第1章 单片机的概述-55949

沈阳航空航天大学计算机学院单片微型计算机原理及应用第一章单片机概述电子计算机概述1.1单片机的定义及分类1.2单片机的特点1.3单片机的应用1.4MCS-51单片机简介1.5单片机的选型1.6单片机的开发1.7单片机与嵌入式系统的关系1.81.1电子计算机概述1946年2月15日，第一台电子数字计算机问世。标志着计算机时代的到来，对人类的生产和生活方式产生了巨大的影响。ENIAC（埃尼阿克）天河-1A（天津国家超级计算中心，2010年11月时最快，现今第10名）2013年全球最快的超级计算机天河二号（国防科学技术大学，现今第1名）Sequoia（美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室）“京”（日本独立行政法人理化学研究所）2013年全球最快的超级计算机Mira（美国阿尔贡国家实验室）泰坦（美国能源部下属橡树岭国家实验室）冯·诺依曼提出“程序存储”和“二进制运算”的思想，构建了计算机经典结构：存储器控制器运算器输入设备输出设备思考：如果将存储器、运算器、输入输出接口全部集成在一块小芯片上，这块芯片会有什么作用呢？1.2单片机的定义及分类

单片机就是将CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。因此，一块芯片就构成了一台微型计算机。它已成为工业控制领域、智能仪器仪表、武器系统、日常生活中最广泛使用的计算机形式。(SingleBoardComputer的集成形式)

MicrocontrollerµCMCUWhy?

通用计算机---各部件功能很强，需一个或几个芯片。在很多应用系统中，对各部件的功能要求不是很高，因此有可能将多个功能部件集成到一个芯片上。优点：体积、重量、可靠性、价格、装配成本、功耗单片机单片机单片机内含：CPU存储器I/O接口单片机的分类一、按字长：4位、8位、16位、32位

8位机仍是主流

16位和32位？二、按应用：通用型如8051专用型电话机、电视机、遥控器、传真机、空调、微波炉、洗衣机、电冰箱、玩具、手机、打印机、键盘等单片机的发展概况第一阶段（1976~1978年）：低性能单片机阶段。主要用于工业领域。第二阶段（1978~1982年）：高性能单片机阶段。应用范围较广，并在不断的改进和发展。第三阶段（1982~1990年）：16位单片机阶段。实时处理能力更强，体现了微控制器的特征。第四阶段（1990年~）：微控制器的全面发展阶段。各公司的产品在尽量兼容的同时，向高速、强运算能力、寻址范围大以及小型廉价方面发展。单片机发展趋势一、功能集成化（通用型）：A/D,D/A,I2C,WDT,PWM二、专用化：适合特殊用途的单片机（SoC)如电话IC等三、高速化：速度越来越高，可实现复杂的控制算法四、字长增加：更适合于复杂控制算法和数字信号处理五、存储容量增加：更适合于数据处理和程序较长的应用存储器类型：FLASH取代EPROM六、低功耗：CMOS工艺、低电压（3.3,2.7,2.5,1.8,1.2）空闲方式、掉电方式、时钟切换七、新技术：RISC、ISP、IAP（固件更新，非易失性存储）、JTAG、JAVAVM、嵌入式Internet1.3单片机的特点

价格低廉1.3单片机的特点体积小1.3单片机的特点

简单易用指令系统简单，支持高级语言◆只有111条汇编指令◆支持C等高级语言

功能灵活型号种类繁多，发展迅速◆Intel、Atmel、Philip、Motorola、Microchip等厂家均推出了多个系列不同配置，独具特色的单片机，其中包括8位机、16位机和32位机可靠性相对PC而言较高控制功能较PC强思考：根据单片机以上的特点，你认为单片机主要应用在哪些场合？1.4单片机的应用机电一体化◆机电一体化是机械工业发展的重要方面，机电一体化产品是集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品。例如:现代汽车已经成为机电一体化技术应用最成功的产品之一，在汽车发动机控制、ABS控制、门窗控制、安全气囊控制、空调、音响等，无一不是集成了单片机控制的智能化机电一体化产品。据统计，在一辆高档轿车内，已经继集成了30-100个不同的微处理器。

一台BMW-7系列轿车就用了63个单片机1.4单片机的应用

智能仪器仪表：数字化、智能化、功能多、性能好误差校正、线性化处理等可用软件实现1.4单片机的应用

工业现场控制在各种实时控制系统中，单片机得到了广泛的应用，如流量、液位、转速、位移、压力、温度等测量和控制工业上过程控制中的各种物理参数，经过单片机的实时处理和控制，可以控制得到一个精确度很高的水平。单片机和测量技术、自动化控制技术相结合，数据处理和实时控制功能能够得到充分的发挥，使系统处于最佳工作状态，提高系统的生产效率和产品质量。1.4单片机的应用

军事技术由于单片机使用温度范围广，利用可靠性高、适应各种恶劣环境的特点，在导航制导、鱼雷制导控制、智能武器装备、航天飞机巡航系统等领域，单片机也得到了广泛的应用。1.4单片机的应用分布式控制系统在较复杂的系统中，都采用分布式多机系统，分布式系统具有功能强、可靠性高的特点。利用单片机构成的分布式测控系统，系统中有若干台由单片机组成的功能各异的仪器设备，之间通过通信相互联系和交换数据，各自完成特定的任务的同时协调完成整体任务，能同时采集或处理的信息更多。1.4单片机的应用家用电子产品

1.5MCS-51单片机简介（一） MCS-51的结构使其特别适用于实时控制、智能仪表、分布式控制系统基本型：4KBROM，128BRAM，4个8位并行口，一个全双工串行口，两个16位定时器/计数器集成度高、可靠性高、功能强（有加、减、乘、除及各种逻辑运算和转移指令，有强大的位操作功能）分类：ROM型：80514KBROM，ROM由厂家定制（专）EPROM型：87514KBEPROM无ROM型：8031无ROM，必须外接程序存储器1.5MCS-51单片机简介（二）兼容型：

AT89C51/2ATMELGMS97C51LGPHILIPS80C51系列80C552（A/D）

80C592（CAN总线）

89C51RX2（FLASH，XRAM）

SiliconLabsC8051FxxxDALLASTI

等等

1.6单片机的选型型号制造技术片内程序存储器片内数据存储器8051AHHMOSROM(4k)128字节8031AHAHMOS无128字节8751HHMOSEPROM（4K）128字节80C51CHMOSROM（4K）128字节80C31CHMOS无128字节8052HMOSROM（8K）256字节8032HMOS无256字节MCS-51系列型号1.6单片机的选型单片机选型受多种因素的影响不同厂家：INTEL,PHILIPS,ATMEL,DALLAS,SILABS,MOTOROLA,MICROCHIP,SGS-THOMSON,SIEMENS,NEC,HITACHI,TOSHIBA

同一厂家，不同产品：如SiliconLabsC8051F单片机百余种，资源不同，封装形式不同

按应用：硬件资源情况按开发手段：现有开发设备，购置新设备成本，熟练程度等按批量大小：EPROM（FLASH）、OTP、ROM固件更新方式：是否需要ISP、IAP功能1.7单片机的开发单片机自身无开发能力，须借助开发机完成：排除硬件故障和软件错误程序固化到程序存储器芯片中。正确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。完成该目标的过程称为单片机应用系统的开发。电路板制作

使用Protel99SE软件设计制版、安装器件、焊接1.7.1单片机的硬件设计单片机开发板自制PCB板指令的表示形式指令是让单片机执行某种操作的命令，按一定的顺序以二进制码的形式存放于程序存储器。如：04H:累加器A的内容加1，难记！00000100B04HINCA记忆容易。称为符号指令。1.7.2单片机的软件编制现在还常采用高级语言（如C51）进行单片机应用程序的设计。汇编或编译，将符号指令转换成机器码的过程称为汇编。常用的汇编方法有三种：

手工汇编驻留汇编（利用开发机的驻留汇编程序）交叉汇编（利用普通的PC机）目标文件生成利用WAVE生成目标文件

仿真：软件仿真、硬件仿真软件界面硬件仿真器1.7.3wave