单片机发展与应用技术

1、单片机发展与应用技术讲座单片机的发展由来 单片机的主要应用领域 单片机主要厂商及产品单片机的发展方向我校单片机课程教学情况单片机发展与应用技术第一代 电子管计算机 1946-1957 低级语言第二代 晶体管计算机 1958-1964 高级语言第三代 中、小型集成电路计算机 1964-1972 操作系统第四代 超大规模集成电路计算机 1972-现在 数据库、网络新一代 人工智能型的计算机、 神经网络计算机、 生物计算机等计算机软件发展情况按所采用的电子元件划分我国在1958年研制成功第一台电子管计算机 1.始于微型机时代的嵌入式应用 单片机的发展由来-计算机的技术发展史第一代计算机：ENIAC

2、1946、美国、电子管 莫奇利和埃克特（ENIAC，直译名为“电子数字积分计算机” ）单片机的发展由来-计算机的技术发展史占地170平方米，重达30多吨缺点是存储容量太小，基本上不能存储程序，只能依靠线路连接的方法 1.始于微型机时代的嵌入式应用 世纪年代计算机单片机的发展由来-计算机的技术发展史 1.始于微型机时代的嵌入式应用 嵌入式计算机系统将微型机嵌入到一个对象体系中，实现对象体系的智能化控制 单片机的发展由来-计算机的技术发展史 1.始于微型机时代的嵌入式应用 设备名称：立式加工中心 型号：MA810A设备编号：20031010 单价：60万元 购置日期：2003.05 厂家：欧马数控

3、有限公司（台湾）存放地点：机电工程学院先进制造中心 设备管理员 ：林浩单片机的发展由来-计算机的技术发展史 .现代计算机技术的两大分支 通用计算机系统 嵌入式计算机系统 高速、海量的数值计算对象的智能化控制能力 现代计算机技术发展的两大分支的里程碑意义在于：不仅形成了计算机发展的专业化分工，而且将发展计算机技术的任务扩展到传统的电子系统领域，使计算机成为进入人类社会全面智能化时代的有力工具。 单片机的发展由来-计算机的技术发展史 3.两大分支发展的里程碑 通用计算机系统 嵌入式计算机系统 286、386、486到奔腾系列,操作系统则迅速扩张计算机基于高速海量的数据文件处理能力 单芯片化将传统的

4、电子系统发展到智能化的现代电子系统时代 通用计算机系统与嵌入式计算机系统的专业化分工发展，导致20世纪末、21世纪初，计算机技术的飞速发展。 单片机的发展由来-嵌入式系统的定义与特点 .嵌入式系统的定义：-“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”。“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素。 . 嵌入式系统的特点：面向控制对象，嵌入到应用系统中的结构形态。必须满足如物理环境（小型）、电气环境（可靠）、成本（价廉）等要求。突出控制功能。计算机必须配置有与对象系统相适应的接口电路，有突出控制功能的指令系统（I/O控制、位操作等），软、硬件的可裁剪性；满足不同对象要求的最小软、硬件

5、配置等。单片机的发展由来-嵌入式系统的定义与特点 .嵌入式系统的种类与发展：按形态可分为设备级（工控机）、板级（单板、模块）、芯片级（MCU、SoC）。主要技术发展方向是满足嵌入式应用要求，不断扩展对象系统控制要求的外围电路（如ADC、DAC、PWM、日历时钟、电源监测、程序运行监测电路等），形成满足对象系统要求的应用系统。 。 单片机的发展由来-嵌入式系统的独立发展道路 1.单片机开创了嵌入式系统独立发展道路 ：嵌入式系统必须走独立发展道路。这条道路就是芯片化道路。在探索单片机的发展道路时，有过两种模式，即“模式”与“创新模式”。“模式”本质上是通用计算机直接芯片化的模式，它将通用计算机系统

6、中的基本单元进行裁剪后，集成在一个芯片上，构成单片微型计算机；“创新模式”则完全按嵌入式应用要求设计全新的，满足嵌入式应用要求的体系结构、微处理器、指令系统、总线方式、管理模式等。 。 单片机的发展由来-嵌入式系统的独立发展道路 2.单片机的技术发展史 单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段。MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段。SoC即片上系统（System On Chip）阶段。单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应

7、用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。单片机的发展由来-嵌入式系统的两种应用模式 1.客观存在的两种应用模式电子技术应用工程师以自己习惯性的电子技术应用模式，从事单片机的应用开发。这种应用模式最重要的特点是：软、硬件的底层性和随意性；对象系统专业技术的密切相关性；缺少计算机工程设计方法。 随着后PC时代的到来，网络、通信技术得以发展；同时，嵌入式系统软、硬件技术有了很大的提升，为计算机专业人士介入嵌入式系统应用开辟了广阔天地。计算机专业人士的介入，形成的计算机应用模式带有明显的计算机的工程应用特点，即基于嵌入式系统软、硬件平台，以网络、通信为主的非嵌入式底层

8、应用。 单片机的发展由来-嵌入式系统的两种应用模式 2.两种应用模式的并存与互补 客观存在的两种应用模式会长期并存下去，在不同的领域中相互补充。电子系统设计模式应从计算机应用设计模式中，学习计算机工程方法和嵌入式系统软件技术；计算机应用设计模式应从电子系统设计模式中，了解嵌入式系统应用的电路系统特性、基本的外围电路设计方法和对象系统的基本要求等。 单片机的发展由来-嵌入式系统的两种应用模式 3.嵌入式系统应用的高低端嵌入式系统低端应用：基于8位单片机，实现最底层电子系统应用。高端应用：基于32位嵌入式处理器,主要在网络、通信、多媒体等方面的应用。单片机应用领域 用图象传感器测量线才系统 卫星电

9、视的串口模拟SPI、I2C的应用，如雷达录取的数据传送 直接与AD芯片配合进行各种数据传感器配合 利用单片机与PC机的232通讯进行控制，单片机为控制对象 通过IC卡、单片机、PC机构成的各种收费系统 通过单片机控制各种步进电机完成工控任务系统 通过单片机控制各种电慈设备完成工控任务系统（如程控交换系统） 可应用在电机的变频技术上的控制领域中 各种测量工具如水位尺，它在水文上的应用很普及 大型指针钟控制器，主要根据时间控制电机带动指针 电子配料控制仪，基于小型生产的自动或半自动控制，如控制上料、搅拌等 单片机应用领域 用定时器和捕获功能进行某一系统的检测。可提供报警、控制等。如水位控制、温度控

10、制，全自动洗衣机等 电子称重计 教学用仪器、医疗仪器 由单片机构成的霓虹灯控制器 在刚的热处理中采用热磁仪测量 各种金属探伤仪器 矿山生产智能监测仪 煤矿的产煤计数器 20.汽车安全系统 21.智能玩具 22.用超声波测量江河水位 23.交流电监测仪 24.消防系统报警监测仪 25.各类水表、电表 等等单片机的主要厂商及产品AtmelMicrochipMicrochip(中国)PhilipsTexas Instruments(TI德州仪器)东芝单片机 Freescale(原Motorola现在为飞思卡尔)Holtek(盛群)Winbond(华邦)Scenix单片机 Keil SoftwareZ

11、ilogNEC单片机 Fujitsu富士通EPSON威利姆周立功单片机三星单片机 双龙电子STC(宏晶科技)单片机的主要厂商及产品8051单片机: 最早由Intel公司推出的8051/31类单片机也是世界上用量最大的几种单片机之一。8051单片机最早由Intel公司推出,由于Intel公司在嵌入式应用方面将重点放在186、386、奔腾等与PC类兼容的高档芯片的开发上，8051类单片机主要由Philips、三星、华邦等公司接产。这些公司都在保持与8051单片机兼容的基础上改善了8051许多特性(如时序特性)。提高了速度、降低了时钟频率，放宽了电源电压的动态范围，降低了产品价格。使得以8051为内

12、核的MCU系列单片机在世界上产量最大,应用也最广泛,有人推测8051可能最终形成事实上的标准MCU芯片。单片机的主要厂商及产品ATMEL公司： 除51系列单片机外，ATMEL的AVR单片机,是增强型RISC内载Flash的单片机,芯片上的Flash存储器附在用户的产品中,可随时编程,再编程,使用户的产品设计容易,更新换代方便.AVR单片机采用增强的RISC结构,使其具有高速处理能力,在一个时钟周期内可执行复杂的指令,每MHz可实现1MIPS的处理能力.AVR单片机工作电压为2.76.0V,可以实现耗电最优化.AVR的单片机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,宇

13、航设备等各个领域。单片机的主要厂商及产品Motorola单片机: Motorola(现在为飞思卡尔)是世界上最大的单片机厂商。在8位机方面有三十多个系列，二百多个品种，产量已超过20亿片。16位机也有十多个品种。32位单片机的683XX系列也有几十个品种。近年来，将DSP做为辅助模块集成的单片机也纷纷推出。目前仍是单片机的首选牌品。Motorola单片机特点之一是在同样速度下所用的时钟频率较Intel类单片机 低很多，因而使得高频噪声低，抗干扰能力强,更适合用于工控领域及恶劣的环境。Motorola 8位单片机过去的策略是以掩膜为主的，最近推出OTP计划以适应单片机发展新趋势，在32位机上，M

14、.CORE在性能和功耗方面都胜过ARM7。单片机的主要厂商及产品Microchip单片机: Microship单片机是市场份额增长最快的单片机。它的主要产品是PIC 16C系列和17C系列8位单片机，CPU采用RISC结构，仅33条指令，运行速度快，且以低价位著称，一般单片机价格都在一美元以下。Microship单片机没有掩膜产品，全部是OTP器件，Microship强调节约成本的最优化设计，适于用量大、档次低、价格敏感的产品。根据2007.04.20业界知名市场调查机构Gartner Dataquest 公布Microchip Technology Inc.（美国微芯科技公司）勇夺2006年

15、全球8位单片机销售额冠军。 单片机的主要厂商及产品 PHILIPS单片机： 除增强型51系列单片机外，也有 32位ARM微控制器LPC2210/LPC2220系列。 PHILIPS公司的单片机在内部功能扩展、速度及低功耗方面很有特色。在国内周立功单片机有限公司的大力推行下，应用及销售量也较大。 单片机的主要厂商及产品 华邦单片机： 华邦单片机属8051类单片机，它们的W78系列与标准的8051兼容，W77系列位增强型51系列，对8051的时序作了改进。同样时钟频率下速度提高2.5倍，FLASH容量从4K到64K，有ISP功能。在4位单片机方面华邦有921系列和带LCD驱动的741系列。在32位

16、机方面，华邦使用惠普公司PARISC单片机技术，生产低位的32位RISC单片机。 单片机的主要厂商及产品三星单片机： 三星单片机有KS51和KS57系列4位单片机，KS86和KS88系列8位单片机，KS17系列16位单片机和KS32、32位单片机。三星单片机为OTP型1SP在片编程功能。三星公司以生产存储器芯片著称，在存储器市场供大于求的形势下，涉足参与单片机的竞争。三星公司在单片机技术上以引进消化发达国家的技术、生产与之兼容的产品，然后以价格优势取胜。例如在4位机上采用NEC的技术，8位机上引进Zilog公司Z8的技术，在32位机上购买ARM7内核，还有DEC的技术、东芝的技术等。其单片机裸

17、片的价格相当有竞争力。 单片机的主要厂商及产品Zilog单片机： Z8单片机是Zilog公司的产品，采用多累加器结构，有较强的中断处理能力。产品为OTP型，Z8单片机的开发工具可称价廉物美。Z8单片机以低价位的优势面向低端应用，以18引脚封装为主，ROM为0.52K。最近Zilog公司又推出了Z86系列单片机，该系列内部可集成廉价的DSP单元。单片机的发展方向 单片机的技术发展反映在内部结构、功率消耗、外部电压等级以及制造工艺上。 1、内部结构的进步 单片机在内部已集成了越来越多的部件，这些部件包括一般常用的电路，例如：定时器，比较器，A/D转换器，D /A转换器，串行通信接口，Watchdo

18、g电路，LCD控制器, CAN,脉宽调制控制电路,等。特别引人注目的是：现在有的单片机已采用所谓的三核（TrCore）结构。这是一种建立在系统级芯片（System on a chip）概念上的结构。这种单片机由三个核组成：一个是微控制器和DSP核，一个是数据和程序存储器核，最后一个是外围专用集成电路（ASIC）。 单片机的发展方向 2、功耗、封装及电源电压的进步 新的单片机的功耗越来越小，特别是很多单片机都设置了多种工作方式，这些工作方式包括等待，暂停，睡眠，空闲，节电等工作方式。Philips公司的单片机P87LPC762是一个很典型的例子，在空闲时，其功耗为1.5 mA，而在节电方式中，其

19、功耗只有0.5mA。 单片机的封装水平已大大提高，随着贴片工艺的出现，单片机也大量采用了各种合符贴片工艺的封装方式出现，以大量减少体积。在这种形势中，Microchip公司推出的8引脚的单片机特别引人注目。 2.26V的条件下工作的单片机 。单片机的发展方向 3、工艺上的进步 单片机基本上采用CMOS技术，但已经大多数采用了0.6m以上的光刻工艺，有个别的公司，如Motorola公司则已采用0.35m甚至是0.25m技术。这些技术的进步大大地提高了单片机的内部密度和可靠性。 单片机的发展方向 总的来说，单片机在目前的发展形势下，表现出二大趋势：可靠性及应用越来越高水平和互联网连接已是一种明显的

20、走向 所集成的部件越来越多 随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，单片机还会不断产生新的变化和进步，最终人们可能发现：单片机与微机系统之间的距离越来越小，甚至难以辨认。 我校单片机教学情况 历史沿革 本课程在我校开设已有较长的历史，并累积较为丰富的教学经验。 我校本课程于上世纪80年代中期就已经开设。在机械系的机械设计与制造本专科及船舶电气专科专业设置的微机原理及应用课程（授课以TP801单板机为对象）。 浙江海洋学院成立后，除在原来3个专业继续开设此课程外，在以后的电气工程本科专业及电子信息本科专业都开设了此课程。 我校的建环、渔业科学与技术等专业已纳入06级的教学计划之中。 我校单

21、片机教学情况 教学队伍情况 楼然苗男1965.01高级实验师计算机主讲教师李良儿男1949.01教授电子主讲教师俞红杰男1973.10讲师（硕士）自控主讲教师刘玉良男1971.07讲师（博士在读）电子主讲教师李光飞女1971.07高级实验师（硕士）计算机教学多媒体课件及课程网站制作维护陈庭勋男1963.10高级实验师电子单片机实验室建设与管理，实验辅导胡佳文男1980.12助理实验师（硕士在读）机械电子单片机实验辅导我校单片机教学情况 教学改革与研究教学改革：教学内容的改革：突出实践性教学，增加了实例分析的比重。课堂教学演示实验化。实验教学设计化，课程设计产品应用化，要求每个学生独立完成单片机

22、开发全过程。教学方法和手段的改革：采用自制PPT课堂教学课件，把实验实践环节的内容以演示实验的形式在课堂教学中演示，辅助网络教学平台。考试方式的的改革:加大了实验环节成绩比例，理论考试内容注重理解。实行开卷测试。我校单片机教学情况 教学改革与研究教学研究： 2002年由楼然苗老师主持的“单片机原理与应用课程教学改革与研究”于2005年通过学校验收。 2003年由李良儿老师主持的学校“单片机原理与应用重点课程建设项目”2004年通过学校验收。2003年楼然苗主持的“单片机原理与应用实验箱的研制”校级课题。2004年楼然苗主持的“单片机原理与应用网络自助学习软件”校级教改课题。 我校单片机教学情况 教学改革与研究出版教材：51系列单片机设计实例，2003年3月北京航空航天大学出版社出版；单片机课程设计实例指导，2004年9月北京航空航天大学出版社出版；单片机C程序设计实例指导，2005年9月北京航空航天大学出版社出版；51系列单片机设计实例(第二版) ，2006年2月北京航空航天大学出版社出版；单片机课程设计实例指导（第二版），