微機(jī)原理與接口技術(shù)概述

微機(jī)原理與接口技術(shù)有關(guān)本課程學(xué)習(xí)的幾點(diǎn)建議：

本課程是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科僅僅聽(tīng)懂還不夠,重在培育動(dòng)手能力硬件/軟件同樣重要、不行偏廢

硬件是骨架，軟件是靈魂本課程的前期基礎(chǔ)課程是數(shù)字電路與微機(jī)原理這方面知識(shí)掌握得不夠好的請(qǐng)自己補(bǔ)上預(yù)習(xí)、聽(tīng)課、復(fù)習(xí)、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)環(huán)環(huán)都重要用科學(xué)的方法學(xué)習(xí)考核方式期末總評(píng)成果=平常成果（作業(yè)、網(wǎng)絡(luò)作業(yè)、出勤、課堂表現(xiàn)等）+期中成果+實(shí)驗(yàn)成果+期末考試成果實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)需進(jìn)行實(shí)驗(yàn)考試。（1）硬件結(jié)構(gòu)（2）指令系統(tǒng)（3）匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（4）中斷系統(tǒng)（5）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（6）串行口（7）接口擴(kuò)展Ptoteus7KeilC511.1微處理機(jī)的產(chǎn)生世界上第一臺(tái)現(xiàn)代意義的電子計(jì)算機(jī)是1946年美國(guó)賓夕法尼亞高校設(shè)計(jì)制造的ENIAC（ElectronicNumericalIntergratorAndCalculator）ENIAC電子管計(jì)算機(jī)，長(zhǎng)30.48米，寬1米，占地面積170平方米，30個(gè)操作臺(tái),重達(dá)30噸，耗電量150千瓦，造價(jià)48萬(wàn)美元，6000多個(gè)開(kāi)關(guān)，每秒運(yùn)行5000次加法或400次乘法，是繼電器計(jì)算機(jī)的1000倍，手工計(jì)算的20萬(wàn)倍。計(jì)算一個(gè)算術(shù)題只要2分鐘,但為此付出的籌備工作卻要2天。ENIAC的時(shí)鐘頻率僅有100KHz，能在1秒鐘的時(shí)間內(nèi)完成5000次加法運(yùn)算。與現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)相比，有很多不足，但它的問(wèn)世開(kāi)創(chuàng)了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元，對(duì)人類的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生了巨大的影響。

約翰·馮·諾依曼JOhnvonNeumann,1903年12月28日，誕生于匈牙利布達(dá)佩斯.1929年馮·諾依曼受聘前往美國(guó)普林斯頓高校任教。1933年，普林斯頓高校高等討論院任命了包括愛(ài)因斯坦在內(nèi)的第一批6位終身教授，馮·諾依曼是其中最年輕的一位。馮·諾依曼一生在數(shù)學(xué)、量子物理學(xué)、規(guī)律學(xué)、軍事學(xué)、對(duì)策論等諸多領(lǐng)域均有建樹，但參加人類第一臺(tái)有用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)的討論卻始于偶然。但還是被公認(rèn)為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)之父.1957年2月8日，馮·諾依曼因患癌癥去世，終年54歲.

匈牙利籍?dāng)?shù)學(xué)家馮·諾依曼在方案的設(shè)計(jì)上做出了重要的貢獻(xiàn)。1946年6月，他又提出了“程序存儲(chǔ)”和“二進(jìn)制運(yùn)算”的思想，進(jìn)一步構(gòu)建了計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、掌握器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成這一計(jì)算機(jī)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)流控制流●規(guī)律元件采納電子管，主存儲(chǔ)器采納磁芯，磁帶作為外存。體積大、耗電多、運(yùn)算速度慢。最初只能使用二進(jìn)制表示的機(jī)器語(yǔ)言，到20世紀(jì)50年月中期才消滅匯編語(yǔ)言。這個(gè)時(shí)期，計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算和軍事方面，應(yīng)用很不普遍。電子管計(jì)算機(jī)（1946~1958年）●內(nèi)存主要采納磁芯，外存大量采納磁盤，輸入輸出設(shè)備有了較大改進(jìn)。體積顯著減小、牢靠性提高、運(yùn)算速度可達(dá)每秒百萬(wàn)次。軟件方面消滅了高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和編譯系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)開(kāi)頭廣泛應(yīng)用于以管理為目的的信息處理。其次代第一代晶體管計(jì)算機(jī)（1958~1964年）1.1.1計(jì)算機(jī)的進(jìn)展概況第三代第四代集成電路計(jì)算機(jī)（1964-1971年）●主要采納中、小規(guī)模集成電路（SSI和MSI），運(yùn)算速度達(dá)每秒千萬(wàn)次，牢靠性大大提高，體積進(jìn)一步縮小，價(jià)格大大降低。軟件方面進(jìn)步很大，有了操作系統(tǒng)，開(kāi)展了計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化工作并提出了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，消滅了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)應(yīng)用開(kāi)頭向社會(huì)化進(jìn)展，其應(yīng)用領(lǐng)域和普及程度飛快擴(kuò)大?！裎⑿陀?jì)算機(jī)的消滅和進(jìn)展是計(jì)算機(jī)進(jìn)展史上的重大大事，使得計(jì)算機(jī)在存儲(chǔ)容量、運(yùn)算速度、牢靠性和性能價(jià)格比等方面都比上一代計(jì)算機(jī)有了較大突破。各種系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件大量推出，功能配置空前完善，充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的功能，把計(jì)算機(jī)的進(jìn)展和應(yīng)用帶入了一個(gè)全新時(shí)代。大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1971年至今）第五代第六代具有人工智能的計(jì)算機(jī)（1964-1971年）神經(jīng)電腦計(jì)算機(jī)（1971年至今）計(jì)算機(jī)的進(jìn)展趨勢(shì)：向著高速、大容量、智能化的超級(jí)巨型機(jī)的方向進(jìn)展；向著微型機(jī)的方向進(jìn)展1.1.2微型計(jì)算機(jī)的進(jìn)展及2大分支微處理器的產(chǎn)生：

1968年成立Intel公司。1969年日本一公司要求Intel公司為其設(shè)計(jì)一組用于高性能可編程計(jì)算器的芯片，日本客戶的原始設(shè)計(jì)方案至少需要12塊專用芯片，Intel公司的Hoff工程師拒絕了這種笨拙的設(shè)計(jì)方案，代之以四塊芯片構(gòu)成：4001——RAM4002——ROM4003——寄存器4004——4位CPU該四塊芯片組合即有簡(jiǎn)潔通用計(jì)算機(jī)的功能。1976年誕生的IntelMCS-8051單片機(jī)飛快實(shí)現(xiàn)了對(duì)家用電器、儀器儀表等的智能化掌握(計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)變了原來(lái)的形態(tài)）1974-1978年誕生了8位微處理器，代表產(chǎn)品Intel8080、Z80等，1978年后誕生了解16位微處理器8086，同期誕生世界上第一臺(tái)具有特定功能的計(jì)算機(jī)——AppleII第一臺(tái)PC誕生于1981年，IBM公司為其命名為IBMPC（微處理器從286\386\486\586\奔騰系列）微型計(jì)算機(jī)的兩大分支：通用微型計(jì)算機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）意義：形成了計(jì)算機(jī)進(jìn)展的專業(yè)化分工，而且將計(jì)算機(jī)技術(shù)擴(kuò)展到各個(gè)領(lǐng)域，使人類飛快進(jìn)入全球化的網(wǎng)絡(luò)、通信、虛擬世界和數(shù)字化生活的新時(shí)代。1.1.3單片機(jī)與微型計(jì)算機(jī)的主要異同點(diǎn)主要相同點(diǎn)

（1）基本組成及工作原理相同（2）核心部件都是基于計(jì)算機(jī)的基本原理，衡量的主要技術(shù)指標(biāo)也基本相同（字長(zhǎng)、主頻、運(yùn)算速度、內(nèi)存容量）（3）指令系統(tǒng)功能大部分也相同，程序運(yùn)行原理相像。主要不同點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)將全部電路集成電路在一塊芯片上，通常包括定時(shí)器等幫助電路，一塊單片機(jī)芯片就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。單片機(jī)是向著單芯片化道路的方向進(jìn)展，技術(shù)要求則是不斷提高嵌入性能、掌握能力與牢靠性。微型計(jì)算機(jī)則是把微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、I/O接口、定時(shí)器等不同的芯片組成在一塊底板上，然后配上機(jī)箱、外設(shè)等。通用計(jì)算機(jī)主要是為滿意高速、海量的數(shù)值計(jì)算、實(shí)現(xiàn)多媒體和網(wǎng)絡(luò)通信等功能，技術(shù)進(jìn)展方向是不斷提高計(jì)算速度，不斷擴(kuò)大存儲(chǔ)容量。1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成§1.3單片機(jī)概念一、什么是單片機(jī)1、在一塊半導(dǎo)體硅片上集成了微處理器(掌握器、運(yùn)算器)，存儲(chǔ)器和各種輸入/輸出接口。

2、單片微型計(jì)算機(jī)(SingleChipMicro-computer)：一塊芯片就具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)的功能、屬性。國(guó)內(nèi)叫法。

3、嵌入式掌握器(EmbeddedMicro-controller)：?jiǎn)纹瑱C(jī)通常用于測(cè)控領(lǐng)域，處于測(cè)控系統(tǒng)的核心地位并嵌入其中。國(guó)際叫法。

4、與“微機(jī)原理中PC機(jī)”的聯(lián)系與區(qū)分都屬于微型計(jì)算機(jī)；通用與專用之分；單芯片與多芯片之分；應(yīng)用場(chǎng)合不同；性能不同等等。微型計(jì)算機(jī)的單片化即單片微型計(jì)算機(jī)(單片機(jī))二、單片機(jī)用途分類

1、通用型：可開(kāi)發(fā)的內(nèi)部資源，如RAM、ROM、I/O等功能部件，全部供應(yīng)應(yīng)用戶。用戶依據(jù)需要，設(shè)計(jì)一個(gè)以通用單片機(jī)芯片為核心的測(cè)控系統(tǒng)。通常產(chǎn)品。

2、專用型：專門針對(duì)某些產(chǎn)品的特定用途而制作的單片機(jī)，針對(duì)性強(qiáng)且數(shù)量巨大。特制產(chǎn)品。第一階段(1974年～1976年)：初級(jí)階段、微型計(jì)算機(jī)的單芯片集成探究階段。雙片的形式，功能簡(jiǎn)潔。其次階段(1976年～1978年)：低性能階段,單芯片集成完成階段以Intel公司制造的MCS-48單片機(jī)為代表。第三階段(1978年～1982年)：體系結(jié)構(gòu)成熟階段。以Intel公司的MCS-51系列、Mortorola公司的6801系列為代表，形成了單片機(jī)的兩大體系結(jié)構(gòu)。第四階段(1982年～現(xiàn)在)：高速進(jìn)展階段。8位單片機(jī)性能不斷完善,16位、32位單片機(jī)推動(dòng)身展階段§1.4單片機(jī)的歷史進(jìn)展概況§1.58位單片機(jī)的主要生產(chǎn)廠家和機(jī)型產(chǎn)量最大：Motorola，68序列(Freescale，飛思卡爾)市場(chǎng)份額最大：Microchip，PIC系列生產(chǎn)廠商最多的機(jī)型：Intel的51系列及其增強(qiáng)型、擴(kuò)展型§1.6單片機(jī)的進(jìn)展趨勢(shì)1、CPU的改進(jìn)：雙CPU、加寬數(shù)據(jù)總線、串行總線結(jié)構(gòu)；2、存儲(chǔ)器的進(jìn)展：容量、速度的提高，新類型存儲(chǔ)器件；3、片內(nèi)I/O的改進(jìn)：功能類型、驅(qū)動(dòng)能力的提高；4、外圍電路內(nèi)裝化：系統(tǒng)的單芯片化(SOC，片上系統(tǒng))；5、低功耗化：低電壓、低耗電?！?.7單片機(jī)的應(yīng)用1、工業(yè)自動(dòng)化 2、智能儀器儀表3、消費(fèi)類電子產(chǎn)品 4、通訊5、武器裝備 6、終端及外部設(shè)備掌握7、多機(jī)分布式系統(tǒng)單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用遍布國(guó)民經(jīng)濟(jì)與人民生活的各個(gè)領(lǐng)域§1.8MCS-51系列AT89C5x系列單片機(jī)1、Intel的MCS-51系列，基本型8031\8051\8751；2、20世紀(jì)80年月中后期，Intel公司把8051內(nèi)核技術(shù)專利轉(zhuǎn)讓，各廠家在此基礎(chǔ)上改進(jìn)，稱為80C51單片機(jī)（低功耗型）；3、此后Intel主要專注于高端CPU，目前51單片機(jī)主要由Atmel、Philips(NXP)、Maxim、Siliconlabs等廠家生產(chǎn)。4、國(guó)內(nèi)使用較多型號(hào)：AT89C515、8位單片機(jī)速度、性能最高機(jī)型：C8051F12X/13X20世紀(jì)80年月以來(lái)，單片機(jī)的進(jìn)展格外飛快，世界上一些聞名廠商投放市場(chǎng)的產(chǎn)品就有幾十個(gè)系列，數(shù)百個(gè)品種。其中有：Intel公司的MCS-48、MCS-51Motorola公司的6801、6802Zilog公司的Z8系列Rockwell公司的6501、6502等。PHILIPS公司NEC公司日立公司相繼推出了各自的單片機(jī)產(chǎn)品。

單片機(jī)問(wèn)世以來(lái)，在我國(guó)使用最多的還是Intel公司的及其兼容單片機(jī)。MCS-51單片機(jī)是最早進(jìn)入我國(guó)的單片機(jī)主流產(chǎn)品之一。MCS是Intel公司生產(chǎn)的單片機(jī)的系列號(hào)，如Intel公司的MCS-48、MCS-51、MCS-96系列單片機(jī)。MCS-51系列單片機(jī)既包括三個(gè)基本型8031、8051、8751，也包括對(duì)應(yīng)的低功耗型80C31、80C51、87C51。

（1）基本型

典型產(chǎn)品：8031/8051/8751（2）增強(qiáng)型

典型產(chǎn)品：8032/8052/8752內(nèi)部RAM增到256字節(jié)，8052、8752的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展到8KB，16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器增至3個(gè)。（3）低功耗型

典型產(chǎn)品：80C31/87C51/80C51。采納CMOS工藝適于電池供電或其它要求低功耗的場(chǎng)合。（4）專用型

8044/8744，用于總線分布式多機(jī)測(cè)控系統(tǒng)。美國(guó)Cypress公司的EZUSR-2100單片機(jī)－USB接口。表1-1列出了MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部硬件資源

AT89C5x系列單片機(jī)20世紀(jì)80年月中期以后，Intel公司已把精力集中在CPU芯片的開(kāi)發(fā)、研制上，并逐漸放棄了單片機(jī)芯片的生產(chǎn)。但是以MCS-51為技術(shù)核心和主導(dǎo)的單片機(jī)已經(jīng)成為很多廠家、電氣公司競(jìng)相選用的對(duì)象，以此為基核。以專利或技術(shù)交換的形式把8051內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給各廠家。如：AMTEL、PHILIPS、ANALOGDEVICES、DALLAS公司。這些廠家的兼容單片機(jī)，與8051的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（主要是指令系統(tǒng)）相同，采納CMOS工藝------80C51系列。80C51系列：全部具有8051指令系統(tǒng)的單片機(jī)，不應(yīng)直接稱為MCS-51系列單片機(jī)，MCS只是Intel公司專用的單片機(jī)系列符號(hào)習(xí)慣把兼容機(jī)等衍生產(chǎn)品統(tǒng)稱為51系列單片機(jī)或51單片機(jī)。在8051的基礎(chǔ)上又進(jìn)行了一些擴(kuò)充,稱為增強(qiáng)型、擴(kuò)展型，如52子系列單片機(jī)，功能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)。世界單片機(jī)芯片生產(chǎn)廠商推出的與8051（80C51）兼容的主要產(chǎn)品如表1-2所示。眾多的MCS-51單片機(jī)及其各種增強(qiáng)型、擴(kuò)展型衍生品種，ATMEL公司推出的AT89C5x系列，尤其是該系列中的AT89C51單片機(jī)在8位單片機(jī)應(yīng)用中占有相當(dāng)大的市場(chǎng)份額。ATMEL公司以E2PROM技術(shù)與Intel公司的80C51內(nèi)核的使用權(quán)進(jìn)行交換。該公司技術(shù)優(yōu)勢(shì)是其閃爍（Flash）存儲(chǔ)器技術(shù)，將Flash存儲(chǔ)器與80C51內(nèi)核相結(jié)合，形成了AT89C5x系列。與MCS-51系列單片機(jī)在功能、引腳及指令系統(tǒng)方面完全兼容。又增加了一些新的功能，如看門狗定時(shí)器WDT、ISP及SPI串行接口等，是取代MCS-51系列單片機(jī)的主流芯片之一。

表1-3為ATMEL公司生產(chǎn)的AT89系列單片機(jī)的主要產(chǎn)品的片內(nèi)硬件資源。

1.9其它的51單片機(jī)世界各半導(dǎo)體器件廠家推出的以8051為內(nèi)核的，各種集成度高、功能強(qiáng)的的增強(qiáng)型單片機(jī)。這些單片機(jī)目前也得到寬闊設(shè)計(jì)工程師的青睞。1.9.1ADμC812單片機(jī)美國(guó)ADI(AnalogDevicelnc)公司生產(chǎn)的高性能單片機(jī)，內(nèi)部包含高精度的自校準(zhǔn)8通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，2通道12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及可編程的8位的與8051單片機(jī)兼容的MCU內(nèi)核，指令系統(tǒng)與MCS-51系列兼容。片內(nèi)有8KBFlash程序存儲(chǔ)器、640BFlash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、256B數(shù)據(jù)SRAM(支持可編程)。43片內(nèi)集成看門狗定時(shí)器、電源監(jiān)視器以及ADC

DMA功能。為多處理器接口和I/O擴(kuò)展供應(yīng)了32條可編程的I/O線、包含有與I2C兼容的串行接口、SPI串行接口和標(biāo)準(zhǔn)UART串行接口I/O。

ADμC812的MCU內(nèi)核和模數(shù)轉(zhuǎn)換器均設(shè)有正常、空閑和掉電工作模式，軟件可掌握從正常模式到空閑模式，也可切換到更省電的掉電模式。掉電模式，消耗總電流約5μA。1.9.2C8051Fxxx單片機(jī)美國(guó)Cygnal公司產(chǎn)品，集成度高，8051內(nèi)核。典型產(chǎn)品為C8051F020。內(nèi)部采納流水線結(jié)構(gòu)，大部分指令的完成時(shí)間為1或2個(gè)時(shí)鐘周期，峰值處理能力為25MIPS。44片內(nèi)資源：1個(gè)8位ADC、1個(gè)12位ADC、1個(gè)雙12位DAC；64kB片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，256BRAM，128BSFR；8個(gè)I／O端口共64根I／O口線；5個(gè)16位通用定時(shí)器；5個(gè)捕獲／比較模塊的可編程計(jì)數(shù)／定時(shí)器陣列（PCA），1個(gè)UART串行口、1個(gè)SMBus/I2C串口、1個(gè)SPI串行口；2路電壓比較器，VDD監(jiān)視器(電源監(jiān)測(cè))，內(nèi)置溫度傳感器。C8051Fxxx單片機(jī)最突出的改進(jìn)是引入了數(shù)字交叉開(kāi)關(guān)。數(shù)字交叉開(kāi)關(guān)，轉(zhuǎn)變以往內(nèi)部功能與外部引腳的固定對(duì)應(yīng)關(guān)系。它是一個(gè)大的數(shù)字開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，允許將內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)45資源安排給端口I/O引腳。與具有標(biāo)準(zhǔn)復(fù)用數(shù)字I/O的單片機(jī)不同，該結(jié)構(gòu)可支持全部功能組合?？赏ㄟ^(guò)設(shè)置交叉開(kāi)關(guān)掌握寄存器將片內(nèi)計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、串行總線、硬件中斷、ADC轉(zhuǎn)換啟動(dòng)輸入、比較器輸出及單片機(jī)內(nèi)部的其它數(shù)字信號(hào)配置為消滅在端口I/O引腳。允許用戶依據(jù)自己的特定應(yīng)用，選擇通用端口I/O和所需數(shù)字資源的組合。1.9.3臺(tái)灣華邦公司W(wǎng)78系列和W77系列單片機(jī)臺(tái)灣華邦公司(Winbond)W78系列單片機(jī)與AT89C5x系列完全兼容，W77系列為增強(qiáng)型。W77系列對(duì)8051的時(shí)序作了改進(jìn)：每個(gè)指令周期只需要4個(gè)時(shí)鐘周期，速度提高了三倍，工作頻率最高可達(dá)40MHz。W77系列增加看門狗WatchDog、兩組UART、兩組DPTR數(shù)據(jù)指針（編寫程序格外便利）、ISP（在系統(tǒng)可編程）等功能。片內(nèi)集成了USB接口，語(yǔ)音處理等功能，具有6組外部中斷源。華邦公司的W741系列的4位單片機(jī)帶液晶驅(qū)動(dòng)，在線燒錄，保密性高，低工作電壓(1.2V-1.8V)。471.10AVR系列單片機(jī)與PIC系列單片機(jī)除了51單片機(jī)外，目前某些非51單片機(jī)也得到了較為廣泛的應(yīng)用，目前應(yīng)用較廣泛是AVR系列與PIC系列單片機(jī)，它們博采眾長(zhǎng)，具獨(dú)絕技術(shù)，受到寬闊設(shè)計(jì)工程師的關(guān)注。1.10.1AVR系列單片機(jī)AVR系列是1997年ATMEL公司挪威設(shè)計(jì)中心的A先生與V先生共同研發(fā)出的精簡(jiǎn)指令集(RISC—ReducedInstructionSetComputer)的高速8位單片機(jī)，簡(jiǎn)稱AVR。特點(diǎn)如下：（1）高速、高牢靠性、功能強(qiáng)、低功耗和低價(jià)位。48早期單片機(jī)實(shí)行穩(wěn)妥方案：即采納較高的分頻系數(shù)對(duì)時(shí)鐘分頻，使指令周期長(zhǎng)，執(zhí)行速度慢。以后的單片機(jī)雖采納提高時(shí)鐘頻率和縮小分頻系數(shù)等措施，但這種狀態(tài)并未被徹底改觀(例如51單片機(jī))。雖有某些精簡(jiǎn)指令集單片機(jī)問(wèn)世，但照舊沿襲對(duì)時(shí)鐘分頻的作法。AVR單片機(jī)的推出，徹底打破這種舊設(shè)計(jì)格局，廢除了機(jī)器周期，拋棄簡(jiǎn)潔指令計(jì)算機(jī)(CISC)追求指令完備的做法。采納精簡(jiǎn)指令集，以字作為指令長(zhǎng)度單位，將操作數(shù)與操49作碼支配在一字之中，指令長(zhǎng)度固定、指令格式與種類相對(duì)較少、尋址方式也相對(duì)較少，絕大部分指令都為單周期指令。取指周期短，又可預(yù)取指令，實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)，故可高速執(zhí)行指令。當(dāng)然這種“高速度”是以高牢靠性來(lái)保障的。（2）采納片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器給用戶的開(kāi)發(fā)帶來(lái)便利。片內(nèi)大容量的RAM不僅能滿意一般場(chǎng)合的使用，同時(shí)也更有效的支持使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)系統(tǒng)程序，并可像MCS-51單片機(jī)那樣擴(kuò)展外部RAM。（3）豐富的片內(nèi)外設(shè)。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、看門狗電路、低電壓檢測(cè)電路BOD，多個(gè)復(fù)位源(自動(dòng)上下電復(fù)位、外部復(fù)位、看門狗復(fù)位、BOD復(fù)位)，可設(shè)置的啟動(dòng)后延時(shí)運(yùn)行程序，增強(qiáng)了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的牢靠性。多種串口：如通用的異步串行口（UART），面對(duì)字節(jié)的高速硬件串行接口TWI（與I2C接口兼容）、SPI。此外還有ADC、PWM等部件。51（4）I/O口功能強(qiáng)、驅(qū)動(dòng)能力大。AVR的工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，具有大電流(最大可達(dá)40mA)，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，可省去功率驅(qū)動(dòng)器件，直接驅(qū)動(dòng)可控硅SSR或繼電器。AVR單片機(jī)的I/O口能正確反映I/O口輸入/輸出的真實(shí)情況。I/O口的輸入可設(shè)定為三態(tài)高阻抗輸入或帶上拉電阻輸入，以便于滿意各種多功能I/O口應(yīng)用的需要，具備10mA-20mA灌電流的能力。（5）低功耗。具有省電功能(PowerDown)及休眠功能(Idle)的低功耗的工作方式。一般耗電在1～2.5mA；典型功耗，WDT關(guān)閉時(shí)為100nA，更適用于電池供電。52有的器件最低1.8V即可工作。（6）支持程序的在系統(tǒng)編程（ISP—InSystemProgram）即在線編程，開(kāi)發(fā)門檻較低。只需一條ISP并口下載線，就可以把程序?qū)懭階VR單片機(jī)，所以使用AVR門檻低、花錢少。其中MEGA系列還支持在線應(yīng)用編程（IAP，可在線升級(jí)或銷毀應(yīng)用程序）。（7）程序保密性好，不行破解的位加密鎖LockBit技術(shù)，且具有多重密碼保護(hù)鎖死(Lock)功能，使得用戶編寫的應(yīng)用程序不被讀出。AVR單片機(jī)系列全，3個(gè)檔次，適于各種不同要求：（1）低檔Tiny系列:Tiny11/12/13/15/26/28等；（2）中檔AT90S系列:AT90S1200/2313/8515/8535等；（3）高檔ATmega系列:

有ATmega8/16/32/64/128（存儲(chǔ)容量為8/16/32/64/128KB）以及ATmega8515/8535等。1.10.2PIC系列單片機(jī)美國(guó)Microchip公司的產(chǎn)品。特性如下：（1）最大的特點(diǎn)是從實(shí)際動(dòng)身，重視性能價(jià)格比，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種型號(hào)來(lái)滿意應(yīng)用需求。例如，一個(gè)摩托車的點(diǎn)火器需要一個(gè)I/O較少、RAM及程序存儲(chǔ)空間不大、牢靠性54較高的小型單片機(jī)，若用40腳功能強(qiáng)的單片機(jī)，投資大，使用也不便利。PIC系列從低到高有幾十個(gè)型號(hào)。其中，PIC12C508單片機(jī)僅有8個(gè)引腳，是世界最小的單片機(jī)。有512字節(jié)ROM、25字節(jié)RAM、一個(gè)8位定時(shí)器、一根輸入線、5根I/O線，價(jià)格格外廉價(jià)。用在摩托車點(diǎn)火器格外適合。PIC的高檔型，如PIC16C74（尚不是最高檔型號(hào)）有40個(gè)引腳，其內(nèi)部資源為ROM共4K、192字節(jié)RAM、8路A/D、3個(gè)8位定時(shí)器、2個(gè)CCP模塊、3個(gè)串行口、1個(gè)并行口、11個(gè)中斷源、33個(gè)I/O腳?？梢院推渌放频母邫n型號(hào)媲美。55（2）精簡(jiǎn)指令集使執(zhí)行效率大為提高。PIC系列8位單片機(jī)采納精簡(jiǎn)指令集（RISC），數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線（Harvard）結(jié)構(gòu)，指令單字長(zhǎng)，且允許指令代碼的位數(shù)可多于8位的數(shù)據(jù)位數(shù)，這與傳統(tǒng)的采納簡(jiǎn)潔指令結(jié)構(gòu)（CISC）結(jié)構(gòu)的8位單片機(jī)相比，可以達(dá)到2:1的代碼壓縮，速度提高4倍。（3）優(yōu)越的開(kāi)發(fā)環(huán)境。51單片機(jī)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)大都采納高檔型仿真低檔型，實(shí)時(shí)性不抱負(fù)。PIC推出一款新型號(hào)單片機(jī)的同時(shí)推出相應(yīng)的仿真芯片，全部的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實(shí)時(shí)性格外好。56（4）其引腳具有防瞬態(tài)能力，通過(guò)限流電阻可以接至220V溝通電源，可直接與繼電器掌握電路相連，無(wú)須光電耦合器隔離，給應(yīng)用帶來(lái)極大便利。（5）保密性好。PIC以保密熔絲來(lái)保護(hù)代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無(wú)法讀出，除非恢復(fù)熔絲。目前，PIC采納熔絲深埋工藝，恢復(fù)熔絲的可能性微小。（6）片內(nèi)集成了看門狗定時(shí)器，可以用來(lái)提高程序運(yùn)行的牢靠性。（7）設(shè)有休眠和省電工作方式?？纱蟠蠼档拖到y(tǒng)功耗并可采納電池供電。PIC單片機(jī)分低檔型、中檔型和高檔型：（1）低檔8位單片機(jī)PIC12C5XXX／16C5X系列。PIC16C5X系列最早在市場(chǎng)上得到進(jìn)展，價(jià)格低，有較完善的開(kāi)發(fā)手段，因此在國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛；而PIC12C5XX是世界第一個(gè)8腳低價(jià)位單片機(jī)可用于簡(jiǎn)潔的智能掌握等要求體積小的場(chǎng)合，前景寬闊。58（2）中檔8位單片機(jī)PIC12C6XX/PIC16CXXX系列。PIC中檔產(chǎn)品是Microchip公司近年來(lái)重點(diǎn)進(jìn)展的系列產(chǎn)品，品種最為豐富，其性能比低檔產(chǎn)品有所提高，增加了中斷功能，指令周期可達(dá)到200ns，帶A／D，內(nèi)部E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，雙時(shí)鐘工作，比較輸出，捕獲輸入，PWM輸出，I2C和SPI接口，異步串行接口（UART），模擬電壓比較器及LCD驅(qū)動(dòng)等等，其封裝從8腳到68腳，可用于高、中、低檔的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，價(jià)格適中，廣泛應(yīng)用在各類電子產(chǎn)品中。59（3）高檔8位單片機(jī)PIC17CXX系列。適合高級(jí)簡(jiǎn)潔系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，在中檔位單片機(jī)的基礎(chǔ)上增加了硬件乘法器，指令周期可達(dá)成160ns，它是目前世界上8位單片機(jī)中性價(jià)比最高的機(jī)種，可用于高、中檔產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，如電機(jī)掌握等。1.11各類嵌入式處理器簡(jiǎn)介隨著集成電路技術(shù)及電子技術(shù)的飛速進(jìn)展，各種體系結(jié)構(gòu)的處理器品種繁多，且都嵌入到系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸和掌握功能，各類嵌入式處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，是當(dāng)今電子信息技術(shù)應(yīng)用的一大熱點(diǎn)。具有各種不同體系結(jié)構(gòu)的處理器，構(gòu)成了嵌入式處理器家族，是嵌入式系統(tǒng)的核心。全世界嵌入式處理器的品種總量已經(jīng)超過(guò)1000多種，按體系結(jié)構(gòu)主要分為如下幾類：嵌入式微掌握器（單片機(jī)）、嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器（簡(jiǎn)稱DSP）、嵌入式微處理器以及片上系統(tǒng)（SOC）等。611.11.1嵌入式微掌握器（單片機(jī)）將用于測(cè)控目的的計(jì)算機(jī)小系統(tǒng)集成到一塊芯片中。一般以某一種微處理器內(nèi)核為核心，片內(nèi)集成ROM/EPROM、RAM、總線及總線掌握規(guī)律、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、Flash存儲(chǔ)器等各種必要的功能部件和外設(shè)。一個(gè)系列的單片機(jī)具有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核都是一樣的，不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的配置及封裝。使單片機(jī)與需求相匹配，削減功耗和成本。單片機(jī)最大特點(diǎn)是單片化，價(jià)廉，功耗和成本下降、牢靠性提高。是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。621.11.2嵌入式DSP處理器(DSP)DSP（DigitalSignalProcessor)，格外擅長(zhǎng)于高速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算（如數(shù)字濾波、FFT、頻譜分析等）。由于硬件結(jié)構(gòu)和指令的特殊設(shè)計(jì)，使其能夠高速完成各種數(shù)字信號(hào)處理算法。1981年，TI公司研制出TMS320系列的首片低成本、高性能DSP處理器芯片，使DSP技術(shù)向前跨出意義重大的一步。上世紀(jì)90年月，由于無(wú)線通信、各種網(wǎng)絡(luò)通信、多媒體技術(shù)的普及和應(yīng)用，高清楚度數(shù)字電視的討論，極大地刺激了63DSP在工程上的推廣應(yīng)用。DSP大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域。推動(dòng)DSP快速進(jìn)展的是嵌入式系統(tǒng)的智能化，例如各種帶有智能規(guī)律的消費(fèi)類產(chǎn)品，生物信息識(shí)別終端，實(shí)時(shí)語(yǔ)音壓解系統(tǒng)、數(shù)字圖像處理等。這類智能化算法一般都是運(yùn)算量較大，格外是向量運(yùn)算、指針線性尋址等較多，而這些正是DSP的長(zhǎng)處所在。但在一些實(shí)時(shí)性要求很高的場(chǎng)合，單片DSP的處理能力還是不能滿意要求。因此，又研制出了多總線、多流水線和并行處理的包含多個(gè)DSP處理器的芯片，大大提高了系統(tǒng)的性能。與單片機(jī)相比，DSP的高速運(yùn)算能力和多總線，處理的算法的簡(jiǎn)潔度和大的數(shù)據(jù)處理流量是單片機(jī)不行企及的。DSP的主要廠商有美國(guó)TI、ADI、Motorola、Zilog等公司。TI公司位居榜首，占全球DSP市場(chǎng)約60％左右。DSP代表性的產(chǎn)品是TI公司的TMS320系列。TMS320系列處理器包括用于控領(lǐng)域的C2000系列，移動(dòng)通信的C5000系列，以及應(yīng)在通信和數(shù)字圖像處理的C6000系列等。今日，隨著全球信息化和Internet網(wǎng)的普及，多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用，尖端技術(shù)向民用領(lǐng)域飛快的轉(zhuǎn)移，數(shù)字技術(shù)大范圍進(jìn)入消費(fèi)類電子產(chǎn)品，使DSP不斷更新?lián)Q代，性能指標(biāo)不斷提高，價(jià)格不斷下降，已成為新興科技：通信、多媒體系統(tǒng)、消費(fèi)電子、醫(yī)用電子等飛速進(jìn)展的推動(dòng)力氣，65力，據(jù)國(guó)際聞名市場(chǎng)調(diào)查討論公司ForwardConcepts發(fā)布的一份統(tǒng)計(jì)和猜測(cè)報(bào)告顯示，目前世界DSP產(chǎn)品市場(chǎng)每年正以30％的增幅大幅度增長(zhǎng)，是目前最有進(jìn)展和應(yīng)用前景的嵌入式處理器之一。1.11.3嵌入式微處理器嵌入式微處理器(EmbeddedMicroProcessorUnit，EMPU)的基礎(chǔ)是通用計(jì)算機(jī)中的CPU。與單片機(jī)相比，單片機(jī)本身（或稍加擴(kuò)展）就是一個(gè)小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可獨(dú)立運(yùn)行，具有完整的功能。而嵌入式微處理器僅僅相當(dāng)于單片機(jī)中的CPU。66在應(yīng)用設(shè)計(jì)中，將