单片机应用项目化教程 教案 1-1认识单片机 - 什么是单片机

单片机应用技术课程知识导学“芯”的开始--什么是单片机

“芯”的开始--什么是单片机目前，单片机已渗透到我们的生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹，它“如影随形”是我们身边“最熟悉的陌生人”。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通信与数据传输，工业自动化过程的摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具，电子宠物等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，认识单片机、学习单片机、掌握单片机的开发与应用是电子信息过程、自动控制等专业领域工程技术人员必备的知识。什么是计算机？计算机（computer）是一种用于高速计算的电子计算机器，可以进行数值计算，又可进行逻辑计算，还具有记忆功能，是能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代智能电子设备。计算机有硬件系统和软件系统组成。硬件系统是借助电、磁、光、机械等原理构成的各种物理部件的有机组合，是计算机赖以工作的实体；软件系统是各种程序和文件，用于指挥全系统按指定的要求进行工作。计算机硬件系统和软件系统缺一不可。计算机发展：随着电子技术、控制理论是发展，计算机系统向两个方向发展，即:一方面想着高速度、通用化、大型化发展。例如我国研制的银河系统巨型机。另一方面想着微型化、专业化方向发展。例如日常使用的个人计算机、单片机。计算机分类：1、按照信息和数据的处理方式可分为数字计算机和模拟计算机。数字计算机：是用不连续的数字量，即“0”和“1”来表示各种信息，基本运算部件是数字逻辑电路。数字计算机的精度高、存储量大、通用性强，能够胜任科学计算、信息处理、实时控制、智能模拟等方面的工作。模拟计算机：是用连续变化的模拟量，即电压表示信息，基本运算部件是放大器构成的微分器、积分器等运算电路。模拟电子计算机解题速度快、但精度不高、信息不易存储、通用性差。模拟混合计算机：是综合数字模拟两种计算机的长处设计，既处理数字量，又处理模拟量。结构复杂。2、按照规模和处理能力可分为:巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。其中微型机发展最快。3、按照应用领域可分为专用计算机和通用计算机两类。微型计算机组成及工作原理计算机历经电子管数字机（1958-1964）。集成电路数字机（1964-1970）和大规模集成电路机（1970-今）四代的发展。1971年美国硅谷诞生了第一台微处理器芯片，开创了微型计算机时代，成为了计算机领域的重要分支之一。微型计算机不但具有计算速度快、精确、程序控制等特点，而且体积小、功耗低、价格便宜。被广泛应用于社会生产、生活中。1、硬件系统微型计算机硬件系统通常由运算器、控制器、存储器、输入输出接口和外围设备等组成。运算器和控制器够成中央处理单元（CPU），是整个微机的核心。存储器分为程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM），是用来存放程序和数据的存储空间。输出输入接口（I/O）是连接外围设备的通道和桥梁。外围设备是微型机采集数据和被控制的对象。微型计算机通过内部总线将CPU、存储器、I/O口和外设连接在一起，形成微型计算机系统。2、软件系统微型计算机所使用的各种程序的总称，称为软件系统。通常分为系统软件和应用软件两大类。①系统软件系统软件是指控制和协调计算机及外设，支持应用如何开发和运行的系统。是无需用户干预的各种程序的集合。例如：Windows7软件。系统软件主要功能是调度计算机、监督和维护计算机系统；负责管理计算机系统中各种独立硬件，使它们可以协调工作。系统软件主要分为：操作系统（OS）；程序设计语言（机器语言、汇编语言和高级语言）；语言处理程序（汇编和编译）；数据库管理程序以及系统辅助处理程序等。②应用软件应用软件是用户可使用的各种程序设计语言，以及各种程序设计语言编写的应用程序集合。3、微型计算机的工作原理1946年，美籍匈牙利数学家冯•诺依曼提出“存储程序和程序控制”的计算机基本工作原理。称为“存储程序控制”原理。时至今日，尽管计算机软、硬技术的飞速发展，但计算机本身的体系结构并没有明显的突破，当今的计算机仍属于冯•诺依曼架构。该原理的主要内容是:①计算机硬件设备由运算器（ALU）、控制器（CPU）、存储器（ROM+RAM）、输入设备和输出设备五部分组成；②采用二进制形式表示各种指令及数据；③存储程序思想：把计算过程描述为由许多命令按照一定顺序组成的程序，并预先存放在存储器中，计算机在工作的时候能够高速地从存储器中取出指令，并加以执行；最后将结果输出。微型计算机的工作过程：1、将程序和数据通过输入设备送入存储器（ROM）；2、计算机启动后（上电），自动从存储器中取出程序指令（或数据）送到控制器去识别，分析该指令要做事的内容；3、控制器根据指令的含义发出相应的命令，将存储单元中存放的操作数取出送往运算器进行运算，再把运算结果反送回存储器指定的单元中；4、当运算任务完成后，就可以根据指令将结果通过输出设备输出。单片微型计算机（Microcontrouers）1、定义：单片微型计算机（Single-ChipMicrocomputer），又称单片机或者微控制器（MCU）是将微型计算机的基本部分微型化的集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、存储器（ROM+RAM），多种输入输出接口（I/O）以及中断系统、定时/计数器、A/D转换等外围电路集成到一块硅片上构成一个小而完善的计算机系统。由于单片机的重要应用领域为智能化电子产品，一般需要将其嵌入仪器设备内，故单片机单片机又称为嵌入式微控制器（EembeddedMicrontroller）。单片机特别适合控制领域，故又称微控制器（MicroControlUnit）。中文“单片机”的称呼是由英文名称“Single-ChipMicrocomputer”直接翻译过来的。单片机只要合适当的软件及外设相结合，便可成为一个单片机控制系统。2、特点：单片机在软件的控制下，能够准确、迅速、高效的完成程序设计者事先规定的任务。同时，具有结构简单、使用方便、成本低、运行稳定、可靠性高，易实现模块化、低电压、低功耗等特色。单片机主要特点如下：高集成度，体积小，到可靠性单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令、常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。控制能力强为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统具有极丰富的条件分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。低电压，低功耗，便于生产便携式产品单片机广泛适用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V~3.6,而工作电流仅为数百微安。(4)

易扩展

片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。

(5)

优异的