單片機應用項目化教程 教案 1-1認識單片機 - 什么是單片機

單片機應用技術課程知識導學“芯”的開始--什么是單片機

“芯”的開始--什么是單片機目前，單片機已滲透到我們的生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡，它“如影隨形”是我們身邊“最熟悉的陌生人”。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通信與數據傳輸，工業(yè)自動化過程的攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具，電子寵物等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，認識單片機、學習單片機、掌握單片機的開發(fā)與應用是電子信息過程、自動控制等專業(yè)領域工程技術人員必備的知識。什么是計算機？計算機（computer）是一種用于高速計算的電子計算機器，可以進行數值計算，又可進行邏輯計算，還具有記憶功能，是能夠按照程序運行，自動、高速處理海量數據的現(xiàn)代智能電子設備。計算機有硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)是借助電、磁、光、機械等原理構成的各種物理部件的有機組合，是計算機賴以工作的實體；軟件系統(tǒng)是各種程序和文件，用于指揮全系統(tǒng)按指定的要求進行工作。計算機硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)缺一不可。計算機發(fā)展：隨著電子技術、控制理論是發(fā)展，計算機系統(tǒng)向兩個方向發(fā)展，即:一方面想著高速度、通用化、大型化發(fā)展。例如我國研制的銀河系統(tǒng)巨型機。另一方面想著微型化、專業(yè)化方向發(fā)展。例如日常使用的個人計算機、單片機。計算機分類：1、按照信息和數據的處理方式可分為數字計算機和模擬計算機。數字計算機：是用不連續(xù)的數字量，即“0”和“1”來表示各種信息，基本運算部件是數字邏輯電路。數字計算機的精度高、存儲量大、通用性強，能夠勝任科學計算、信息處理、實時控制、智能模擬等方面的工作。模擬計算機：是用連續(xù)變化的模擬量，即電壓表示信息，基本運算部件是放大器構成的微分器、積分器等運算電路。模擬電子計算機解題速度快、但精度不高、信息不易存儲、通用性差。模擬混合計算機：是綜合數字模擬兩種計算機的長處設計，既處理數字量，又處理模擬量。結構復雜。2、按照規(guī)模和處理能力可分為:巨型機、大型機、中型機、小型機和微型機。其中微型機發(fā)展最快。3、按照應用領域可分為專用計算機和通用計算機兩類。微型計算機組成及工作原理計算機歷經電子管數字機（1958-1964）。集成電路數字機（1964-1970）和大規(guī)模集成電路機（1970-今）四代的發(fā)展。1971年美國硅谷誕生了第一臺微處理器芯片，開創(chuàng)了微型計算機時代，成為了計算機領域的重要分支之一。微型計算機不但具有計算速度快、精確、程序控制等特點，而且體積小、功耗低、價格便宜。被廣泛應用于社會生產、生活中。1、硬件系統(tǒng)微型計算機硬件系統(tǒng)通常由運算器、控制器、存儲器、輸入輸出接口和外圍設備等組成。運算器和控制器夠成中央處理單元（CPU），是整個微機的核心。存儲器分為程序存儲器（ROM）和數據存儲器（RAM），是用來存放程序和數據的存儲空間。輸出輸入接口（I/O）是連接外圍設備的通道和橋梁。外圍設備是微型機采集數據和被控制的對象。微型計算機通過內部總線將CPU、存儲器、I/O口和外設連接在一起，形成微型計算機系統(tǒng)。2、軟件系統(tǒng)微型計算機所使用的各種程序的總稱，稱為軟件系統(tǒng)。通常分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大類。①系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是指控制和協(xié)調計算機及外設，支持應用如何開發(fā)和運行的系統(tǒng)。是無需用戶干預的各種程序的集合。例如：Windows7軟件。系統(tǒng)軟件主要功能是調度計算機、監(jiān)督和維護計算機系統(tǒng)；負責管理計算機系統(tǒng)中各種獨立硬件，使它們可以協(xié)調工作。系統(tǒng)軟件主要分為：操作系統(tǒng)（OS）；程序設計語言（機器語言、匯編語言和高級語言）；語言處理程序（匯編和編譯）；數據庫管理程序以及系統(tǒng)輔助處理程序等。②應用軟件應用軟件是用戶可使用的各種程序設計語言，以及各種程序設計語言編寫的應用程序集合。3、微型計算機的工作原理1946年，美籍匈牙利數學家馮?諾依曼提出“存儲程序和程序控制”的計算機基本工作原理。稱為“存儲程序控制”原理。時至今日，盡管計算機軟、硬技術的飛速發(fā)展，但計算機本身的體系結構并沒有明顯的突破，當今的計算機仍屬于馮?諾依曼架構。該原理的主要內容是:①計算機硬件設備由運算器（ALU）、控制器（CPU）、存儲器（ROM+RAM）、輸入設備和輸出設備五部分組成；②采用二進制形式表示各種指令及數據；③存儲程序思想：把計算過程描述為由許多命令按照一定順序組成的程序，并預先存放在存儲器中，計算機在工作的時候能夠高速地從存儲器中取出指令，并加以執(zhí)行；最后將結果輸出。微型計算機的工作過程：1、將程序和數據通過輸入設備送入存儲器（ROM）；2、計算機啟動后（上電），自動從存儲器中取出程序指令（或數據）送到控制器去識別，分析該指令要做事的內容；3、控制器根據指令的含義發(fā)出相應的命令，將存儲單元中存放的操作數取出送往運算器進行運算，再把運算結果反送回存儲器指定的單元中；4、當運算任務完成后，就可以根據指令將結果通過輸出設備輸出。單片微型計算機（Microcontrouers）1、定義：單片微型計算機（Single-ChipMicrocomputer），又稱單片機或者微控制器（MCU）是將微型計算機的基本部分微型化的集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU、存儲器（ROM+RAM），多種輸入輸出接口（I/O）以及中斷系統(tǒng)、定時/計數器、A/D轉換等外圍電路集成到一塊硅片上構成一個小而完善的計算機系統(tǒng)。由于單片機的重要應用領域為智能化電子產品，一般需要將其嵌入儀器設備內，故單片機單片機又稱為嵌入式微控制器（EembeddedMicrontroller）。單片機特別適合控制領域，故又稱微控制器（MicroControlUnit）。中文“單片機”的稱呼是由英文名稱“Single-ChipMicrocomputer”直接翻譯過來的。單片機只要合適當的軟件及外設相結合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。2、特點：單片機在軟件的控制下，能夠準確、迅速、高效的完成程序設計者事先規(guī)定的任務。同時，具有結構簡單、使用方便、成本低、運行穩(wěn)定、可靠性高，易實現(xiàn)模塊化、低電壓、低功耗等特色。單片機主要特點如下：高集成度，體積小，到可靠性單片機將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設計的，內部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機程序指令、常數及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號通道均在一個芯片內，故可靠性高。控制能力強為了滿足對對象的控制要求，單片機的指令系統(tǒng)具有極豐富的條件分支轉移能力，I/O口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。低電壓，低功耗，便于生產便攜式產品單片機廣泛適用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機內的工作電壓僅為1.8V~3.6,而工作電流僅為數百微安。(4)

易擴展

片內具有計算機正常運行所必需的部件。芯片外部有許多供擴展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構成各種規(guī)模的計算機應用系統(tǒng)。

(5)

優(yōu)異的