第1章基本知识教学教材.ppt

主讲：原明亭,：,“工业控制技术”省重点实验室“计算机控制”研究室(东4教105室),,单片机原理及应用,单片机原理及应用,1、单片机原理及其内部资源,2、汇编语言及程序设计,3、并行总线应用系统接口设计,主要内容：,MCS-51系列,与前课程关系：,模拟电子技术、数字电子技术、微机原理及接口、EDA设计、传感器原理及应用等,4、C语言及程序设计,主要参考书、期刊、网站：,参考教材：1、单片微机原理系统设计与应用，万福君，清华大学出版社，2008（第1版）2、单片机应用程序设计技术，周航慈，北京航空航天大学出版社，20023、单片机应用系统抗干扰技术，王幸之，北京航空航天大学出版社，20064、单片机程序设计基础（修订版）（含光盘），周航慈，北京航空航天大学出版社，2004期刊：电子技术应用、单片机与嵌入式系统应用网站：搜索引擎中关键字“单片机”,课时安排：共54学时,理论课时:44实验课时:10,时间:每周五(下午)57节地点:东12-306,课程特点：具有从指令到程序、从芯片到系统；软、硬件设计密切结合的特点学习目的：掌握系统设计的基本概念、基本结构、设计方法闭卷考试集体出题，流水阅卷。

1.1计算机的基本结构,,一、微处理器,把运算器、控制器集成在一块硅片上，成为独立的器件，称之为微处理器，简称CPU.是计算机的核心1.1.1硬件基本结构,二、微型计算机,微型计算机由CPU、存储器、输入/输出（I/O)接口构成，芯片间通过总线连接RAM,I/O,ROM,,CBUS,DBUS,ABUS,CBUS：控制总线，不确定DBUS：数据总线，双向三态ABUS：地址总线，单向三态,,,,三、微型计算机系统,以微型计算机为主体，配上输入输出设备、外围设备、电源、系统软件一起构成应用系统1.1.2、软件系统,1.程序设计语言,2.系统软件,3.应用软件,4、衡量计算机性能的主要技术指标,单片机的概念,将中央处理单元CPU、一定容量的数据存储器RAM、一定容量的程序存储器ROM、定时/计数器T/C、并行输入输出接口I/O、串行通讯接口UART、、、、等多个功能部件集成在一块芯片上，是一块具有完整计算功能的大规模集成电路1.2单片机,一、单片机分类,根据CPU字长来划分,1位机,4位机,,,用于玩具、家用电器、计算器等,8位机,16位机,,,工业控制器、智能仪表、计算机外设、通用测控单元、通讯设备,32位机,,高性能图形工作站、高级机器人等,二、单片机的发展史,第一阶段（19741976）：,单片机的初级阶段,第二阶段（19761979）：,低性能单片机阶段,例如：,MCS48系列,特点：,小而全,结构：,MCS48,8位CPU,RAM,I/O,,,,ROM,T/C,,,第三阶段（19791982）：,高性能单片机阶段,例如：,Intel公司的MCS51系列、Motorola公司6801系列、Zilog公司的Z8系列。

特点：,品种多、功能强,8位CPU,RAM,I/O,ROM,UART,INT,中断系统,通用异步串行接口,数据存储器,程序存储器,通用输入输出接口,,,20世纪90年代中后期，各公司强化并增加了许多新的功能，形成了规格、品种繁多的新一代的单片机例如：,Ietel、Philips、Atmel公司的8XC5X系列，Motorola公司68HC5X系列Microchip公司的PIC16C系列等等以增强型MCS-51为内核的8X5X系列目前已成为主流单片机芯片第四阶段（1982）：,16位、32位单片机阶段,例如：,MCS96系列,特点：,增加了内部资源、实时处理能力更强、,除了具有16位CPU和存储器外又增加了部分内部资源，如：,MCS96,10位A/D转换器,高速输入输出HSIO,,,,脉宽调制输出装置PWM,8XC196增强型,之后又推出：,三、单片机的发展趋势,1、高档单片机性能不断提高,速度：,是原来单片机的515倍,精度：,CPU字长增加，16位、32位单片机问世,指令系统丰富、效率高,CPU功能的增强,数据存储器：,容量已达几KB,I/O口：,提高并口驱动能力（可直接驱动LEDVFD)串行口（可实现多机通信）串行总线扩展口（采用I2C、SPI串行总线扩展系统）,内部资源的增加,程序存储器：,以FLASH存储器为主，达几十KB.程序加密功能。

2、超小型、低功耗、价廉,3、微巨机单片化,如:CMOS工艺的单片机，5V,12Mhz条件下正常运行16mA,空闲方式3.7mA，2V供电掉电方式50nA.,监视器Watchdog、A/D转换器、D/A转换器、LCD控制器、脉宽调制器PWM等外围电路内装化：,国产单片机的基本情况：,ISP：in-systemprogramming系统编程一种无需将存储芯片（如EPROM）从嵌入式设备上取出就能对其进行编程的过程，缩略为ISP在系统编程需要在目标板上有额外的电路完成编程任务其优点是，即使器件焊接在电路板上，仍可对其（重新）进行编程在系统可编程是Flash存储器的固有特性（通常无需额外的电路），Flash几乎都采用这种方式编程在系统编程（ISP）,在系统编程是通过Boot装载程序和UART0对片内Flash存储器进行擦除/编程的方法UART0,ARM7处理器核,CPU运行Boot代码,通过ISP对Flash编程,IAP（InAppplicationProgram），即在应用中编程顾名思义，就是在系统运行的过程中动态编程，对程序执行代码的动态修改IAP技术应用于嵌入式系统的数据存储和升级例如在程序运行工程中产生4k字节数据表，为了避免占用SRAM空间，用户可以使用IAP技术将此表写入片内Flash。

又如用户在开发完一个系统后要增加新的软件功能，可以使用IAP技术升级程序，避免重新拆装设备一、单片机应用系统构成,1、基本系统,单片机,复位电路,电源,输入/输出设备,时钟电路,,,,,图1-14单片机的基本系统结构图,辅助电路,控制对象,最小系统,1.3单片机的应用构成及应用领域,2、扩展系统,通过总线来扩展一些部件，以弥补单片机内部资源的不足这样可满足一些应用系统的特殊需要二、单片机的应用,1、单片机的应用特性,体积小可靠性高控制功能强使用方便性能价格比高(6)开发应用快捷,2、单片机的应用领域,广泛应用于智能仪表：如电阻电感电容测量仪、智能压力（温度、流量）变送器等,在机电一体化中的应用,机电一体化产品是指集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品例：数控机床等,在实时控制中的应用,在分布式多机系统中的应用,在民用电子产品中应用,高档的家用电器、电子玩具等如全自动洗衣机、热水器、电子游戏机,以单片机为核心组成的智能化仪器各自完成特定任务，再通过通信相互联系，协调完成整个任务第1章主要内容：,单片机概念单片机内部结构和资源单片机应用系统结构形式了解增强型51系列单片机片内资源情况,。