Lecture Notes for PAMC (01) - Int and Ch1-201415(1)

1、Lecture notes for Principle and Applications of Micro-Computers “微机原理及应用”讲义第1讲 课程介绍(包含第一章内容)教师: 张利张利 联系地址: 机自省部重点实验室机自省部重点实验室A231 (北门原机械厂二楼北门原机械厂二楼)电话:mail: 本讲的主要内容n课程介绍课程介绍教材和参考书教材和参考书, 基础知识的要求基础知识的要求, 授课计划授课计划, 作作业和实验要求业和实验要求, 考核方法考核方法n绪论绪论(第一章第一章)单片机和嵌入式系统单片机和嵌入式系统, 单片机的发展趋势单片机的发展趋势,

2、 常见常见的单片机介绍的单片机介绍, MCS-51单片机及其应用单片机及其应用课程介绍1. 教材和参考书教材和参考书2. 先修课程和相关参考书先修课程和相关参考书3. 课时分配和授课计划课时分配和授课计划4. 作业和实验的要求作业和实验的要求5. 考核方法考核方法教材和参考书n教材教材王忠飞, 胥芳 编著. MCS-51单片机原理及嵌入式系统应用单片机原理及嵌入式系统应用. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2007n主要参考书主要参考书张毅刚, 彭喜源, 谭晓昀 编著. MCS-51单片机应用设计单片机应用设计. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 1997 Ken Arnold, Embed

3、ded controller hardware design, LLH Technology Publishing, 2001 Users Guides of IAR System (见教材refs.1012)李全利,迟荣强 编著.单片机原理及接口技术.北京:高等教育出版社,2004先修课程/基础知识和相关参考书n数制及它们的关系数制及它们的关系计算机基础计算机基础, 数字电路等参考书数字电路等参考书n数字电路和模拟电路数字电路和模拟电路康华光康华光 主编主编. 电子技术基础电子技术基础: 数字部分和模拟部数字部分和模拟部分分(2卷卷). 北京北京: 高等教育出版社高等教育出版社, xxxx

4、(任意版任意版)nC编程语言编程语言 (不强制要求不强制要求)介绍介绍C语言的任意参考书都可以语言的任意参考书都可以课时分配和授课计划n课程目的课程目的: 掌握嵌入式系统的基本设计方法掌握嵌入式系统的基本设计方法n课时分配课时分配: 授课授课28学时学时课程介绍和第课程介绍和第1章章(第第1周周, 本次本次)第第2章内部结构章内部结构(分分3讲讲)第第3章汇编语言程序设计章汇编语言程序设计(分分1讲讲) 第第4章章C语言介绍语言介绍(分分3讲讲)第第5章三个重要功能单元章三个重要功能单元(分分4讲讲) (安排安排1次次/2学时课内实验学时课内实验)第第6章章(分分1讲讲) (安排安排1次次/2

5、学时课内实验学时课内实验)第第7章章(分分1讲讲)作业和实验要求n作业作业教材每章后的习题教材每章后的习题, 交作业时间为每章内容授课交作业时间为每章内容授课完毕后的一周内完毕后的一周内n实验实验必须的实验按必须的实验按 “机电综合实验课机电综合实验课” 的要求的要求, 单独单独考核考核, 不作为本课程要求的内容不作为本课程要求的内容考核方法n方法方法: 由下面两部分成绩组成由下面两部分成绩组成闭卷笔试成绩闭卷笔试成绩 (占占50%)课堂表现和作业课堂表现和作业(占占15%)项目报告项目报告(占占20%)实验成绩实验成绩(占占15%)n考核考核(包括闭卷笔试包括闭卷笔试)时间时间: 第第16周

6、周n日常答疑时间日常答疑时间:每次课后每次课后本课程讲义n对于选修对于选修 “微机原理及应用微机原理及应用I课程的全体同学来说课程的全体同学来说, 本课程的讲义是公开的本课程的讲义是公开的, 为了便于下载和打开浏览为了便于下载和打开浏览, 授课过程中的讲义以及相关的资料都按授课过程中的讲义以及相关的资料都按pdf格式放格式放在公共邮箱中供大家下载在公共邮箱中供大家下载n公共邮箱的地址和密码公共邮箱的地址和密码:帐号帐号: zjut_; 密码密码: 6个个8n此外此外, 本课程相关一些通知本课程相关一些通知(如考试、答疑安排、实如考试、答疑安排、实验等活动安排验等活动安排)也都公布在这个邮箱中也

7、都公布在这个邮箱中n当然当然, 您有任何问题也可以发到这里您有任何问题也可以发到这里, 我们将及时解我们将及时解答答绪论1. 通用计算机通用计算机(PC)系统系统 vs 嵌入式嵌入式(计算机计算机)系统系统 2. 嵌入式系统核心嵌入式系统核心单片机的分类单片机的分类3. 应用的需求推动单片机的发展应用的需求推动单片机的发展4. 目前常见的单片机介绍目前常见的单片机介绍5. 为什么学为什么学MCS-51单片机单片机?6. MCS-51单片机的嵌入式系统和开发单片机的嵌入式系统和开发MCS-51单片机的封装(常见的形式)nDIP40(40-pins Dual In-line Package, 脚距

8、2.54mm)nPLCC44 (44-lead Plastic Leaded Chip Carrier, 脚距1.27mm)nPQFP44 (Plastic Quad Flat Package 脚距0.8mm)1标记标记202140DIP40实物和引脚排列实物和引脚排列1标记标记71718282939PLCC44实物和引脚排列实物和引脚排列1标记标记111222233334PQFP44实物和引脚排列实物和引脚排列通用计算机系统 vs 嵌入式系统 Embedded System (ES)nCPU (or MCU, 单片机单片机)Processor/Controller集成有集成有Memory和和

9、I/On无主板无主板n无固定外设无固定外设n特点特点高集成度高集成度, 低成本低成本, 低功耗低功耗特殊结构特殊结构, 难开发难开发应用开发应用开发: 硬件和软件硬件和软件PC System (PCS)nCPUProcessorn主板主板CPU和和Memory、I/O的通道的通道n有固定外设和开放总线有固定外设和开放总线n特点特点高性能高性能, 高成本高成本, 高功耗高功耗通用体系通用体系, 易开发易开发(根据应用根据应用)工业应用开发工业应用开发: 接口和软件接口和软件一般的PC系统的组成FDD &HDD &CD-ROMIntel CPU(x86)PCI busDRAM/EDO/DDR No

10、rthBridgeCachePCIController South BridgeGraph DriverRTCPIODMACGP BusPIntUARTsSound DriverNET MACUSB ControllerKeypadMouseISA BUSPrinterRS232CRT/LCDSPK/MIC10/100MEthernetUSB PortPCI BUSMemory ControllerPower SupplyOpen Bus 8/16bits BUSExpandable Peripheral 32bits BUSExpandableLocal Bussocket详见详见 “计算机

11、计算机接口及应用接口及应用”课程的内容课程的内容 (第第7学期学期)一般的嵌入式系统的组成Off-chip ExpandMicro-processor/controller in the single chipControl UnitRegisterALURAMROMProgrammableI/O PortADC/DAC(AI/O)Special Function UnitTimer, IRQ,UARTLCD/LED driverRAMROMLCD/LED modulePower SupplyDI/OAI/OKeyboard嵌入式系统的优点和缺点优点优点n元件少元件少n体积小体积小n低成本低成

12、本n低功耗低功耗n高可靠性高可靠性n多多I/O缺点缺点n灵活性差灵活性差n性能有限性能有限n扩展能力有限扩展能力有限n开发周期长开发周期长嵌入式系统核心单片机的分类n嵌入式系统的核心嵌入式系统的核心(心脏心脏)是是一个集成有一个集成有CPU,存储器和存储器和I/O单元的芯片单元的芯片, 具有一般计算机的具有一般计算机的基本功能基本功能, 所以称之为所以称之为单单芯芯片片计算计算机机n单片机分类单片机分类: 根据其基本操作处理的位数分为根据其基本操作处理的位数分为1位的位的, 4位的位的, 8位的位的, 16位的和位的和32位的单片机位的单片机n其它分类方法其它分类方法: 如按应用分类如按应用分

13、类控制类的控制类的, 信号处理类的和混合信号类的单片机信号处理类的和混合信号类的单片机单片机的发展趋势 应用需求推动单片机的发展n为了满足越来越多的需要以及特殊应用为了满足越来越多的需要以及特殊应用, 单单片机的发展趋势片机的发展趋势增强处理性能增强处理性能: 执行指令的速度执行指令的速度, 寻址范围寻址范围增加功能增加功能: 更多的特殊功能单元更多的特殊功能单元提高集成度提高集成度降低功耗降低功耗, 更宽的供电范围更宽的供电范围目前常见的单片机 (8位的) 采用复杂指令集采用复杂指令集(CIS)的单片机的单片机nIntel公司的公司的MCS-51系列及其衍生的单片机系列及其衍生的单片机nZi

14、log公司的公司的Z系列系列(Z80, Z180, eZ80)及其衍生的单片机及其衍生的单片机nMotorola公司的公司的MC68系列系列(HC05, HC08, HC11)8位单片机位单片机 采用精简指令集采用精简指令集(RIS)的单片机的单片机nAtmel公司的公司的AVR, ATMega系列单片机系列单片机nMicrochip公司的公司的PIC(PIC16, 17, 18)系列系列8位单片机位单片机n其它其它 (更多的请大家在图书馆或网络上查找更多的请大家在图书馆或网络上查找)目前常见的单片机 (16位的)nIntel公司的公司的MCS-96/196系列单片机系列单片机nIntel公司

15、的公司的80186微控制器及其衍生的微控制器及其衍生的“单片机单片机” (Intel已停产已停产, 有台湾金丽科技有台湾金丽科技(RDC, .tw)生产的生产的R系列替代系列替代)nMotorola公司的公司的HC(/S)12系列系列, HC16系列和系列和DSP56F8系列单片机系列单片机nInfineon公司的公司的C166系列单片机系列单片机nTI公司的公司的MSP430系列单片机系列单片机n其它其它 目前常见的单片机 (32位的)nARM公司开发的公司开发的ARM系列系列32位单片机位单片机ARM7系列及其衍生类型系列及其衍生类型ARM9/9E系列系列ARM10系列系列nMotorol

16、a公司的公司的32位单片机位单片机M68K系列系列Coldfire系列系列M.Core系列系列MPC500系列系列n其它其它问题问题 为什么学MCS-51单片机?n回答回答从学习和掌握的角度从学习和掌握的角度n最具代表性的单片机最具代表性的单片机, 8051已经成为标准结构已经成为标准结构n资源适合于小型系统资源适合于小型系统(单片应用单片应用)和中型系统和中型系统(易扩展易扩展)n无须操作系统无须操作系统(非计算机专业学生容易掌握非计算机专业学生容易掌握)应用开发角度应用开发角度n大量性能各异的衍生类型满足特殊应用大量性能各异的衍生类型满足特殊应用n相互兼容的相互兼容的MCS-51单片机有数

17、百家半导体公司供货单片机有数百家半导体公司供货n开发工具开发工具(包括硬件和软件包括硬件和软件)齐全齐全,稳定稳定MCS-51单片机的嵌入式系统n单机应用系统单机应用系统特点特点: 独立工作独立工作家电领域应用家电领域应用: 电冰箱电冰箱, 空调空调, 排排/送风机等控制系统送风机等控制系统工业领域应用工业领域应用: 仪器和仪表仪器和仪表, 数字阀控制数字阀控制n多机网络应用系统多机网络应用系统特点特点: 通过网络多机协作通过网络多机协作工业领域应用工业领域应用: 集散控制系统或现场总线控制系统的从节集散控制系统或现场总线控制系统的从节点点MCS-51单片机的嵌入式系统结构MCS-51单片机单

18、片机I/O接口接口地址译码器地址译码器和控制逻辑和控制逻辑数据数据存储器存储器DI/OAI/OData BusAddress BusControl Bus I/O Chip SelectMem Chip SelectRead or Write具有扩展资源具有扩展资源单片应用单片应用( (无扩展无扩展) )片内片内ROMMCS-51单片机的嵌入式系统开发步骤和工具n开发步骤开发步骤系统需求分析和总体方案设计系统需求分析和总体方案设计硬件开发硬件开发: 电路设计电路设计, 加工实现加工实现, 调试和校正调试和校正软件开发软件开发: 驱动程序和应用程序设计和调试驱动程序和应用程序设计和调试n开发工具开发工具硬件开发工具硬件开发工具: EDA软件软件, 跟踪调试和仿真器跟踪调试和仿真器, 烧写程序用烧写程序用工具工具(编程器或编程电缆编程器或编程电缆)软件开发工具软件开发工具: 代码编写和编译器代码编写和编译器(一般是一般是IDE)总结n对比通用计算机系统和