单片机第一课

1、单片机第一课第1页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二1介绍单片机基础知识、发展历史、应用领域及发展趋势。8位单片机的主流机型，较大市场份额的MCS-51系列单片机及其兼容的单片机（统称为51系列单片机）对目前流行的51单片机的代表性机型：美国ATMEL公司的AT89C5x/AT89S5x系列单片机及代表性产品AT89S51详细介绍。简要介绍其它类型的单片机。初步了解嵌入式处理器：单片机，数字信号处理器（DSP）、嵌入式微处理器第一章内容概要第2页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二21 电子计算机的发展概述1. 1 电子计算机的问世及其经典结构3 单片机的

2、发展过程及产品近况3. 1 单片机的发展过程1. 2 微型计算机的应用形态3. 2 单片机产品近况2. 1 存储器的概述2. 3 I/O接口及外设2. 2 CPU的组成及作用2 计算机各组成部分的介绍第3页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二35 MCS-51系列与AT89C5x系列单片机5. 1 MCS-51系列5. 2 AT89C5x（AT89S5x）系列单片机4 单片机的特点及应用领域4. 2 单片机的应用领域4. 1 单片机的特点6.3 单片机开发方式的发展6 单片机应用系统开发简介6.1 单片机应用系统的开发6.2 单片机应用系统传统开发方式4. 3 单片机的发展趋

3、势第4页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二4一、二进制、十进制、十六进制二、不同进制之间相互转换三、原码、反码及补码四、数据在计算机中的表示补充 常用数制和编码补充 数制与编码的简单回顾1 数制2 编码7 AVR系列单片机与PIC系列单片机8 各类嵌入式处理器简介第5页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二51 电子计算机的发展概述1946年2月15日，第一台电子数字计算机问世，这标志着计算机时代的到来。 ENIAC（“埃尼阿克”）1.1 电子计算机的问世及其经典结构ENIAC是电子管计算机，时钟频率仅有100 KHz，但能在1秒钟的时间内完成5000次加法

4、运算。与现代的计算机相比，有许多不足，但它的问世开创了计算机科学技术的新纪元，对人类的生产和生活方式产生了巨大的影响 。第6页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二6 匈牙利籍数学家冯诺依曼在方案的设计上做出了重要的贡献。1946年6月，他又提出了“程序存储”和“二进制运算”的思想，进一步构建了计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成这一计算机的经典结构。（EDVAC-ELECTRONIC DISCRETE VARIABLE AUTOMATIC COMPUTER）第7页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二7电子计算机技术的发展，相继经历了五个时代

5、：电子管计算机；晶体管计算机；集成电路计算机；大规模集成电路计算机；超大规模集成电路计算机。计算机的结构仍然没有突破冯诺依曼提出的计算机的经典结构框架。第8页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二81.2 微型计算机的应用形态从应用形态上，微机可以分成三种：单板机单片机系统机（多板机）第9页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二9 单板机 将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片和简单的I/O设备（小键盘、LED显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序（固化在ROM中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。单板机单板机的I/O设备简单，软件资源少，

6、使用不方便。早期主要用于微型计算机原理的教学及简单的测控系统，现在已很少使用。第10页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二10 单片机 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机。 单片机（嵌入式应用）属于专用计算机，主要应用于智能仪表、智能传感器、智能家电、智能办公设备、汽车及军事电子设备等应用系统。 单片机体积小、价格低、可靠性高，其非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。第11页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二112 计算机各组成部分的介绍2.1 存储器的概述存储器框图存储器框图

7、存储体输入输出控制控制线地址线数据线 . 地址译码第12页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二122.1.2 存储器的作用2.1.3 存储器的表达2.1.4 存储器的种类、内部数据2.1.5 存储器的访问存储器的容量及地址线的计算地址线的根数： n地址线空间： 2n地址： 从 n个0 n个1第13页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二132.2 CPU的组成及作用算术逻辑单元(简称ALU）运算器累加器 寄存器CPU运算器 控制器2.2.1 CPU、运算器及控制器的组成第14页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二14控制器的组成程序计数器指令

8、寄存器指令译码器时序产生器操作控制器第15页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二15 ALU可对两个操作数进行加、减、与、或、比较大小等操作，最后将结果存入累加器。 ALU执行不同的运算操作是由不同控制线上的信息所确定的。 ALU的两个主要的输入来源：累加器、数据寄存器2.2.2 运算器的作用对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向。2.2.3 控制器的主要功能第16页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二162.3 I/O接口及外设每个外设与微处理器的连接必须经过接口适配器（

9、I/O接口）。每个I/O接口及其对应的外设都有一个固定的地址，在CPU的控制下实现对外设的输入（读）和输出（写）操作。比较I/O接口与存储器的访问常见的外设举例：打印机 键盘 显示器 硬盘 等第17页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二173 单片机的发展过程及产品近况3.1 单片机的发展过程 单片机技术发展过程可分为三个主要阶段： 单芯片微机形成阶段 1976年，Intel公司推出了MCS-48系列单片机 。8位CPU、1K字节ROM、64字节RAM、27根I/O线和1个8位定时/计数器。 特点是：存储器容量较小，寻址范围小（不大于4K），无串行接口，指令系统功能不强。 第

10、18页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二18 性能完善提高阶段 1980年，Intel公司推出了MCS-51系列单片机：8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K，并有控制功能较强的布尔处理器。 特点是：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出。现在，MCS-51已成为公认的单片机经典机种 。第19页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二19 微控制器化阶段 特点是：片内面向测控系统外围电路增强，使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。“微控制器”的称谓更能反

11、应单片机的本质。 1982年，Intel推出MCS-96系列单片机。 芯片内集成：16位CPU、8K字节ROM、232字节RAM、5个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K。片上还有8路10位ADC、1路PWM输出及高速I/O部件等。第20页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二20 ATMEL公司融入Flash存储器技术的AT89系列； Philips公司的80C51、80C552系列； 华邦公司的W78C51、W77C51高速低价系列； ADI公司的ADC8xx高精度ADC系列； LG公司的GMS90/97低压高速系列； Maxim公司的DS89

12、C420高速（50MIPS）系列； Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机。 80C51系列单片机产品繁多，主流地位已经形成，近年来推出的与80C51兼容的主要产品有：3.2 单片机产品“近况”第21页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二21 非80C51结构单片机新品不断推出，给用户提供了更为广泛的选择空间 ，近年来推出的非80C51系列的主要产品有：Intel的MCS-96系列16位单片机 ； Microchip的PIC系列RISC单片机 ；TI的MSP430F系列16位低功耗单片机 。第22页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二224 单片

13、机的特点及应用领域4.1 单片机的特点 控制性能和可靠性高 实时控制功能特别强，其CPU可以对I/O端口直接进行操作，位操作能力更是其它计算机无法比拟的。另外，由于CPU、存储器及I/O接口集成在同一芯片内，各部件间的连接紧凑，数据在传送时受干扰的影响较小，且不易受环境条件的影响，所以单片机的可靠性非常高。第23页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二23体积小、价格低、易于产品化 单片机芯片即是一台完整的微型计算机，对于批量大的专用场合，一方面可以在众多的单片机品种间进行匹配选择；同时还可以专门进行芯片设计，使芯片的功能与应用具有良好的对应关系；在单片机产品的引脚封装方面，有

14、的单片机引脚已减少到8个或更少。从而使应用系统的印制板减小、接插件减少、安装简单方便。 近期推出的单片机产品，内部集成有高速I/O口、ADC、PWM、WDT等部件，并在低电压、低功耗、串行扩展总线、控制网络总线和开发方式（如在系统编程ISP）等方面都有了进一步的增强。第24页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二244.2 单片机的应用领域智能仪器仪表 单片机用于各种仪器仪表，一方面提高了仪器仪表的使用功能和精度，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表的硬件结构，从而可以方便地完成仪器仪表产品的升级换代。如各种智能电气测量仪表、智能传感器等。机电一体化产品 机电一体化产品是集机

15、械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的各种机电产品。单片机在机电一体化产品的开发中可以发挥巨大的作用。典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机等。第25页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二25 实时工业控制单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应用如电机转速控制、温度控制、自动生产线等 。 分

16、布式系统的前端模块 在较复杂的工业系统中，经常要采用分布式测控系统完成大量的分布参数的采集。在这类系统中，采用单片机作为分布式系统的前端采集模块，系统具有运行可靠，数据采集方便灵活，成本低廉等一系列优点。第26页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二26家用电器家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广阔。如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等。 另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子等 。使用温度：民品：0 +70C 工业品：-40 +85C汽车：-40 +105C 军品： -55

17、+125C第27页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二27单片机的发展趋势将是向大容量、高性能化，外围电路内装化等方面发展。为满足不同用户的要求，各公司竞相推出能满足不同需要的产品。1CPU的改进（1）增加CPU数据总线宽度。例如，各种16位单片机和32位单片机，数据处理能力要优于8位单片机。另外，8位单片机内部采用16位数据总线，其数据处理能力明显优于一般8位单片机。（2）采用双CPU结构，以提高数据处理能力。284.3 单片机的发展趋势第28页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二282存储器的发展（1）片内程序存储器普遍采用闪烁（Flash）存储器。可不

18、用外扩展程序存储器，简化系统结构。（2）加大存储容量。目前有的单片机片内程序存储器容量可达128KB甚至更多。3片内I/O的改进（1）增加并行口驱动能力，以减少外部驱动芯片。有的单片机可以直接输出大电流和高电压，以便能直接驱动LED和VFD（荧光显示器）。（2）有些单片机设置了一些特殊的串行I/O功能，为构成分布式、网络化系统提供方便条件。第29页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二294低功耗化CMOS化，功耗小，配置有等待状态、睡眠状态、关闭状态等工作方式。消耗电流仅在A或nA量级，适于电池供电的便携式、手持式的仪器仪表以及其它消费类电子产品。5外围电路内装化众多外围电路

19、全部装入片内，即系统的单片化是目前发展趋势之一。例如，美国Cygnal公司的C8051F020 8位单片机，内部采用流水线结构，大部分指令的完成时间为1或2个时钟周期，峰值处理能力为25MIPS。片上集成有8通道A/D、两路D/A、两路电压比较器，内置温度传感器、定时器、可编程数字交叉开关和64个通用I/O口、电源监测、30第30页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二30看门狗、多种类型的串行接口（两个UART、SPI）等。一片芯片就是一个“测控”系统。综上所述，单片机正在向多功能、高性能、高速度（时钟达40MHz）、低电压（2.7V即可工作）、低功耗、低价格（几元钱）、外围

20、电路内装化以及片内程序存储器和数据存储器容量不断增大的方向发展。31第31页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二31 （1）MCS-51是Intel公司生产的一个单片机系列名称。属于这一系列的单片机有多种，如： 8051/8751/8031； 8052/8752/8032； 80C51/87C51/80C31 80C52/87C52/80C32等 。 5.1 MCS-51系列5 MCS-51系列与AT89C5x系列单片机第32页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二32（2）该系列生产工艺有两种：CHMOS是CMOS和HMOS的结合，既保持了HMOS高速度和高

21、密度的特点，还具有CMOS的低功耗的特点。在产品型号中凡带有字母“C”的即为CHMOS芯片，CHMOS芯片的电平既与TTL电平兼容，又与CMOS电平兼容。一是HMOS工艺（高密度短沟道MOS工艺）。二是CHMOS工艺（互补金属氧化物的HMOS工艺）。第33页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二33（3）在功能上，该系列单片机有基本型和增强型两大类：增强型：8052/8752/803280C52/87C52/80C32基本型：8051/8751/803180C51/87C51/80C31（4）在片内程序存储器的配置上，该系列单片机有三种形式，即掩膜ROM、EPROM和ROMLe

22、ss(无片内程序存储器)。如：80C51有4K字节的掩膜ROM；87C51有4K字节的EPROM ；80C31在芯片内无程序存储器。第34页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二3480C51系列 Intel的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等； ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等； Philips、华邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司的许多产品 。 80C51是MCS-51系列中CHMOS工艺的一个典型品种 ；其它厂商以8051为基核开发出的CMOS工艺单片机产品统称为80C51系列。当前常用

23、的80C51系列单片机主要产品有：第35页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二3580C51典型产品资源配置第36页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二36读懂型号第37页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二376 单片机应用系统开发简介正确无误的硬件设计和良好的软件功能设计是一个实用的单片机应用系统的设计目标。完成这一目标的过程称为单片机应用系统的开发。单片机作为一片集成了微型计算机基本部件的集成电路芯片，与通用微机相比，它自身没有开发功能，必须借助开发机（一种特殊的计算机系统）来完成如下任务： 排除应用系统的硬件故障和软件错误； 程序固

24、化到内部或外部程序存储器芯片中。 6.1 单片机应用系统的开发第38页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二386.2 单片机应用系统传统开发方式 利用独立型仿真器开发第39页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二39 SST公司推出的SST89C54和SST89C58芯片分别有20KB和30KB的SuperFLASH存储器，利用这种存储器可以进行高速读写的特点，能够实现在系统编程（ISP）和在应用编程（IAP）功能。首先在PC机上完成应用程序的编辑、汇编（或编译）、模拟运行，然后实现目标程序的串行下载。6.3 单片机开发方式的发展在系统编程ISP ISP（In

25、-System Programming）在系统可编程，指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码， 而不需要从电路板上取下器件，已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再编程。ISP技术是未来发展方向。第40页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二40ISP的工作原理 ISP的实现相对要简单一些，一般通用做法是内部的存储器可以由上位机的软件通过串口来进行改写。对于单片机来讲可以通过SPI或其它的串行接口接收上位机传来的数据并写入存储器中。所以即使我们将芯片焊接在电路板上，只要留出和上位机接口的这个串口，就可以实现芯片内部存储器的改写，而无须再取下芯片。 ISP的优点 ISP技术

26、的优势是不需要编程器就可以进行单片机的实验和开发，单片机芯片可以直接焊接到电路板上，调试结束即成成品，免去了调试时由于频繁地插入取出芯片对芯片和电路板带来的不便。第41页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二41AVR系列是1997年ATMEL公司挪威设计中心的A先生与V先生共同研发出的精简指令集(RISCReduced Instruction Set Computer)的高速8位单片机，简称AVR。7 AVR系列单片机与PIC系列单片机7.1 AVR系列单片机51系列单片机采用复杂指令集(CISC)，追求指令完备性。第42页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期

27、二42（4）I/O口功能强、驱动能力大。（5）低功耗。（6）支持程序的在系统编程。（7） 程序保密性好。（1）高速、高可靠性、功能强、低功耗和低价位。（2）采用片内Flash存储器给用户的开发带来方便。（3）丰富的片内外设。AVR系列单片机特点如下：第43页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二43定时器/计数器、看门狗电路、低电压检测电路BOD，多个复位源(自动上下电复位、外部复位、看门狗复位、BOD复位)，可设置的启动后延时运行程序，增强了单片机应用系统的可靠性。多种串口：如通用的异步串行口（UART），面向字节的高速硬件串行接口TWI（与I2C接口兼容）、SPI。此外还有

28、ADC、PWM等部件。44丰富的片内外设第44页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二44AVR单片机系列全，3个档次，适于各种不同要求：（1）低档Tiny系列: Tiny11/12/13/15/26/28等； （2）中档AT90S系列: AT90S1200/2313/8515/8535等； （3）高档ATmega系列: 有ATmega8/16/32/64/128（ 存储容量为8/16/32/64/128 KB）以及ATmega8515/8535等。45AVR系列单片机常见的型号：第45页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二45美国Microchip公司的产品

29、。特性如下：（1）最大的特点是从实际出发，重视性能价格比，已经开发出多种型号来满足应用需求。例如，一个摩托车的点火器需要一个I/O较少、RAM及程序存储空间不大、可靠性较高的小型单片机。7.2 PIC系列单片机PIC系列从低到高有几十个型号常用的型号如：PIC12C508单片机仅有8个引脚，是世界最小的单片机； PIC的高档型，如PIC16C74（尚不是最高档型号）有40个引脚。第46页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二46（2）精简指令集使执行效率大为提高。（3）优越的开发环境。51单片机的开发系统大都采用高档型仿真低档型，实时性不理想。PIC推出一款新型号单片机的同时推

30、出相应的仿真芯片，所有的开发系统由专用的仿真芯片支持，实时性非常好。（4）其引脚具有防瞬态能力，（7）设有休眠和省电工作方式。（5）保密性好（6）片内集成了看门狗定时器第47页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二47（1）低档8位单片机 PIC12C5XXX16C5X系列48PIC单片机分低档型、中档型和高档型：（2）中档8位单片机 PIC12C6XX/PIC16CXXX系列。（3）高档8位单片机 PIC17CXX系列。适合高级复杂系统开发的产品，在中档位单片机的基础上增加了硬件乘法器，指令周期可达成160ns，它是目前世界上8位单片机中性价比最高的机种，可用于高、中档产品的

31、开发，如电机控制等。第48页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二48 随着集成电路技术及电子技术的飞速发展，各种体系结构的处理器品种繁多，且都嵌入到系统中实现数据处理、数据传输和控制功能，各类嵌入式处理器为核心的嵌入式系统的应用，是当今电子信息技术应用的一大热点。8 各类嵌入式处理器简介 具有各种不同体系结构的处理器，构成了嵌入式处理器家族，是嵌入式系统的核心。全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000多种，按体系结构主要分为如下几类：嵌入式微控制器（单片机）、嵌入式数字信号处理器（简称DSP）、嵌入式微处理器以及片上系统（SOC）等。第49页，共73页，2022年，5月2

32、0日，2点57分，星期二491.9.1 嵌入式微控制器（单片机）将用于测控目的的计算机小系统集成到一块芯片中。一般以某一种微处理器内核为核心，片内集成 ROM/EPROM、RAM、总线及总线控制逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash存储器等各种必要的功能部件和外设。一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。使单片机与需求相匹配，减少功耗和成本。单片机最大特点是单片化，价廉，功耗和成本下降、可靠性提高。是目前嵌入式系统的主流。50第50页，共73页，2022年，5月20日，2点5

33、7分，星期二501.9.2 嵌入式DSP处理器(DSP)DSP（Digital Signal Processor)，非常擅长于高速实现各种数字信号处理运算（如数字滤波、FFT、频谱分析等）。由于硬件结构和指令的特殊设计，使其能够高速完成各种数字信号处理算法。1981年，TI公司研制出TMS320系列的首片低成本、高性能DSP处理器芯片，使DSP技术向前跨出意义重大的一步。上世纪90年代，由于无线通信、各种网络通信、多媒体技术的普及和应用，高清晰度数字电视的研究，极大地刺激了51第51页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二51DSP在工程上的推广应用。DSP大量进入嵌入式领域。

34、推动DSP快速发展的是嵌入式系统的智能化，例如各种带有智能逻辑的消费类产品，生物信息识别终端，实时语音压解系统、数字图像处理等。这类智能化算法一般都是运算量较大，特别是向量运算、指针线性寻址等较多，而这些正是DSP的长处所在。但在一些实时性要求很高的场合，单片DSP的处理能力还是不能满足要求。因此，又研制出了多总线、多流水线和并行处理的包含多个DSP处理器的芯片，大大提高了系统的性能。与单片机相比，DSP的高速运算能力和多总线，处理的算法的复杂度和大的数据处理流量是单片机不可企及的。第52页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二52DSP的主要厂商有美国TI、ADI、Motor

35、ola、Zilog等公司。TI公司位居榜首，占全球DSP市场约60左右。DSP代表性的产品是TI公司的TMS320系列。TMS320系列处理器包括用于控领域的C2000系列，移动通信的C5000系列，以及应在通信和数字图像处理的C6000系列等。今天，随着全球信息化和Internet网的普及，多媒体技术的广泛应用，尖端技术向民用领域迅速的转移，数字技术大范围进入消费类电子产品，使DSP不断更新换代，性能指标不断提高，价格不断下降，已成为新兴科技：通信、多媒体系统、消费电子、医用电子等飞速发展的推动力量，53第53页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二53力，据国际著名市场调查

36、研究公司Forward Concepts 发布的一份统计和预测报告显示，目前世界DSP产品市场每年正以30的增幅大幅度增长，是目前最有发展和应用前景的嵌入式处理器之一。1.9.3 嵌入式微处理器嵌入式微处理器(Embedded MicroProcessor Unit， EMPU)的基础是通用计算机中的CPU。与单片机相比，单片机本身（或稍加扩展）就是一个小的计算机系统，可独立运行，具有完整的功能。而嵌入式微处理器仅仅相当于单片机中的CPU。54第54页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二54在应用设计中，将嵌入式微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功

37、能，可大幅减小系统体积和功耗。为满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。代表性产品为ARM系列，ARM是Advanced RISC Machines 的缩写，其中RISC是精简指令集计算机的缩写。同时ARM也是设计ARM处理器的美国公司的简称。ARM家族主要有5个产品系列：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10和SecurCore。55第55页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二55下面以ARM7为说明嵌入式微处理器基本性能。嵌入式处理器的地址线为32条，能扩展较大的存储器空

38、间，所以可配置实时多任务操作系统(RTOS)。RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。常用的RTOS为Linux（数百KB）和VxWorks（数MB）以及C-OS。由于嵌入式实时多任务操作系统具有高度灵活性，可很容易地对它进行定制或作适当开发，即对它进行“裁减”、“移植”和“编写”，从而设计出用户所需的应用程序，来满足需要。56第56页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二56由于能运行实时多任务操作系统，所以能处理复杂的系统管理任务和处理工作。因此，在移动计算平台、媒体手机、工业控制和商业领域（例如，智能工控设备、ATM机等）、电子商务平台、信息家电（机顶盒、数字电视）、军

39、事等，已成为继单片机、DSP之后的电子信息技术应用的又一大热点广义上讲，凡是系统中嵌入了“嵌入式处理器”，如单片机、DSP、嵌入式微处理器，都称为“嵌入式系统”。也有仅把 “嵌入”嵌入式微处理器的系统，称为“嵌入式系统”。还没有严格的定义。目前的“嵌入式系统”，多指后者。57第57页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二571.9.4 嵌入式片上系统SOC(System On Chip)随着超大规模集成电路设计技术发展，一个硅片上实现一个复杂的系统，即System On Chip(SOC)，即片上系统。核心思想是把整个电子系统全部集成在一个芯片中。避免大量PCB板设计及板级的调

40、试工作。设计者面对的不再是电路及芯片，而是根据系统的固件特性和功能要求，把各种通用处理器内核及各种外围功能部件模块作为SOC设计公司的标准库，成为VLSI设计中的标准器件，用VHDL等语言描述，存储在器件库中。用户只需定义整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体器件厂商制作样品。58第58页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二58除无法集成的器件外，整个系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去，系统电路板简洁，对减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。SOC使系统设计技术发生革命性变化，标志着一个全新时代到来。至此，已介绍了嵌入式处理器家族的各成员。由于单片机体积小、价格低

41、、很容易嵌入到系统中，应用十分广泛，且易掌握和普及，市场占有率最高。据统计，8051体系结构的单片机的用量占全部嵌入式处理器总用量的50%以上。因此，8051体系结构的单片机技术是首先要掌握的。59第59页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二59 嵌入式 控制器家族单片机DSPARMSOC51系列PICAVR凌阳MSP430MCS-51兼容第60页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二60作业（2012-2-22）P15 :5/6/10第61页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二61补充 数制与编码的简单回顾数制（即计数制，亦称记数制）是计数

42、的规则。十进制是人们日常生活中最熟悉的进位计数制。二进制是在计算机系统中采用的进位计数制。 位号76543210字节单字节表示范围：0255 1 数制第62页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二62双字节表示范围：065535 十六进制是人们在计算机指令代码和数据的书写中经常使用的数制。用0，1，9和A，B，F（或a，b，f）这16个符号来描述 。 位号1514131211109876543210字第63页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二632 编码 计算机中数以及数以外的其它信息（如字符或字符串）要用二进制代码来表示。这些二进制代码称为二进制编码。 2

43、.1 字符的二进制编码-ASCII码 常用字符的ASCII码 字符ASCII码字符ASCII码字符ASCII码字符ASCII码030HA41Ha61HSP(空格)20H131HB42Hb62HCR(回车)0DH232HC43Hc63HLF(换行)0AHBEL(响铃)07H939HZ5AHz7AHBS(退格)08H第64页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二642.2 二进制编码的十进制数-BCD码 用二进制码表示十进制数的代码称为BCD码 。十进制数BCD码十进制数BCD码00000B50101B10001B60110B20010B70111B30011B81000B4010

44、0B91001B8421BCD码表 用1个字节表示2位十进制数的代码，称为压缩的BCD码。 二进制码在1010B1111B范围时，属于非法码。 第65页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二65部分自然数的3种进制表示 自然数十进制二进制十六进制 自然数十进制二进制十六进制 00000B 0H九91001B 9H一10001B 1H十101010B AH二20010B 2H十一111011B BH三30011B 3H十二121100B CH四40100B 4H十三131101B DH五50101B 5H十四141110B EH六60110B 6H十五151111B FH七701

45、11B 7H十六161 0000B 10H八81000B 8H十七171 0001B 11H第66页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二66补充 常用数制和编码一、 二进制、十进制、十六进制1.二进制：是“0”和“1”这样的数、逢2进位。按权展开时权的基数为2。用后缀字母“B”表示。如：1001=123+022+021+120 =9（十进制数）2.十进制：是“0”“9”之间的数、逢10进位。按权展开时权的基数为10。用后缀字母“D”表示。如：1135=1103+1102+3101+5100 3.十六进制：是“0”“9”，“A,B,C,D,E,F”之间的数、逢16进位。按权展开时权的基数为16。用后缀字母“H”表示。如：1C5H=1162+12161+5160 =453D第67页，共73页，2022年，5月20日，2点57分，星期二67二、不同进制之间相互转换1、二进制、十六进制转化成十进制：将二、十六进制数按权展开相加即为相应的十进制数。如：1101 B=123+122+021+120 =13 D如：1F H=1161+15160 =31 D2、十进制转换成二进