单片机发展介绍说明.ppt

《单片机发展介绍说明.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机发展介绍说明.ppt（18页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第一章 单片机发展介绍,硅谷芯微 技术贡献网址：,本章重点：,什么是单片机 单片机发展历程 单片机的特点 单片机的应用场合 单片机的发展趋势 主流的单片机产品 如何学习单片机,1.1 什么是单片机,单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。,计算机系统基本上分为两类：第一类是常见的普通计算机。第二类是嵌入式计算机，这种计算机往往为控制/监控目的

2、而集成到另外的系统中。,通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算；技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。而嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力；技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。比较普通计算机和嵌入式计算机的差异，说明这是由于它们应用场合和应用环境的不同而造成的，而单片机则属于低端嵌入式计算机。,嵌入式计算机单片机：硬件简单，字长一般为8位，也有16位的，存储空间最小。集成的片内外设比较丰富。由于硬件的局限性，导致软件上 就不能太大，采集速度低。难以完成复杂的实时运算。单循 环式，一般没有操作系统。ARM系列：也叫高端单片机

3、，硬件集成度高，集成的片内外设很多，通 常集成串口，USB，CAN等各种控制器，通讯方便。字长一般 32位。性能高，速度快，主频一般100M左右，ARM9可达600M 可以同时进行复杂的实时运算。某些DSP的运算能力超过奔 腾计算机。存储空间大，可以支持操作系统，带操作系统，多任务并发处理能力强，实时性高。,1.2 单片机发展历程,以8位单片机的推出作为起点，单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段：第一阶段（1976-1978）：单片机的控索阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。MCS-48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola、Zilog等，都取得了满意的效果

4、。这就是SCM的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。Intel公司在MCS-48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS-51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。CPU外围功能单元的集中管理模式。体现工控特性的位地址空间及位操作方式。指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制

5、器发展的阶段。Intel公司推出的MCS-96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着MCS-51系列的广应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制的特征。第四阶段（1990现在）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。,小巧灵活、成本低、易于产品化。它能方便地组装成各

6、种智能式控制设备以及各种智能仪表。面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，从而获得最佳性价比。抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣条件下都能可靠地工作，这是其它机型所无法比拟的。可以很方便地实现多机和分布式控制，使整个系统的效率和可靠性大为提高。,1.3 单片机的特点,1.4 单片机的应用场合,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。,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

7、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。,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、传真机、复印机等。,智能仪器仪表,实时工业控制,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、黑匣子还有分

8、布式系统的前端模块等等。,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、高档洗浴设备、高档玩具等。,家用电器,制作工艺 CMOS 化。更小的光刻工艺提高了集成度，从而使芯片更小、成本更低、工作电压更低、功耗更低。CPU 的改进。采用双 CPU 结构，增加数据总线的宽度，提高数据处理的速度和能力；采用流水线结构，提高处理和运算速度，以适应实时控制和处理的需要。增大存储容量，片内 EPROM 的 E2PROM 化，程序的保密化。提高并行口驱动能力，以减少外围驱动芯片，增加外围 I/O 口的逻辑功能和控制的灵活性。以串行方式为主的外围扩展。外围电路的内装化。和互

9、联网连接已是一种明显的走向 可靠性及应用水平越来越高 8 位机的主流地位。MCS51单片机生产工艺有两种：1、HMOS工艺（高密度短沟道MOS工艺）。2、CHMOS工艺（互补金属氧化物的HMOS工艺）。CHMOS是CMOS和HMOS的结合，既保持了HMOS高速度和高密度的特点，还具有CMOS的低功耗的特点。在产品型号中凡带有字母“C”的即为CHMOS芯片，CHMOS芯片的电平既与TTL电平兼容，又与CMOS电平兼容。,1.5 单片机目前状况及发展趋势,8051单片机最早由Intel公司推出,随后Intel公司将80C51内核使用权以专利互换或出让给世界许多著名IC制造厂商，如 Philips、

10、NEC、Atmel、AMD、Dallas、siemens、Fujutsu、OKI、华邦、LG等。在保特与8051单片机兼容的基础上，这些公司容入了自身的优势，扩展了针对满足不同测控对象要求的外围电路，如满足模拟量输入的A/D、满足伺服驱动的PWM、满足高速输入/输出控制的HSL/HSO、满足串行扩展总线I2C、保证程序可靠运行的的WDT、引入使用方便且价廉的Flash ROM等，开发出上百种功能各异的新品种。这样8051单片机就变成了众多芯片制造厂商支持的大家族，统称为8051系列单片机，所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机。客观事实表明，8051已成为8位单片机的主流，成了事实

11、上的标准MCU芯片。由于应用中的单片机品种繁多，现选择几种主要的单片机介绍进行介绍：,1.6 主流的单片机产品,1.6.1 AT89S与AVR单片机 ATMEL公司生产的具有Flash ROM的增强型51系列单片机目前在市场上仍然十分流行，其中AT89S系列十分活跃。AVR单片机是ATMEL在90年代推出的精简指令集RISC的单片机,跟PIC类似。使用哈佛结构。是增强型RISC内载Flash的单片机。AVR的单片机广泛应用于计算机外部设备,工业实时控制,仪器仪表,通讯设备,家用电器,宇航设备等各个领域。,1.6.2 PIC单片机 MicroChip单片机的主要产品是PIC 16C系列和17C系

12、列8位单片机,CPU采用RISC结构,分别仅有33,35,58条指令,采用Harvard双总线结构,运行速度快,低工作电压,低功耗,较大的输入输出直接驱动能力,价格低,一次性编程,小体积。适用于用量大,档次低,价格敏感的产品.在办公自动化设备,消费电子产品,电讯通信,智能仪器仪表,汽车电子,金融电子,工业控制不同领域都有广泛的应用,PIC系列单片机在世界单片机市场份额排名中逐年提高。1.6.3 STC单片机 STC单片机是深圳宏晶科技有限公司生产的系列单片机，目前国内市场占有率50%以上，STC单片机采用冯诺依曼结构，指令为复杂指令集。其优点是加密性强,很难解密或破解,解密费用很高、国内能解密

13、的人少,一般的仿制者望而退步.超强抗干扰，三大降低单片机时钟对外部电磁辐射的措施，超低功耗，适用于供电系统,如水表、气表、便携设备等.,1.6.4 Motorola单片机 Motorola是世界上最大的单片机厂商.从M6800开始,开发了广泛的品种,4位,8位,16位32位的单片机都能生产,其中典型的代表有:8位机M6805,M68HC05系列,8位增强型M68HC11,M68HC12,16位机M68HC16,32位机M683XX.Motorola单片机的特点之一是在同样的速度下所用的时钟频率较Intel类单片机低得多,因而使得高频噪声低,抗干扰能力强,更适合于工控领域及恶劣的环境。,1.6.

14、6 台湾MDT20XX系列单片机 MDT单片机是台湾 MICON 麦肯公司设计的 OTP/MASK掩膜型8位单片机，自1997年推向市场以来，深受广大用户欢迎，MDT系列单片机与 PIC 相比最大特点是温度范围为工业级，最大工作频率可达到 20MHz，不分型号和后缀，及售价十分便宜，同时只需将PIC的HEX文件作十分简单的转换即可，不用作任何修改。工业级OTP单片机,与PIC单片机管脚完全一致,海尔集团的电冰箱控制器,TCL通信产品,长安奥拓铃木小轿车功率分配器就采用这种单片机。1.6.7 EM78系列OTP型单片机 台湾义隆电子股份有限公司生产,直接替换PIC16CXX，管脚兼容,功能更强,

15、程序可用专业转换软件转换。适用范围：家电产品、IC卡终端产品（水表电表、煤气表）、保密系统（软件狗、报警器、监控器）、遥控器、仪表仪器,通信产品（多功能电话、交换机、密码锁）、电子医疗器械等。,1.6.5 MSP430单片机 TI公司生产的MSP430单片机，采用冯-诺依曼架构，通过通用存储器地址总线（MAB）与存储器数据总线（MDB）将 16 位 RISC CPU、多种外设以及高度灵活的时钟系统进行完美结合。MSP430能够为当前与未来的混合信号应用提供很好的解决方案。所有 MSP430 外设都只需最少量的软件服务。近几年使用量很大。主要应用范围：计量设备、便携式仪表、智能传感系统。,1.6

16、.8 Scenix单片机 Scenix公司推出的8位RISC结构SX系列单片机，具有虚拟外设功能,柔性化I/O端口,所有的I/O端口都可单独编程设定,公司提供各种I/O的库函数,用于实现各种I/O模块的功能,如多路UART,多路A/D,PWM,SPI,DTMF,FS,LCD驱动等等.采用EEPROM/FLASH程序存储器,可以实现在线系统编程.支持在线仿真1.6.9 LG公司GMS90系列单片机 与Intel MCS-51系列，Atmel 89C51/52，89C2051等单片机兼容，CMOS技术，高达40MHZ的时钟频率，应用于:多功能电话,智能传感器,电度表,工业控制,防盗报警装置,各种计

17、费器,各种IC卡装置,DVD,VCD,CD-ROM。1.6.10 华邦单片机 华邦公司的W77,W78系列8位单片机的脚位和指令集与8051兼容,但每个指令周期只需要4个时钟周期,速度提高了三倍,工作频率最高可达 40MHz.同时增加了WatchDog Timer,6组外部中断源,2组UART,2组Data pointer及Wait state control pin。W741系列的4位单片机带液晶驱动,在线烧录,保密性高,低操作电压。,1.6.11 Zilog单片机 Z8单片机是Zilog公司的产品,采用多累加器结构,有较强的中断处理能力,开发工具价廉物美.Z8单片机以低价位面向低端应用.我

18、想很多人都知道Z80单板机,直到90年代后期,很多大学的微机原理还是讲述Z80。1.6.12 NS单片机 COP8单片机是NS(美国国家半导体公司)的产品,内部集成了16位A/D,这是不多见的,在看门狗多路及STOP方式下单片机的唤醒方式上都有独到之处.此外,COP8的程序加密也做得比较好。1.6.13 AX1001单片机 由珠海建荣科技公司推出,它是 100MIPS 高性能 8 位 RISC 微控制器,采用了先进的 CMOS OTP 技术,应用于税控机、条形码扫描仪、打印机、网络控制系统、读卡器等等。该款芯片性能比很高。,1.7 我们发现这么多单片机该从何学起？,1.7.1 平台选择：51还

19、是PIC、AVR？,不明真相的读者认为：51单片机都快淘汰了，现在都流行PIC、AVR、ARM了，还学51跟不上时代了。我们公司用的是PIC（或者易隆、NEC、PHILIPS）啊，我学了51又用不上。作者观点：51单片机还有很强的生命力，至今仍然活跃在各种应用领域。如STC51，C8051F等51系列单片机与时俱进的融入了很多现代MCU特有的元素，在常规单片机应用领域仍然很受欢迎。51单片机是所有单片机的一个典型代表，学会了51单片机再引申到其他单片机就比较容易了。就好像你先学会了开小轿车，然后再去学开大卡车，很多东西（譬如交通规则，譬如油门控制、刹车等等）都是共通的，很容易上手。51单片机内

20、部结果相对简单，寄存器较少，也没有让初学者完全摸不着头脑的复杂配置，是初学者学习单片机和编程最好的对象。如果零基础直接学习其他较为复杂的单片机，很可能忙碌一阵后心力交瘁还感觉入不了门。51单片机有广泛的群众基础，资料最为丰富，获取最为容易。学习和开发中遇到问题最容易从外界获取帮助。51单片机有很好的开发工具配合，Keil uVision IDE。特别是它提供的软件仿真功能，对初学者来说是辅助学习单片机工作原理及提高程序调试能力的利器。,1.7.2 语言：汇编还是C？确定了单片机，另一个老生常谈的争论就不得不面对了，学汇编还是C好？现在很多宣传一味鼓吹C语言的好，似乎“万恶的汇编”早就该下地狱了

21、。这种观点是有失偏颇的。,客观的讲，汇编语言和C语言各有特点。在这里我也不想长篇大论，简单的说：汇编语言的本质是机器码，是直接和单片机对话的唯一途径。优点是效率高，缺点是难以驾驭。C语言的逻辑性更强，优点是只要掌握了语言本身编程就变得简单，而且移植性好。缺点嘛，就是即使你写出了程序，完成了功能，但是你对单片机本身的了解还是很少。实际开发中大多会使用C语言，汇编语言在较为复杂的工程面前还是显得很无力，往往折腾的你着急上火。但是汇编语言在学习单片机的过程中却是个宝贝，想要真正懂得单片机的内部奥妙，还得借助汇编语言这个窗口才能一窥全豹啊。,因此作者认为学习的正确流程应该是：先通过汇编语言将单片机硬件资源掌握透彻，c语言仅是一门语言，对硬件了解清楚的基础之上再学习c语言，很容易上手。,1.8 课后练习,在网上查找单片机相关资料对单片机进行简单了解。,谢谢大家,硅谷芯微 技术贡献,