《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課件第0章

0單片機(jī)概述0.1單片機(jī)的由來0.2單片機(jī)的發(fā)展歷程0.3單片機(jī)的特點(diǎn)0.4單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

0.1單片機(jī)的由來

單片機(jī)也被稱為微控制器(Microcontroller)，是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。它最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。Intel的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。單片機(jī)是一種集成的電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等電路(可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等)功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 0.2單片機(jī)的發(fā)展歷程

單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要的分支，應(yīng)用面很廣，發(fā)展也很快。1971年Intel公司首次發(fā)布4004的4位微處理器，1974年12月仙童(FairChild)公司即推出8位單片機(jī)F8(需另加一塊3851芯片，還不能真正稱得上為單片機(jī))。隨后，Mostek公司和仙童公司一起推出了與F8兼容的3870單片機(jī)系列。Intel公司在1976年9月推出了MCS-48單片機(jī)系列(包括8048/8748/8035等)。GI(GeneralInstrumentCrop)公司在1977年10月發(fā)布了PIC1650單片機(jī)系列。1978年，Rockwell公司也推出了R6500/1系列單片機(jī)(與6502微處理器兼容)。這些單片機(jī)都有8位CPU、若干個(gè)并行I/O口、8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、容量有限的RAM和ROM，以及簡(jiǎn)單中斷處理等功能。Motorola公司和Zilog公司的單片機(jī)問世稍晚一些，但產(chǎn)品性能較高，其單片機(jī)含有串行I/O、多級(jí)中斷處理等功能，片內(nèi)的RAM和ROM容量較大，有的還帶有A/D轉(zhuǎn)換接口。Motorola公司在1978年下半年發(fā)布了與6800微處理器兼容的6801單片機(jī)(在此之前，先推出了雙片式的6802)；Zilog公司在同年10月也推出了Z8單片機(jī)系列。1982年，Mostek公司和Intel公司先后推出了16位單片機(jī)MK68200(與68000微處理器兼容)和MCS-96系列。1987年Intel公司又推出了性能是8096的2.5倍的新型單片機(jī)80296。綜上所述，可以把單片機(jī)的發(fā)展劃分為以下四個(gè)階段：

第一階段(1974年開始)：?jiǎn)纹瑱C(jī)初級(jí)階段。因工藝限制，此階段的單片機(jī)采用雙片的形式，而且功能比較簡(jiǎn)單，如仙童公司的F8實(shí)際上只包括了8位CPU、64字節(jié)RAM和2個(gè)并行I/O口，因此，還需加一塊3851(由1KROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和2個(gè)并行I/O口構(gòu)成)才能組成一臺(tái)完整的微型計(jì)算機(jī)。

第二階段(1976年開始)：低性能單片機(jī)階段。以Intel公司的MCS-48為列，其采用了單片結(jié)構(gòu)，即在一塊芯片內(nèi)就含有8位CPU、并行I/O口、8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、RAM和ROM等，但無(wú)串行I/O口，中斷處理也比較簡(jiǎn)單，片內(nèi)RAM和ROM容量較小，且尋址范圍有限，一般都不大于4KB。第三階段(1978年開始)：高性能單片機(jī)階段。這一階段的單片機(jī)帶有串行I/O，有多級(jí)中斷處理功能，定時(shí)/計(jì)數(shù)器為16位，片內(nèi)的RAM和ROM相對(duì)增大，且尋址范圍可達(dá)64KB，有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換接口。這類單片機(jī)包括Intel公司的MCS-51，Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等。由于這類單片機(jī)應(yīng)用的領(lǐng)域較廣，目前還在不斷的改進(jìn)和發(fā)展之中。

第四階段(1982年開始)：16位單片機(jī)階段。16位單片機(jī)除了CPU為16位以外，RAM和ROM容量進(jìn)一步增大，實(shí)時(shí)處理的能力更強(qiáng)。如Intel公司的MCS-96，其集成度已為120000管子/片，主振頻為12MHz，片內(nèi)RAM為232B，ROM為8KB，中斷處理為8級(jí)，而且片內(nèi)帶有多通道10位A/D轉(zhuǎn)換和高速輸入/輸出部件(HSIO)，實(shí)時(shí)處理的能力很強(qiáng)。

0.3單片機(jī)的特點(diǎn)

單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：

(1)體積小、重量輕、功耗低、功能強(qiáng)、性價(jià)比高，可嵌入各種設(shè)備中組成以之為核心的嵌入式系統(tǒng)。

(2)數(shù)據(jù)大都在單片機(jī)內(nèi)部傳送，運(yùn)行速度快，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。

(3)結(jié)構(gòu)靈活，易于組成各種微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

(4)應(yīng)用廣泛，既可用于工業(yè)自動(dòng)控制等場(chǎng)合，又可用于測(cè)量?jī)x器、醫(yī)療儀器及家用電器等領(lǐng)域。 0.4單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域主要為以下幾個(gè)方面：

(1)智能儀器儀表。單片機(jī)用于各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能化，同時(shí)還簡(jiǎn)化了儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，從而可以方便地完成儀器儀表產(chǎn)品的升級(jí)換代。典型產(chǎn)品如各種智能電氣測(cè)量?jī)x表、智能傳感器等。

(2)機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化產(chǎn)品是集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的各種機(jī)電產(chǎn)品。單片機(jī)在機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產(chǎn)品如機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)包裝機(jī)、點(diǎn)鈔機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等。

(3)實(shí)時(shí)工業(yè)控制。單片機(jī)還可以用于各種物理量的采集與控制，如電流、電壓、溫度、液位、流量等物理量。在實(shí)時(shí)工業(yè)控制系統(tǒng)中，利用單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器，可以根據(jù)被控對(duì)象的不同特征采用不同的智能算法，實(shí)現(xiàn)期望的控制指標(biāo)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。典型應(yīng)用如電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動(dòng)生產(chǎn)線等。

(4)分布式系統(tǒng)的前端模塊。在較復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用分布式測(cè)控系統(tǒng)完成大量的分布參數(shù)的采集。在這類系統(tǒng)中，采用單片機(jī)作為分布式系統(tǒng)的前端采集模塊，系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠，數(shù)據(jù)采集方便靈活，成本低廉等一系列