單片機期末學(xué)習(xí)報告

[鍵入公司名稱]單片機期末學(xué)習(xí)報告班級：姓名：學(xué)號：

單片機期末學(xué)習(xí)報告一、單片機的基本概念單片機：將微處理器(CPU)、存儲器、I/O接口電路和相應(yīng)實時控制器件集成在一塊芯片上，稱其為單片微型計算機，簡稱單片機。微型計算機：微處理器(CPU)、存儲器、I/O接口電路由總線有機地連接在一起的整體，稱為微型計算機。微型計算機系統(tǒng)：微型計算機與外圍設(shè)備、電源、系統(tǒng)軟件一起構(gòu)成的系統(tǒng)，稱為微型計算機系統(tǒng)。通用微機的CPU主要面向數(shù)據(jù)處理，其發(fā)展主要圍繞數(shù)據(jù)處理功能、計算速度和精度的進一步提高。例如，現(xiàn)今微機的CPU都支持浮點運算，采用流水線作業(yè)，并行處理、多級高速緩沖(Cache)技術(shù)等。CPU的主頻達到數(shù)百兆赫茲(MHz)，字長普遍達到32位。單片機主要面向控制，控制中的數(shù)據(jù)類型及數(shù)據(jù)處理相對簡單，所以單片機的數(shù)據(jù)處理功能比通用微機相對要弱一些，計算速度和精度也相對要低一些。例如，現(xiàn)在的單片機產(chǎn)品的CPU大多不支持浮點運算，CPU還采用串行工作方式，其振蕩頻率大多在百兆赫茲范圍內(nèi);在一些簡單應(yīng)用系統(tǒng)中采用4位字長的CPU，在中、小規(guī)模應(yīng)用場合廣泛采用8位字長單片機，在一些復(fù)雜的中、大規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)中才采用16位字長單片機，32位單片機產(chǎn)品目前應(yīng)用得還不多。通用微機中存儲器組織結(jié)構(gòu)主要針對增大存儲容量和CPU對數(shù)據(jù)的存取速度。現(xiàn)今微機的內(nèi)存容量達到了數(shù)百兆字節(jié)(MB)，存儲體系采用多體、并讀技術(shù)和段、頁等多種管理模式。單片機中存儲器的組織結(jié)構(gòu)比較簡單，存儲器芯片直接掛接在單片機的總線上，CPU對存儲器的讀寫按直接物理地址來尋址存儲器單元，存儲器的尋址空間一般都為64KB。通用微機中I/O接口主要考慮標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)(如CRT、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤、鼠標(biāo)、打印機、硬盤、光盤等)。用戶通過標(biāo)準(zhǔn)總線連接外設(shè)，能達到即插即用。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的外設(shè)都是非標(biāo)準(zhǔn)的，且千差萬別，種類很多。單片機的I/O接口實際上是向用戶提供的與外設(shè)連接的物理界面。用戶對外設(shè)的連接要設(shè)計具體的接口電路，需有熟練的接口電路設(shè)計技術(shù)。二、單片機的發(fā)展概況1．4位單片機階段自1975年美國德克薩斯儀器公司首次推出4位單片機TMS-1000后，各個計算機生產(chǎn)公司競相推出4位單片機。例如美國國家半導(dǎo)體公司(NationalSemiconductor)的COP402系列，日本電氣公司(NEC)的μPD75XX系列，美國洛克威爾公司(Rockwell)的PPS/1系列，日本松下公司的MN1400系列，富士通公司的MB88系列等。4位單片機主要用于家用電器、電子玩具等。2．8位單片機階段1976年9月，美國Intel公司首先推出了MCS-48系列8位單片機以后，單片機發(fā)展進入了一個新的階段，8位單片機紛紛應(yīng)運而生。例如，莫斯特克(Mostek)和仙童(Fairchild)公司共同合作生產(chǎn)的3870(F8)系列，摩托羅拉(Motorola)公司的6801系列等。在1978年以前各廠家生產(chǎn)的8位單片機，由于受集成度(幾千只管/片)的限制，一般沒有串行接口，并且尋址空間的范圍小(小于8KB)，從性能上看屬于低檔8位單片機。隨著集成電路工藝水平的提高，在1978年到1983年期間集成度提高到幾萬只管/片，因而一些高性能的8位單片機相繼問世。例如，1978年摩托羅拉公司的MC6801系列，齊洛格(Zilog)公司的Z8系列，1979年NEC公司的μPD78XX系列，1980年Intel公司的MCS-51系列。這類單片機的尋址能力達64KB，片內(nèi)ROM容量達4~8KB，片內(nèi)除帶有并行I/O口外，還有串行I/O口，甚至某些還有A/D轉(zhuǎn)換器功能。因此，把這類單片機稱為高檔8位單片機。在高檔8位單片機的基礎(chǔ)上，單片機功能進一步得到提高，近年來推出了超8位單片機。如Intel公司的8X252、UPI-45283C152，Zilog公司的Super8，Motorola公司的MC68HC等，它們不但進一步擴大了片內(nèi)ROM和RAM的容量，同時還增加了通信功能、DMA傳輸功能以及高速I/O功能等。自1985年以來，各種高性能、大存儲容量、多功能的超8位單片機不斷涌現(xiàn)，它們代表了單片機的發(fā)展方向，在單片機應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著越來越大的作用。8位單片機由于功能強，被廣泛用于工業(yè)控制、智能接口、儀器儀表等各個領(lǐng)域。3．16位單片機階段1983年以后，集成電路的集成度可達十幾萬只管/片，16位單片機逐漸問世。這一階段的代表產(chǎn)品有1983年Intel公司推出的MCS-96系列，1987年Intel公司又推出的80C96，美國國家半導(dǎo)體公司推出的HPC16040和NEC公司推出的783XX系列等。16位單片機把單片機的功能又推向了一個新的階段。如MCS-96系列的集成度為12萬只管/片，片內(nèi)含16位CPU、8KBROM、232字節(jié)RAM、5個8位并行I/O口、4個全雙工串行口、4個16位定時器/計數(shù)器、8級中斷處理系統(tǒng)。MCS-96系列還具有多種I/O功能，如高速輸入/輸出(HSIO)、脈沖寬度調(diào)制(PWM)輸出、特殊用途的監(jiān)視定時器(Watchdog)等等。16位單片機可用于高速復(fù)雜的控制系統(tǒng)。4．32位單片機近年來，各個計算機生產(chǎn)廠家已進入更高性能的32位單片機研制、生產(chǎn)階段。由于控制領(lǐng)域?qū)?2位單片機需求并不十分迫切，所以32位單片機的應(yīng)用并不很多。需要提及的是，單片機的發(fā)展雖然按先后順序經(jīng)歷了4位、8位、16位的階段，但從實際使用情況看，并沒有出現(xiàn)推陳出新、以新代舊的局面。4位、8位、16位單片機仍各有應(yīng)用領(lǐng)域，如4位單片機在一些簡單家用電器、高檔玩具中仍有應(yīng)用，8位單片機在中、小規(guī)模應(yīng)用場合仍占主流地位，16位單片機在比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)中才有應(yīng)用。三、單片機的特點及應(yīng)用1.單片機的特點單片機的存儲器ROM和RAM是嚴(yán)格區(qū)分的。ROM稱為程序存儲器，只存放程序、固定常數(shù)及數(shù)據(jù)表格。RAM則為數(shù)據(jù)存儲器，用作工作區(qū)及存放用戶數(shù)據(jù)。這樣的結(jié)構(gòu)主要是考慮到單片機用于控制系統(tǒng)中，有較大的程序存儲器空間，把開發(fā)成功的程序固化在ROM中，而把少量的隨機數(shù)據(jù)存放在RAM中。這樣，小容量的數(shù)據(jù)存儲器能以高速RAM形式集成在單片機內(nèi)，以加速單片機的執(zhí)行速度。但單片機內(nèi)的RAM是作為數(shù)據(jù)存儲器用，而不是當(dāng)作高速緩沖存儲器(Cache)使用。采用面向控制的指令系統(tǒng)。為滿足控制的需要，單片機有更強的邏輯控制能力，特別是具有很強的位處理能力。單片機的I/O引腳通常是多功能的。由于單片機芯片上引腳數(shù)目有限，為了解決實際引腳數(shù)和需要的信號線的矛盾，采用了引腳功能復(fù)用的方法。引腳處于何種功能，可由指令來設(shè)置或由機器狀態(tài)來區(qū)分。單片機的外部擴展能力強。在內(nèi)部的各種功能部分不能滿足應(yīng)用需求時，均可在外部進行擴展(如擴展ROM、RAM，I/O接口，定時器/計數(shù)器，中斷系統(tǒng)等)，與許多通用的微機接口芯片兼容，給應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計帶來極大的方便和靈活性。2.單片機的應(yīng)用范圍工業(yè)控制。單片機可以構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。如數(shù)控機床、自動生產(chǎn)線控制、電機控制、溫度控制等。儀器儀表。如智能儀器、醫(yī)療器械、數(shù)字示波器等。計算機外部設(shè)備與智能接口。如圖形終端機、傳真機、復(fù)印機、打印機、繪圖儀、磁盤/磁帶機、智能終端機等。商用產(chǎn)品。如自動售貨機、電子收款機、電子秤等。家用電器。如微波爐、電視機、空調(diào)、洗衣機、錄像機、音響設(shè)備等。四、單片機在生生活中的應(yīng)用實例系統(tǒng)選用以低成本、功耗小、性能良好的8位A／D型HT46R47單片機為控制核心的控制電路。引腳如圖1所示。1.他的主要特性如下：

·工作電壓：fSYS＝4MHz：2．2～5．5V；

·13位雙向輸入／輸出口；

·8位帶溢出中斷的可編程定時／計數(shù)器，具有7級預(yù)分頻器；

·石英晶體或RC振蕩器；

·看門狗定時器；

·2048×14位的程序存儲器PROM；

·64×8位的數(shù)據(jù)存儲器RAM；

·在VDD＝5V且系統(tǒng)時鐘為8MHz時，指令時鐘為0．5μs；

·四通道9位的A／D轉(zhuǎn)換器；

·指令執(zhí)行時間皆為1或2個指令周期低電壓復(fù)位功能。2.工作原理：電飯煲的工作原理如圖2所示。通電后，系統(tǒng)進入待機狀態(tài)，此時系統(tǒng)可接收用戶的功能選擇，用戶所選功能通過顯示電路顯示出來，當(dāng)用戶按下確定鍵時，MCU開始對溫度進行監(jiān)測，對各種功能進行相應(yīng)的加熱控制，直至功能結(jié)束時，發(fā)出聲音報警提示。

3.軟件設(shè)計：模糊控制的軟件流程如圖4所示，在圖4中，t1，t2，t3，t01，t02是時間參數(shù)，要根據(jù)電飯鍋的不同功率進行設(shè)定，其中t01＜t02。

在典型的750W電飯鍋應(yīng)用中取值如下：

t1＝2min，t2＝30s，t3＝5min，

t01＝4min，t02＝8min主要步驟說明如下：（1）通電加熱后，采用全功率加熱至60℃，進入a。

（2）a階段：記