单片机专题讲座.ppt
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1、51单片机及其应用11.1电电子子计计算机的算机的发发展概述展概述1.1.1 1.1.1 电电子子计计算机的算机的问问世及其世及其经经典典结结构构1946年年2月月15日日,第一台电子数字第一台电子数字计算机问世,这计算机问世,这标志着计算机时标志着计算机时代的到来。代的到来。(CALCULATOR)ENIAC(“埃尼阿克埃尼阿克”)2与现代的计算机相比,有许多不足,但与现代的计算机相比,有许多不足,但它它的问世开创了计算机科学技术的新纪元,的问世开创了计算机科学技术的新纪元,对对人类的生产和生活方式产生了巨大的影响人类的生产和生活方式产生了巨大的影响。ENIAC是电子管计算机,时钟频率仅有是
2、电子管计算机,时钟频率仅有100KHz,但能在,但能在1秒钟的时间内完成秒钟的时间内完成5000次加法次加法运算。运算。3匈匈牙牙利利籍籍数数学学家家冯冯诺诺依依曼曼在在方方案案的的设设计计上上做做出出了了重重要要的的贡贡献献。1946年年6月月,他他又又提提出出了了“程程序序存存储储”和和“二二进进制制运运算算”的的思思想想,进进一一步步构构建建了了计计算算机机由由运运算算器器、控控制制器器、存存储储器器、输输入入设设备备和和输出设备组成输出设备组成这一计算机的经典结构。这一计算机的经典结构。(EDVAC-ELECTRONIC DISCRETE VARIABLE AUTOMATIC COMP
3、UTER)4电电子子计计算算机机技技术术的的发发展,相继经历了五个时代:展,相继经历了五个时代:电子管计算机;电子管计算机;晶体管计算机;晶体管计算机;集成电路计算机;集成电路计算机;大规模集成电路计算机;大规模集成电路计算机;超大规模集成电路计算机。超大规模集成电路计算机。计计算算机机的的结结构构仍仍然然没没有有突突破破冯冯诺诺依依曼曼提提出的计算机的经典结构框架。出的计算机的经典结构框架。5二、微型计算机的应用形态二、微型计算机的应用形态从应用形态上,微机可以分成三种:从应用形态上,微机可以分成三种:多板机(系统机)多板机(系统机)将将CPU、存储器、存储器、I/O接口电路和总线接接口电路
4、和总线接口等组装在一块主机板(即微机主板)。各口等组装在一块主机板(即微机主板)。各种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、软软/硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内,再硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内,再配上系统软件,就构成了一台完整的微型计配上系统软件,就构成了一台完整的微型计算机系统(简称系统机)。算机系统(简称系统机)。工业工业PC机机也属于多板机。也属于多板机。6 单板机单板机将将CPU芯片、芯片、存储器存储器芯片、芯片、I/O接口接口芯片芯片和简单的和简单的I/O设备设备(小键盘、(小键盘、LED显示器)等显示器)等装配在一块印刷电路板上,再配上
5、装配在一块印刷电路板上,再配上监控程序监控程序(固化在(固化在ROM中),就构成了一台单板微型中),就构成了一台单板微型计算机(简称单板机)。计算机(简称单板机)。单单板机板机7单单板板机机的的I/O设设备备简简单单,软软件件资资源源少少,使使用用不不方方便便。早早期期主主要要用用于于微微型型计计算算机机原原理理的的教教学学及及简简单单的测控系统的测控系统,现在已很少使用。,现在已很少使用。8 单片机单片机在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路,从而构成了接口电路,从而构成了单芯片微型计算机,即单芯片微型计算机,即单片机单片机。三种应
6、用形态的比较三种应用形态的比较:单单板机板机单单片机片机系系统统机(多板机)机(多板机)9系系统统机机(桌桌面面应应用用)属属于于通通用用计计算算机机,主主要要应应用用于于数数据据处处理理、办办公公自自动动化化及及辅辅助助设计。设计。单单片片机机(嵌嵌入入式式应应用用)属属于于专专用用计计算算机机,主主要要应应用用于于智智能能仪仪表表、智智能能传传感感器器、智智能能家家电电、智智能能办办公公设设备备、汽汽车车及及军军事事电电子子设设备等应用系统。备等应用系统。单单片片机机体体积积小小、价价格格低低、可可靠靠性性高高,其其非非凡凡的的嵌嵌入入式式应应用用形形态态对对于于满满足足嵌嵌入入式式应应用
7、需求具有独特的优势。用需求具有独特的优势。101.2单单片机的片机的发发展展过过程及程及产产品近况品近况1.2.1 1.2.1 单单片机的片机的发发展展过过程程 单单片机技片机技术发术发展展过过程可分程可分为为三个主要三个主要阶阶段:段:单单芯片微机形成芯片微机形成阶阶段段1976年,年,Intel公司推出了公司推出了MCS-48系列系列单单片片机机。8位位CPU、1K字字节节ROM、64字字节节RAM、27根根I/O线线和和1个个8位定位定时时/计计数器数器。特点是特点是:存:存储储器容量器容量较较小,小,寻寻址范址范围围小(不小(不大于大于4K),无串行接口,指令系),无串行接口,指令系统
8、统功能不功能不强强。11 性能完善提高阶段性能完善提高阶段1980年,年,Intel公司推出了公司推出了MCS-51系列单系列单片机:片机:8位位CPU、4K字节字节ROM、128字节字节RAM、4个个8位并口、位并口、1个全双工串行口、个全双工串行口、2个个16位定时位定时/计数器。寻址范围计数器。寻址范围64K,并有控,并有控制功能较强的布尔处理器。制功能较强的布尔处理器。特点是特点是:结构体系完善,性能已大大提高,:结构体系完善,性能已大大提高,面向控制的特点进一步突出。现在,面向控制的特点进一步突出。现在,MCS-51已成为公认的单片机经典机种已成为公认的单片机经典机种。12 微控制器
9、化阶段微控制器化阶段 特点是特点是:片内面向测控系统外围电路增强,:片内面向测控系统外围电路增强,使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。系统及设备。“微控制器微控制器”的称谓更能反应单片机的本质的称谓更能反应单片机的本质。1982年,年,Intel推出推出MCS-96系列单片机。系列单片机。芯片内集成:芯片内集成:16位位CPU、8K字节字节ROM、232字节字节RAM、5个个8位并口、位并口、1个全双工串行口、个全双工串行口、2个个16位定时位定时/计数器。寻址范围计数器。寻址范围64K。片上还有。片上还有8路路10位位ADC、1路路PW
10、M输出及高速输出及高速I/O部件等。部件等。131.2.2 1.2.2 单单片机片机产产品近况品近况 ATMELATMEL公司融入公司融入FlashFlash存存储储器技器技术术的的AT89AT89系列;系列;PhilipsPhilips公司的公司的80C5180C51、80C55280C552系列;系列;华华邦公司的邦公司的W78C51W78C51、W77C51W77C51高速低价高速低价系列;系列;ADIADI公司的公司的ADC8xxADC8xx高精度高精度ADCADC系列;系列;LGLG公司的公司的GMS90/97GMS90/97低低压压高速高速系列;系列;MaximMaxim公司的公司
11、的DS89C420DS89C420高速(高速(50MIPS50MIPS)系列;系列;CygnalCygnal公司的公司的C8051FC8051F系列高速系列高速SOCSOC单单片机。片机。80C5180C51系列系列单单片机片机产产品繁多,品繁多,主流地位已主流地位已经经形成,形成,近年来推出的近年来推出的与与80C5180C51兼容兼容的主要的主要产产品有:品有:14非非80C51结构单片机新品结构单片机新品不断推出,给用不断推出,给用户提供了更为广泛的选择空间户提供了更为广泛的选择空间,近年来推出的,近年来推出的非非80C51系列的主要产品有:系列的主要产品有:Intel的的MCS-96系
12、列系列16位单片机位单片机;Microchip的的PIC系列系列RISC单片机单片机;TI的的MSP430F系列系列16位位低功耗低功耗单片机单片机。151.3单单片机的特点及片机的特点及应应用用领领域域1.3.1 1.3.1 单单片机的特点片机的特点 近期推出的近期推出的单单片机片机产产品,内部集成有高速品,内部集成有高速I/OI/O口、口、ADCADC、PWMPWM、WDTWDT等部件,并在低等部件,并在低电压电压、低功耗、串行、低功耗、串行扩扩展展总线总线、控制网、控制网络总线络总线和开和开发发方式(如在系方式(如在系统编统编程程ISPISP)等方面都有了)等方面都有了进进一步的增一步的
13、增强强。控制性能和可靠性高控制性能和可靠性高 实时实时控制功能特控制功能特别别强强,其,其CPUCPU可以可以对对I/OI/O端口直接端口直接进进行操作,行操作,位操作能力位操作能力更是其它更是其它计计算机无法比算机无法比拟拟的。的。另外,由于另外,由于CPUCPU、存、存储储器及器及I/OI/O接口接口集成在同一芯片集成在同一芯片内内,各部件,各部件间间的的连连接接紧紧凑,数据在凑,数据在传传送送时时受干受干扰扰的的影响影响较较小小,且不易受,且不易受环环境条件的影响,所以境条件的影响,所以单单片机片机的的可靠性非常高可靠性非常高。16体积小、价格低、易于产品化体积小、价格低、易于产品化单片
14、机芯片即是一台完整的微型计算机单片机芯片即是一台完整的微型计算机,对于批量大的专用场合,一方面可以在众多对于批量大的专用场合,一方面可以在众多的单片机品种间进行匹配选择;同时还可以的单片机品种间进行匹配选择;同时还可以专门进行芯片设计,使芯片的功能与应用具专门进行芯片设计,使芯片的功能与应用具有良好的对应关系;在单片机产品的引脚封有良好的对应关系;在单片机产品的引脚封装方面,有的单片机引脚已减少到装方面,有的单片机引脚已减少到8个或更少。个或更少。从而使应用系统的从而使应用系统的印制板减小、接插件减印制板减小、接插件减少、安装简单方便。少、安装简单方便。171.3.2 1.3.2 单单片机的片
15、机的应应用用领领域域 智能智能仪仪器器仪仪表表 单单片机用于各种片机用于各种仪仪器器仪仪表,一方面提表,一方面提高了高了仪仪器器仪仪表的使用功能和精度,使表的使用功能和精度,使仪仪器器仪仪表智能化,同表智能化,同时还简时还简化了化了仪仪器器仪仪表表的硬件的硬件结结构,从而可以方便地完成构,从而可以方便地完成仪仪器器仪仪表表产产品的升品的升级换级换代。如代。如各种智能各种智能电电气气测测量量仪仪表、智能表、智能传传感器感器等。等。18机电一体化产品机电一体化产品机电一体化产品是集机械技术、微电机电一体化产品是集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一子技术、自动化技术和计算机技术于一体,
16、具有智能化特征的各种机电产品。体,具有智能化特征的各种机电产品。单片机在机电一体化产品的开发中可以单片机在机电一体化产品的开发中可以发挥巨大的作用。发挥巨大的作用。典型产品如机器人、典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机设备、打印机、传真机、复印机等。等。19实时工业控制实时工业控制单片机还可以用于各种物理量的采集单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流、电压、温度、液位、流与控制。电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中,利单片机
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