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1、单片机原理与应用,1.1 单片机介绍,1.1.1单片机概念单片机是在一块芯片上集成了各种部件的微型计算机，即是将组成微型计算机的各个功能部件，中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、输入/输出接口电路、定时器/计数器以及串行通信接口电路等集成在一块芯片中，构成一个完整的微型计算机。因此，这样的计算机称为单片微型计算机single chip microcomputer或单片机。本书讲述的MCS-51系列单片机是一种应用时间长，应用范围广，影响大的单片机。,分类,（1）4-BIT 单片机 4 位单片机的控制功能较弱,CPU 一次只能处理4 位二进制数。（2）8-BIT 单片机 8 位
2、单片机 8 位单片机的控制功能较强，品种最为齐全。和4 位单片机相比，它不仅具有较大的存储容量和寻址范围，而且中断源、并行I/O 接口和定时器/计数器个数都有了不同程度的增加，代表产品有Intel 公司的MCS-48 系列和MCS-51 系列、Microchip 公司的PIC16C系列和PIC17C系列以及PIC1400 系列、Motorola 公司的M68HC05 系列和M68HC11 系列、Zilog 公司的Z8 系列、荷兰Philips 公司的80C51 系列(同MCS-51 兼容)、Atmel公司的AT89 系列(同MCS-51 兼容)、NEC 公司的UPD78系列等等。,（3）16-
3、BIT 单片机16 位单片机是在1983 年以后发展起来的。这类单片机的特点是：CPU是16 位的，运算速度普遍高于8 位机，有的单片机的寻址能力高达1MB，片内含有A/D 和D/A转换电路，支持高级语言。这类单片机主要用于过程控制、智能仪表、家用电器以及作为计算机外部设备的控制器等。典型产品有Intel 公司的MCS-96/98 系列、Motorola 公司的M68HC16系列、NS 公司的783系列、TI公司的MSP430系列等等。,（4）32-BIT 单片机,32 位单片机的字长为32 位，是单片机的顶级产品，具有极高的运算速度。近年来，随着家用电子系统的新发展，32 位单片机的市场前景
4、看好。继16 位单片机出现后不久，几大公司先后推出了代表当前最高性能和技术水平的32 位单片微机系列。32 位单片机具有极高的集成度，内部采用新颖的RISC（精简指令系统计算机）结构，CPU 可与其他微控制器兼容，主频频率可达33MHz 以上，指令系统进一步优化，运算速度可动态改变，设有高级语言编译器，具有性能强大的中断控制系统、定时/事件控制系统、同步/异步通信控制系统。代表产品有Intel 公司的MCS-80960 系列、Motorola 公司的M68300 系列、Hitachi 公司的Super H(简称SH)系列等等。这类单片机主要应用于汽车、航空航天、高级机器人、军事装备等方面。它代
5、表着单片机发展中的高、新技术水平。ARM在32位MCU中的主流地位是毫无疑问的。ARM公司于1991年成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用ARM技术智能财产（IP）核心的处理器，即我们通常所说的ARM处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的处理器应用约占据了32位RISC微处理器75以上的市场，ARM技术不止逐步渗入到我们生活的各个方面，我们甚至可以说，ARM于人类的生活环境中，已经是不可或缺的一环。,ARM,CISC 和RISC单片机,集中指令集（CISC）和精简指令集（RISC）单片机是从指令结构来分的两种类型单
6、片机。采用CISC结构的单片机数据线和指令线分时复用，即所谓冯.诺伊曼结构。它的指令丰富，功能较强，但取指令和取数据不能同时进行，速度受限，价格亦高。采用RISC结构的单片机数据线和指令线分离，即所谓哈佛结构。这使得取指令和取数据可同时进行，且由于一般指令线宽于数据线，使其指令较同类CISC单片机指令包含更多的处理信息，执行效率更高，速度亦更快。同时，这种单片机指令多为单字节，程序存储器的空间利用率大大提高，有利于实现超小型化。属于CISC结构的单片机有IntelMCS-51系列、Motorola和M68HC系列、Atmel的AT89系列、台湾Winbond(华邦)W78系列、荷兰Pilips
7、的PCF80C51系列等；属于RISC结构的有Microchip公司的PIC系列、Zilog的Z86系列、Atmel的AT90S系列、韩国三星公司的KS57C系列4位单片机、台湾义隆的EM-78系列等。一般来说，控制关系较简单的小家电，可以采用RISC型单片机；控制关系较复杂的场合，如通讯产品、工业控制系统应采用CISC单片机。不过，RISC单片机的迅速完善，使其佼佼者在控制关系复杂的场合也毫不逊色。,EPROM、OTP（一次可编程）、QTP（掩膜）单片机,根据程序存储方式的不同，单片机又可分为EPROM、OTP（一次可编程）、QTP（掩膜）三种。目前单片机大都将程序存储体置于其内，给应用带来
8、了极大的方便。值得一提的是，美国ATMEL公司用自己擅长的FLASH存储技术与单片机技术结合，在MCS51内核中加入了该公司的FLASH存储器技术，推出了ISP单片机大大方便了单片机的设计和开发。,PIC 8位单片机,Microchip公司的PIC单片机最大的特点是多种型号来满足不同层次的应用要求。PIC系列从低到高有几十个型号，可以满足各种需要。比如说对类似汽车点火器，电子钟之类的应用来说需要一个I/O较少、RAM及程序存储空间不大、可靠性较高的小型单片机，若采用40脚且功能强大的单片机，不仅成本提高，40管脚的芯片体积也太大，PIC就提供PIC12C508单片机来满足此类需求，PIC12C
9、508仅有8个引脚是世界上最小的51单片机，,四、ATMEL的89S5X系列,ATMEL 的89C51即ATMEL公司的 AT89C51 单片机使用很广泛，在第二章详细介绍。五、AVR 高速8位单片机1997年,由ATMEL公司挪威设计中心的A先生与V先生利用ATMEL公司的Flash新技术,共同研发出RISC精简指令集的高速8位单片机，简称AVR。突出的型号有：atmega48、atmega8、atmega16、atmega169P,ATMEL的89S5X系列,AVR 高速8位单片机,单片机应用,单片机被称为信息产业三大支柱的“大脑”之一，具有形小、体轻、稳定、可靠等特点应用于仪器上，如设计
10、的信号发生器、多功能函数发生器、多功能电脑电子秤、指纹识别控制系统设计应用于家用电器，如设计的电饭煲、电风扇自然风发生器、电话计费器、心电仪、万年历应用于工业控制，火灾报警器、卫星导航定位GPS的车辆监控系统、温度测控系统、灯光自动控制系统、应用于通信领域，光纤数字遥测系统、具有局域网总线的安全防盗监控系统、单片机与IC卡、基于蓝牙技术的无限收发芯片的应用设计。单片机系能系统的开发不是传统仪器与单片机的简单组合，体现了系统一体化的设计，设计者除了掌握电脑知识外、还需要熟悉硬件电路接口、传感器、和执行机构的具体应用特点 由硬件和软件的配合完成,万年历,如图所示：为小型温控系统的基本电路,如图所示
11、：为小型温控系统的基本电路,特点,现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。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，2.微型单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、PM
12、W(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将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。,特点,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C8051为核心的单片机占据了半壁江山。,二、单片机的应用的设计,1、硬件条件 编程器、仿真器、实验板 2、软件条件 单片机开发环境是目前使用最流行的软件：Keil6.12和 ADS1.2.KeilC51v612，它可以提供C编译环境。3、单片机的类型 C51系列单片机,
