《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課件-第1章

第1章單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.1單片機(jī)概述1.2單片機(jī)的歷史和發(fā)展1.3典型單片機(jī)簡介1.4單片機(jī)的應(yīng)用思考與練習(xí)

1.1單片機(jī)概述

單片機(jī)是一種集成電路芯片,伴隨著微電子技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生,是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支?，F(xiàn)代電子系統(tǒng)的基本核心是嵌入式計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)(簡稱嵌入式系統(tǒng),EmbeddedSystem),而單片機(jī)就是最典型、最廣泛、最普及的嵌入式計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng),也可以稱其為基本嵌入式系統(tǒng)。

1.1.1單片機(jī)的組成

單片機(jī)是把中央處理器(CPU)、隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM,一般用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù))、只讀存儲(chǔ)器(ROM,一般用于存儲(chǔ)程序)、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及I/O接口電路(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)換器等電路)等集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。

換一種說法,單片機(jī)就是不包括輸入/輸出設(shè)備、不帶外部設(shè)備的微型計(jì)算機(jī)。雖然單片機(jī)只是一個(gè)芯片,但從組成和功能上看,它已具有了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性,因此稱它為單片微型計(jì)算機(jī)(SingleChipMicroComputer,SCMC),簡稱單片機(jī)。

目前,單片機(jī)已有幾十個(gè)系列,上千個(gè)品種。圖11為某些型號的單片機(jī)。在眾多產(chǎn)品中,20世紀(jì)80年代Intel公司推出的MCS－51系列單片機(jī)應(yīng)用最為廣泛。圖1－1各種型號的單片機(jī)

雖然單片機(jī)型號各異,但其基本組成部分相似。圖12為單片機(jī)的典型結(jié)構(gòu)框圖。

單片機(jī)在應(yīng)用時(shí)通常處于被控系統(tǒng)的核心地位并融入其中,即以嵌入的方式使用。為了強(qiáng)調(diào)其“嵌入”的特點(diǎn),也常常將單片機(jī)稱為嵌入式微控制器(EmbeddedMicro-ControllerUnit,EMCU),在單片機(jī)的電路和結(jié)構(gòu)中有許多嵌入式應(yīng)用的特點(diǎn)。圖1－2單片機(jī)的典型結(jié)構(gòu)框圖

1.1.2單片機(jī)的特點(diǎn)

單片機(jī)是一種集成電路芯片,在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。單片機(jī)的主要特點(diǎn)如下所述。

1.集成度高、體積小、可靠性高

單片機(jī)將各功能部件集成在一塊集成電路芯片上,所以集成度很高,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(shè)計(jì)的,內(nèi)部布線很短,數(shù)據(jù)在傳送時(shí)受干擾的影響較小,其抗工業(yè)噪聲性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機(jī)程序指令、常數(shù)及表格等固化在ROM中不易破壞,許多信號通道均在一個(gè)芯片內(nèi),故可靠性較高。

2.控制功能強(qiáng)

為了滿足實(shí)際控制要求,各類單片機(jī)的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件分支轉(zhuǎn)移能力、I/O口的邏輯操作及位處理能力,單片機(jī)的位操作能力更是其他計(jì)算機(jī)無法比擬的。單片機(jī)的實(shí)時(shí)控制功能特別強(qiáng),非常適用于專門的控制系統(tǒng)。

3.低電壓、低功耗,便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品

為了滿足廣泛使用的便攜式產(chǎn)品的開發(fā),許多低功耗單片機(jī)的工作電壓僅為1.8~3.6V,而工作電流僅為數(shù)百微安,能夠使系統(tǒng)在低功耗狀態(tài)下運(yùn)行。

4.易擴(kuò)展

單片機(jī)芯片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件,芯片外部有供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入/輸出引腳,很容易構(gòu)成各種規(guī)模的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

5.性能價(jià)格比優(yōu)異

為了提高運(yùn)行速度和工作效率,高端單片機(jī)已開始使用RISC流水線和DSP等技術(shù)。尋址能力也已突破64KB(B為Byte的簡寫,即字節(jié),為8位二進(jìn)制碼)的限制,有的已達(dá)到16MB,片內(nèi)RAM容量則可達(dá)2MB。由于單片機(jī)的廣泛使用,因而其銷量極大。各大公司的商業(yè)競爭更使其價(jià)格十分低廉,所以其性能價(jià)格比極高。

1.1.3單片機(jī)系統(tǒng)

初學(xué)者在學(xué)習(xí)單片機(jī)時(shí),應(yīng)注意區(qū)分單片機(jī)和單片機(jī)系統(tǒng)、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)和單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)。

1.單片機(jī)和單片機(jī)系統(tǒng)

單片機(jī)只是一個(gè)芯片,而單片機(jī)系統(tǒng)則是在單片機(jī)芯片的基礎(chǔ)上擴(kuò)展其他電路或芯構(gòu)成的具有一定應(yīng)用功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)和單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)(簡稱單片機(jī)系統(tǒng))主要是為應(yīng)用而設(shè)計(jì)開發(fā)的,該系統(tǒng)與控制對象結(jié)合在一起工作,是單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的成果。單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件編

程兩部分。由于軟/硬件資源所限,單片機(jī)與微型計(jì)算機(jī)不同,單片機(jī)系統(tǒng)本身不能實(shí)現(xiàn)自我開發(fā),要進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā),必須使用專門的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)。

單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)調(diào)試工具的總稱。在線仿真器(In-CircuitEmulator,ICE)是單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的核心部分(參見9.1.2節(jié))。在單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,

仿真器應(yīng)用的范圍主要集中在對程序的仿真上。因?yàn)?在單片機(jī)的開發(fā)過程中,程序設(shè)計(jì)是最重要的,但也是難度最大的。一種最簡單和原始的開發(fā)流程是:編寫程序→燒寫芯片→驗(yàn)證功能,這種方法對于簡單系統(tǒng)是可以應(yīng)付的,但在復(fù)雜系統(tǒng)中使用這種方法則是完全不可能的,所以需要使用單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)來支持開發(fā)工作。

1.1.4單片機(jī)程序設(shè)計(jì)語言

程序?qū)嶋H上是一系列計(jì)算機(jī)指令的有序集合合。我們把利用計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)來合理地編寫出解決某個(gè)問題的程序的過程,稱為程序設(shè)計(jì)。這也是我們學(xué)習(xí)這門課程的主要目的之一。

1.匯編語言

匯編語言是用助記符表示的機(jī)器指令。匯編語言是對機(jī)器語言的改進(jìn),是單片機(jī)最常用的程序設(shè)計(jì)語言之一。匯編指令和機(jī)器指令一一對應(yīng),所以用匯編語言編寫的程序效率高,占用存儲(chǔ)空間小,運(yùn)行速度快,因此匯編語言能編寫出最優(yōu)化的程序。雖然匯編語言是高效的計(jì)算機(jī)語言,但它是面向機(jī)器的低級語言,不便于記憶和使用,且與單片機(jī)硬件關(guān)系密切,這就要求程序設(shè)計(jì)人員必須精通單片機(jī)的硬件系統(tǒng)和指令系統(tǒng)。

每一類單片機(jī)都有它自己的匯編語言,它們的指令系統(tǒng)是各不相同的,也就是說,不同的單片機(jī)有不同的指令系統(tǒng)。盡管目前已有不少程序設(shè)計(jì)人員使用C語言來進(jìn)行單片機(jī)的應(yīng)用程序開發(fā),但是在對程序運(yùn)行空間和時(shí)間要求很高的場合,匯編語言仍是必不可少的。

2.C語言

也可以使用高級語言進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā),最常用的是C語言。單片機(jī)開發(fā)用的C語言是在標(biāo)準(zhǔn)C基礎(chǔ)上經(jīng)過擴(kuò)充的C語言,也稱為C51語言。與匯編語言相比,C語言不受具體“硬件”的限制,具有通用性強(qiáng),直觀、易懂、易學(xué),可讀性好等優(yōu)點(diǎn)。目前多數(shù)的單片機(jī)開發(fā)者使用C語言來進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。C語言已經(jīng)成為人們公認(rèn)的高級語言中高效、簡潔而又貼近單片機(jī)硬件的編程語言。用C語言進(jìn)行單片機(jī)的軟件開發(fā),可大大縮短開發(fā)周期,且可明顯地增加軟件的可讀性,便于改進(jìn)和補(bǔ)充。

1.2單片機(jī)的歷史和發(fā)展

單片機(jī)作為一種面向測控的微控制器,應(yīng)用極為廣泛。自20世紀(jì)70年代以來歷經(jīng)4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)等發(fā)展過程,現(xiàn)已有50多個(gè)系列,上千個(gè)品種,新的系列和型號還不斷出現(xiàn),但8位通用單片機(jī)一直是市場上的主流。

1.2.1單片機(jī)的發(fā)展歷史

1.單片機(jī)形成階段

1976年,Intel公司推出了MCS48系列單片機(jī),這是第一個(gè)8位單片機(jī)。它是8位CPU、1KBROM、64BRAM、27根I/O線和1個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等集成于一塊半導(dǎo)體

芯片上的單片結(jié)構(gòu)。

其特點(diǎn)是:存儲(chǔ)器容量較小,尋址范圍小(不大于4KB),無串行接口,指令系統(tǒng)功能不強(qiáng)。

這一階段的單片機(jī)產(chǎn)品還有Motorola公司的6801系列和Zilog公司的Z8系列。

2.性能完善提高階段

1980年,Intel公司又推出了內(nèi)部功能單元集成度更強(qiáng)的8位機(jī)———MCS51系列產(chǎn)品。其性能大大超過了MCS48系列產(chǎn)品,一經(jīng)問世便顯示出其強(qiáng)大的生命力,廣泛應(yīng)

用于電子信息、工業(yè)控制、儀器儀表等領(lǐng)域。

其特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)體系完善,性能卓越,面向控制的特點(diǎn)進(jìn)一步突出。

現(xiàn)在,MCS51已成為公認(rèn)的單片機(jī)經(jīng)典機(jī)種。

3.微控制器化形成階段

1982年,Intel推出MCS96系列單片機(jī)。芯片內(nèi)集成有16位CPU、8KBROM、232BRAM、5個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,尋址范圍為

64KB,片上還有8路10位ADC、1路PWM輸出及高速I/O部件等。

其特點(diǎn)是:片內(nèi)增強(qiáng)了面向測控系統(tǒng)的外圍電路,使單片機(jī)可以方便靈活地用于復(fù)雜的自動(dòng)測控系統(tǒng)及設(shè)備。

這一階段,“微控制器(MCU)”的稱謂更能反映單片機(jī)的本質(zhì)。

4.微控制器化完善階段

近期推出的單片機(jī)產(chǎn)品,內(nèi)部集成有高速I/O口、ADC、PWM、WDT等部件,并在低電壓、低功耗、串行擴(kuò)展總線、控制網(wǎng)絡(luò)總線和開發(fā)方式(在系統(tǒng)可編程,InSystemProgrammable,ISP)等方面都有了進(jìn)一步的增強(qiáng)。

其特點(diǎn)是:適合不同領(lǐng)域要求的各種通用單片機(jī)系列和專用型單片機(jī)得到了大力發(fā)展,單片機(jī)的綜合品質(zhì)(如成本、性能、體系結(jié)構(gòu)、開發(fā)環(huán)境、供應(yīng)狀態(tài))有了長足的進(jìn)步。

8位單片機(jī)從1976年公布至今,其技術(shù)已有了很大的發(fā)展,目前乃至將來仍是單片機(jī)的主流機(jī)型之一。

1.2.2單片機(jī)的發(fā)展趨勢

1.低功耗

HCMOS工藝出現(xiàn)后,HCMOS器件得到了飛速的發(fā)展。如今,數(shù)字邏輯電路、外圍器件都已普遍CMOS化。采用CMOS工藝后,單片機(jī)具有極佳的低功耗和功耗管理功能。

現(xiàn)在新的單片機(jī)的功耗越來越低,特別是很多單片機(jī)都設(shè)置了多種工作方式,包括等待、暫停、睡眠、空閑、節(jié)電等工作方式。MCS－51系列的8031單片機(jī)推出時(shí)的功耗達(dá)

630mW,而現(xiàn)在的單片機(jī)功耗普遍都在100mW左右,有的只有幾十微瓦。

2.RlSC體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展

早期單片機(jī)大多是復(fù)雜指令集(ComplexInstructionSetComputer,CISC)結(jié)構(gòu)體系,

即所謂的馮·諾伊曼結(jié)構(gòu),如MCS－51系列單片機(jī)。采用CISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)數(shù)據(jù)線和指令線分時(shí)復(fù)用,其指令豐富,功能較強(qiáng),但取指令和取數(shù)據(jù)不能同時(shí)進(jìn)行,速度受限。由于指令復(fù)雜,指令代碼、周期數(shù)不統(tǒng)一,指令運(yùn)行很難實(shí)現(xiàn)流水線操作,大大阻礙了運(yùn)行速度的提高。傳統(tǒng)的MCS－51系列單片機(jī),時(shí)鐘頻率為12MHz時(shí),單周期指令速度僅1MIPS。雖然單片機(jī)對運(yùn)行速度要求遠(yuǎn)不如通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或數(shù)字信號處理器(DSP芯片)對運(yùn)行速度的要求高,但速度的提高仍會(huì)帶來許多好處,能拓寬單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。

采用精簡指令集(ReducedInstructionSetComputer,RISC)體系結(jié)構(gòu)的單片機(jī),數(shù)據(jù)線和指令線分離,即所謂的哈佛結(jié)構(gòu),這使得取指令和取數(shù)據(jù)可以同時(shí)進(jìn)行,其指令較同類CISC單片機(jī)指令包含更多的處理信息,執(zhí)行效率更高,速度也更快。

Microchip公司的PIC系列、Atmel公司的AT90S系列、SAMSUNG公司的KS57C系列、義隆公司的EM－78系列等多采用RISC結(jié)構(gòu)。

3.ISP及基于ISP的開發(fā)應(yīng)用

目前,片內(nèi)帶E2PROM的單片機(jī)的廣泛使用,推動(dòng)了“在系統(tǒng)可編程”(ISP)技術(shù)的發(fā)展。在ISP技術(shù)基礎(chǔ)上,首先實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)程序的串行下載,從而促使了模擬仿真開發(fā)方式的興起。在單時(shí)鐘、單指令運(yùn)行的RISC結(jié)構(gòu)單片機(jī)中,可實(shí)現(xiàn)PC通過串行電纜對目標(biāo)系統(tǒng)的仿真調(diào)試。上述仿真技術(shù),使遠(yuǎn)程調(diào)試(即對原有系統(tǒng)方便地更新軟件、修改軟件和對軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷)成為現(xiàn)實(shí)。

1.3典型單片機(jī)簡介

1.3.1MCS－51系列單片機(jī)

MCS－51是Intel公司生產(chǎn)的8051單片機(jī)系列名稱。MCS－51系列單片機(jī)以其良好的開放式結(jié)構(gòu)、種類眾多的支持芯片、豐富的軟件資源,在我國應(yīng)用十分廣泛。其技術(shù)特點(diǎn)是完善了外部總線,確立了單片機(jī)的控制功能。外部并行總線規(guī)范化為16位地址總線,以尋址外部64KB程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間,8位數(shù)據(jù)總線和相應(yīng)的控制總線,形成完整的并行三總線結(jié)構(gòu)。

MCS－51系列單片機(jī)采用兩種生產(chǎn)工藝:一是HMOS工藝(高密度短溝道MOS工藝);二是CHMOS工藝(互補(bǔ)金屬氧化物的HMOS工藝)。CHMOS是CMOS和HMOS的結(jié)合,既保持了HMOS高速度和高密度的特點(diǎn),還具有CMOS的低功耗特點(diǎn)。在產(chǎn)品型號中凡帶有字母“C”的即為CHMOS芯片(如80C51等),CHMOS芯片的電平既與TTL電平兼容,又與CMOS電平兼容。

80C51是MCS－51系列中CHMOS工藝的一個(gè)典型品種。其其他廠商以8051為基核開發(fā)的基于CMOS工藝的單片機(jī)產(chǎn)品統(tǒng)為80C51系列,而MCS51系列和80C51系列統(tǒng)稱為

51系列單片機(jī)。

51系列單片機(jī)分類及性能指標(biāo)見表1－1。

1.3.2AT89系列單片機(jī)

AT89系列單片機(jī)是Atmel公司的8位Flash單片機(jī)系列。這個(gè)系列單片機(jī)的最大特點(diǎn)是在片內(nèi)含有Flash存儲(chǔ)器,開發(fā)十分便捷,是80C51系列的主流單片機(jī)。AT89系列

單片機(jī)是以8051核為基礎(chǔ)構(gòu)成的,所以,它和MCS51系列單片機(jī)是完全兼容的,可以替代以MCS51為基礎(chǔ)的單片機(jī)系統(tǒng)。對于熟悉8051的用戶來說,用Atmel公司的89系列的AT89C51(或AT89S51)取代8051的系統(tǒng)設(shè)計(jì),是輕而易舉的事。本書許多案例中的單片機(jī)就是以AT89C51為例的(但我們在書中還是統(tǒng)一稱為MCS51單片機(jī))。

AT89系列單片機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)內(nèi)部含F(xiàn)lashROM。在系統(tǒng)的開發(fā)過程中,可以十分容易地進(jìn)行程序修改,這大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期,同時(shí)在系統(tǒng)工作過程中能有效地保存一些數(shù)據(jù)信息,即使外部電源損壞也不會(huì)影響到信息的保存。

(2)和MCS51系列單片機(jī)引腳兼容。由于AT89系列單片機(jī)的引腳是和MCS－51系列單片機(jī)的引腳完全一樣的,所以可以用AT89系列單片機(jī)替代MCS－51系列單片機(jī),

這時(shí)不管采用40引腳或是44引腳的芯片,只要用相同封裝的芯片直接取代即可。

(3)靜態(tài)時(shí)鐘方式。AT89系列單片機(jī)采用靜態(tài)時(shí)鐘方式,可以節(jié)省電能,這對于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有用。

1.3.3PIC系列單片機(jī)

PIC(PeripheralInterfaceController)系列單片機(jī)是一種用來控制外圍設(shè)備的可編程集成電路,是由美國Microchip公司推出的單片機(jī)系列產(chǎn)品。PIC系列單片機(jī)采用了RISC結(jié)構(gòu),其高速度、低電壓、低功耗、大電流LCD驅(qū)動(dòng)能力和低價(jià)位OTP(一次性編程)技術(shù)等都體現(xiàn)出單片機(jī)產(chǎn)業(yè)的新趨勢。

PIC系列單片機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)適用性廣。PIC系列單片機(jī)最大的特點(diǎn)是從實(shí)際出發(fā),重視產(chǎn)品的性能與價(jià)格比,靠發(fā)展多種型號來滿足不同層次的應(yīng)用要求。PIC系列單片機(jī)從低到高有幾十個(gè)型號,可

以滿足各種需要。其中,PIC12C508單片機(jī)僅有8個(gè)引腳,是世界上最小的單片機(jī)。

(2)運(yùn)行效率高。PIC系列單片機(jī)的精簡指令集(RISC)使其執(zhí)行效率大為提高。PIC系列8位CMOS單片機(jī)具有獨(dú)特的RISC結(jié)構(gòu),使指令具有單字長的特性,且允許指令碼

的位數(shù)可多于8位的數(shù)據(jù)位數(shù)。這與傳統(tǒng)的采用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)開發(fā)環(huán)境優(yōu)越。單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性是一個(gè)重要指標(biāo)。MCS－51系列單片機(jī)的開發(fā)系統(tǒng)大都采用高檔型號仿真低檔型號,實(shí)時(shí)性不盡理想。PIC單片機(jī)在推出一款

新型號的同時(shí)推出相應(yīng)的仿真芯片,所有的開發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持,實(shí)時(shí)性非常好。

(4)可靠性高。PIC系列單片機(jī)的引腳具有防瞬態(tài)能力,通過限流電阻可以接至220V交流電源,可直接與繼電器控制電路相連,無需光電耦合器隔離,給應(yīng)用帶來極大方便。PIC系列單片機(jī)自帶看門狗定時(shí)器,可以用來提高程序運(yùn)行的可靠性。

(5)保密性好。PIC系列單片機(jī)以保密熔絲來保護(hù)代碼,用戶在燒入代碼后熔斷熔絲,別人再也無法讀出,除非恢復(fù)熔絲。目前,PIC系列單片機(jī)采用熔絲深埋工藝,恢復(fù)熔絲的可能性極小。

1.3.4MSP430系列單片機(jī)

MSP430系列單片機(jī)是美國德州儀器公司(TI)1996年開始推向市場的一種16位超低功耗、具有精簡指令集(RISC)的混合信號處理器(MixedSignalProcessor)。之所以稱為混合信號處理器,是由于其針對實(shí)際應(yīng)用需求,將多個(gè)不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個(gè)芯片上,以提供“單片”解決方案。該系列單片機(jī)多應(yīng)用于需要電池供電的便攜式裝置中。MSP430系列單片機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)處理能力強(qiáng)。MSP430系列單片機(jī)是一個(gè)16位的單片機(jī),采用了精簡指令集(RISC),具有豐富的尋址方式(7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址)、簡潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令;寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參與多種運(yùn)算;還有高效的查表處理指令。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。

(2)運(yùn)算速度快。MSP430系列單片機(jī)能在25MHz晶振的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)40ns的指令周期。16位的數(shù)據(jù)寬度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算)相

配合,能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理的某些算法(如FFT等)。

(3)超低功耗。MSP430系列單片機(jī)的電源電壓采用的是1.8~3.6V電壓,使芯片整體上處于較低功耗運(yùn)行狀態(tài)。獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì),在MSP430系列中有不同的時(shí)鐘系統(tǒng):基本時(shí)鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)時(shí)鐘系統(tǒng)和DCO數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)。可以只使用一個(gè)晶體振蕩器,也可以使用兩個(gè)晶體振蕩器。由時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生CPU和各功能所需的時(shí)鐘。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下打開和關(guān)閉,從而實(shí)現(xiàn)對總體功耗的控制。在實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式下,電流可低到0.3~2.5mA;而在RAM保持模式下,電流最低可達(dá)0.1mA。

(4)片內(nèi)資源豐富。MSP430系列單片機(jī)都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門狗(WDT)、模擬比較器A、定時(shí)器A0、定時(shí)器A1、定時(shí)器B0、UART、SPI、I

2C、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、10位/12位ADC、16位ΣΔADC、DMA、I/O端口、基本定時(shí)器(BasicTimer)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)和USB控制器等若干外圍模塊的不同組合。這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的便利。

(5)方便高效的開發(fā)環(huán)境。MSP430系列有OTP型、Flash型和ROM型三種類型的器件,這些器件的開發(fā)手段不同。OTP型和ROM型的器件使用仿真器開發(fā),開發(fā)成功之

后燒寫或掩模芯片;Flash型的器件則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境,因?yàn)槠骷瑑?nèi)有JTAG調(diào)試接口,還有可電擦寫的Flash存儲(chǔ)器,因此采用先下載程序到Flash存儲(chǔ)器內(nèi),再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運(yùn)行,由JTAG接口讀取片內(nèi)信息供開發(fā)者調(diào)試使用。這種方式只需要一臺(tái)PC和一個(gè)JTAG調(diào)試器,而不需要仿真器和編程器。

1.4單片機(jī)的應(yīng)用

1.4.1單片機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)單片機(jī)的特點(diǎn)很多,這里僅從應(yīng)用的角度討論單片機(jī)以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)。1.控制系統(tǒng)在線應(yīng)用控制系統(tǒng)在線應(yīng)用中,由于單片機(jī)與控制對象聯(lián)系密切,所以不但對單片機(jī)的性能要求高,而且對開發(fā)者的要求也很高,他們既要熟練掌握單片機(jī),還要了解控制對象,懂得傳感技術(shù),具有一定的控制理論知識(shí)等。

2.軟/硬件結(jié)合

雖然單片機(jī)的引入使控制系統(tǒng)大大“軟化”,但與其他計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)相比,單片機(jī)控制應(yīng)用中的硬件內(nèi)容仍然較多,所以說單片機(jī)控制應(yīng)用具有軟/硬件相結(jié)合的特點(diǎn)。為此,

在單片機(jī)的應(yīng)用設(shè)計(jì)中需要軟、硬件統(tǒng)籌考慮,開發(fā)者不但要熟練掌握軟件編程技術(shù),而且還要具備較扎實(shí)的單片機(jī)外圍硬件電路設(shè)計(jì)方面的理論和實(shí)踐知識(shí)。

3.應(yīng)用現(xiàn)場環(huán)境惡劣

通常,單片機(jī)應(yīng)用現(xiàn)場的環(huán)境比較惡劣,電磁干擾、電源波動(dòng)、沖擊震動(dòng)、高低溫等因素都會(huì)影響系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。此外,無人值守環(huán)境也對單片機(jī)