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重慶大學通信工程學院 任勇,課程：單片機原理及應用,教材：單片機原理及應用 -使用Freescale S12X構(gòu)建嵌入式系統(tǒng) 任勇 等編著，清華大學出版社，2012年2月第1版 學時：理論32+實驗32=64 教學內(nèi)容與要求：見教學大綱 實驗內(nèi)容與要求：見實驗指導,重慶大學通信工程學院 任勇,第1章 概述,微型計算機 計算機技術(shù)帶來了科研和生活的許多重大變革，可以說，標志了人類社會進步文明的又一次飛躍；更得益于大規(guī)模集成電路進步與發(fā)展，計算機的重要分支-微型計算機的發(fā)展日新月異，應用日益廣泛，已滲透到生產(chǎn)、生活的各個方面，使許多領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動化程度得以大大提高，并且越來越多的領(lǐng)域和越來越多的時候，人們都需要微型計算機來進行工作或間接利用其工作。 微型計算機-簡稱微機；微機技術(shù)的發(fā)展又形成相互獨立、不同方向的兩大分支： 、通用微機系統(tǒng)-以微處理器為核心(Micro Processor Unit)，強調(diào)處理功用，解決多方位需求。表現(xiàn)形式：外設配備齊全的微機系統(tǒng) 、單片微機系統(tǒng)-以微控制器為核心(Micro Controller Unit)，強調(diào)控制功用，解決單一問題。表現(xiàn)形式：專用功能的嵌入式產(chǎn)品-嵌入式系統(tǒng)的表現(xiàn)形式之一,重慶大學通信工程學院 任勇,微型計算機的基本結(jié)構(gòu),重慶大學通信工程學院 任勇,1.1 單片機的定義、發(fā)展、特點及應用,定義 在一塊半導體芯片上，集成了CPU、ROM、RAM、I/O接口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等主要功能部件，構(gòu)成一個芯片級的微型計算機。 由于集成電路的進步，還可以包含/、/、通信接口等部件，功能日益增強。 術(shù)語稱謂 中文：微控制器=單片機=單片微機=單片微控制器 英文：MCU（Microcontroller Unit） 并非Single Chip Microcomputer 標準：微控制器（ MCU ）,重慶大學通信工程學院 任勇,MCU的發(fā)展 早期：以Intel公司為領(lǐng)袖，同步于通用微機，有個階段： 第一階段（19741978）初級，8位，MCS-48系列（帶并行I/O接口、定時器計數(shù)器、無串行IO接口） 第二階段（19781983）高級，8位，MCS-51系列（新增串行I/O接口、多級中斷等功能完備，拓寬了其應用范圍） 第三階段（1983）16位單片機，MCS-96系列（16位處理，含A/D轉(zhuǎn)換器，功能加強，速度加快） 其中：MCS-51系列獲得了最為廣泛的應用，典型型號為使用 Intel 8051內(nèi)核的89C51、89S51 其它類似：Motorola MC68HC05/08系列,重慶大學通信工程學院 任勇,目前：8位、16位、32位、64位并存，各廠家、多種類并存 注：字長(位)：CPU一次能夠運算處理的二進制位數(shù)。位數(shù)越高，運算處理能力越強。（有別與數(shù)據(jù)總線的位數(shù)） MCU的發(fā)展趨勢 可靠性 功能模塊 總線接口 CPU的處理位數(shù) 功耗、價格 MCU的主要生產(chǎn)廠家 Intel、Atmel、Philips（恩智浦，NXP）、Motorola、ADI、TI、Microchip、西門子、富士通、三星、凌陽、盛群 美國領(lǐng)先，中國沒有（龍芯？！）,重慶大學通信工程學院 任勇,MCU的特點 體積小，重量輕，價格低，耗電少，可靠性高（因內(nèi)部集成） 控制能力強（如位處理，直接I/O操作） 形成的產(chǎn)品生命周期長 資源有限（如引腳少、片內(nèi)存儲器容量不大，但可擴或選） 運算能力不強（如乘、除、大數(shù)據(jù)量等） MCU的應用范圍 幾乎“無所不在，無所不為” 滲透：工業(yè)控制、通信、交通、儀器儀表、家用電器、辦公自動化、汽車電子、PC外設,重慶大學通信工程學院 任勇,MCU與嵌入式系統(tǒng) MCU技術(shù)、FPGA技術(shù)和DSP技術(shù)，是目前數(shù)字電路系統(tǒng)設計領(lǐng)域公認的三大基礎性技術(shù)，以這三類技術(shù)形成的應用系統(tǒng)也是目前嵌入式系統(tǒng)的主要表現(xiàn)形式。 其中MCU技術(shù)最為經(jīng)典、應用成熟、受眾面廣。近年來，MCU技術(shù)發(fā)展迅速，已從傳統(tǒng)設計技術(shù)走向現(xiàn)代設計技術(shù)，其功能、速度、資源正在不斷加強，更加易于解決電子系統(tǒng)的嵌入性、微型化、低功耗、高可靠性和低價格等問題。 MCU的學習 MCU技術(shù)已經(jīng)成為廣大電子工程師和電類專業(yè)大學生必備的技能之一，是學習、理解、提高計算機應用開發(fā)能力的基礎學科，是應用型新技術(shù)發(fā)展的基石，其重要性是不言而喻的。 軟硬件兼顧并重 領(lǐng)會結(jié)構(gòu)原理、部件功能、常規(guī)接口方法 達到：能夠理解書本或別人的電路和程序，能夠看懂芯片廠家的原文數(shù)據(jù)手冊，能夠自行設計硬件電路和軟件程序 勤于實踐，應用創(chuàng)新,重慶大學通信工程學院 任勇,單片機技術(shù)的學習方法首先是模仿驗證、吸收消化，然后才是結(jié)合應用、自主創(chuàng)新。在這個學習過程中，需要領(lǐng)會單片機的結(jié)構(gòu)原理、單元部件功能、常規(guī)接口方法、特殊應用方案等，要讓單片機“動起來”解決實際問題，還要掌握匯編語言編程、C語言編程、調(diào)試系統(tǒng)、下載程序等方法，至于應用對象的行業(yè)知識可通過交流、查詢得到補充。 單片機應用系統(tǒng)設計涉及的相關(guān)技術(shù)很多，包括了MCU結(jié)構(gòu)原理、數(shù)字邏輯電路、模擬電子電路、硬件設計與制作、匯編語言編程、C語言編程、仿真調(diào)試、低功耗、抗干擾以及各種互聯(lián)接口等技術(shù)，在短時間內(nèi)全面掌握這些技術(shù)對于初學者來說是非常困難的。如果學習者具有深厚的基本功自然更好，假設有所欠缺也無妨，可以在單片機技術(shù)學習和應用的過程中重新回顧理解。實際上，有些知識或技術(shù)可以邊用邊學甚至用通了再反學，在應用中提高并積累，有些單元技術(shù)也不必深究硬啃，采用“拿來主義”共享，比如一些MCU典型電路、范例程序、基本模塊等。 經(jīng)過一段時間的基礎學習，單片機技術(shù)學習者最終需要做到三個“能夠”：能夠看懂書本或別人的電路和程序；能夠看懂芯片廠家的原文數(shù)據(jù)手冊（DataSheet）；能夠自行設計硬件電路和軟件程序。這樣，就是入門了。 需要指出的是，單片機的課堂教學內(nèi)容或書本知識，能幫助學習者快速入門、建立概念和掌握一般應用。但要成為單片機應用開發(fā)的高手或?qū)＜?，需要學習掌握的知識還很多，更需要自己摸索、實踐?！案呤种贰笔亲约鹤叱鰜淼?，并不是老師、教本能夠教出來的。,重慶大學通信工程學院 任勇,1.2 MCS-51單片機的基本了解,主要特性： 8位CPU，111條指令， DIP封裝(常用)， 40引腳， 128Bytes RAM，4KBytes EEPROM(FLASH)， 4個8位并行I/O口，1個串行I/O口，2個定時器， 5個中斷源， 引腳說明： 參見書P5 51單片機的引腳從名稱上反映出功用，并且具有下列特點： 功能多，引腳數(shù)少，許多引腳具有第二功能。 對外呈三總線形式： 地址總線：P0口、P2口合成16位； 數(shù)據(jù)總線：P0口8位； 控制總線：由ALE、/PSEN、RST、/EA、/INT0、/INT1、T0、T1、/WR、/RD共10個引腳構(gòu)成。,重慶大學通信工程學院 任勇,AT89C51的最小系統(tǒng),最小系統(tǒng)電路原理圖,匯編語言程序： ORG 0000H SJMP START ORG 0040H START: SETB P1.0 CLR P1.0 SJMP $ 運行結(jié)果：點亮LED燈,重慶大學通信工程學院 任勇,1.3 Freescale單片機,關(guān)于Freescale Freescale（飛思卡爾）半導體公司是全球最大的半導體公司之一，其前身為Motorola（摩托羅拉）半導體部，2004年從摩托羅拉分拆上市。它從1953年開始從事半導體業(yè)務，是世界半導體產(chǎn)業(yè)與技術(shù)的開拓者，為汽車電子、消費電子、工業(yè)控制、網(wǎng)絡和無線市場設計并制造了眾多的嵌入式半導體產(chǎn)品, 在微控制器領(lǐng)域長期居于全球市場領(lǐng)先地位。如1983年推出的MC68HC05是世界產(chǎn)量第一的8位單片機（產(chǎn)量第二的是8051單片機）,重慶大學通信工程學院 任勇,Freescale MCU 產(chǎn)品線 流水線指令結(jié)構(gòu)，按位數(shù)分為： 低端8位機-HC05、HC08、HCS08、RS08系列 中端16位機-HC12、S12、S12X系列 高端32位機或DSC型- PowerPC、Coldfire、ARM、M.CORE、DSC系列 總體特點 品種全、選擇余地大、新產(chǎn)品多（紛繁）、個性化 應用領(lǐng)域極廣，尤其在汽車、工業(yè)、手機領(lǐng)域 在同樣速度下所用的時鐘頻率較Intel類單片機低很多，因而使得高頻噪聲低，抗干擾能力強，更適合用于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境。 重視大客戶，缺乏中小用戶（近年正在改善）,重慶大學通信工程學院 任勇,重慶大學通信工程學院 任勇,S12系列單片機,位數(shù)- 增強型16位 CPU內(nèi)核- HC12 S12 （兼容，統(tǒng)稱為HCS12） 最高總線頻率- 8MHz 25MHz 特性 具有片內(nèi)FLASH存儲器、RAM、EEPROM (K量級) CPU編碼效率高 背景調(diào)試（BDM，單線，低成本，在線全仿真、下載） 子系列 MC9S12A、 MC9S12B、 MC9S12D-通用 MC9S12H、 MC9S12L-帶液晶驅(qū)動 MC9S12E128、 MC9S12E64-低供電電壓 MC9S12UF32-帶USB接口 MC9S12NE-帶以太網(wǎng)接口,重慶大學通信工程學院 任勇,S12X系列單片機,位數(shù)- 增強型16位 CPU內(nèi)核- S12 S12X （兼容，統(tǒng)稱為S12(X)） 比S12增加2條與CCR寄存器相關(guān)的指令及其它 最高總線頻率- 25MHz 50MHz 新增特性 XGATE模塊-并行處理，達32位MCU的性能水平 FlexRay模塊-新型的通信協(xié)議，高達10Mbps的數(shù)據(jù)速率 子系列 S12XB、S12XD-通用型 S12XE-S12系列中性能最高的 S12XS-低成本車身電子 S12XF-面向底盤控制應用的FlexRay系列 S12XH-業(yè)界第一款集成TFT圖形顯示驅(qū)動，儀表板應用,重慶大學通信工程學院 任勇,表1-1 S12與S12X系列中的部分MCU主要性能,重慶大學通信工程學院 任勇,選用S12(X)單片機的理由,重慶大學通信工程學院 任勇,Freescale S12(X)系列MCU的命名規(guī)則,產(chǎn)品狀態(tài) MC：Fully Qualified，常用 ROM存儲器類型標志 無：帶ROM或無，7：EPROM， 8：EEPROM，9：FLASH （常用） CPU標志 CPU內(nèi)核，S12或S12X 子系列標志 如DG：DG系列產(chǎn)品,存儲空間大小及版本 256B：256K，B為FLASH版本 工作溫度范圍標志 無：商用070 ；C：-4085 V：-40105 ；M：-40125 封裝標志 例，F(xiàn)U：QFP；PV、AL:LQFP 無鉛組裝標志 E：生產(chǎn)過程無鉛化,MC 9 S12