单片机原理及应用（第5版） 课件 绪论

绪论主要内容：本课程的主要内容、学习方法、学习要求、参考书。

单片机的基本概念、发展过程、发展趋势、应用领域、市场前景、单片机的选型和典型单片机性能概览。目的在于使学生了解单片机，重视单片机技术的学习。1.单片机的基本概念

单片微型计算机（Single-ChipMicrocomputer）：简称单片机，将微处理器（CentralProcessingUnit，CPU）、存储器ROM（ReadOnlyMemory，只读存储器）和RAM（RandomAccessMemory，随机存储器）、定时器/计数器、中断系统、输入/输出接口（I/O接口）、总线和其他多种功能器件集成在一块芯片上的微型计算机。也称为嵌入式微控制器（EmbeddedMicrocontroller）。单片机的特点：可靠性高、便于扩展、控制功能强、具有丰富的控制指令、低电压、低功耗、片内存储容量较小、集成度高、体积小、性价比高、应用广泛、易于产品化等。

单片机技术的应用已经深入到国民经济与人民生活的各个领域2.学习单片机的重要性

请稍微留心一下我们的周围，看看周围由于应用单片机后发生了什么变化？

单片机作为最典型的嵌入式系统，它的成功应用推动了嵌入式系统的发展。单片机已成为电子系统中最普遍的应用手段，除了单独设课程外，在涉及的许多实践环节，如课程设计、毕业设计乃至研究生论文课题中，单片机系统都是最广泛的应用手段之一。在高校中大力推行的各种电子设计竞赛中，采用单片机系统解决各类电子技术问题已成为主要方法之一。3.单片机的发展过程1974年，美国仙童（Fairchild）公司研制了世界上第一台单片机F8。标志着单片机诞生。单片机的发展通常可以分为以下4个阶段。第一阶段（1974—1976年）：单片机初级阶段。特点：制造工艺落后，集成度低，采用双片形式。代表产品：Fairchild公司推出的F8系列。第二阶段（1977—1978年）：低性能单片机阶段。特点：在单片芯片内集成CPU、并行口、定时器/计数器、RAM和ROM等功能部件，但性能低。代表产品：Intel公司的MCS-48系列、GI公司的PIC1650。第三阶段（1979—1982年）：高性能单片机阶段。特点：存储容量、寻址范围、中断源、并行I/O接口和定时器/计数器的个数都有了不同程度的增加，并且集成有全双工串行通信接口。指令系统增设了乘除法、位操作和比较指令。代表产品：Intel公司的MCS-51系列、Motorola公司的MC6805系列、TI公司的TMS7000系列、Zilog公司的Z8系列等。3.单片机的发展过程第四阶段（1983年至今）：8位单片机巩固发展及16位、32位单片机推出阶段。特点：工艺先进，集成度高，内部功能强，运算速度快。代表产品：

Motorola的MC68HC16系列、Intel的MCS-96系列、TI（德州仪器）的MSP430系列，Microchip、Atmel、三菱、itachi（日立）、Philips（飞利浦）、ST（意法半导体公司）等公司都有相应产品。近年来出现的32位单片机，是单片机的顶级产品，具有较高的运算速度。代表产品有：ST公司的STM32系列（基于

ARMCortex™-M3内核）、Motorola公司的M68300系列、Silabs公司的Precision32系列、Microchip公司的PIC32MX系列、TI公司的F28×系列和Hitachi公司的SH系列等。3.单片机的发展过程

单片机的发展从嵌入式系统的角度可分为SCM、MCU、SOC三大阶段。1974-1976年：4位、8位单片机、

Fairchild双片的

F8系列1977-1978年：8位单片机

IntelMCS-48系列1979-1982年：高档8位单片机

IntelMCS-51系列

8031/8051/8751、8032/8052/8752

低功耗型80C31、高性能型80C252、廉价型89C2051/10511983年-至今

16位单片机

IntelMCS-96系列

8098/8096、80C198/80C196，DSP

32位单片机

ARM系列4．单片机的发展趋势

目前，单片机的主流仍然是8位高性能单片机。其发展具体体现在CPU功能增强、性能提高、集成度提高、外围电路的内装化、大存储容量、制造工艺不断提高、接口性能不断提高、可靠性不断提高、功耗越来越低、编程及仿真技术的简单化、使用实时操作系统。单片机的发展是为了满足不断增长的传感器接口、电气接口、功率驱动接口、人机接口、通信网络接口等方面的要求，以适应自动检测与控制要求。5.单片机技术的应用领域

单片机具有结构简单、应用方便、软硬件结合、功能强、体积小、价格低、应用方便、易于掌握和普及、易于产品化、易于嵌入到各种应用系统中等优点。因此，以单片机为核心的嵌入式系统在工业、农业、国防、军工、医疗、汽车电子、智能仪器仪表、家用电器、消费类电子等领域都发挥着十分重要的作用，单片机应用的市场前景非常广阔。主要应用于工业检测与控制、仪器仪表、消费类电子产品、计算机外围设备、网络与通信的智能接口、军事与航空、办公自动化、医疗器械、汽车电子设备、分布式多机处理系统等方面。大量单片机——嵌入式技术已经无处不在。正迅速改变着人们传统的生产和生活方式。

选择原则：主要从指令结构、程序存储方式和功能等方面选择单片机。（1）指令结构

按指令结构可将单片机分为复杂指令集CISC和精简指令集RISC两种结构。结构和精简指令集结构两种。

CISC（ComplexInstructionSetComputing）结构：冯·诺依曼结构。如8051系列、M68HC系列、AT89系列、W78系列等。

RISC（ReducedInstructionSetComputing）结构：哈佛结构。如PIC系列、Z86系列、AVR系列、KS57系列、EM78系列等。6．单片机的选择（2）程序存储方式

根据程序存储方式的不同，单片机可分为ROMless（片内无ROM，需片外扩展EPROM）、EPROM、OTPROM、FlashROM和MaskROM五种。目前，单片机大都将程序存储体置于其内，给应用带来了极大的方便。（3）功能

有的单片机内部除基本功能外,可能包含有以下功能部件：串行通信接口（SCI），串行外设接口（SPI），PWM，Watchdog，D/A转换器、A/D转换器，LED、LCD、屏幕、荧光（VFD）等显示驱动器，键盘中断,双音多频（DTMF）接收/发生器，保密通信控制器，锁相环（PLL），调制解调器，直接存储器存取（DMA）等。（4）单片机的种类

Intel公司的MCS-51系列、Motorola、Microchip公司的PIC系列、美国德州仪器（TI）公司的MSP430系列、Atmel公司生产的AVR系列、台湾义隆公司(EMC)生产的EM78系列。此外，还Zilog、EM78、Scenix、NEC、Epson、NS、三星、富士通、华邦、Philips等公司生产的单片机系列。

典型单片机有MCS-51、MSP430、EM78、PIC、Motorola、AVR等。

Intel公司的MCS-51单片机为主流产品，经典，许多半导体厂家以MCS-51系列中的8051为基核，推出了许多兼容性的CHMOS单片机----80C51系列。性能见表0.1。

Motorola单片机是世界上较大的单片机厂商之一。品种全、选择余地大、新产品多。其特点是噪声低，抗干扰能力强，比较适合于工控领域及恶劣的环境性能见表0.2。

Microchip公司生产的PIC单片机是市场份额增长较快的单片机。其特点是运行速度快，低价位，适用于量大、档次低、价格敏感的产品。为低电压、低功耗、大电流LCD驱动、低价格产品，性能见表0.3。

7.典型单片机性能概览

美国德州仪器（TI）公司生产的MSP430单片机为低电压、低功耗产品，功能较强，主要应用于智能小区及四表系统。性能见表0.4。台湾义隆公司(EMC)生产的EM78单片机为低功耗产品，价格较低，优越的数据处理功能。性能见表0.5。

Atmel公司生产的AVR为高速、低功耗产品，支持ISP、IAP，I/O口驱动能力较强。性能见表0.6。表0.1MCS-51系列单片机的性能一览表系

列典型芯片I/O口定时器/计数器中断源串行通信口片内RAM片内ROM51系列80C314×8位2×16位51128字节无80C514×8位2×16位51128字节4KB掩膜ROM87C514×8位2×16位51128字节4K