單片機的發(fā)展ppt課件

1、第1章 緒論1 單片機的開展2 單片機的類別3 PIC系列單片機的種類與特點.1.1 單片機的開展1.1.1什么是單片機單片機是單片微計算機Single-Chip Microcomputer的簡稱，也稱為微處置P ：Microprocessor或微控制器C ：Micro-controller，通常統(tǒng)稱為微型處置部件MCU ：Micro Controller Unit。 .1.1.2單片機的組成高度集成；構(gòu)成一個最小然而完善的計算機系統(tǒng)至少包括微處置器(CPU) ，隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，只讀程序存儲器(ROM)，輸入輸出電路(I/O口)，能夠還包括定時計數(shù)器，串行通訊口(SCI)，顯示驅(qū)

2、動電路(LCD或LED驅(qū)動電路)，脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換器及A/D轉(zhuǎn)換器等電路。.1.1.3 單片機的開展Intel-4004是歷史上第一顆單片機，由Intel公司1971年消費出來的。自從Intel 4004誕生后，CPU服從摩爾定律在運轉(zhuǎn)速度、數(shù)據(jù)位數(shù)和存儲器等方面迅速開展。 單片機大致閱歷了三個開展階段。第一階段以MCS-48系列為代表，它將CPU和計算機外圍電路集成到一個芯片上，構(gòu)成新型工業(yè)微控制器，獲得了很大的勝利。.第二階段以MCS系列中的8031為代表，它將單片機配置了完善的外部并行總線和具有多機識別功能的串行通訊接口，規(guī)范了功能單元的特殊功能存放器(SFR)控制方

3、式及順應(yīng)控制器特點的布爾處置系統(tǒng)和指令系統(tǒng)，為開展具有較好兼容性的新一代單片機奠定了良好的根底。第三階段以80C51系列為代表，它擴展了外部接口電路，在總線方面配置了芯片間的串行總線，為單片機運用系統(tǒng)設(shè)計提供了更加靈敏的手段。1.1.3 單片機的開展(續(xù)1).從當前各系列單片機產(chǎn)品的特性可以看出單片機正朝著兩個方向開展一方面，單片機的性能不斷提高，功能越來越強，如帶有/、或帶有大量高速I/O口、計數(shù)器捕獲/比較邏輯、加強型通訊接口等，其內(nèi)部構(gòu)造、指令系統(tǒng)及開發(fā)工具均較為完善、復(fù)雜。該類產(chǎn)品以INTEL公司的MCS-96系列、MOTOROLA公司的MC68HC11系列為代表，它們可以滿足各種復(fù)雜

4、運用系統(tǒng)的需求。 1.1.4 單片機開展方向.另一方面，單片機朝著超小型、超低功耗、低本錢、多種類等方向開展。它們不搞單純的功能堆積，而是從實踐出發(fā)，注重產(chǎn)品的性能價錢比，開展多種型號來滿足各種中小型智能化產(chǎn)品，尤其是消費類電子產(chǎn)品的運用，這些產(chǎn)品以美國MICROCHIP公司的PIC系列、ZILOG公司的CCP系列為代表，而PIC系列以推出低價錢一次性用戶可編程OTP型單片機而構(gòu)成了單片機家族中的后起之秀。近年來，它象旋風(fēng)一樣橫掃全球，將單片機的運用擴展到電子產(chǎn)品的幾乎每一個領(lǐng)域。 1.1.4 單片機開展方向(續(xù)1).從技術(shù)的角度看，單片機的提高反映在內(nèi)部構(gòu)造、功率耗費、外部電壓等級、制造工藝

5、以及高可靠性設(shè)計上。在內(nèi)部構(gòu)造方面，單片機集成了越來越多的部件，這些部件除包括普通常用的電路例如：定時器，比較器，A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器，串行通訊接口，Watchdog電路，LCD控制器等外，還包括一些公用的部件，如部分網(wǎng)絡(luò)控制模塊CAN和脈寬調(diào)制控制電路。1.1.4 單片機開展方向(續(xù)2).在功耗、封裝及電源電壓等方面，自80年代中期以來NMOS工藝單片機逐漸被CMOS工藝替代，功耗得以大幅度下降。全靜態(tài)設(shè)計使時鐘頻率從直流到數(shù)十兆任選，也使功耗不斷下降。新單片機的功耗越來越小，特別是很多單片機都設(shè)置了多種任務(wù)方式，這些任務(wù)方式包括等待、暫停、睡眠、空閑、節(jié)電等任務(wù)方式。在工藝方面，如今

6、的單片機根本上采用CMOS技術(shù)，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)由3m工藝開展到1.5m、1.2m、0.8m、0.5m、0.35m，甚至實現(xiàn)了0.2m光刻工藝，有個別的公司，如Motorola公司那么已采用0.35m甚至是0.25m技術(shù)。這些技術(shù)的提高大大地提高了單片機的內(nèi)部密度和可靠性，也進一步降低單片機的功耗。1.1.4 單片機開展方向(續(xù)3).在可靠性方面，消費廠家在單片機設(shè)計上采用了多種提高可靠性的新技術(shù)，目的是為提高單片機系統(tǒng)的抗電磁干擾才干，使產(chǎn)品能順應(yīng)惡劣的任務(wù)環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高規(guī)范的要求。這些新技術(shù)包括：EFT(Electrical Fast Transient)技術(shù)、低噪聲

7、布線技術(shù)與驅(qū)動技術(shù)以及低頻時鐘技術(shù)。EFT技術(shù)是一種抗干擾技術(shù)，它是指在振蕩電路的正弦信號遭到外界干擾時，其波形上會迭加各種毛刺信號，假設(shè)運用施密特電路對其整形，那么毛刺會成為觸發(fā)信號干擾正常的時鐘。采用交替運用施密特電路和RC濾波電路方法，可以消除這些毛刺而令其作用失效，從而保證系統(tǒng)的時鐘信號正常任務(wù)。這樣，就提高了單片機任務(wù)的可靠性。Motorola公司的MC68HC08系列單片機就采用了這種技術(shù)。1.1.4 單片機開展方向(續(xù)4).在傳統(tǒng)的單片機中，電源及地線是在集成電路外殼的對稱引腳上，普通是在左上、右下或右上、左下的兩對對稱點上。這樣，就使電源噪聲穿過整塊芯片，對單片機的內(nèi)部電路呵斥

8、干擾。如今，很多單片機都把地和電源引腳安排在兩條相鄰的引腳上。這樣，不僅降低了穿過整個芯片的電流，另外還在印制電路板上容易布置去耦電容，從而降低系統(tǒng)的噪聲。如今為了順應(yīng)各種運用的需求，很多單片機的輸出才干都有了很大提高，這些電流較大的驅(qū)動電路集成到芯片內(nèi)部在任務(wù)時帶來了各種噪聲，為了減少這種影響，如今單片機采用多個小管子并聯(lián)等效一個大管子的方法，并在每個小管子的輸出端串上不同等效阻值的電阻，以降低電流變化率，這也就是所謂“跳變沿軟化技術(shù)，從而消除大電流瞬變時產(chǎn)生的噪聲。1.1.4 單片機開展方向(續(xù)5).高頻外時鐘是噪聲源之一，不僅能對單片機運用系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，還會對外界電路產(chǎn)生干擾，令電磁兼容

9、性不能滿足要求。對于要求可靠性較高的系統(tǒng)，低頻外時鐘有利于降低系統(tǒng)的噪聲，運用較低的時鐘而不犧牲運算速度是單片機技術(shù)開展之追求。在一些單片機中采用內(nèi)部鎖相環(huán)技術(shù)或內(nèi)部倍頻技術(shù)，使在外部時鐘較低時，也能產(chǎn)生較高的內(nèi)部總線速度，從而保證了速度又降低了噪聲。Motorola公司的MC68HC08系列及其16/32位單片機就采用了這種技術(shù)以提高可靠性。1.1.4 單片機開展方向(續(xù)6).綜觀單片機的開展過程，單片機目前的開展表現(xiàn)出幾大趨勢：網(wǎng)絡(luò)化，單片機作為工業(yè)控制器的主力軍，直接和互聯(lián)網(wǎng)銜接已是一個必然的開展方向；集成化，集成越來越多的功能模塊，如語音處置功能，圖象處置功能，網(wǎng)絡(luò)管理功能等，使得單片

10、機的功能越來越強大；低功耗和寬電壓，追求低功耗是每一個電子產(chǎn)品的開展方向之一；數(shù)字-模擬化，將數(shù)字技術(shù)和模擬技術(shù)融為一體，形勝利能獨特的單片機。多種數(shù)據(jù)總線單片機共同開展，單片機的數(shù)據(jù)總線是多種并存，有4位、8位、16位和32位等，它們順應(yīng)不同領(lǐng)域的需求。1.1.4 單片機開展方向(續(xù)7).1.2 單片機的類別從用途上可分成通用型單片機和公用型單片機兩大類 。公用型單片機是指用途比較專注，出廠時程序曾經(jīng)一次性固化好，不能再修正的單片機。通用型單片機的用途很廣泛，運用不同的接口電路及編制不同的運用程序就可完成不同的功能。通常所說的都是通用型單片機。通用型單片機是把一切資源如ROM、I/O等全部提

11、供應(yīng)用戶運用。.1.2 單片機的類別(續(xù)1)按照CPU和存儲器的構(gòu)成，把單片機分成兩種架構(gòu)：馮.諾曼架構(gòu)(Von Neumann)和哈佛架構(gòu)(Harvard)。馮.諾曼架構(gòu)把指令(程序)和數(shù)據(jù)存儲在共同的存儲區(qū)，一致尋址，共用數(shù)據(jù)總線。馮.諾曼架構(gòu)也稱普林斯頓架構(gòu)(Princeton)。在哈佛架構(gòu)中，數(shù)據(jù)和指令存儲在不同的存儲區(qū)，采用不同的尋址和不同的總線。.1.2 單片機的類別(續(xù)2)按指令和它們的執(zhí)行過程，把單片機也分為兩種架構(gòu)：復(fù)雜指令集架構(gòu)(CISC)和精簡指令集架構(gòu)(RISC)。復(fù)雜指令集架構(gòu)的特征是復(fù)雜義務(wù)的指令多樣性和指令的變長度；在CISC中，每一條指令都是一個復(fù)雜的作業(yè)。精簡

12、指令集架構(gòu)的特征是指令少而簡單，指令的長度都一樣，以便實現(xiàn)流水線指令操作。RISC架構(gòu)帶來的是少數(shù)簡單指令的集合，經(jīng)過流水線交迭在一同，同時實現(xiàn)多種操作。.1.2 單片機的類別(續(xù)3)按數(shù)據(jù)總線的寬度，單片機分4位、8位、16位甚至32位機。4位單片機的運用范圍還是比較有限，8位、16位、32位單片機共同開展。8位單片機仍以它的價錢低廉、種類齊全、運用軟件豐富、支持環(huán)境充分、開發(fā)方便等特點而占著主導(dǎo)位置。32位單片機主要運用于挪動通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品。.表1.1 單片機廠家與單片機類型.1.3 PIC系列單片機的種類與特點PIC系列單片機本錢低、功耗低、性能高、全靜態(tài)設(shè)計、具

13、有精簡指令集RISC構(gòu)造，指令少，大部分為單周期指令，編程簡約，哈佛構(gòu)造使得在代碼緊縮與執(zhí)行速度方面具有較大的優(yōu)勢。雙向I/O口，每一個I/O引腳高電平輸出電路可驅(qū)動20mA電流，低電平可吸收25mA電流。 .定時/計數(shù)器及其預(yù)分頻器，可非常方便地產(chǎn)生任何頻率的時基，PIC的睡眠方式可節(jié)省功耗。另外具有片內(nèi)RC振蕩的WDT可使系統(tǒng)任務(wù)可靠。 .Microchip可提供幾款8位RISC構(gòu)造PIC單片機系列，按指令的位數(shù)，可分為三個種類：根本級產(chǎn)品、中級產(chǎn)品和高級產(chǎn)品。1、根本級產(chǎn)品PIC16C5X/PIC12C5XX：12位指令系列2、中級產(chǎn)品PIC12C6XX/PIC16C/FXXX：14位指令字系列3、高級產(chǎn)品PIC17CXXH和PIC18CXXX：16位指令字系列PIC單片機種類.PIC系列單片機一切型號都有商用級(0+70)、工業(yè)級(-40+85)和汽車工業(yè)級(40125 )芯片，可以順應(yīng)各種環(huán)境溫度。綜上所述，PIC系列單片機以