单片机原理及应用单片机与嵌入式系统学习课件PPT.ppt

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1、单片机与嵌入式系统,主 讲：梁德胜 联系方式：办公地点：教五楼 408室,课程性质及作用单片机与嵌入式系统是一门专业技术课，其内容具有很强的实践性；通过本课程学习，要求学生掌握单片机的基本原理，熟悉其基本结构，掌握单片机与外设的接口技术和典型接口线路；（Why？）通过本课程学习，要求学生掌握单片机汇编语言程序设计和调试的基本方法，并能结合硬件电路功能要求编制简单程序；通过单片机软、硬件学习，为将来从事相关工作打下良好基础。,1、MCS-51系列单片机系统及应用，蔡美琴等，高等教育出版社；2、MCS-51系列单片微型计算机机及应用，孙育才，东南大学出版社；3、单片机原理及接口技术，李朝青，北京航

2、空航天大学出版社。4、单片机原理及接口技术，余锡存等，西安电子科技大学出版社。5、单片机原理及接口技术，李全利，高等教育出版社；,参考书目,一、学时分配：总学时：32；授课：26；实验：6。二、成绩评定：考试成绩占70%；实验成绩占15%；平时成绩占15%。,2023年3月2日星期四,5,第1章 绪 论,2023年3月2日星期四,6,嵌入式系统的定义,根据IEEE的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”（devices used to control,monitor,or assist the operation of equipment,machinery or

3、plants）。目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。,2023年3月2日星期四,7,嵌入式系统的构架可以分成四个部分：处理器、存储器、输入输出（I/O）和软件（由于多数嵌入式设备的应用软件和操作系统都是紧密结合的，在这里我们对其不加区分，这也是嵌入式系统和Windows系统的最大区别）。,2023年3月2日星期四,8,嵌入式系统的特点,系统内核小。专用性强。系统精简。高实时性的系统软件(OS)是嵌入式软件的基本要求。嵌入式软件开发要想走向标准化，就必须使用多任务的操作系统。嵌入式

4、系统开发需要开发工具和环境。,2023年3月2日星期四,9,单片机是将组成微型计算机所必须的部件（中央处理器CPU、程序存贮器（ROM)、数据存贮器（RAM)、输入/输出（I/O)接口、定时/计数器、串行口、系统总线等）集成在一个超大规模集成电路芯片上。单片机主要用于控制系统中，所以又称微控制器（Microcontroller UnitMCU）。,1.1 单片机简介,2023年3月2日星期四,10,1.2 单片机的发展过程及产品近况,1.2.1 单片机的发展过程 自1971年Intel公司推出4位微处理器Intel4004以来，单片机技术发展过程可分为三个主要阶段：（1）单芯片微机形成阶段 1

5、976年，Intel公司推出了MCS-48系列单片机。8位CPU、1K字节ROM、64字节RAM、27根 I/O线和1个8位定时/计数器。特点是：存储器容量较小，寻址范围小（不大于 4K），无串行接口，指令系统功能不强。,2023年3月2日星期四,11,（2）性能完善提高阶段 1980年，Intel公司推出了MCS-51系列单片机：8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K，并有控制功能较强的布尔处理器。特点是：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，MCS-51已成为公认的单片机经典机种。,202

6、3年3月2日星期四,12,（3）微控制器化阶段 1982年，Intel推出MCS-96系列单片机。芯片内集成：16位CPU、8K字节ROM、232字节RAM、5个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K。特点是：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系统及设备。“微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。当然，进入90年代，它又有了飞速的发展，表现为功能增强，集成度提高，功耗降低(MSP430系列)。,2023年3月2日星期四,13,1.3 单片机的特点及应用领域,1.3.1 单片机的特点（1）控制性能和可靠性高 实时控制功能特别强，其CP

7、U可以对I/O端口直接进行操作，位操作能力更是其它计算机无法比拟的。另外，由于CPU、存储器及I/O接口集成在同一芯片内，各部件间的连接紧凑，数据在传送时受干扰的影响较小，且不易受环境条件的影响，所以单片机的可靠性非常高。,2023年3月2日星期四,14,（2）体积小、价格低、易于产品化 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8个或更少，从而使应用系统的印制板减小、接插件减少、安装简单方便。具有控制性能和可靠性高、良

8、好的性能价格比。这是单片机得以广泛应用的重要原因。,2023年3月2日星期四,15,1.3.2 单片机的应用领域（1）智能仪器仪表 单片机用于各种仪器仪表，一方面提高了仪器仪表的使用功能和精度，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表的硬件结构，从而可以方便地完成仪器仪表产品的升级换代。如各种智能电气测量仪表、智能传感器等。,2023年3月2日星期四,16,（2）机电一体化产品,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发挥巨大的作用。典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、传真

9、机、复印机等。,数控车床,2023年3月2日星期四,17,（3）实时工业控制 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，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应用如电机转速控制、温度控制、自动生产线等。,2023年3月2日星期四,18,（4）分布式系统的前端模块 在较复杂的工业系统中，经常要采用分布式测控系统完成大量的分布参数的采集。在这类系统中，采用单片机作为分布式系统的前端采集模块，系统具有运行可靠，数据采集方便灵活

10、，成本低廉等一系列优点。,2023年3月2日星期四,19,（5）家用电器 家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广阔。如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档玩具等。另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子等。,2023年3月2日星期四,20,1.4 单片机的发展趋势,1、低功耗CMOS化MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mw，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗的要求越来越高，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。,2023年3月2日星期四,21,2、微型单

11、片化现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机（如MSP430F44X）将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。,2023年3月2日星期四,22,3、主流与多品种共存现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以80C51为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。,2023年3月2日星期四,23,思考题与习题 1.什么叫单片机？其主要特点有哪些？2.单片机与微型计算机有哪些区别和联系？,