勘察仪器原理 第三章 第六节ok课件

1、勘勘 查查 仪仪 器器 原原 理理Email：第三章第三章测量系统基本部件测量系统基本部件 第六节第六节A/D转换器的应用问题转换器的应用问题 上一节我们学习了上一节我们学习了ADC的工作原理的工作原理, ,介绍了两种介绍了两种ADC电路电路, ,这一节学习这一节学习ADC应应用问题用问题, ,主要有两个内容主要有两个内容: : ADC接口问题接口问题ADC选择原则选择原则3.6.1ADC选择原则选择原则一、集成一、集成A/D转换器转换器 目前使用的一般都是集成目前使用的一般都是集成A/D转换器，其种类很多，转换器，其种类很多，如如AD571、AD574、AD7135、5G14433，ADC0

2、809、ADS1210/1211等。下面以等。下面以ADC0809、 ADS1210/1211为为例例，简单介绍其结构。，简单介绍其结构。 ADC0809是是CMOS单片单片8通道通道A/D转换器，采用双转换器，采用双列直插式列直插式28引脚引脚封装。它主要由逐次逼近式封装。它主要由逐次逼近式A/D转换器、转换器、8位模拟开关、三态输出数据锁存器、以及地址锁存与位模拟开关、三态输出数据锁存器、以及地址锁存与译码等组成。译码等组成。ADC 0809的主要特征是：的主要特征是： 可直接与微机系统相连，不需要另加接可直接与微机系统相连，不需要另加接口逻辑，也可以单独使用；具有锁存控制的口逻辑，也可以

3、单独使用；具有锁存控制的8路模拟开关，可以输入路模拟开关，可以输入8个模拟信号；分辨个模拟信号；分辨率为率为8位；输入输出引脚与位；输入输出引脚与TTL电路兼容；电路兼容；转换时间转换时间100S。当输入模拟电压范围在。当输入模拟电压范围在05V时，可使用时，可使用+5V电源。电源。EOCOE139GNDVCCUREF(-)UREF(+)CLK1526IN0IN1IN28位位模拟模拟开关开关8位位A/D转换转换电路电路三端三端数据数据锁存锁存器器地址地址锁存锁存与译与译码码IN3IN4IN5IN6IN72728123451714818192021D0D1D2D3D4D5D6D722ALECBA

4、2324251116121067STARTADC0809内部结构内部结构框图及引脚功能图框图及引脚功能图 ADC0809引脚图引脚图 ADC0809ADC0809的引脚功能的引脚功能: IN0IN7：为：为8路模拟电压输入端。它可对路模拟电压输入端。它可对8路模路模拟信号进行转换。但某一时刻只能选择一路进行拟信号进行转换。但某一时刻只能选择一路进行转换。转换。“选择选择”由地址锁存器和译码器控制。由地址锁存器和译码器控制。 D0D7：8位数字量输出端。位数字量输出端。 A、B、C：模拟输入通道的地址选择线。：模拟输入通道的地址选择线。 ALE：地址锁存允许信号，高电平有效。：地址锁存允许信号，

5、高电平有效。 START：为启动转换输入端。其上升沿使内部寄：为启动转换输入端。其上升沿使内部寄存器清零。存器清零。START和和ALE两端可连在一起，当通两端可连在一起，当通过程序送入一个正脉冲，便立即开始过程序送入一个正脉冲，便立即开始A/D转换。转换。 EOC：转换结束输出端。：转换结束输出端。 OE：输出允许端。当这个引脚输入高电平时，打：输出允许端。当这个引脚输入高电平时，打开开“三态输出锁存器三态输出锁存器”，将转换结果经，将转换结果经D0D7数据数据线送至系统数据线或线送至系统数据线或I/O接口数据线。接口数据线。 UREF(+)、UREF(-)：分别为参考电压的正端和：分别为参

6、考电压的正端和负端。无特别要求时，一般负端。无特别要求时，一般UREF(+)可与芯片电源可与芯片电源VCC共用一种电源，即与共用一种电源，即与VCC 相连，而相连，而UREF(-)与与芯片接地端相连。芯片接地端相连。 CLK ：A/D转换时钟脉冲输入端，时钟脉冲由外转换时钟脉冲输入端，时钟脉冲由外部电路提供，典型时钟频率为部电路提供，典型时钟频率为640Hz。 VCC、GND：分别为芯片电源和接地端。：分别为芯片电源和接地端。高精度高精度-型型ADC-ADS1210/1211： 此此ADC是高精度、宽动态的是高精度、宽动态的-ADC。它的输入。它的输入端可以端可以直接与传感器或微小的电压信号相

7、连直接与传感器或微小的电压信号相连。采用低。采用低噪声输入放大器，可以在转换速度为噪声输入放大器，可以在转换速度为10Hz时获得时获得24位的有效分辨率；借助于其内部独特的调制器加速操位的有效分辨率；借助于其内部独特的调制器加速操作模式，在转换速度为作模式，在转换速度为1kHz时仍可达到时仍可达到20位的有效位的有效分辨率。该转换器动态特性的大大提高主要依赖于其分辨率。该转换器动态特性的大大提高主要依赖于其前级的低噪声程控放大器，其前级的低噪声程控放大器，其放大倍数可从放大倍数可从1到到16进进行设定，以行设定，以2倍步长增加。倍步长增加。 该该A/D转换器都有一个灵活的同步串行（转换器都有一

8、个灵活的同步串行（同步同步串行通信的特点可以概括为：串行通信的特点可以概括为：以数据块为单位传送以数据块为单位传送信息。信息。在一个数据块（信息帧）内，字符与字符间在一个数据块（信息帧）内，字符与字符间无间隔。无间隔。接收时钟与发送进钟严格同步。接收时钟与发送进钟严格同步。）接口，）接口，它与它与SPI（串行外围设备接口）（串行外围设备接口）兼容并且可以提供双兼容并且可以提供双线控制模式。该线控制模式。该A/D转换器为单一转换器为单一+5V供电，有内供电，有内外参考电压和内部自校准系统。外参考电压和内部自校准系统。ADS1210/1211主要主要用于工业过程控制、仪器仪表、色谱分析、灵巧传感用

9、于工业过程控制、仪器仪表、色谱分析、灵巧传感器、便携式仪表、称重仪器、压力传感器、高分辨率器、便携式仪表、称重仪器、压力传感器、高分辨率测量场合。测量场合。 ADS1210是是单通道单通道的的A/D转换器转换器, ,ADS1211多了一个多了一个通道通道多路开关多路开关。ADS1210的封装形式有的封装形式有18脚双列直插式和脚双列直插式和18线贴片线贴片式。式。ADS1210/1211由由程控增益放大器（程控增益放大器（PGA) )、二阶二阶调调制器制器、程控数字滤波器和微处理器组成。程控数字滤波器和微处理器组成。微处理器中有指令寄微处理器中有指令寄存器、命令寄存器、校准寄存器、串行接口、时

10、钟产生电路和存器、命令寄存器、校准寄存器、串行接口、时钟产生电路和2.5V的内部参考电压电路。的内部参考电压电路。ADS1210/1211的的结构如下图所示。结构如下图所示。时钟产生器时钟产生器2.5V参考电压参考电压3.3V偏置电压偏置电压二阶二阶调制器调制器三阶数字三阶数字滤波器滤波器微处理器微处理器调调 制制 器器 控控 制制PGAMUXAVINPAVINNADS1211 ONLY ADS1210/1211串行口串行口 为了提高系统的动态特性为了提高系统的动态特性,ADS1210/1211采用了采用了一种独特的电容切换结构来提高输入电容的采样速度一种独特的电容切换结构来提高输入电容的采样

11、速度,从而可以使系统工作在加速模式（从而可以使系统工作在加速模式（Turbo Mode)下。通下。通常情况下常情况下,在系统时钟为在系统时钟为10MHz时对应的采样速度为时对应的采样速度为19.5kHz,利用它可将调制器的采样速度以利用它可将调制器的采样速度以2、4、8、16倍的速度增加倍的速度增加,将采样速度提高到将采样速度提高到39kHz、78kHz、156kHz或或312kHz。随着采样速度（频率）的增加。随着采样速度（频率）的增加,在在转换速度不变的情况下转换速度不变的情况下,A/D转换器的有效分辨率会相转换器的有效分辨率会相应地增加。采样速度的每一次提升应地增加。采样速度的每一次提升

12、,在转换速度不变的在转换速度不变的情况下都会使系统的动态性能大大提高。情况下都会使系统的动态性能大大提高。 ADS1210/1211的程控增益放大器（的程控增益放大器（PGA）的增益设置为的增益设置为1、2、4、8或或16。从本质上讲，它。从本质上讲，它增增加了系统的动态范围加了系统的动态范围，简化了与传感器的接口。程，简化了与传感器的接口。程控增益是通过输入电容改变采样次数来实现的。例控增益是通过输入电容改变采样次数来实现的。例如，采样频率为如，采样频率为19.5kHz时时PGA的增益为的增益为1；采样频；采样频率为率为312kHz时时PGA的增益为的增益为16。由于加速模式和。由于加速模式

13、和PGA的增益都是通过改变采样次数来实现的，所以的增益都是通过改变采样次数来实现的，所以PGA的增益和加速因子（的增益和加速因子（TMR）的乘积应）的乘积应16。 ADS1210/1211输出数据的速度可以从几输出数据的速度可以从几Hz到高到高达达15625kHz, ,速度愈高速度愈高, ,分辨率愈低分辨率愈低。改变。改变ADS1210/1211的转换速度不会改变输入电容的采样的转换速度不会改变输入电容的采样速度速度, ,但会影响用于计算每次输出结果的采样数据的但会影响用于计算每次输出结果的采样数据的个数。个数。 ADS1210/1211内部还有一个内部还有一个完整的自校正系统完整的自校正系统

14、, ,用于校正内部偏差、增益误差及一些外部误差。用于校正内部偏差、增益误差及一些外部误差。内部内部校准操作可在需要时进行校准操作可在需要时进行, ,也可以自动或连续地进行也可以自动或连续地进行校准校准, ,但必须为但必须为ADS1210/1211提供适当的输入电压。提供适当的输入电压。与此相对应的校准寄存器既可读又可写与此相对应的校准寄存器既可读又可写, ,这一特性使这一特性使得用户可以在多种情况下得用户可以在多种情况下不同的转换速度、不同的转换速度、不同的不同的TMR以及不同的以及不同的PGA增益之间进行切换而不必增益之间进行切换而不必重新校准。重新校准。 ADS1210/1211的各种参数

15、如增益、加速因子、的各种参数如增益、加速因子、模式选择及寄存器数据都是经过一个同步串行接口进模式选择及寄存器数据都是经过一个同步串行接口进行读写的。行读写的。贴片式封装贴片式封装二、二、ADC选择原则选择原则 ADC是测试系统的一个非常重要的环节是测试系统的一个非常重要的环节, ,其芯片种类多其芯片种类多, ,性能各异性能各异, ,功能引脚不尽相同功能引脚不尽相同, ,实实际应用中用户应根据际应用中用户应根据分辨率和转换时间分辨率和转换时间两个重两个重要参数选择适当的芯片要参数选择适当的芯片, ,尤其是转换时间决定了尤其是转换时间决定了所设计的系统是否能适应实时快速变化的数据所设计的系统是否能

16、适应实时快速变化的数据采集要求采集要求, ,因此在选择因此在选择ADC芯片时芯片时, ,一般可从下一般可从下面面6个方面来考虑。个方面来考虑。1、根据模拟通道的总误差，选择、根据模拟通道的总误差，选择ADC精度及分辨率；精度及分辨率；2、根据信号对象的变化率及转换精度要求，确定、根据信号对象的变化率及转换精度要求，确定A/D转换速度，保证系统实时性；转换速度，保证系统实时性；3、根据信号特征，选择、根据信号特征，选择ADC的输入信号范围，是单极的输入信号范围，是单极性或双极性，还有信号的驱动能力；性或双极性，还有信号的驱动能力；4、根据环境条件选择、根据环境条件选择ADC参数，如，共模抑制能力

17、、参数，如，共模抑制能力、工作温度、湿度、功耗、可靠性；工作温度、湿度、功耗、可靠性；5、根据计算机接口特征，选择、根据计算机接口特征，选择ADC的输出状态，如的输出状态，如ADC是并行输出或串行输出，用二进制或是并行输出或串行输出，用二进制或BCD编码输编码输出，与微机接口是否易联等；出，与微机接口是否易联等；6、性价比、芯片来源、是否流行等其它因素。、性价比、芯片来源、是否流行等其它因素。3.6.2 ADC接口问题接口问题 由于现代数据采集系统一般均由计算机控由于现代数据采集系统一般均由计算机控制制, ,那么计算机与那么计算机与ADC之间的接口设计就成为之间的接口设计就成为数据采集系统设计

18、的一个重要内容。数据采集系统设计的一个重要内容。 考虑到逐次逼近式考虑到逐次逼近式ADC具有具有转换速度较快，转换速度较快，精度较高，价格适中的优点精度较高，价格适中的优点，下面将介绍逐次，下面将介绍逐次逼近式逼近式ADC-AD574A及其与及其与CPU的接口。的接口。一、一、ADC与微机接口的主要任务与微机接口的主要任务1、ADC每接收一次微机发出的转换指令每接收一次微机发出的转换指令, ,就就进行一次进行一次A/D转换；转换；2、当微机发出取数据指令时、当微机发出取数据指令时, ,转换所得的数据转换所得的数据从从ADC的输出寄存器中取出的输出寄存器中取出, ,经数据总线存入经数据总线存入微

19、机存储器的指定单元。微机存储器的指定单元。 完成这两个任务完成这两个任务, ,由一定的由一定的接口电路接口电路和和软件软件完成。完成。二、二、ADC接口形式接口形式( (方式方式) ) ADC与计算机的接口方式与使用的与计算机的接口方式与使用的ADC的具体特的具体特性有关，也与所选用的计算机的型号有关。其接口方性有关，也与所选用的计算机的型号有关。其接口方式一般有以下式一般有以下四种四种：1、与、与CPU（Central Process Unit ）直接联接。（）直接联接。（ADC输出带有数据寄存器和三态门）输出带有数据寄存器和三态门）2、利用三态门或简单接口电路相联。、利用三态门或简单接口电

20、路相联。（ADC输出不带有数据寄存器和三态门）输出不带有数据寄存器和三态门）3、利用、利用I / O接口器件与接口器件与CPU相联。相联。 （此法应用较广）（此法应用较广）4、通过、通过DMA（Direct Memory Access存储器直接访问存储器直接访问 ）与与CPU相联。（其功能是设备绕过处理器，直接由内相联。（其功能是设备绕过处理器，直接由内存读取资料）存读取资料）三、三、ADC接口设计实例接口设计实例 以以AD公司生产的公司生产的12位逐次逼近式位逐次逼近式ADC-AD574A为例介绍为例介绍ADC的接口设计方法。的接口设计方法。 AD574A是是AD公司生产的公司生产的12位逐

21、次逼近位逐次逼近A/D转转换芯片。换芯片。AD574系列包括系列包括AD574、AD674和和AD1674等型号的芯片。等型号的芯片。AD574的转换时间为的转换时间为15 35 s。片。片内有数据输出锁存器，并有三态输出的控制逻辑，内有数据输出锁存器，并有三态输出的控制逻辑，其运行方式灵活，其运行方式灵活，可进行可进行12位转换，也可作位转换，也可作8位转位转换；转换结果可直接以换；转换结果可直接以12位输出，也可先输出位输出，也可先输出高高8位，后输出低位，后输出低4位位。可直接与。可直接与8位或位或16位的位的CPU连连接。输入可设置成单极性，也可设置成接。输入可设置成单极性，也可设置成

22、双极性。片内有时钟电路双极性。片内有时钟电路, ,无需加外部时钟。无需加外部时钟。AD574A适用于对精度和速度要求较高的数据适用于对精度和速度要求较高的数据采集系统和实时控制系统。采集系统和实时控制系统。1、AD574A的结构特点及引脚功能的结构特点及引脚功能 此种此种ADC内部具有三态输出缓冲器内部具有三态输出缓冲器( (具有高具有高电平、低电平和高阻抗电平、低电平和高阻抗三种输出状态的门电路。此三种输出状态的门电路。此电路在电路在I / O电路中必不可少电路中必不可少),),且转换速度快且转换速度快, ,内部内部含有与计算机连接的逻辑控制电路含有与计算机连接的逻辑控制电路, ,是目前国内

23、应是目前国内应用最多的模数转换芯片之一用最多的模数转换芯片之一, ,其内部结构图如下其内部结构图如下: :AD574A的内部结构：的内部结构：控制逻辑控制逻辑 A段段 B段段 C段段12位三态输出缓冲器位三态输出缓冲器逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器（SAR）时钟时钟A模拟输出模拟输出参考输入参考输入 D/A转换器（转换器（AD656A）模拟公共点模拟公共点10V参考电压参考电压+_输出控制数字芯片数字芯片转换结束启 / 停复位保持/切断比较器比较器模拟芯片模拟芯片12位位12位位12/8 CS A0 R/C CE D11 D020VIN10VINAGNDBIPOFFREFINREFOUTSTSV

24、CCVEEVLDGND性能：性能：分辨率：分辨率：12 位位非线性误差：非线性误差：1/2LBS或或1LBS 转换速率：转换速率：25s 35 s模拟电压输入范围：模拟电压输入范围：0+10V和和0+20V， 05V和和010V两档四种两档四种 电源电压：电源电压：15V， 12V，+5V 数据输出格式：数据输出格式：12位位/8位位 低功耗：低功耗：390mWAD574引脚配置引脚配置AD5741282273264255246238219201019111812171314+5 VA0CEVCCREFOUTAGNDREFINVEEBIP OFFSET10VIN20VINSTSDB11DB10

25、DGND7221615812/ CSCR/DB9DB8DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB0DB1引脚功能引脚功能 AD574A的引脚的引脚: AD574A采用采用双列直插式双列直插式28引脚封装引脚封装。上图给。上图给出了出了AD574的引脚图，各主要引脚的含义如下：的引脚图，各主要引脚的含义如下： DB11 DB0：输出数据线。：输出数据线。DB11为最高有效位，为最高有效位，DB0为最低有效位。为最低有效位。 CS：片选信号，输入低电平有效。：片选信号，输入低电平有效。 CE：片使能（启动或读数据）信号，输入，高电：片使能（启动或读数据）信号，输入，高电平有效。平有效。 R/C：数据

26、读出：数据读出/启动启动A/D转换信号引脚，输入。转换信号引脚，输入。当该引脚为高电平时，允许读当该引脚为高电平时，允许读A/D转换器输出的转换转换器输出的转换结果；当该引脚输入低电平时，启动结果；当该引脚输入低电平时，启动A/D转换。转换。 A0和和12/8：二者配合用于控制转换数据长度是：二者配合用于控制转换数据长度是12位位或或8位，以及数据输出的格式位，以及数据输出的格式(是是12位一次输出还是先位一次输出还是先输出高输出高8位，后输出低位，后输出低4位位)。A0=0，表示启动一次，表示启动一次12位位转换；转换；A0=1，表示启动一次，表示启动一次8位转换。位转换。12/ 8 = 1

27、，表示，表示12位数据并行输出。位数据并行输出。 STS：转换状态输出端。该引脚在转换过程中呈现：转换状态输出端。该引脚在转换过程中呈现高电平，转换一结束立即返回到低电平。用户可通过高电平，转换一结束立即返回到低电平。用户可通过查询该引脚的状态了解转换是否结束。查询该引脚的状态了解转换是否结束。10VIN ： 模拟信号输入端，允许输入的电压范围为模拟信号输入端，允许输入的电压范围为0 +10 V( (单极性输入时单极性输入时) )或或-5 +5V( (双极性输入时双极性输入时) )。 20VIN：模拟信号输入端，允许输入的电压范围为：模拟信号输入端，允许输入的电压范围为0 +20 V( (单极

28、性输入时单极性输入时) )或或10 +10 V( (双极性输入时双极性输入时) )。BIP OFF ：偏置电压输入，用于调零。：偏置电压输入，用于调零。REF OUT ：内部基准电压输出端。：内部基准电压输出端。REF IN ：基准电压输入端。该信号与：基准电压输入端。该信号与REF OUT配配合，用于满刻度校准。合，用于满刻度校准。 2、AD574A控制信号功能及应用特性控制信号功能及应用特性: :CECSR/C12/8A0工作状态工作状态0禁止禁止1禁止禁止1000启动启动12位转换位转换1001启动启动8位转换位转换101112位数据输出位数据输出10100高高8位数据输出位数据输出10

29、101低低4位数据输出位数据输出表表4-7 AD574A逻辑控制真值表逻辑控制真值表是无关项是无关项 AD574A的操作的操作 AD574A内部的控制逻辑能根据内部的控制逻辑能根据CPU给出的控制给出的控制信号而进行转换或读出操作。只有在信号而进行转换或读出操作。只有在CE=1且且CS=0时才时才能进行一次有效操作。当能进行一次有效操作。当CE、CS同时有效，而同时有效，而R/C为为低电平时启动低电平时启动A/D转换，至于是启动转换，至于是启动12位转换还是位转换还是8位位转换，则由转换，则由A0来确定，来确定，A0=0时启动时启动12位转换，位转换，A0=1时时启动启动8位转换；当位转换；当

30、CE、CS同时有效，而同时有效，而R/C为高电平为高电平时是读出数据，至于是一次读出时是读出数据，至于是一次读出12位还是位还是12位分两次位分两次读出，则由读出，则由12/8引脚确定。若引脚确定。若12/8接接+5 V，则一次并行，则一次并行输出输出12位数据；若位数据；若12/8接数字地，则由接数字地，则由A0控制是读出控制是读出高高8位还是低位还是低4位。位。AD574A的工作过程：的工作过程： AD574A的工作过程分为的工作过程分为启动转换启动转换和转换结束后和转换结束后读读出数据出数据两个过程。两个过程。 启动转换时，首先使启动转换时，首先使CS、CE信号有效，信号有效，AD574

31、A处于转换工作状态，且处于转换工作状态，且A0为为1或为或为0，根据所需转换的，根据所需转换的位数确定，然后使位数确定，然后使R/C0，启动，启动AD574A开始转换。开始转换。视为选中视为选中AD574A的片选信号，为启动转换的控制信号。的片选信号，为启动转换的控制信号。转换结束，转换结束，STS由高电平变为低电平。可通过查询法，由高电平变为低电平。可通过查询法，读入读入STS线端的状态，判断转换是否结束。线端的状态，判断转换是否结束。 输出数据时，首先根据输出数据的方式，即是输出数据时，首先根据输出数据的方式，即是12位并行输出，还是分两次输出，以确定是接高电平还位并行输出，还是分两次输出

32、，以确定是接高电平还是接低电平；然后在是接低电平；然后在CE=1、CS=0、R/C=1的条件下，的条件下，确定确定A0的电平。若为的电平。若为12位并行输出，位并行输出，A0端输入电平信端输入电平信号可高可低号可高可低；若分两次输出；若分两次输出12位数据，位数据，A0=0，输出，输出12位数据的高位数据的高8位，位，A0=1，输出，输出12位数据的低位数据的低4位。由于位。由于AD574A输出端有三态缓冲器，所以输出端有三态缓冲器，所以D0D11数据输出数据输出线可直接接在线可直接接在CPU数据总线上。数据总线上。 （a）启动与转换）启动与转换 （b）读取数据）读取数据 AD574A控制时序

33、图控制时序图 单极性与双极性的输入方式单极性与双极性的输入方式: 输入输入AD574的模拟量可为单极性和双极性，单的模拟量可为单极性和双极性，单极性的输入电压范围为极性的输入电压范围为0 10 V或或0 20 V；双极性的；双极性的输入电压范围为输入电压范围为-5 +5 V或或-10 +10 V。这些灵活的。这些灵活的工作方式都必须按规定采用与之对应的接线方式才工作方式都必须按规定采用与之对应的接线方式才能实现。单极性和双极性输入时的能实现。单极性和双极性输入时的接线方式接线方式见下图见下图 (a)和和(b)。模拟量。模拟量(单极性或双极性单极性或双极性)由引脚由引脚10VIN(输输入入0 1

34、0 V或或-5 +5 V)或或20VIN(输入输入0 20 V或或-10 +10 V)输入。输入。单极性和双极性电路单极性和双极性电路 ：(a) 单极性电路单极性电路(b) 双极性电路双极性电路010V020V-5V+5V-10V+10VW1W2W1W23、单片机简介、单片机简介( (1) )单片机定义单片机定义 : : 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内

35、部和外部总线系统内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有，目前大部分还会具有外外存存。同时集成诸如通讯接口、定时器、实时时钟等外。同时集成诸如通讯接口、定时器、实时时钟等外围设备。现在围设备。现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。 单片机也被称为微控制（单片机也被称为微控制（Microcontroler），是因为它最早被用在工业控制领域。是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内单片机由芯片内仅有仅有CPU的专用处理器发展而来。的专用处理器发展而来。最早的设

36、计理念是最早的设计理念是通过将大量外围设备和通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。格的控制设备当中。INTEL的的Z80是最早按照这种思是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。的发展便分道扬镳。 其中最成功的是其中最成功的是INTEL的的8031，因为简单可靠而，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了上发展出了M

37、CS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。目前，高端的直到现在还在广泛使用。目前，高端的32位单片机主位单片机主频已经超过频已经超过300MHz，性能直追，性能直追90年代中期的专用处理年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，作为掌上电美元，作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的用的Windows和和Linux操作系统。事实上单片机是世界操作系统。事实上单片机是世界上上数量最多数量最多的计算机。的计算机。 ( (2

38、) )单片机的应用领域单片机的应用领域 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：制等领域，大致可分如下几个范畴： a、在智能仪器仪表上的应用在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度

39、、温度、流量、速度、厚度、压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。 采用单片机控制使得仪器仪表采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、数字化、智能化、微型化，微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。仪）。 b、在工业控制中的应用在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理

40、，电梯智能化集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。统等。 C、在家用电器中的应用在家用电器中的应用 可以这样说，现在的家用电器基本上都采可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。秤量设备，五花八门，无所不在。 d、在计算机网络和通信领域中的应用在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备现代的单片机普遍具备通信接口通信接口，可以很方便可以很方便地与计算机进行数据通信，地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，