单片机原理与应用接口适配器.PPT

第一章 单片机简介 1.1 什么是单片机 1.2 单片机的历史发展 1.3 单片机的发展趋势 1.4 单片机的应用 1.5 单片机的主要厂商及产品系列 1.6 学习单片机的方法 微型计算机组成结构 1.1 什么是单片机 单片机：亦称单片微型计算机 （Single-Chip Microcomputer）。 是将微处理器（CPU）、存储器（只读存储器ROM和随机存储器RAM）、总线、定时器/计数器、输入/输出接口（I/O）和其他多种功能器件集成在一块芯片上构成的微型计算机。 单片机的主要特点 ： （1）集成度高、体积小。 单片机将CPU、存储器、I/O接口等各种功能部件集成在一块晶体芯片上，体积小，节省空间。能灵活，方便地应用于各种智能化的控制设备和仪器，实现机电一体化。 （2）可靠性高，抗干扰性强。 单片机把各种功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。 单片机的主要特点 ： （3）控制功能强。 其CPU可以对I/O端口直接进行操作，可以进行位操作、分支转移操作， 还能方便地实现多机控制，使整个系统的控制效率大为提高，适用于专门的控制领域。 （4）低功耗。 许多单片机的工作电压只有2～4伏特，电流几百微安，功耗很低，适用于便携式系统。 单片机的主要特点 ： （5）可扩展性好。 单片机具有灵活方便的外部扩展总线接口，使得当片内资源不够使用时可以非常方便地进行片外扩展。另外，现在单片机具有越来越丰富的通信接口：如异步串行口SCI、同步串行口SPI、I2C、CAN总线、甚至有的单片机还集成了USB接口或以太网接口，这些丰富的通信接口使得单片机系统与外部计算机系统的通信变得非常容易。 （6）性价比高。 单片机应用广泛，生产批量大，产品供应商的商业竞争使得单片机产品的性能越来越强而价格低廉，有优异的性能价格比。 1.2 单片机的历史发展 （1）第一阶段（1976-1978）：单片机发展的初级阶段。 这个阶段的单片机受集成电路技术的限制，制造工艺落后（使用NMOS工艺），速度低，功耗大，集成度低，片内资源较少。 典型的代表产品有Intel公司的MCS-48系列。其特点是：片内集成有8位的CPU（有的还是4位的CPU），只有并行接口，无串行接口，有1个8位的定时器/计数器，最多只有2个中断源，1KB或2KB的ROM，64B或128B的RAM，寻址范围不大于4KB。 1.2 单片机的历史发展 （2）第二阶段（1978-1982）：单片机发展和完善阶段。 采用CMOS 工艺，并逐渐被高速低功耗的HMOS工艺代替。代表产品有Intel公司的MCS-51系列，Motorola公司的MC6805系列，TI公司的TMS7000系列等。这个阶段的单片机在以下几个方面奠定了典型的单片机通用体系结构。 ① 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。 ② CPU外围功能单元的集中管理模式。 ③ 体现工控特性的位地址空间及位操作方式。 ④ 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。 1.2 单片机的历史发展 （3）第三阶段（1982-1990）：8位单片机巩固发展及16位单片机推出阶段，也是单片机向微控制器（Micro Control Unit—MCU）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。 1.2 单片机的历史发展 （4）第四阶段（1990—）：微控制器的全面发展阶段。 不但16位单片机和8位高性能单片机并行发展，还出现了32位和更高位的单片机。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、强运算能力的通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。单片机的性能不断完善提高，种类和型号大量增加，正朝着面向多用户、多层次和多规格方向发展。 1.3 单片机的发展趋势 （1）高性能化 高性能化，主要是指进一步改进CPU的性能，提高指令运算速度，增加字长，采用RISC（Reduced Instruction Set Computer--精简指令集）结构和流水线技术，可以大幅度提高运行速度。现在CPU的处理速度最高者已达100MIPS