片機MCS：MCS是Intel公司單片機的系列符號，如MCS-48、MCS-51、MCS-96系列單片機。MCS-51系列是在MCS-48系列基礎(chǔ)上于20世紀(jì)80年代初發(fā)展起來的，是最早進入我國，并在我國得到廣泛應(yīng)用的單片機主流品種?；拘停?031/8051/8751（低功耗型80C31/80C51/87C51）增強型：8032/8052/8752。1.基本型8031內(nèi)部包括1個8位CPU、128BRAM，21個特殊功能寄存器（SFR）、4個8位并行I/O口、1個全雙工串行口，2個16位定時器/計數(shù)器，5個中斷源，但片內(nèi)無程序存儲器，需外擴程序存儲器芯片。8051是在8031的基礎(chǔ)上，片內(nèi)又集成有4KBROM作為程序存儲器。所以8051是一個程序不超過4KB的小系統(tǒng)。ROM內(nèi)的程序是公司制作芯片時，代為用戶燒制的。8751與8051相比，片內(nèi)集成的4KBEPROM取代了8051的4KBROM來作為程序存儲器。2.增強型Intel公司在基本型基礎(chǔ)上，推出增強型-52子系列，典型產(chǎn)品：8032/8052/8752。內(nèi)部RAM增到256B，8052、片內(nèi)程序存儲器擴展到8KB，16位定時器/計數(shù)器增至3個，6個中斷源，串行口通信速率提高5倍。

MCS-51系列單片機代表性產(chǎn)品為8051，其他單片機都是在8051內(nèi)核基礎(chǔ)上進行了功能增減。20世紀(jì)80年代中期以后，Intel公司已把精力集中在高檔CPU芯片的研發(fā)上，逐漸淡出單片機芯片的開發(fā)和生產(chǎn)。AT89C5x（AT89S5x）系列單片機介紹

MCS-51單片機設(shè)計上的成功及較高的市場占有率，已成為許多廠家、公司競相選用的對象，并以此為基核。因此，Intel公司以專利轉(zhuǎn)讓或技術(shù)交換形式把8051內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給許多半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)廠家，如ATMEL、Philips、Cygnal、ANALOG、LG、ADI、Maxim、DEVICES、DALLAS等公司。各廠家的兼容機型均采用8051內(nèi)核、指令系統(tǒng)相同，采用CMOS工藝；有的公司還在8051內(nèi)核基礎(chǔ)上增加一些片內(nèi)功能模塊，集成度更高，功能和市場競爭力更強。人們常用8051（80C51，“C”表示采用CMOS工藝）來稱呼所有這些具有8051內(nèi)核，且使用8051指令系統(tǒng)的單片機，也習(xí)慣把這些兼容機等各種衍生品種統(tǒng)稱為8051單片機。眾多衍生機型中，ATMEL公司的AT89C5x/AT89S5x系列，在8位單片機市場中占有較大的市場份額。ATMEL公司1994年以E2PROM技術(shù)與Intel公司80C51內(nèi)核的使用權(quán)進行交換。ATMEL公司技術(shù)優(yōu)勢是閃爍（Flash）存儲器技術(shù)，將Flash技術(shù)與80C51內(nèi)核相結(jié)合，形成了片內(nèi)帶有Flash存儲器的AT89C5x/AT89S5x系列單片機。在我國，除8位單片機廣泛應(yīng)用外，16位單片機也得到廣大用戶的青睞，例如，美國TI公司的16位單片機MSP430。本身帶有A/D轉(zhuǎn)換器，一片芯片就構(gòu)成了一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。設(shè)計使用非常方便。盡管這樣，16位單片機還遠遠沒有8位單片機應(yīng)用的廣泛和普及，因為目前的主要應(yīng)用中，8位機的性能已能夠滿足大部分的實際需求，況且8位機的性能價格比較好。在眾多廠家各種不同的8位機中，各種兼容的8051單片機，目前仍是8位單片機主流品種，若干年內(nèi)仍是自動化、機電一體化、儀器儀表、工業(yè)檢測控制應(yīng)用主角。AT89系列單片機的型號說明AT89S5x系列單片機編碼三部分組成：前綴、型號和后綴（1）前綴字母“AT”組成，表示ATMEL公司產(chǎn)品。（2）型號由“89C××××”或“89LV××××”或“89S××××”等表示?！?9C××××”中，8表示單片，9表示內(nèi)部含有Flash存儲器，C表示CMOS產(chǎn)品“89LV××××”中，LV為低電壓產(chǎn)品，可在2.5V電壓下工作。“89S××××”中，S表示含有串行下載的Flash存儲器，而“××××”表示器件的型號，如51、52、2051、8052等。（3）后綴后綴由最后4個“××××”參數(shù)組成，每個參數(shù)意義不同。在型號與后綴部分由“—”號隔開。（c）后綴第3個“×”表示芯片溫度范圍： x=C，表示商業(yè)用產(chǎn)品，溫度范圍為0～+70℃； x=I，表示工業(yè)用產(chǎn)品，溫度范圍為?40～+85℃； x=A，表示汽車用產(chǎn)品，溫度范圍為?40～+125℃； x=M，表示軍用產(chǎn)品，溫度范圍為?55～+150℃（a）后綴第1個“×”表示時鐘頻率： x=12，時鐘頻率為12MHz； x=16，時鐘頻率為16MHz； x=20，時鐘頻率為20MHz； x=24，時鐘頻率為24MHz。（b）后綴第2個“×”表示封裝： x=P，塑料雙列直插DIP封裝； x=D，陶瓷封裝；

x=Q，PQFP封裝；

x=J，PLV封裝；

x=A，TQFP封裝；

x=S，SOIC封裝；

x=W，表示裸芯片。（d）后綴中的第4個“×”表示工藝： x為空，表示處理工藝是標(biāo)準(zhǔn)工藝； x=/883，表示處理工藝采用MIL-STD-883標(biāo)準(zhǔn)。例如，某單片機型號為“AT89C51-12PI”，則單片機是ATMEL公司Flash單片機，CMOS，速度為12MHz，封裝塑料雙列直插DIP封裝，工業(yè)用產(chǎn)品，標(biāo)準(zhǔn)處理工藝生產(chǎn)。STC系列STC系列具有我國獨立自主知識產(chǎn)權(quán)，功能與抗干擾性強的增強型8051單片機，多種子系列，幾百個品種，以滿足不同需要。高速：傳統(tǒng)8051為每個機器周期為12個時鐘，而STC可為每機器周期1個時鐘，指令執(zhí)行速度大大提高，速度比普通8051快8～12倍。01OPTION02OPTION03OPTION04OPTION寬工作電壓：5.5～3.8V，2.4～3.8V（STC12LE5410AD系列）。12KB/10KB/8KB/6KB/4KB片內(nèi)Flash程序存儲器，擦寫次數(shù)10萬次以上。5