第1一章單片機(jī)概述

1、第一章 概 述w 單片機(jī)及其發(fā)展單片機(jī)及其發(fā)展w 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點w 單片機(jī)應(yīng)用單片機(jī)應(yīng)用單片機(jī)單片機(jī) ：SCM（Single-Chip Microcomputer ）單片微型計算機(jī)單片微型計算機(jī)單片機(jī)是把主要計算機(jī)功能部件都集成在一塊芯單片機(jī)是把主要計算機(jī)功能部件都集成在一塊芯片上的微型計算機(jī)。片上的微型計算機(jī)。第一章 概 述1.1 單片機(jī)及其發(fā)展概況一一. . 計算機(jī)：計算機(jī)：1.計算機(jī)：計算機(jī)：不需要人工的直接干預(yù)，能夠?qū)Ω鞣N數(shù)字信息進(jìn)行算術(shù)和邏輯運算的快速電子設(shè)備。2.計算機(jī)的四個發(fā)展時期：計算機(jī)的四個發(fā)展時期： 電子管計算機(jī)（19451955年） 晶體管計算機(jī)（1

2、9551965年） 集成電路計算機(jī)（19651975年） 大、超大規(guī)模集成電路計算機(jī)（1975今）1.1 單片機(jī)及其發(fā)展概況3.計算機(jī)分類：計算機(jī)分類：巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)4.微型計算機(jī)：微型計算機(jī)：微型計算機(jī)是第四代計算機(jī)向微型化方向發(fā)展的結(jié)果。具有以下特點：（1）體積小、重量輕、價格低；（2）結(jié)構(gòu)靈活；（3）應(yīng)用面廣，普及程度高。 主機(jī)（主機(jī)（CPU+RAM+ROM+I/O+CPU+RAM+ROM+I/O+電源）電源） 外設(shè)（鍵盤、外設(shè)（鍵盤、CRTCRT、打印機(jī)、打印機(jī)）1.1 單片機(jī)及其發(fā)展概況二二. .微處理器、微型計算機(jī)、微型計算機(jī)系統(tǒng)微處理器、微型計算機(jī)、微型計

3、算機(jī)系統(tǒng)1.微處理器微處理器：（簡稱CPU、 P ） （1）定義）定義：微型化的中央處理器，通常是由一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理部件。（2）功能）功能: 1)實現(xiàn)算術(shù)和邏輯運算，并具有邏輯判斷能力 2)能對指令進(jìn)行譯碼,并執(zhí)行指令所規(guī)定的操作 3)具有訪問存儲器和外設(shè)的能力 4)提供整個系統(tǒng)所需要的定時和控制信號 5)可響應(yīng)中斷請求 （3）CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)上包含下列部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)上包含下列部分 1)算術(shù)邏輯部件算術(shù)邏輯部件 處理各種數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行算術(shù)運算和邏輯運算。 2)累加器和通用寄存器組累加器和通用寄存器組 保存參與運算的數(shù)據(jù)、運算的中間結(jié)果和地址。 3)程序計數(shù)器、指令寄存器和

4、指令譯碼器程序計數(shù)器、指令寄存器和指令譯碼器 4)時序和控制部件時序和控制部件產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號并送到時序和控制邏輯電路中，形成外部電路所需要的控制信號，以控制整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作 。1.1 單片機(jī)及其發(fā)展概況1.1 單片機(jī)及其發(fā)展概況（4）微處理器的發(fā)展）微處理器的發(fā)展 第一代微處理器第一代微處理器： 1971 1972年：處理字長4或8位；集成度2000管/片；1MHz、20s ；如Intel公司4004、8008； 第二代微處理器第二代微處理器 19731977年：8位；9000管/片；24MHz；12s；如Intel公司8080/8085、Zilog公司Z80、Motorola公司M680

5、0；第三代微處理器第三代微處理器 19771978年：16 位；2000060000管/片；48MHz；0.5s；如 Intel公司8086/8088、Zilog 公司Z8000;第四代微處理器第四代微處理器 1980年：16位；100000管/片；10MHz；0.2 s；如Intel公司80186/80286； 1985年：32位；150000200000管片；1620MHz；0.1 s；如Intel公司80386； 第五代微處理器第五代微處理器 1990年：64 位；3100000管/片；66MHz；如Intel公司80486、Pentium;1.1 單片機(jī)及其發(fā)展概況2.微型計算機(jī)（微型

6、計算機(jī)（C） （1）定義：）定義：以微處理器為核心，配上存儲器、輸入/輸出接口電路和系統(tǒng)總線所組成的計算機(jī)。 （2）基本結(jié)構(gòu)：）基本結(jié)構(gòu)： 1)CPU 2)存儲器 3)輸入/輸出接口電路 4)總線1.1 單片機(jī)及其發(fā)展概況3.微型計算機(jī)系統(tǒng)微型計算機(jī)系統(tǒng) 微型計算機(jī)系統(tǒng)包括硬件硬件和軟件軟件兩大部分，它是以微型計算機(jī)為主體，配上系統(tǒng)軟件和外部設(shè)備組成的。1.1 單片機(jī)及其發(fā)展概況輸入設(shè)備輸入設(shè)備運算器運算器輸出設(shè)備輸出設(shè)備控制器控制器存儲器存儲器三三. .單片機(jī)及其發(fā)展單片機(jī)及其發(fā)展1.1.單片機(jī)：單片機(jī)：單片機(jī)是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM或 EPROM)

7、、定時器計數(shù)器芯片和一些輸入輸出接口電路集成在一個芯片上的微型計算機(jī)，又稱為微控制器(Micro-controller)。它是專為工業(yè)控制和智能儀器設(shè)計的一種集成度很高的微型計算機(jī)。1.1 單片機(jī)及其發(fā)展概況單片機(jī)有著微處理器所不具備的功能，它可單獨地單獨地完成現(xiàn)代控制所要求的智能化控制功能，這是單片機(jī)最大的特征。1.1 單片機(jī)及其發(fā)展概況 76年；Intel公司MCS-48；8位； 78年；Intel公司MCS-51、Zilog公司Z8、Motorola公司；6805；8位； 83年；Intel公司MCS-96；16位 88年；Intel公司9098；準(zhǔn)16位 90年；Intel公司8096

8、0；32位2.2.單片機(jī)的發(fā)展：單片機(jī)的發(fā)展：自1974年美國仙童公司(Fairchild)生產(chǎn)第一個單片機(jī)F8以來，TI、Rockwell、Intel、Zilog、Motoro1a、NEC公司都紛紛推出自己的單片 機(jī)系列。出現(xiàn)了4位、8位、16位、32位單片機(jī)。 w 單片機(jī)的發(fā)展過程可劃分為四個階段：單片機(jī)的發(fā)展過程可劃分為四個階段： （1 1）單片機(jī)初級階段（）單片機(jī)初級階段（1974197419761976年）：年）：元件集成規(guī)模還比較小，功能較簡單，一般均把CPU、RAM有的還包括了一些簡單的I/O口集成到芯片上，如仙童公司的F8單片機(jī)、 Zilog公司的Z80微處理器1.1 單片機(jī)及

9、其發(fā)展概況（2 2）低性能單片機(jī)階段（）低性能單片機(jī)階段（1976197619781978年）：年）： 采用了單片結(jié)構(gòu)，如Intel公司的MCS-48系列，8位CPU、8位定時器、并行I/O口、RAM和ROM，ROM的容量小，尋址范圍一般不超過4K字節(jié)，中斷處理較簡單，無串行I/O口。 MCS-48系列體積小、功能全、價格低，為單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，成為單片機(jī)發(fā)展史上重要的里程碑。 （3 3）高性能單片機(jī)階段（）高性能單片機(jī)階段（19781978）：）： 在SFR管理下的模塊化結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)的外部三總線，有串行I/O口、16位定時器、較高級的中斷處理，內(nèi)RAM、ROM容量較大，尋址范圍可達(dá)64K

10、字節(jié)，有的還帶有A/D等，如Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)。1.1 單片機(jī)及其發(fā)展概況（4 4）1616位單片機(jī)階段（位單片機(jī)階段（19821982）：）： 16位CPU，內(nèi)RAM、ROM的容量進(jìn)一步增大，中斷處理能力更強(qiáng)、高速I/O、多通道的A/D轉(zhuǎn)換器等,如Intel公司的MCS-96系列單片機(jī)w 從單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能分為三代： （1 1）第一代單片機(jī)：）第一代單片機(jī)： 只是將CPU及RAM、ROM、I/O口、CTC等功能單元集成在同一個芯片上。如Intel公司的MCS-48系列單片機(jī)。（2 2）第二代單片機(jī)：）第二代單片機(jī)： 在SFR統(tǒng)一管理下的模塊化結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)的外部三總線結(jié)構(gòu)，

11、及可用于多機(jī)通信的全雙工串行口。如Intel公司的MCS51系列單片機(jī)。1.1 單片機(jī)及其發(fā)展概況（3 3）第三代單片機(jī)：）第三代單片機(jī)： 大力發(fā)展控制功能，提高系統(tǒng)運行的可靠性，將測控系統(tǒng)中需要的外部接口電路，如高速I/O、ADC、PWM納入片內(nèi)，朝著微控制器的目標(biāo)邁進(jìn)。這一目標(biāo)首先在Intel公司的MCS96單片機(jī)中得到體現(xiàn)。1.1 單片機(jī)及其發(fā)展概況1.1 單片機(jī)及其發(fā)展概況第三代單片機(jī)的技術(shù)特點：第三代單片機(jī)的技術(shù)特點：w普遍采用CMOS工藝，通常都能與TTL電路兼容。w提供不同類型的存儲器，并不斷擴(kuò)展存儲容量。w大力提高運行速度，主要措施是提高時鐘頻率。w努力擴(kuò)大接口功能。w采用多種

12、措施，提高芯片及系統(tǒng)工作的可靠性。w不斷發(fā)展和完善串行總線。w 單片機(jī)的單片機(jī)的發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢 ： 1.1.大容量、高性能化；大容量、高性能化；2.2.小容量、低價格化；小容量、低價格化；3.3.外圍電路內(nèi)裝化；外圍電路內(nèi)裝化；4.4.全盤全盤CMOSCMOS化，實現(xiàn)全面功耗管理?；瑢崿F(xiàn)全面功耗管理。1.1 單片機(jī)及其發(fā)展概況一一. .單片機(jī)的結(jié)構(gòu)：單片機(jī)的結(jié)構(gòu)： 1.2單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點單片機(jī)系統(tǒng)硬件部分軟件部分單片機(jī)芯片外圍器件CPU內(nèi)存中斷控制邏輯通用接口運算器寄存器組控制器并行I / O口串行UART定時/計數(shù)器ADC0809、DAC0832825382518255A、815527

13、64、6264指令系統(tǒng)應(yīng)用程序二二. .單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點：單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點： 1.集成度高；2.片內(nèi)RAM采用寄存器結(jié)構(gòu)形式，提高存取速度；3.指令采用緊湊的格式；4.片內(nèi)有完善的輸入/輸出部件；5.采用Harvard結(jié)構(gòu)，即把程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器分開。1.2單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點一一. .單片機(jī)的優(yōu)點：單片機(jī)的優(yōu)點： 1.小巧、靈活、成本低，易于產(chǎn)品化；2.面向各類控制任務(wù)，可選度大，能獲得最佳的性價比；3.抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)溫度范圍寬；4.可以方便地實現(xiàn)多機(jī)、分布式的集散控制。1.3單片機(jī)的應(yīng)用二.單片機(jī)的應(yīng)用： 1.在智能儀器儀表上的應(yīng)用在智能儀器儀表上的應(yīng)用 單片機(jī)體積小、功耗低、控制功

14、能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)電壓、頻率、溫濕度、速度、長度、壓力等物理量的測量。采用單片機(jī)控制實現(xiàn)儀器儀表的數(shù)字化、智能化、微型化。2.2.軍事上在一些新式武器裝備控制方面的應(yīng)用。軍事上在一些新式武器裝備控制方面的應(yīng)用。1.3單片機(jī)的應(yīng)用3.在工業(yè)控制中的應(yīng)用在工業(yè)控制中的應(yīng)用 用單片機(jī)構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。實現(xiàn)分布式、嵌入式控制。4.在家用電器中的應(yīng)用在家用電器中的應(yīng)用 現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、音響視頻器材、電子秤量設(shè)備，無所不在。1.3單片機(jī)的應(yīng)用5.在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用在計算機(jī)

15、網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件。 現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信等。 1.3單片機(jī)的應(yīng)用6.6.在汽車工業(yè)中應(yīng)用在汽車工業(yè)中應(yīng)用 顯示系統(tǒng)、動力測控系統(tǒng)、運行監(jiān)視器（黑匣子）等。7.單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。1.3單片機(jī)的應(yīng)用1.4 Intel單片機(jī)系列一、三個系列產(chǎn)品一、三個系列產(chǎn)品w MCS-48系列單片機(jī)：Intel公司早期產(chǎn)品，主要用于簡單的應(yīng)用系統(tǒng)。w MCS-51系列單片機(jī)：采用HMOS技術(shù)，高性能8位機(jī)。我國應(yīng)用最廣泛。w MCS-96系列單片機(jī)：功能強(qiáng)大的16位或準(zhǔn)16位單片機(jī)。二、三種片內(nèi)存儲器配置形式二、三種片內(nèi)存儲器配置形式w片內(nèi)帶掩膜式ROM：適用于定型大批量生產(chǎn)；w片內(nèi)帶EPROM ：適用于研制產(chǎn)品樣機(jī)；w片內(nèi)無ROM 、EPROM ： 必須外接EPROM，用于新產(chǎn)品研制。FPGA(Field Programmab