单片机教材第一章.doc

第1章 概 述 §1.单片微型计算机简介 单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)简称单片机，又称微控制器(Microcontroller Unit)。它不同于通常所说中央处理单元CPU（ CENTER PROCESSING UNIT），CPU包括计算机的运算器，控制器部分。单片机是将计算机的基本部件微型化，使之集成在一块芯片上的微机。片内含有CPU、ROM、RAM、并行I／O、串行I／O、定时器／计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等等。 自1974年美国德克萨斯仪器公司推出第一片单片机以来，单片机得到了迅猛的发展。目前的趋向包括以下几个方面： 由8位、16位、32位向64位发展，处理速度不断加快； 从单CPU向多CPU方向发展，使单片机具有并行处理能力，功能得到极大的增强； 使用的语言升级，有的单片机片内已固化有高级语言的解释程序，可直接用简单高级语言编程，有的单片机片可移植操作系统； I／O端口多功能化，如A／D、D／A、LED／LCD荧光管显示驱动、特殊串行I／O口、DMA控制、FIFO缓冲器、PWM(脉宽调制)输出、PLL(锁相环控制)等等； 低功耗、高速度，高集成度，多级流水线作业，并使适应电压范围加宽。 我们重点介绍AT89系列和ARM 系列单片机，基于以下几个原因： 1.AT 89系列单片机以MCS-51系列单片机为内核，是应用最广泛的8位单片机之一，ARM单片机功能非常强大，是应用最广泛的32位机。 2.介绍这两种系列单片机应用的资料丰富。 3.这两种单片机的配套件多。 4.本系列的单片机性价比高，市场来源广。 5.本系列单片机的开发装置品种多。 §2.单片机的特点 由于单片机具有许多特点，因而使得单片机的应用模式多，应用范围广。本节简单介绍单片机的特点及应用。 1.体积小，功率损耗低 由于单片机内部包含了计算机的基本功能部件，能满足很多应用领域对硬件的功能要求，因此由单片机组成的应用系统结构简单，体积特别小，功率损耗低，而只需单一的+5V电源。 2.可靠性高，抗干扰能力强。 单片机内CPU访问存贮器、I／O接口的信息传输线(即总线——地址总线、数据总线和控制总线)大多数在芯片内部，因此不易受外界的干扰，另一方面，由于单片机体积小，在应用环境比较差的情况下，容易采取对系统进行电磁屏蔽等措施。所以单片机应用系统的可靠性比一般的微机系统高得多。 3.功能强 单片机面向控制，它的实时控制功能特别强，CPU可以直接对I／O口进行各种操作(输入输出、位操作以及算术逻辑操作等)，运算速度高，时钟达20MHz以上。对实时事件的响应和处理速度快。 4.使用方便 由于单片机内部功能强，系统扩展方便，因此应用系统的硬件设计非常简单，又因为国内外提供多种多样的单片机开发工具，它们具有很强的软硬件调试功能和辅助设计的手段。这样使单片机的应用极为方便，大大地缩短了系统研制的周期。 5.性能价格比高 由于单片机功能强、价格便宜，其应用系统的印刷板小，接插件少，安装调试简单等一系列原因，使单片机应用系统的性能价格比高于一般的微机系统。 6.容易产品化 单片机以上的特性，缩短了单片机应用系统样机至正式产品的过渡过程，使科研成果迅速转化成生产力。 §3. 单片机的应用领域 单片机的应用具有面广量大的特点。国际上从七十年代开始，国内自80年代以来，单片机已广泛应用于国民经济的各个领域，对各个行业的技术改造和产品的更新换代起重要的推动作用。 1.单片机在智能仪表中的应用 单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，提高它们的测量速度和测量精度，加强控制功能，简化仪器仪表的硬件结构，便于使用、维修和改进。 2.单片机在机电一体化中的应用 机电一体化是机械工业发展的方向。电机一体化产品是指集机械技术、微电子技术、液压技术，自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品。例如微机控制的铣床、车床、钻床、磨床等等。单片微机的出现促进了机电一体化，它作为机电产品的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强、安装方便等优点，大大强化了机器的功能、提高了机器的自动化、智能化程度。 3.单片机在实时控制中的应用 单片机也广泛地用于各种实时控制系统中，例如对工业上各种窑炉的温度、酸度、化学成份的测量和控制。将测量技术、自动控制技术和单片机技术相结合，充分发挥数据处理和实时控制功能，使系统工作于最佳状态，提高系统的生产效率和产品的质量。 4.单片机在分布式多机系统中的应用