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1、单片机技术基础,第一讲 认识单片机,引用声明：,本课件部分内容引自网络资源，相应内容版权归属原作者所有。 主要参考源： ,内容提要,什么是单片机 单片机与嵌入式应用/系统 单片机的历史与发展趋势 单片机的分类 单片机的开发工具 嵌入式系统入门单片机 8051系列,什么是单片机,1、微型计算机硬件结构 常见的微机外形,微型计算机硬件结构 微机硬件组成,显示器,主机,键盘,鼠标,微型计算机硬件结构 ,内部结构,CPU (Central Processing Unit),硬件系统构成微机的实体和装置,软件系统微机系统所使用的各种程序的总称,软件系统与硬件系统共同构成实用的微机系统，两者是相辅相成、缺
2、一不可的。 70% 硬件是基础，软件是灵魂,微型计算机系统,单片微型计算机是指集成在一个芯片上的微型计算机，简称单片机 单片机实质上就是一个芯片,2、单片微型计算机,单片机内部结构示意图,单片机的特点,体积小、重量轻； 功耗低、功能强； 性价比高，可嵌入各种设备构成嵌入式系统； 数据大都在单片机内部传送，运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高； 结构灵活，易于组成各种微机应用系统； 应用范围极为广泛。,单片机应用系统,单片机应用系统:由硬件系统和软件系统组成,硬件是应用系统的基础,软件是在硬件的基础上对其资源进行合理调配和使用，从而完成应用系统所要求的任务，二者相互依赖，缺一不可,注：本课程的重点
3、,1.掌握单片机及其基本应用系统硬件原理。,2.掌握软件设计与调试的基本技能。,二、单片机与嵌入式系统,嵌入式系统本身是一个相对模糊的定义。目前嵌入式系统已经渗透到我们生活中的每个角落，工业、服务业、消费电子，而恰恰由于这种范围的扩大，使得“嵌入式系统”更加难于明确定义。,嵌入式系统的定义,根据IEEE（国际电机工程师协会）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”（原文为devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。 这主要是从
4、应用上加以定义的，从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。,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。 何立民教授的平台观点： 三个学科平台的建设，一个学科平台的应用,嵌入式处理器/微控制器,嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。单片机（MCU）是应用最多的一类嵌入式控制器，常用的嵌入式处理器还有： 微处理器（MPU） 多为32位，处理能力强，常需外扩存储器 数字信号处理器（DSP） 很强的运算能力，图像、视频应用 可编程逻辑器件（CPLD、FPGA） 高速
5、并行处理能力,全球微处理器出货量统计,2. 嵌入式处理器/单片机应用,单片机的发展过程,第一阶段（19761978年） 低性能单片机的探索阶段。以Intel公司的MCS-48为代表，8位CPU、定时/计数器、并行I/O口、RAM和ROM等。 第二阶段（19781982年） 高性能单片机阶段，这一类单片机带有串行I/O口，8位数据线、16位地址线可以寻址的范围达到64K字节、控制总线、较丰富的指令系统。 第三阶段（19821990年） 8位巩固发展，许多半导体厂商采用8051内核，并增强了外围电路的功能，强化了智能控制器的特征，16位单片机推出。 第四阶段（1990年） 微控制器的全面发展阶段，
6、各公司的产品在尽量兼容的同时，向高速、强运算能力、寻址范围大以及小型廉价方面发展。,3. 单片机种类,单片机的发展经历了由4位机到8位机,再到16位机的发展过程,目前8位单片机仍是单片机的主流机型；32位单片机成本迅速降低，应用前景广阔,单片机的分类方式,1）按内核结构分 - 指令集、性能 51，AVR，MSP430、PIC、MC68 ARM，PowerPC，MIPS 2）按指令集类型分 CISC（Complex Instruction Set Computer） RISC（Reduced Instruction Set Computer） 3）按总线形式分 总线型：可以扩展存储器（AB、DB
7、、CB） 非总线型 4）通用型/专用型,单片机生产厂商：,美国微芯片公司:PIC16C系列、PIC17C系列、PIC1400系列， 美国英特尔公司的MCS-48和MCS-51系列， 美国摩托罗拉公司的MC68HC05系列和MC68HC11系列， 美国齐洛格公司的Z8系列， 美国TI公司 MSP430系列 Atmel AT89xx系列、AVR系列日本公司产品 台湾省公司产品 / 海尔MCU产品 美国Silicon Laboratory 公司 C8051Fxxx系列51单片机,单片机的发展趋势（1）,内部结构的发展 资源更丰富：AD/DA、串行总线接口 速度更快：流水线结构、PLL提高工作频率 低
8、电压、微功耗 电压：5V、3.3V1.2V 功耗：mWuW 封装技术的进步 表面贴装技术（SMD）、小体积封装,小体积SMD封装单片机,单片机的发展趋势（2）,网络化 内嵌网络控制器接口，方便Internet连接 无线化 nrf24e1（ Nordic ），CC2431（TI） 片上系统（SOC：System On Chip） 工艺上的进步 0.6m以上CMOS光刻工艺，Motorola公司采用0.35m、0.25m技术，大大地提高了单片机的内部密度和可靠性。,单片机开发工具（1）,1）编程语言 汇编语言 A51， C语言 C51, ANSI C Basic语言 少数单片机支持 2）仿真器 软
9、件仿真（simulator，IDE提供） 硬件仿真（emulator） JTAG接口（）,单片机开发工具（2）,3）开发环境 编译、汇编、连接程序，命令行工作方式 集成开发环境（IDE），菜单、工具条 IDE一般由单片机厂商或第三方软件公司提供： Keil uVision 51系列通用，Asm/C，ARM IAR，ImageCraft ATMEL，MICROCHIP，TI，MOTO IDE免费，但C语言编译器一般需要购买。,系统级开发仿真环境,系统级开发仿真环境,数字模拟混合电路仿真及分析 微处理器与外围电路协同仿真 （支持程序调试，系统级开发） 丰富元器件库 （R L C IC LCD USB Motor, etc.） 各种虚拟仪器 （示波器 万用表 逻辑分析仪 信号发生器 等） PCB设计,