單片機(jī)原理及應(yīng)用（第5版） 課件 緒論

緒論主要內(nèi)容：本課程的主要內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)要求、參考書(shū)。

單片機(jī)的基本概念、發(fā)展過(guò)程、發(fā)展趨勢(shì)、應(yīng)用領(lǐng)域、市場(chǎng)前景、單片機(jī)的選型和典型單片機(jī)性能概覽。目的在于使學(xué)生了解單片機(jī)，重視單片機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)。1.單片機(jī)的基本概念

單片微型計(jì)算機(jī)（Single-ChipMicrocomputer）：簡(jiǎn)稱單片機(jī)，將微處理器（CentralProcessingUnit，CPU）、存儲(chǔ)器ROM（ReadOnlyMemory，只讀存儲(chǔ)器）和RAM（RandomAccessMemory，隨機(jī)存儲(chǔ)器）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、輸入/輸出接口（I/O接口）、總線和其他多種功能器件集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。也稱為嵌入式微控制器（EmbeddedMicrocontroller）。單片機(jī)的特點(diǎn)：可靠性高、便于擴(kuò)展、控制功能強(qiáng)、具有豐富的控制指令、低電壓、低功耗、片內(nèi)存儲(chǔ)容量較小、集成度高、體積小、性價(jià)比高、應(yīng)用廣泛、易于產(chǎn)品化等。

單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)深入到國(guó)民經(jīng)濟(jì)與人民生活的各個(gè)領(lǐng)域2.學(xué)習(xí)單片機(jī)的重要性

請(qǐng)稍微留心一下我們的周圍，看看周圍由于應(yīng)用單片機(jī)后發(fā)生了什么變化？

單片機(jī)作為最典型的嵌入式系統(tǒng)，它的成功應(yīng)用推動(dòng)了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。單片機(jī)已成為電子系統(tǒng)中最普遍的應(yīng)用手段，除了單獨(dú)設(shè)課程外，在涉及的許多實(shí)踐環(huán)節(jié)，如課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)乃至研究生論文課題中，單片機(jī)系統(tǒng)都是最廣泛的應(yīng)用手段之一。在高校中大力推行的各種電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，采用單片機(jī)系統(tǒng)解決各類電子技術(shù)問(wèn)題已成為主要方法之一。3.單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程1974年，美國(guó)仙童（Fairchild）公司研制了世界上第一臺(tái)單片機(jī)F8。標(biāo)志著單片機(jī)誕生。單片機(jī)的發(fā)展通常可以分為以下4個(gè)階段。第一階段（1974—1976年）：?jiǎn)纹瑱C(jī)初級(jí)階段。特點(diǎn)：制造工藝落后，集成度低，采用雙片形式。代表產(chǎn)品：Fairchild公司推出的F8系列。第二階段（1977—1978年）：低性能單片機(jī)階段。特點(diǎn)：在單片芯片內(nèi)集成CPU、并行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、RAM和ROM等功能部件，但性能低。代表產(chǎn)品：Intel公司的MCS-48系列、GI公司的PIC1650。第三階段（1979—1982年）：高性能單片機(jī)階段。特點(diǎn)：存儲(chǔ)容量、尋址范圍、中斷源、并行I/O接口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的個(gè)數(shù)都有了不同程度的增加，并且集成有全雙工串行通信接口。指令系統(tǒng)增設(shè)了乘除法、位操作和比較指令。代表產(chǎn)品：Intel公司的MCS-51系列、Motorola公司的MC6805系列、TI公司的TMS7000系列、Zilog公司的Z8系列等。3.單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程第四階段（1983年至今）：8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位、32位單片機(jī)推出階段。特點(diǎn)：工藝先進(jìn)，集成度高，內(nèi)部功能強(qiáng)，運(yùn)算速度快。代表產(chǎn)品：

Motorola的MC68HC16系列、Intel的MCS-96系列、TI（德州儀器）的MSP430系列，Microchip、Atmel、三菱、itachi（日立）、Philips（飛利浦）、ST（意法半導(dǎo)體公司）等公司都有相應(yīng)產(chǎn)品。近年來(lái)出現(xiàn)的32位單片機(jī)，是單片機(jī)的頂級(jí)產(chǎn)品，具有較高的運(yùn)算速度。代表產(chǎn)品有：ST公司的STM32系列（基于

ARMCortex?-M3內(nèi)核）、Motorola公司的M68300系列、Silabs公司的Precision32系列、Microchip公司的PIC32MX系列、TI公司的F28×系列和Hitachi公司的SH系列等。3.單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程

單片機(jī)的發(fā)展從嵌入式系統(tǒng)的角度可分為SCM、MCU、SOC三大階段。1974-1976年：4位、8位單片機(jī)、

Fairchild雙片的

F8系列1977-1978年：8位單片機(jī)

IntelMCS-48系列1979-1982年：高檔8位單片機(jī)

IntelMCS-51系列

8031/8051/8751、8032/8052/8752

低功耗型80C31、高性能型80C252、廉價(jià)型89C2051/10511983年-至今

16位單片機(jī)

IntelMCS-96系列

8098/8096、80C198/80C196，DSP

32位單片機(jī)

ARM系列4．單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

目前，單片機(jī)的主流仍然是8位高性能單片機(jī)。其發(fā)展具體體現(xiàn)在CPU功能增強(qiáng)、性能提高、集成度提高、外圍電路的內(nèi)裝化、大存儲(chǔ)容量、制造工藝不斷提高、接口性能不斷提高、可靠性不斷提高、功耗越來(lái)越低、編程及仿真技術(shù)的簡(jiǎn)單化、使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。單片機(jī)的發(fā)展是為了滿足不斷增長(zhǎng)的傳感器接口、電氣接口、功率驅(qū)動(dòng)接口、人機(jī)接口、通信網(wǎng)絡(luò)接口等方面的要求，以適應(yīng)自動(dòng)檢測(cè)與控制要求。5.單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用方便、軟硬件結(jié)合、功能強(qiáng)、體積小、價(jià)格低、應(yīng)用方便、易于掌握和普及、易于產(chǎn)品化、易于嵌入到各種應(yīng)用系統(tǒng)中等優(yōu)點(diǎn)。因此，以單片機(jī)為核心的嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、軍工、醫(yī)療、汽車電子、智能儀器儀表、家用電器、消費(fèi)類電子等領(lǐng)域都發(fā)揮著十分重要的作用，單片機(jī)應(yīng)用的市場(chǎng)前景非常廣闊。主要應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)與控制、儀器儀表、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)與通信的智能接口、軍事與航空、辦公自動(dòng)化、醫(yī)療器械、汽車電子設(shè)備、分布式多機(jī)處理系統(tǒng)等方面。大量單片機(jī)——嵌入式技術(shù)已經(jīng)無(wú)處不在。正迅速改變著人們傳統(tǒng)的生產(chǎn)和生活方式。

選擇原則：主要從指令結(jié)構(gòu)、程序存儲(chǔ)方式和功能等方面選擇單片機(jī)。（1）指令結(jié)構(gòu)

按指令結(jié)構(gòu)可將單片機(jī)分為復(fù)雜指令集CISC和精簡(jiǎn)指令集RISC兩種結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)和精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu)兩種。

CISC（ComplexInstructionSetComputing）結(jié)構(gòu)：馮·諾依曼結(jié)構(gòu)。如8051系列、M68HC系列、AT89系列、W78系列等。

RISC（ReducedInstructionSetComputing）結(jié)構(gòu)：哈佛結(jié)構(gòu)。如PIC系列、Z86系列、AVR系列、KS57系列、EM78系列等。6．單片機(jī)的選擇（2）程序存儲(chǔ)方式

根據(jù)程序存儲(chǔ)方式的不同，單片機(jī)可分為ROMless（片內(nèi)無(wú)ROM，需片外擴(kuò)展EPROM）、EPROM、OTPROM、FlashROM和MaskROM五種。目前，單片機(jī)大都將程序存儲(chǔ)體置于其內(nèi)，給應(yīng)用帶來(lái)了極大的方便。（3）功能

有的單片機(jī)內(nèi)部除基本功能外,可能包含有以下功能部件：串行通信接口（SCI），串行外設(shè)接口（SPI），PWM，Watchdog，D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器，LED、LCD、屏幕、熒光（VFD）等顯示驅(qū)動(dòng)器，鍵盤中斷,雙音多頻（DTMF）接收/發(fā)生器，保密通信控制器，鎖相環(huán)（PLL），調(diào)制解調(diào)器，直接存儲(chǔ)器存?。―MA）等。（4）單片機(jī)的種類

Intel公司的MCS-51系列、Motorola、Microchip公司的PIC系列、美國(guó)德州儀器（TI）公司的MSP430系列、Atmel公司生產(chǎn)的AVR系列、臺(tái)灣義隆公司(EMC)生產(chǎn)的EM78系列。此外，還Zilog、EM78、Scenix、NEC、Epson、NS、三星、富士通、華邦、Philips等公司生產(chǎn)的單片機(jī)系列。

典型單片機(jī)有MCS-51、MSP430、EM78、PIC、Motorola、AVR等。

Intel公司的MCS-51單片機(jī)為主流產(chǎn)品，經(jīng)典，許多半導(dǎo)體廠家以MCS-51系列中的8051為基核，推出了許多兼容性的CHMOS單片機(jī)----80C51系列。性能見(jiàn)表0.1。

Motorola單片機(jī)是世界上較大的單片機(jī)廠商之一。品種全、選擇余地大、新產(chǎn)品多。其特點(diǎn)是噪聲低，抗干擾能力強(qiáng)，比較適合于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境性能見(jiàn)表0.2。

Microchip公司生產(chǎn)的PIC單片機(jī)是市場(chǎng)份額增長(zhǎng)較快的單片機(jī)。其特點(diǎn)是運(yùn)行速度快，低價(jià)位，適用于量大、檔次低、價(jià)格敏感的產(chǎn)品。為低電壓、低功耗、大電流LCD驅(qū)動(dòng)、低價(jià)格產(chǎn)品，性能見(jiàn)表0.3。

7.典型單片機(jī)性能概覽

美國(guó)德州儀器（TI）公司生產(chǎn)的MSP430單片機(jī)為低電壓、低功耗產(chǎn)品，功能較強(qiáng)，主要應(yīng)用于智能小區(qū)及四表系統(tǒng)。性能見(jiàn)表0.4。臺(tái)灣義隆公司(EMC)生產(chǎn)的EM78單片機(jī)為低功耗產(chǎn)品，價(jià)格較低，優(yōu)越的數(shù)據(jù)處理功能。性能見(jiàn)表0.5。

Atmel公司生產(chǎn)的AVR為高速、低功耗產(chǎn)品，支持ISP、IAP，I/O口驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)。性能見(jiàn)表0.6。表0.1MCS-51系列單片機(jī)的性能一覽表系

列典型芯片I/O口定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷源串行通信口片內(nèi)RAM片內(nèi)ROM51系列80C314×8位2×16位51128字節(jié)無(wú)80C514×8位2×16位51128字節(jié)4KB掩膜ROM87C514×8位2×16位51128字節(jié)4K