单片机最小系统应用设计课件

单片机的广泛选择最大限度满足应用系统对 硬件资源的要求。,单片机最小应用系统设计包括单片机的广泛选择和单片机最小系统设计。,单片机最小系统设计单片机和最通常的外围 电路设计。,本章内容,6.2 80C51系列单片机的广泛选择,6.1 典型单片机应用系统结构设计,6.3 80C51单片机最小应用系统设计,6.4 单片机最小应用系统设计应用举例,本章要求,2 根据应用系统能正确选择单片机的型号,1 了解掌握MCS-51系列单片机,4 掌握单片机最小应用系统的设计方法,3 掌握3种典型最小系统的结构和组成,一. 单片机应用系统的典型结构,§6.1 典型单片机应用系统结构设计,应用系统是以单片机为核心，构成的一个智能化 产品系统。,1. 典型应用系统的结构层次,应用系统设计分三个结构层次。,单片机：,保证产品系统智能化处理和智能化控制。,提供应用系统硬件基础（I/O口、总线、中断、 ADC等）和软件基础（指令系统）。,设计时选择最适合产品需要的单片机器件是重 点，要求了解它的性能、结构、指令系统、开 发环境及技术支持状况等。,一. 单片机应用系统的典型结构,§6.1 典型单片机应用系统结构设计,1. 典型应用系统的结构层次,单片机系统：,是单片机应用系统中的计算机系统。,由单片机、时钟电路、复位电路和资源扩展电路 构成。,设计时主要熟悉和掌握最小系统的设计方法和单 片机资源的扩展方法。,一. 单片机应用系统的典型结构,§6.1 典型单片机应用系统结构设计,1. 典型应用系统的结构层次,单片机应用系统：,单片机应用系统是满足使用要求，实现预定功能 ，运行可靠的产品系统。,由单片机系统、各种接口电路(传感器、ADC、键 盘、显示、司服控制驱动等)、外部设备接口电 路（串口通信）构成。,设计时主要根据产品功能要求，设计各种功能电 路和外围设备接口电路。,一. 单片机应用系统的典型结构,§6.1 典型单片机应用系统结构设计,2. 应用系统的单片机趋势,单片机内部资源不断丰富扩大,片内存储器SRAM不断扩大。,I/O口数量增多，种类多样化。,时钟系统、中断系统更完善。,单片机内部功能不断加强,增加了ADC、PWM、LDC接口。,增强了I/O口功率驱动。,增加了模拟比较器。,一. 单片机应用系统的典型结构,§6.1 典型单片机应用系统结构设计,2. 应用系统的单片机趋势,片内程序存储器的状态趋向用户开放, MaskROM 单片机生产厂家将用户程序制作到ROM 区掩膜工艺。,各种串口扩展总线的发展和完善,省去了片外程序存储器扩展。,各种串行通信式外围电路的发展,使原并改串,电 路更加简单。, OTPROM 一次可编程双极熔丝式最可靠。, MTPROM(EPROM和FlashROM)用户多次编程写入。,3. 单片结构的专用化趋势,二. 单片机的广泛选择,1. 单片机分类,(1)按通用性能分类,§6.1 典型单片机应用系统结构设计,单片机生产厂家、型号众多，选择合适的单片机 可以使系统最大简化，功能优异，成本低廉，性能 可靠。,专用型电度表专用单片机 传感器接口、显示器接口，数据通信接 口和CPU实现最大系统集成。,通用型片内只集成应用系统中所需通用性电路 单元，而满足产品功能的外围电路须外 部扩展。,二. 单片机的广泛选择,1. 单片机分类,§6.1 典型单片机应用系统结构设计,(2)按总线结构分类,(3)按单片机程序存储器的供应状态分类,总线型有并行数据总线和地址（P2口）总线。,非总线型没有并行数据总线和地址总线。, MaskROM 掩膜工艺型最可靠、适合大批量。, OTPROM 一次可编程型最可靠、小批量。, MTPROM(EPROM和FlashROM)用户多次编程型 最方便、可靠性落差一点。,二. 单片机的广泛选择,1. 单片机分类,§6.1 典型单片机应用系统结构设计,(4)按单片机的技术特点分类,按数据总线宽度分4位机、8位机、16位机、32位机 。,按指令系统分 复杂指令集(CISC,Complex Instruction Computer) 精简指令集(RISC,Reduction Instruction Computer), 目前和未来相当时间内8位机是主流，主要体现 在控制功能的系统集成,而不是追求高速处理的 数据总线的宽度上。, RISC结构单字节指令(12或14位),单字节程序 存储器(12或14位)和CPU的流水线工作方式。大 大提高了指令运行速度。,二. 单片机的广泛选择,2. 单片机的广泛选择原则,§6.1 典型单片机应用系统结构设计,选择单片机时要考虑的主要因素有：产品批量、 成本、技术要求、技术支持、开发环境、现有技术 基础等。,选择的单片机必须最大程度地满足产品的功能、可 靠性、功耗、使用环境等技术要求。, 根据单片机应用系统的技术要求列出单片机选型 指标确定机型（4、8、16、32位机）、总线类 型（总线型、非总线型）、通用型（通用型、专 用型）、程序存储器供应状态等。,二. 单片机的广泛选择,2. 单片机的广泛选择原则,§6.1 典型单片机应用系统结构设计, 大批量能得到单片机厂家的技术支持，选择余 地大,成本降低。-专用型。 小批量自己开发要考虑技术基础。-通用型。, 具体选择以8位为基础。实时性要求很高时，选择 高速运行的8位机；实时性要求很高且有大量数据 处理任务时可选16位或32位机。,二. 单片机的广泛选择,3. 单片机的更新选择,§6.1 典型单片机应用系统结构设计,(1)货源性的更新选择,(2)竞争性更新选择,(3)专用化的更新选择,更新选择是指原有单片机应用系统中，为了提高 性能，降低成本而重新选择其他型号的单片机。, 为了提高产品性能、降低成本、增加可靠性，选 择新的单片机替代原有的单片机，更新原产品系 统，会取得很好效果。, 考虑单片机的兼容性和柔性化结构。,三. 应用系统中的系统扩展和系统配置,1. 应用系统中的系统扩展,§6.1 典型单片机应用系统结构设计,在选择合适的单片机后，片内资源仍不能满足应 用系统要求时，通过系统扩展和系统配置完成应用 系统硬件电路设计。, 主要是存储器、I/O口、定时器/计数器、中断源 等扩展。, 总线型单片机中，并行总线及相应指令系统可直 接支持单片机系统扩展设计。,三. 应用系统中的系统扩展和系统配置,2. 应用系统的系统配置,§6.1 典型单片机应用系统结构设计,(1)前向通道接口配置,对控制对象要求的外围电路和通道接口设计称为 单片机的系统配置。,是指应用系统中的传感输入通道接口电路的设计 -从传感器到单片机输入引脚的全部应用电路的设计。,传感器的信号不同，输入通道接口电路能将它们处 理成统一的、单片机能接收的数字量或开关电平。,模拟量须经过放大处理，A/D转换，转换成单片机 能接收的数字量。,开关信号应经整形、放大、电平调整变成单片机 I/O口的标准TTL或CMOS电平信号。,三. 应用系统中的系统扩展和系统配置,2. 应用系统的系统配置,§6.1 典型单片机应用系统结构设计,(2)后向通道接口配置,(3)人机通道接口配置,是指应用系统中伺服驱动控制的输出通道接口电 路的设计-从单片机到控制对象的全部输出电路设计。,输出通道接口的设计主要是D/A转换及功率驱动。,是指应用系统中人机对话的外围设备接口电路的 设计键盘、显示器、打印机、编码器、IC卡等。,三. 应用系统中的系统扩展和系统配置,2. 应用系统的系统配置,§6.1 典型单片机应用系统结构设计,(4)通信接口配置,是指应用系统中标准数字通信接口电路的设计。,RS-232、RS-422/485通信接口。,选用适当器件将UART扩展为RS-232、RS-422/485 通信接口。,三. 应用系统中的系统扩展和系统配置,3. 系统扩展与系统配置中的总线技术,§6.1 典型单片机应用系统结构设计,(1)并行扩展总线,(2)串行扩展总线,在单片机应用系统中使用的总线主要有并行总线 和串行总线。,总线型单片机提供了并行总线扩展引脚 -数据（DB）、地址（AB）、控制（CB）总线。,控制（CB）总线读（RD）、写（WR）。,用串行总线扩展可采用串行扩展方式外围器件 -大大简化系统连接方式，增加系统结构的灵活性。,三. 应用系统中的系统扩展和系统配置,3. 系统扩展与系统配置中的总线技术,§6.1 典型单片机应用系统结构设计,(2)串行扩展总线,I2C总线Philips公司, I2C BUS（Inter-Integrated Circuit BUS）, 同步串行总线 数据线（SDA）和时钟线（SCL）。, I2C 总线驱动能力400pF,位传输速度100b/s。, I2C 总线上的外围器件通过软件编码地址。,三. 应用系统中的系统扩展和系统配置,3. 系统扩展与系统配置中的总线技术,§6.1 典型单片机应用系统结构设计,(2)串行扩展总线,SPI串行外围接口MOTOROLA公司, SPI（Serial Peripheral Interface）, 同步串行接口 MISO-数据输出、 MOSI-数据输入 和SCK-时钟线。, 数据传送速度高,主机位传输速度1.05Mb/s。 从机位传输速度2.1Mb/s。, SPI总线上的器件必须外加片选(CS)线寻址。,三. 应用系统中的系统扩展和系统配置,3. 系统扩展与系统配置中的总线技术,§6.1 典型单片机应用系统结构设计,(2)串行扩展总线,Microwire同步串行总线National Semicondutor公司, 同步串行总线 SO-数据输出、SI-数据输入 和SK-时钟线。, 总线上的器件必须外加片选(CS)线寻址。,单总线1-WireDallas公司, 总线内含CPU,总线上的器件寻址、数据输入、数据输出共用一 根线。,三. 应用系统中的系统扩展和系统配置,3. 系统扩展与系统配置中的总线技术,§6.1 典型单片机应用系统结构设计,(3)串行扩展总线的虚拟,用I/O口虚拟串行扩展总线接口。,在第8章介绍虚拟串行扩展接口。,一. 80C51系列单片机的兼容性,§6.2 80C51系列单片机的广泛选择,1. 指令兼容性,2. 总线兼容性,3. 引脚兼容性,引脚兼容是指80C51的各种型号规格封装引脚兼容。,不同型号功能涉及外部引脚的改变设置第2功能。,封装引脚兼容的单片机型号有: 8×C524 、8×C550 、8×CL410 、80C51、 80C52、 8×C851 、8×C575 、8×CL781、 89C51 、89C52 、 8×C652 、8×C528 、8×CL782、 89C54 、89C55 、 8×C576 、8×C58 、 8×C51RA、8×C54 、89CRX 8×C575 、8×C654 、89C8252 、 8×51FA/FB/FC 、,一. 80C51系列单片机的兼容性,§6.2 80C51系列单片机的广泛选择, LCC44封装外型,3. 引脚兼容性, LCC44的封装引脚,§6.2 80C51系列单片机的广泛选择,一. 80C51系列单片机的兼容性,§6.2 80C51系列单片机的广泛选择, QFP44封装外型,3. 引脚兼容性, QFP44的封装引脚,§6.2 80C51系列单片机的广泛选择,二. 80C51系列单片机的类型选择,§6.2 80C51系列单片机的广泛选择,1. 总线型、非总线型选择,目前8051有许多封装引脚不同、功能不同、类型各异的 单片机，其良好的兼容性保证了选择的灵活性。, MTPROM的发展并行总线的应用价值降低。, 并行总线占有大量引脚资源。,大量串行总线外围应用电路的普遍发展。, 串行扩展总线的普遍应用。, 导致非总线的小型价廉单片机。, 非