微控制器原理1

1、微控制器原理(yunl)共三十二页 关于教材采用比较先进的芯片大量(dling)实际示例非典型教材基本知识点较少手册型教材共三十二页参 考 书1）微控制器原理与应用 徐安、陈耀、方春华编著 科学出版社2）单片机原理与接口技术(C语言版)周国运主编(zhbin) 鲁庆宾、赵天翔副主编(zhbin)清华大学出版社3）32位单片机C语言编程基于PIC32(Programming 32-bit Microcontrollers in C Exploring the PIC32)意Lucio Di Jasio 著 张鼎、岳虹等译人民邮电出版社共三十二页概述(i sh)共三十二页微控制器、嵌入式微控制器、

2、单片机将CPU、部分存储器、部分I/O接口(ji ku)集成在一个芯片上共三十二页MCU (Micro Controller Unit ) -微控制器的基本含义一种计算机硬件和软件的组合，也许还有机械装置，用于实现一个特定功能。在某些特定情况下，嵌入式系统是一个大系统或产品的一部分。其核心是微控制器（MCU）或应用(yngyng)处理器。在一块芯片内集成了中央处理单元（CPU，Central processing unit）、存储器（RAM/ROM等）、定时器/计数器及多种输入输出（I/O）接口的比较完整的数字处理系统。共三十二页PIC系列单片机由美国Microchip公司推出的PIC单片机系

3、列产品，采用RISC结构的嵌入式微控制器，其高速度、低电压、低功耗、大电流LCD驱动能力和低价位OTP技术等都体现出单片机产业的新趋势。现在PIC系列单片机在世界单片机市场的份额排名中已逐年升位，尤其在8位单片机市场，排名第二位。在全球都可以看到PIC单片机从电脑的外设、家电控制、电讯通信、智能仪器、汽车电子到金融电子各个领域的广泛应用。现今(xinjn)的PIC单片机已经是世界上最有影响力的嵌入式微控制器之一。MPLAB IDE集成工具。 单片机系列(xli)概述共三十二页AVR系列单片机 AVR单片机是1997年由ATMEL公司(n s)研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduce

4、d Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机。AVR的单片机高速、低耗，可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。 AVR单片机易于入手。只需一条ISP下载线，把编辑、调试通过的软件程序直接在线写入AVR单片机，即可以开发AVR单片机系列中的各种封装的器件。 共三十二页51系列单片机 在众多的51系列单片机中，ATMEL 公司的AT89C51、AT89S51最实用，普及程度极高。不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为 ATMEL

5、 AT89xx 做的编程器均带有这些功能(gngnng)。这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密。Keil C集成工具。共三十二页其它16位单片机系列 典型产品有Intel 公司(n s)的MCS-96/98 系列、Motorola 公司的M68HC16系列、NS 公司的783系列、TI公司的MSP430系列等等。共三十二页SoC称为系统级芯片（System on Chip）： 又称片上系统,是一个(y )有专用目标的集成电路,其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。同时它又是一种技术,用以实现从确定系统功能开始,到软/硬件划分,并完成设计的整个过

6、程。诸如手机芯片、数字电视芯片、DVD 芯片等。 SOC片上系统(xtng)共三十二页指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展(fzhn)而发展(fzhn)起来的，目前MEMS加工技术还被广泛应用于微流控芯片与合成生物学等领域，从而进行生物化学等实验室技术流程的芯片集成化。主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分。 MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）微机电(jdin)系统共三十二页一个(y )

7、典型的MCU框图：13共三十二页嵌入式系统(xtng)(Embedded System) 嵌入式系统的定义一种计算机硬件和软件的组合，也许还有机械装置，用于实现一个特定功能。在某些特定情况下，嵌入式系统是一个大系统或产品(chnpn)的一部分。其核心是微控制器（MCU）或应用处理器。嵌入式系统的由来通用计算机系统：计算机是因科学家需要一个高速的计算工具而产生的。嵌入式计算机系统（嵌入式系统）：测控领域需要能够满足特殊需求的计算机而产生的。14共三十二页 嵌入式系统与MCU的关系以MCU为核心的系统是应用最广的嵌入式系统。在MCU出现之前，人们必须用模拟电路、数字电路实现大部分计算与控制功能，这

8、样使得控制系统体积庞大，易出故障。MCU出现以后，情况发生了变化，系统中的大部分计算与控制功能由MCU的软件实现。其它电子线路成为MCU的外围接口电路，承担着输入、输出与执行动作等功能，而计算、比较与判断等原来必须用电路实现的功能，可以用软件取代，大大地提高(t go)了系统的性能与稳定性，这种控制技术称之为嵌入式控制技术。在嵌入式控制技术中，核心是MCU，其它部分依此而展开。共三十二页以MCU为核心(hxn)的系统基本组成16共三十二页 嵌入式系统的特点 -与通用(tngyng)计算机对比1嵌入式系统属于计算机系统，但不单独以通用计算机的面目出现2嵌入式系统开发需要专用工具和特殊方法3使用M

9、CU设计嵌入式系统，数据与程序空间采用不同存储介质4开发嵌入式系统涉及软件、硬件及应用领域的知识5嵌入式系统的其他特点可靠性、实时性、成本、功耗、生命周期、知识综合等。17共三十二页 嵌入式系统的应用（1）电子系统的智能化（工业控制，现代农业、家用电器、汽车电子、测控系统、数据采集等），这类应用所使用(shyng)的嵌入式处理器一般被称之为微控制器（MCU，Microcontroller Unit）。（2）计算机应用的延伸（平板电脑、手机、通信、网络、计算机外围设备等），这类应用所使用的嵌入式处理器一般被称之为应用处理器（Application processor）。这两类知识体系、技术特点、

10、开发方法有较大区别！共三十二页 MCU 知识体系 （1）硬件最小系统（包括电源、晶振、复位、写入调试器接口(ji ku)等）；（2）通用I/O（开关量输入/输出，涉及各种二值量检测与控制）；（3）模数转换A/D（各种传感器信号的采集与处理，如红外、温度、光敏、超声波、方向等）；（4）数模转换D/A（对模拟量设备利用数字进行控制）；（5）通信（串行通信接口UART、串行外设接口SPI、集成电路互联总线I2C，CAN、USB、嵌入式以太网、无线传感器网络等）；19共三十二页（6）显示（LED、LCD、触摸屏等）；（7）控制（控制各种设备，包括PWM等控制技术）；（8）数据处理（图形、图像、语音(y

11、yn)、视频等处理或识别）；（9）各种具体应用；（10）计算机语言、操作系统、数据结构、开发环境等。共三十二页 MCU 的应用开发1.硬件与软件(run jin)协同设计硬件：满足性能及安全需要，取代部分软件，完成特定功能，提高软件开发设计效率。软件：实现相关功能，使系统更具适应性和灵活性，充分发挥硬件的作用，提高系统性能。共三十二页2.系统设计方法以印制板单板机及在线仿真器为主要工具以EOC(Emdedded Operation System嵌入式操作系统）和EDA（Electronic Design Automation-电子设计自动化开发平台为主要工具以IP内核（SOC）为设计基础，软硬

12、件协同设计单片系统IP核（Intellectual Property core）是一段具有特定电路功能的硬件描述语言程序，该程序与集成电路工艺无关(wgun)，可以移植到不同的半导体工艺中去生产集成电路芯片。共三十二页1.3 嵌入式系统(xtng)常用术语 MCU应用开发基本知识（术语）概述1封装集成电路的封装是指用塑料、金属或陶瓷材料等把集成电路封在其中。2印刷电路板印刷电路板PCB是组装电子元件用的基板，是在通用基材上按预定设计形成点间连接及印制元件的印制板，是电路原理图的实物化。3动态可读写随机存储器与静态可读写随机存储器动态可读写随机存储器DRAM，由一个MOS管组成一个二进制存储位。

13、静态可读写随机存储器SRAM，一般由四个或者(huzh)六个MOS管构成一个二进制位。23共三十二页4只读存储器只读存储器ROM（Read Only Memory），数据可以读出，但不可以修改，所以称之为只读存储器。5闪速存储器闪速存储器简称闪存，是一种新型快速的E2PROM。由于工艺和结构上的改进，闪存比普通的E2PROM的擦除速度更快，集成度更高。6模拟量与开关量模拟量是指时间连续、数值(shz)也连续的物理量，如温度、压力、流量、速度、声音等。开关量是指一种二值信号，用两个电平（高电平和低电平）分别来表示两个逻辑值（逻辑1和逻辑0）。24共三十二页7并行通信并行通信是指数据的各位同时(t

14、ngsh)在多根并行数据线上进行传输的通信方式，数据的各位同时(tngsh)由源到达目的地。8串行通信串行通信是指数据在单线（电平高低表征信号）或双线（差分信号）上，按时间先后一位一位地传送，其优点是节省传输线，但相对于并行通信来说，速度较慢。 9串行外设接口串行外设接口（SPI，Serial Peripheral Interface）：也是一种串行通信方式，主要用于MCU扩展外围芯片使用。25共三十二页10集成电路互连总线标准I2C（另一种简写为IIC，Inter-Integrated Circuit），是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，主要用于用户电路板内MCU与其外围电路的

15、连接。 11. 通用串行总线通用串行总线（USB，Universal Serial Bus），是MCU与外界进行数据通信的一种新的方式，其速度快，抗干扰能力强，在嵌入式系统中得到了广泛的应用。 12控制器局域网控制器局域网（CAN，Controller Area Network），是一种全数字、全开放(kifng)的现场总线控制网络，目前在汽车电子中应用最广。 26共三十二页13通用(tngyng)输入/输出GPIO通用输入/输出（GPIO，General Purpose I/O），即基本的输入/输出，有时也称并行I/O。作为通用输入引脚时，MCU内部程序可以读取该引脚，知道该引脚是“1”（高

16、电平）或“0”（低电平），即开关量输入。作为通用输出引脚时，MCU内部程序向该引脚输出“1”（高电平）或“0”（低电平），即开关量输出。14 A/D与D/AA/D转换模块的功能是将电压信号（模拟量）转换为对应的数字量。D/A转换则是将数字量转换为电压信号（模拟量）。27共三十二页15脉冲宽度(kund)调制器脉冲宽度调制器（PWM，Pulse Width Modulator），是一个D/A转换器，可以产生一个高电平和低电平之间重复交替的输出信号，这个信号就是PWM信号。16看门狗看门狗（Watch Dog），是一个为了防止程序跑飞而设计的一种自动定时器。 17液晶显示液晶显示（LCD，Liqu

17、id Crystal Dispaly），是电子信息产品的一种显示器件，可分为字段型、点阵字符型、点阵图形型三类。28共三十二页18发光二极管发光二极管（LED，Light Emitting Diode），是一种将电流顺向通到半导体PN结处而发光的器件。常用于家电指示灯、汽车灯和交通警示灯。19键盘键盘是嵌入式系统中最常见的输入设备。识别键盘是否有效被按下的方法有查询法、定时扫描法与中断法等。20实时操作系统实时操作系统（RTOS，Real Time Operating System），是指一种运行于嵌入式系统上的操作环境，可以提供建立(jinl)多任务的能力。29共三十二页习题(xt)1. 名词解释:共三十二页思考题：1.单片机内部主要集成(j chn)了哪些资源?2.简述单片机在发展过程中的几个标志性节点，有哪些新技术？3.简述一至二个目前市场占有率较高的单片机概况，包括并不限于生产商、技术特点、应用领域、开发平台和性价比等方面。共三十二页内容摘要微控制器原理。这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大