電子信息科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論論文

1、 廣州商學(xué)院課 程 論 文題目：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)課 程 名 稱(chēng) 電子信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論 考 查 學(xué) 期 2015/2016學(xué)年 第一學(xué)期 考 查 方 式 課程論文 姓 名 鄒漢輝 學(xué) 號(hào) 201508030045 專(zhuān) 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 成 績(jī) 指 導(dǎo) 教 師 胡允娥 電子信息科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論論文 鄒漢輝 緒 論 單片機(jī)是一種采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的各硬件集成到一塊硅膠上構(gòu)成的小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所以它具有體積小、功能強(qiáng)、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)，目前正以前所未見(jiàn)的速度取代著傳統(tǒng)電子線路構(gòu)成的經(jīng)典系統(tǒng)，蠶食著傳統(tǒng)數(shù)字電路與模擬電路固有的領(lǐng)地。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便

2、宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。 現(xiàn)在，單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛。彩電、冰箱、空調(diào)、錄像機(jī)、VCD、遙控器、游戲機(jī)、電飯煲等無(wú)處不見(jiàn)單片機(jī)的影子，單片機(jī)早已深深地融入我們每個(gè)人的生活之中。一單片機(jī)的原理1.1.1單片機(jī)的名稱(chēng)：?jiǎn)纹C(jī)是早期 Single Chip Microcomputer 的直譯，它忠實(shí)地反映了早期單片微機(jī)的形態(tài)和本質(zhì)。單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)（Single Chip Microcomputer），又稱(chēng)微控制器（Microcomputer Unit）。將計(jì)算機(jī)的基本部件微型化，使之集成在一塊芯片上。片內(nèi)含有 CPU、ROM、RAM、并行 I/O、串行 I/O、定時(shí)器

3、/計(jì)數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)時(shí)鐘及總線等。隨后，按照面向?qū)ο?、突出控制功能，在片?nèi)集成了許多外圍電路及外設(shè)接口，突破了傳統(tǒng)意義的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，發(fā)展成 microcontroller 的體系結(jié)構(gòu)，目前國(guó)外已普遍稱(chēng)之為微控制器 MCU（Micro Controller Unit）。鑒于它完全作嵌入式應(yīng)用，故又稱(chēng)為嵌入式微控制器 Embedded Microcontroller）。1.1.2 通用單片機(jī)和專(zhuān)用單片機(jī)根據(jù)控制應(yīng)用可分為：通用型和專(zhuān)用型兩大類(lèi)。1、早期通用型單片微機(jī)。通過(guò)不同的外圍擴(kuò)展來(lái)滿(mǎn)足不同的應(yīng)用對(duì)象要求。2、隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大出現(xiàn)了專(zhuān)門(mén)為某一類(lèi)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的單片機(jī)專(zhuān)用型單片微機(jī)。目的：

4、降低成本、簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提高可靠。如：用于計(jì)費(fèi)率電表、用于電子記事簿的單片機(jī)等。1.1.3 單片機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)通常是指芯片本身，集成的是一些基本組成部分。是典型的嵌入式系統(tǒng)的主要構(gòu)成單元，只能作為嵌入式應(yīng)用，即嵌入到對(duì)象環(huán)境、結(jié)構(gòu)、體系中作為其中的一個(gè)智能化控制單元。如：洗衣機(jī)、電視機(jī)、VCD、DVD 等家用電器，打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、通信設(shè)備、智能儀表、現(xiàn)場(chǎng)總線控制單元等。單片機(jī)系統(tǒng)是在單片機(jī)芯片的基礎(chǔ)上擴(kuò)展其它電路或芯片構(gòu)成的具有一定應(yīng)用功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中包括了滿(mǎn)足對(duì)象（如洗衣機(jī)）要求的全部硬件電路和應(yīng)用軟件。構(gòu)成各種嵌入式應(yīng)用的電路系統(tǒng)，統(tǒng)稱(chēng)為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片微機(jī)應(yīng)用

5、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常分三個(gè)層次，即單片機(jī)、單片機(jī)系統(tǒng)、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)：通常是應(yīng)用系統(tǒng)的主機(jī)，設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，為所選擇的單片機(jī)系列器件。單片機(jī)系統(tǒng)：?jiǎn)纹C(jī)資源的擴(kuò)展，外圍接口電路進(jìn)入片內(nèi)，終向單片應(yīng)用系統(tǒng)集成發(fā)展。終產(chǎn)品的目標(biāo)系統(tǒng)，除了硬件電路外，還須嵌入系統(tǒng)應(yīng)用程序。按照所選擇的單片機(jī)，以及單片機(jī)的技術(shù)要求和嵌入對(duì)象對(duì)單片機(jī)的資源要求構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)：按照單片機(jī)要求在外部配置單片機(jī)運(yùn)行所需要的時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等，構(gòu)成了單片機(jī)的小應(yīng)用系統(tǒng)。在單片機(jī)中 CPU 外圍電路不能滿(mǎn)足嵌入對(duì)象功能要求時(shí)，在單片機(jī)外部擴(kuò)展 CPU 外圍電路，如存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷源等，形成能

6、滿(mǎn)足具體嵌入應(yīng)用的一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。1.1.4 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)是單片機(jī)的開(kāi)發(fā)調(diào)試的工具，有單片單板機(jī)和仿真器。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬、軟件開(kāi)發(fā)。MDS（微型機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)）、ICE（在線仿真器）1.1.5 單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和軟件有三類(lèi)機(jī)器語(yǔ)言 (Machine Language)匯編語(yǔ)言 (Assemble)高級(jí)語(yǔ)言 (High Level Language)機(jī)器語(yǔ)言：?jiǎn)纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)只使用機(jī)器語(yǔ)言（指令的二進(jìn)制代碼，又稱(chēng)指令代碼）。機(jī)器語(yǔ)言指令組成的程序稱(chēng)目標(biāo)程序。匯編語(yǔ)言：與機(jī)器語(yǔ)言指令一一對(duì)應(yīng)的英文單詞縮寫(xiě)，稱(chēng)為指令助記符。匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序，稱(chēng)為匯編語(yǔ)言程序。

7、高級(jí)語(yǔ)言：簡(jiǎn)單控制程序不太長(zhǎng)。復(fù)雜多種多樣的控制對(duì)象，少有現(xiàn)成程序借鑒。簡(jiǎn)單系統(tǒng)不含管理和開(kāi)發(fā)功能。復(fù)雜系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，需要監(jiān)控系統(tǒng)（甚至實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)）。編譯型高級(jí)語(yǔ)言可生成機(jī)器代碼；解釋型高級(jí)語(yǔ)言必須在解釋程序支持下直接解釋執(zhí)行。因此，只有編譯型高級(jí)語(yǔ)言才能作為微機(jī)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。不同計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的應(yīng)用：源程序通過(guò)編譯得到機(jī)器能執(zhí)行的目標(biāo)程序。匯編語(yǔ)言程序可以高效率利用計(jì)算機(jī)資源，目標(biāo)程序占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，適合于自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)反應(yīng)快速、結(jié)構(gòu)緊湊的要求。實(shí)際應(yīng)用中，常與 C 語(yǔ)言配合使用。高級(jí)語(yǔ)言程序容易掌握，通用性好，但編譯程序系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)大，目標(biāo)程序占用內(nèi)存多，且執(zhí)行時(shí)間比較長(zhǎng)，多用于科學(xué)計(jì)算

8、、工業(yè)設(shè)計(jì)、企業(yè)管理。1.2 單片機(jī)的發(fā)展 1.2.1 單片機(jī)發(fā)展概述 1、第一代（19461958）：電子管計(jì)算機(jī)。 用于：科學(xué)計(jì)算 2、第二代（19581964）：晶體管計(jì)算機(jī)。 用于：科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制 3、第三代（19641971）：集成電路計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)。 用于：科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制、事務(wù)管理。 4、第四代（1971 ）：大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。 用于：計(jì)算量極大的高尖技術(shù)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域出現(xiàn)了微型機(jī)。 5、第五代：智能型計(jì)算機(jī)正在研制中。 用于：模擬人的智能，識(shí)別圖像、語(yǔ)言和物體，聯(lián)想、推理、解答問(wèn)題，使用自然語(yǔ)言進(jìn)行會(huì)話(huà)處理。 1.3 單片機(jī)的應(yīng)用 1.3.1 單片機(jī)

9、應(yīng)用的特點(diǎn) 單片機(jī)的應(yīng)用很廣泛，特點(diǎn)很多，僅從應(yīng)用的角度來(lái)看： 計(jì)算機(jī)的控制應(yīng)用分為： 1、控制系統(tǒng)離線應(yīng)用：控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（控制系統(tǒng) CAD） 2、控制系統(tǒng)在線應(yīng)用：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)使用單片機(jī) 工業(yè)控制領(lǐng)域與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同的要求： (1)面對(duì)控制對(duì)象:面對(duì)物理量傳感變換的信號(hào)輸入； 面對(duì)人機(jī)交互的操作控制； 面對(duì)對(duì)象的伺服驅(qū)動(dòng)控制。 (2)嵌入到工控應(yīng)用系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)形態(tài)。 (3)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中可靠性品質(zhì)。 (4)突出控制功能。對(duì)外部信息及時(shí)捕捉； 對(duì)控制對(duì)象能靈活地實(shí)時(shí)控制； 有突出控制功能的指令系統(tǒng)， 如 I/O 口控制、位操作、豐富的轉(zhuǎn)移指令等。 1.3.2 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

10、 工業(yè)自動(dòng)化方面： 力、熱、速度、加速度、位移。 儀器儀表： 降低成本、簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提高可靠性。 家用電器： 小家電中要求小型價(jià)廉、程序容量不大。 信息和通信產(chǎn)品： PDA 則要求大容量存儲(chǔ)、大屏幕 LCD 顯示、極低功耗等。 軍事裝備方面： 可靠性、極低功耗。 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域： 1、用單片機(jī)構(gòu)成智能化產(chǎn)品： 在智能儀器儀表中的應(yīng)用；在家用產(chǎn)品中的應(yīng)用；在醫(yī)療儀器中的應(yīng)用； 在計(jì)算機(jī)外部設(shè)備中的應(yīng)用。 2、 單片機(jī)在工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域中的應(yīng)用：過(guò)程控制： 數(shù)控銑床、步進(jìn)控制、生產(chǎn)流水線等；數(shù)據(jù)采集；信號(hào)處理；舊設(shè)備的改造。 小結(jié) 1、單片機(jī)即單片微型計(jì)算機(jī)，是將計(jì)算機(jī)主機(jī)（CPU、內(nèi)存和 I/O

11、 接口）集成在一小塊硅片上的微型機(jī)。 2、單片機(jī)為工業(yè)測(cè)控而設(shè)計(jì)，又稱(chēng)微控制器。 具有三高優(yōu)勢(shì)（集成度高、可靠性高、性?xún)r(jià)比高）。 3、主要應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)與控制、計(jì)算機(jī)外設(shè)、智能儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等。特別適合于嵌入式微型機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 4、單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)有單片單板機(jī)和仿真器。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬、軟件開(kāi)發(fā)。 二單片機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)縱觀單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，大致有：1.低功耗CMOS化MCS-51系列的8031推出時(shí)的功耗達(dá)630mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW左右，隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來(lái)越低，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體

12、工藝)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)和CHMOS(互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。2.微型單片化現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(RAM)、只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門(mén)狗)、有些單片機(jī)將LC

13、D(液晶)驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶(hù)的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小。現(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中SMD(表面封裝)越來(lái)越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。3.主流與多品種共存現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國(guó)臺(tái)灣的Winbond系列單片機(jī)。所以C8051為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡(jiǎn)指令集(RISC)也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，中國(guó)臺(tái)灣的H