单片机第一课..pptx
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单片机第一课..pptx
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单片机原理及其应用18位单片机的主流机型,较大市场份额的MCS-51系列单片机及其兼容的单片机(统称为51系列单片机)对目前流行的51单片机的代表性机型:
美国ATMEL公司的AT89C5x/AT89S5x系列单片机及代表性产品AT89S51详细介绍。
简要介绍其它类型的单片机。
初步了解嵌入式处理器:
单片机,数字信号处理器(DSP)、嵌入式微处理器第一章内容概要介绍单片机基础知识、发展历史、应用领域及发展趋势。
21电子计算机的发展概述31.1电子计算机的问世及其经典结构3单片机的发展过程及产品近况3.1单片机的发展过程3.2单片机产品近况用1.2微型计算机的应用形态2计算机各组成部分的介绍2.1存储器的概述2.2CPU的组成及作2.3I/O接口及外设4单片机的特点及应用领域4.1单单片机的特点片机的特点4.2单单片机的片机的应应用用领领域域4.3单单片机的片机的发发展展趋势趋势5MCS-51系列与AT89C5x系列单片机5.1MCS-51系列5.2AT89C5x(AT89S5x)系列单片机6单单片机片机应应用系用系统统开开发简发简介介6.1单单片机片机应应用系用系统统的开的开发发2.单单片机片机应应用系用系统传统统传统开开发发方式方式3.单单片机开片机开发发方式的方式的发发展展4补充数制与编码的简单回顾51数制2编码编码补充常用数制和编码一、二进制、十进制、十六进制二、不同进制之间相互转换三、原码、反码及补码四、数据在计算机中的表示7AVR系列系列单单片机与片机与PIC系列系列单单片机片机8各各类类嵌入式嵌入式处处理器理器简简介介1电电子子计计算机的算机的发发展概述展概述1946年2月15日第一台电子数字计算机问世,这标志着计算机时代的到来。
1.1电子计算机的问世及其经典结构6与现代的计算机相比,有许多不足,但它的问世开创了计算机科学技术的新纪元,对人类的”生产和生活方式产生了巨大的影响。
ENIAC是电子管计算机,时钟频率仅有100KHz,但能在1秒钟的时间内完成5000次加法运算。
匈牙利籍数学家冯诺依曼在方案的设计上做出了重要的贡献。
1946年6月,他又提出了“程序存储”和“二进制运算”的思想,进一步构建了计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成这一计算机的经典结构。
(EDVAC-ELECTRONICDISCRETEVARIABLEAUTOMATICCOMPUTER)7电电子子计计算机技算机技术术的的发发展,相展,相继经历继经历了五个了五个时时代:
代:
电子管计算机;晶体管计算机;集成电路计算机;大规模集成电路计算机;超大规模集成电路计算机。
计算机的结构仍然没有突破冯诺依曼提出的计算机的经典结构框架。
81.2微型计算机的应用形态从应用形态上,微机可以分成三种:
单单板机板机9单单片机片机系系统统机(多板机机(多板机)单板机将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片和简单的I/O设备(小键盘、LED显示器)等装配在一块印刷电路板上,再配上监控程序(固化在ROM中),就构成了一台单板微型计算机(简称单板机)。
单单板板机机单板机的I/O设备简单,软件资源少,使用不方便。
早期主要用于微型计算机原理的教学及简单的测控系统,现在已很少使用。
10单片机在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路,从而构成了单芯片微型计算机,即单片机。
单片机(嵌入式应用)属于专用计算机,主要应用于智能仪表、智能传感器、智能家电、智能办公设备、汽车及军事电子设备等应用系统。
单片机体积小、价格低、可靠性高,其非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。
112计算机各组成部分的介绍存储器框图2.1存储器的概述2.1.1存储器框图存储体输入输出控制控制线地址线数据线.地址译码122.1.2存储器的作用2.1.3存储器的表达2.1.4存储器的种类、内部数据2.1.5存储器的访问2.1.6存储器的容量及地址线的计算地址线的根数:
n13地址线空间:
地址:
2n从n个0n个12.2CPU的组成及作用运算器累加器寄存器2.2.1CPU、运算器及控制器的组成运算器CPU控制器算术逻辑单元(简称ALU)14控制器的组成程序计数器指令寄存器指令译码器时序产生器操作控制器152.2.2运算器的作用方向。
ALU可对两个操作数进行加、减、与、或、比较大小等操作,最后将结果存入累加器。
ALU执行不同的运算操作是由不同控制线上的信息所确定的。
ALU的两个主要的输入来源:
累加器、数据寄存器2.2.3控制器的主要功能对指令进行译码或测试,并产生相应的操作控制信号,以便启动规定的动作。
指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的162.3I/O接口及外接口及外设设17每个外设与微处理器的连接必须经过接口适配器(I/O接口)。
每个I/O接口及其对应的外设都有一个固定的地址,在CPU的控制下实现对外设的输入(读)和输出(写)操作。
比较I/O接口与存储器的访问常见的外设举例:
打印机键盘显示器硬盘等3单单片机的片机的发发展展过过程及程及产产品近况品近况181.单单片机的片机的发发展展过过程程单单片机技片机技术发术发展展过过程可分程可分为为三个主要三个主要阶阶段:
段:
单单芯片微机形成芯片微机形成阶阶段段1976年,年,Intel公司推出了公司推出了MCS-48系列系列单单片机片机。
8位位CPU、1K字字节节ROM、64字字节节RAM、27根根I/O线线和和1个个8位定位定时时/计计数器数器。
特点是:
特点是:
存存储储器容量器容量较较小,小,寻寻址范址范围围小(不大于小(不大于4K),),无串行接口,指令系无串行接口,指令系统统功能不功能不强强。
性能完善提高性能完善提高阶阶段段1980年,Intel公司推出了MCS-51系列单片机:
8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。
寻址范围64K,并有控制功能较强的布尔处理器。
特点是:
结构体系完善,性能已大大提高,面向控制的特点进一步突出。
现在,MCS-51已成为公认的单片机经典机种。
19微控制器化微控制器化阶阶段段1982年,Intel推出MCS-96系列单片机。
芯片内集成:
16位CPU、8K字节ROM、232字节RAM、5个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。
寻址范围64K。
片上还有8路10位ADC、1路PWM输出及高速I/O部件等。
特点是:
片内面向测控系统外围电路增强,使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。
“微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。
20ATMEL公司融入公司融入Flash存存储储器技器技术术的的AT89系列;系列;Philips公司的公司的80C51、80C552系列;系列;华华邦公司的邦公司的W78C51、W77C51高速低价高速低价系列;系列;ADI公司的公司的ADC8xx高精度高精度ADC系列;系列;LG公司的公司的GMS90/97低低压压高速高速系列;系列;Maxim公司的公司的DS89C420高速高速(50MIPS)系列;系列;Cygnal公司的公司的C8051F系列高速系列高速SOC单单片机。
片机。
80C51系列系列单单片机片机产产品繁多,品繁多,主流地位已主流地位已经经形成,形成,近近年来推出的年来推出的与与80C51兼容兼容的主要的主要产产品有:
品有:
3.2单单片机片机产产品品“近况近况”21非80C51结构单片机新品不断推出,给用户提供了更为广泛的选择空间,近年来推出的非80C51系列的主要产品有:
Intel的MCS-96系列16位单片机;Microchip的PIC系列RISC单片机;TI的MSP430F系列16位低功耗单片机。
224单单片机的特点及片机的特点及应应用用领领域域234.1单单片机的特点片机的特点控制性能和可靠性高控制性能和可靠性高实时实时控制功能特控制功能特别别强强,其,其CPU可以可以对对I/O端口直接端口直接进进行操行操作,作,位操作能力位操作能力更是其它更是其它计计算机无法比算机无法比拟拟的。
另外,由于的。
另外,由于CPU、存、存储储器及器及I/O接口接口集成在同一芯片内集成在同一芯片内,各部件,各部件间间的的连连接接紧紧凑,数据在凑,数据在传传送送时时受干受干扰扰的影响的影响较较小小,且不易受,且不易受环环境条件境条件的影响,所以的影响,所以单单片机的片机的可靠性非常高可靠性非常高。
体积小、价格低、易于产品化单片机芯片即是一台完整的微型计算机,对于批量大的专用场合,一方面可以在众多的单片机品种间进行匹配选择;同时还可以专门进行芯片设计,使芯片的功能与应用具有良好的对应关系;在单片机产品的引脚封装方面,有的单片机引脚已减少到8个或更少。
从而使应用系统的印制板减小、接插件减少、安装简单方便。
近期推出的近期推出的单单片机片机产产品,内部集成有高速品,内部集成有高速I/O口、口、ADC、PWM、WDT等部件,并在低等部件,并在低电压电压、低功耗、串行、低功耗、串行扩扩展展总线总线、控、控制网制网络总线络总线和开和开发发方式(如在系方式(如在系统编统编程程ISP)等方面都有了等方面都有了进进一步的增一步的增强强。
244.2单单片机的片机的应应用用领领域域25机、医机、医疗设备疗设备、打印机、打印机、传传真机、复印机等。
真机、复印机等。
智能智能仪仪器器仪仪表表单单片机用于各种片机用于各种仪仪器器仪仪表,一方面提高了表,一方面提高了仪仪器器仪仪表的使用功能和精度,使表的使用功能和精度,使仪仪器器仪仪表智能化,同表智能化,同时还简时还简化了化了仪仪器器仪仪表的硬件表的硬件结结构,从而可以方便地完成构,从而可以方便地完成仪仪器器仪仪表表产产品品的升的升级换级换代。
如代。
如各种智能各种智能电电气气测测量量仪仪表、智能表、智能传传感器感器等。
等。
机电一体化产品机机电电一体化一体化产产品是集机械技品是集机械技术术、微、微电电子技子技术术、自、自动动化技化技术术和和计计算机技算机技术术于一体,具有智能化特征的各种机于一体,具有智能化特征的各种机电电产产品。
品。
单单片机在机片机在机电电一体化一体化产产品的开品的开发发中可以中可以发挥发挥巨大的巨大的作用。
典型作用。
典型产产品如机器人、数控机床、自品如机器人、数控机床、自动动包装机、点包装机、点钞钞实时实时工工业业控制控制单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。
电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。
在这类系统中,利用单片机作为系统控制器,可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法,实现期望的控制指标,从而提高生产效率和产品质量。
典型应用如电机转速控制、温度控制、自动生产线等。
分布式系统的前端模块在较复杂的工业系统中,经常要采用分布式测控系统完成大量的分布参数的采集。
在这类系统中,采用单片机作为分布式系统的前端采集模块,系统具有运行可靠,数据采集方便灵活,成本低廉等一系列优点。
26家用电器家用电器是单片机的又一重要应用领域,前景十分广阔。
如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等。
另外,在交通领域中,汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机的广泛应用。
如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子等。
使用温度:
民品:
0+70C汽车:
-40+105C工业品:
-40+85C军品:
-55+125C27单片机的发展趋势将是向大容量、高性能化,外围电路内装化等方面发展。
为满足不同用户的要求,各公司竞相推出能满足不同需要的产品。
1CPU的改进1增加CPU数据总线宽度。
例如,各种16位单片机和32位单片机,数据处理能力要优于8位单片机。
另外,8位单片机内部采用16位数据总线,其数据处理能力明显优于一般8位单片机。
2采用双CPU结构,以提高数据处理能力。
4.3单单片机的片机的发发展展趋势趋势28282存储器的发展
(1)片内程序存储器普遍采用闪烁(Flash)存储器。
可不用外扩展程序存储
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