《單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)》課件1緒言

緒言

1．通用微機(jī)和單片機(jī)通用微機(jī)和單片機(jī)是當(dāng)代微型計(jì)算機(jī)發(fā)展的兩大分支，它們有各自的應(yīng)用領(lǐng)域，不能互換。以IBM-PC機(jī)為代表的通用微機(jī)，追求高速運(yùn)行程序、增大存儲(chǔ)容量，采用了高速緩沖存儲(chǔ)(Cache)技術(shù)、虛擬存儲(chǔ)技術(shù)、流水線作業(yè)技術(shù)、亂序執(zhí)行技術(shù)等一系列當(dāng)代計(jì)算機(jī)新技術(shù)，數(shù)據(jù)處理的位數(shù)也達(dá)64位，從而廣泛應(yīng)用在科學(xué)計(jì)算、圖像處理、文字處理、數(shù)學(xué)建模、系統(tǒng)仿真、數(shù)據(jù)批量處理等領(lǐng)域。以數(shù)據(jù)檢測(cè)、實(shí)時(shí)控制為目的的單片機(jī)體積小、功能全，成為智能系統(tǒng)中一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。單片機(jī)在智能家用電器、機(jī)器人、智能玩具、智能檢測(cè)、智能儀器儀表中，以及在制約生產(chǎn)環(huán)節(jié)的溫度、壓力、流量測(cè)量等方面，均具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，其地位不能被通用微機(jī)取代。

2．單片機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)單片機(jī)的應(yīng)用具有三個(gè)明顯的特征：

(1)由于控制對(duì)象涉及到機(jī)械動(dòng)作(如機(jī)器人)或場(chǎng)效應(yīng)(如溫度的變化、流體的流動(dòng))，因此片面追求單片機(jī)的高速度本身沒有什么特別意義。單片機(jī)的工作頻率一般為6MHz、12MHz、24MHz、33MHz或40MHz，遠(yuǎn)低于通用微機(jī)。頻率低有利于降低成本，取得較好的效益。

(2)單片機(jī)字長(zhǎng)有4位、8位、16位、32位之分，數(shù)據(jù)位數(shù)選擇以夠用為原則，不是越長(zhǎng)越好。由于8位機(jī)用于控制已能滿足大多系統(tǒng)的要求，因此8位機(jī)是單片機(jī)的主流機(jī)型，今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間都不會(huì)改變。

(3)單片機(jī)內(nèi)的存儲(chǔ)容量有增大的趨勢(shì)，這種增大不僅只是增加RAM、ROM的容量，而是改用一些新型的存儲(chǔ)器。美國(guó)ATMEL公司開發(fā)的8位AT89系列單片機(jī)就是在MCS-51內(nèi)集成了閃速存儲(chǔ)器(FlashMemory)。由于芯片內(nèi)帶有閃速可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROM，F(xiàn)lashProgrammableandErasableROM)，使得89C51和89C52單片機(jī)能在掉電后保存已寫入的數(shù)據(jù)。根據(jù)單片機(jī)的三個(gè)應(yīng)用特點(diǎn)，決定了單片機(jī)較之通用微機(jī)有不同的發(fā)展方向：

(1)工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境通常比較惡劣，甚至存在有毒、有害、有腐蝕的氣、液體場(chǎng)合，存在高溫、高壓、強(qiáng)電、磁輻射等，這就要求單片機(jī)具有極強(qiáng)的抗干擾能力，不被外界的干擾影響輸出。

(2)在人類不能涉足的場(chǎng)合工作，要求單片機(jī)具備高的可靠性和穩(wěn)定性，否則任何差錯(cuò)都不能達(dá)到滿意的控制效果。

(3)要求單片機(jī)的指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單，并且I/O端口和存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址。單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程歷經(jīng)三代，其劃分通常以Intel公司相繼推出的MCS-48、MCS-51、MCS-96三大系列單片機(jī)為準(zhǔn)。

1976年問(wèn)世的MCS-48系列單片機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造過(guò)于簡(jiǎn)單，以其典型產(chǎn)品8048為例，內(nèi)部?jī)H由8位CPU、27條I/O線、1KBROM、64BRAM和1個(gè)8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器組成，由于沒有集成串行接口及中斷控制，它的應(yīng)用范圍日益縮小。

1980年誕生的MCS-51系列單片機(jī)，雖然也是8位機(jī)，但由于在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上增加了通用異步接收/發(fā)送邏輯部件UART(UniversalAsynchronousReceiverandTransmitter)，增強(qiáng)了定時(shí)/計(jì)數(shù)、中斷處理功能，在指令操作中又設(shè)置了大批位操作指令，與片內(nèi)位尋址空間一起構(gòu)成獨(dú)有的布爾操作系統(tǒng)，使得單片機(jī)成為名副其實(shí)的微控制器。它的使用長(zhǎng)盛不衰，成為當(dāng)今的主流機(jī)型。如果把MCS-48、MCS-51機(jī)型分別算作單片機(jī)發(fā)展進(jìn)程中的第一代和第二代，那么1984年由Intel公司推出的MCS-96系列就成為單片機(jī)的第三代。這一代計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是字長(zhǎng)16位、運(yùn)算速度快，但這一代計(jì)算機(jī)應(yīng)用范圍不廣，并沒有形成氣候。之所以16位MCS-96系列機(jī)(代表機(jī)型8098)取代不了MCS-51系列機(jī)，正是因?yàn)槲⒖刂祁I(lǐng)域多數(shù)場(chǎng)合下字長(zhǎng)用不著16位，而且MCS-96系列機(jī)價(jià)格又普遍偏高。目前在市場(chǎng)上較為流行的單片機(jī)品種除Intel公司的MCS-51、MCS-96系列外，還有：

Motorola公司：68HC5、68HC11系列；

Zilog公司：Z86EXXXPSC系列；

Texas公司：MSP430FXX系列；

MicroChip公司：PIC16C系列。這些產(chǎn)品中，MCS-51系列所占市場(chǎng)份額最大。世界上許多知名生產(chǎn)廠家，如美國(guó)Intel、AMD、ATMEL、Winbond、Temic等公司，以及其它國(guó)家的Simens、Philips、NEC、LG等，都生產(chǎn)MCS-51系列單片機(jī)。生產(chǎn)該系列單片機(jī)的這些公司中，又以Intel公司的產(chǎn)品時(shí)間最長(zhǎng)、品種最多、應(yīng)用最快。該系列機(jī)的品種已達(dá)數(shù)百個(gè)，為此，MCS-51不僅成為市場(chǎng)上的佼佼者，也成為高校教學(xué)的首選。

3．單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域作為一種芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)，單片機(jī)具有集成度高、體積小、功耗低、性價(jià)比高、可靠性高、控制功能強(qiáng)、供電電壓低等一系列優(yōu)點(diǎn)，在微控制領(lǐng)域一枝獨(dú)秀。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域大體有如下幾個(gè)方面：

(1)智能控制。單片機(jī)適用于各種控制系統(tǒng)，如溫度、壓力、流量智能控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)可編程順序控制、程序控制、實(shí)時(shí)控制、連續(xù)控制、離散控制、自適應(yīng)控制、模糊控制等多種控制方案?？刂茖?duì)象涉及到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、社會(huì)生活各個(gè)部門，如數(shù)控機(jī)床、加熱爐、化工生產(chǎn)裝置等。

(2)智能儀表。在各種儀器儀表中引入單片機(jī)，讓單片機(jī)成為儀表的一部分，是單片機(jī)最為重要的用途之一，由此也產(chǎn)生了智能傳感器、智能醫(yī)療器械、智能測(cè)量?jī)x表、數(shù)字示波器等等。

(3)辦公自動(dòng)化設(shè)備。在當(dāng)代微機(jī)的鍵盤中裝入一片單片機(jī)，能適時(shí)處理即時(shí)鍵入的字符，完成初步轉(zhuǎn)換。具備如此智能處理功能的還有眾多的辦公自動(dòng)化設(shè)備，如打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、磁盤機(jī)、終端設(shè)備等等。

(4)實(shí)時(shí)控制。在過(guò)程控制、過(guò)程監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)機(jī)械、遙控遙測(cè)、機(jī)器人等各種實(shí)時(shí)過(guò)程控制系統(tǒng)中，單片機(jī)能夠使系統(tǒng)保持最佳工作狀態(tài)、提高效率。例如汽車控制，從點(diǎn)火、變擋、防滑、倒車直至排氣、最佳油氣比等，都能使用單片機(jī)操縱。又如航天領(lǐng)域的導(dǎo)航、制導(dǎo)、自