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1、单片机原理及应用第一章第1页，本讲稿共53页第一章第一章绪绪 论论第2页，本讲稿共53页一、电子计算机概述一、电子计算机概述二、微型计算机的应用形态二、微型计算机的应用形态三、单片机的发展过程及产品近况三、单片机的发展过程及产品近况四、单片机的特点四、单片机的特点 五、单片机的应用领域五、单片机的应用领域六、电子产品采用单片机的优点六、电子产品采用单片机的优点第3页，本讲稿共53页一、电电子子计计算机概述算机概述电电子子计计算算机机技技术术的的发发展展，相相继继经经历历了了五五个个时代：时代：电子管计算机；电子管计算机；晶体管计算机；晶体管计算机；集成电路计算机；集成电路计算机；大规模集成电路
2、计算机；大规模集成电路计算机；超大规模集成电路计算机。超大规模集成电路计算机。1、电电子子计计算机的算机的发发展展第4页，本讲稿共53页 1946年年2月月15日日，第一台，第一台电电子子数字数字计计算机算机问问世，世，这标这标志着志着计计算机算机时时代的到来。代的到来。（CALCULATOR）ENIAC第5页，本讲稿共53页 ENIAC是是电电子子管管计计算算机机，时时钟钟频频率率仅仅有有100 KHz，但但能能在在1秒秒钟钟的的时时间间内完成内完成5000次加法运算。次加法运算。与与现现代代的的计计算算机机相相比比，有有许许多多不不足足，但但它它的的问问世世开开创创了了计计算算机机科科学学
3、技技术术的的新新纪纪元元，对对人人类类的的生生产产和和生生活活方方式式产产生了巨大的影响生了巨大的影响。第6页，本讲稿共53页微型计算机系统的组成主要包括五大部分：微型计算机系统的组成主要包括五大部分：运算器运算器 控制器：控制器：此两部分合称为此两部分合称为CPU 存储器：存储器：RAM及及ROM 输入设备输入设备 输出设备：输出设备：外部设备通过外部设备通过I/O接口相连接口相连 微型计算机各部分通过三大总线有机连接微型计算机各部分通过三大总线有机连接2、微型计算机的组成、微型计算机的组成第7页，本讲稿共53页微型计算机组成结构框图微型计算机组成结构框图CPURAMRAMROMI/OI/O
4、I/ODBABCB微处理器、存储器加上微处理器、存储器加上I/O接口电路组成微型计算机接口电路组成微型计算机。各部分通过地。各部分通过地址总线（址总线（AB）、）、数据总线（数据总线（DB）和控制总线（和控制总线（CB）相连。相连。第8页，本讲稿共53页3、什么是单片机、什么是单片机 单片微型计算机简称单片微型计算机简称单片机单片机。即在一片芯。即在一片芯片上集成有计算机的片上集成有计算机的CPU、RAM、ROM、定时定时/计数器、计数器、I/O接口等电路，形成芯片级的接口等电路，形成芯片级的计算机。计算机。CPURAMROMI/O接口实时控制器件单片机第9页，本讲稿共53页二、二、微型计算机
5、的应用形态微型计算机的应用形态从应用形态上，微机可以分成三种：从应用形态上，微机可以分成三种：多板机（系统机）多板机（系统机）将将CPU、存储器、存储器、I/O接口电路和总线接口等组装接口电路和总线接口等组装在一块主机板（即微机主板）。各种适配板卡插在主在一块主机板（即微机主板）。各种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、软机板的扩展槽上并与电源、软/硬盘驱动器及光驱等硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内，再配上系统软件，就构成了一台完装在同一机箱内，再配上系统软件，就构成了一台完整的微型计算机系统（简称系统机）。整的微型计算机系统（简称系统机）。工业工业PC机机 也属于多板机。也属于多板机。第1
6、0页，本讲稿共53页 单板机单板机 将将CPU芯片、芯片、存储器存储器芯片、芯片、I/O接口接口芯片和简单芯片和简单的的I/O设备设备（小键盘、（小键盘、LED显示器）等装配在显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上一块印刷电路板上，再配上监控程序监控程序（固化在（固化在ROM中），就构成了一台单板微型计算机（简称中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。单板机）。单单板机板机第11页，本讲稿共53页单单板板机机的的I/O设设备备简简单单，软软件件资资源源少少，使使用用不不方方便便。早早期期主主要要用用于于微微型型计计算算机机原原理理的的教教学学及及简简单单的的测测控控系系统统，现在已很
7、少使用。，现在已很少使用。第12页，本讲稿共53页 单片机单片机 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路，从而构成了接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单单芯片微型计算机，即单片机片机。三种应用形态的比较三种应用形态的比较：系系统统机（多板机）机（多板机）单单板机板机单单片机片机第13页，本讲稿共53页 系系统统机机（桌桌面面应应用用）属属于于通通用用计计算算机机，主主要应用于数据处理、办公自动化及辅助设计。要应用于数据处理、办公自动化及辅助设计。单单片片机机（嵌嵌入入式式应应用用）属属于于专专用用计计算算机机，主主要要应应用用于
8、于智智能能仪仪表表、智智能能传传感感器器、智智能能家家电电、智智能能办办公公设设备备、汽汽车车及及军军事事电电子子设设备备等等应用系统。应用系统。单单片片机机体体积积小小、价价格格低低、可可靠靠性性高高，其其非非凡凡的的嵌嵌入入式式应应用用形形态态对对于于满满足足嵌嵌入入式式应应用用需需求求具具有独特的优势。有独特的优势。第14页，本讲稿共53页三、三、单片机的发展过程及产品近况单片机的发展过程及产品近况 单单片机技片机技术发术发展展过过程可分程可分为为三个主要三个主要阶阶段：段：单单芯片微机形成芯片微机形成阶阶段段 1976年，年，Intel公司推出了公司推出了MCS-48系列系列单单片片机
9、机。8位位CPU、1K字字节节ROM、64字字节节RAM、27根根I/O线线和和1个个8位定位定时时/计计数器数器。特点是特点是：存：存储储器容量器容量较较小，小，寻寻址范址范围围小（不大小（不大于于4K），），无串行接口，指令系无串行接口，指令系统统功能不功能不强强。1、单单片机的片机的发发展展过过程程第15页，本讲稿共53页 性能完善提高阶段性能完善提高阶段 1980年，年，Intel公司推出了公司推出了MCS-51系列单片机：系列单片机：8位位CPU、4K字节字节ROM、128字节字节RAM、4个个8位并口、位并口、1个全双工串行口、个全双工串行口、2个个16位定时位定时/计数计数器。寻
10、址范围器。寻址范围64K，并有控制功能较强的布尔并有控制功能较强的布尔处理器。处理器。特点是特点是：结构体系完善，性能已大大提高，：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出。现在，面向控制的特点进一步突出。现在，MCS-51已已成为公认的单片机经典机种成为公认的单片机经典机种。第16页，本讲稿共53页 微控制器化阶段微控制器化阶段 1982年，年，Intel推出推出MCS-96系列单片机。系列单片机。芯片内集成：芯片内集成：16位位CPU、8K字节字节ROM、232字字节节RAM、5个个8位并口、位并口、1个全双工串行口、个全双工串行口、2个个16位位定时定时/计数器。寻址范围计
11、数器。寻址范围64K。片上还有片上还有8路路10位位ADC、1路路PWM输出及高速输出及高速I/O部件等。部件等。特点是特点是：片内面向测控系统外围电路增强，使：片内面向测控系统外围电路增强，使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。及设备。“微控制器微控制器”的称谓更能反应单片机的本质的称谓更能反应单片机的本质。第17页，本讲稿共53页2、单单片机片机产产品近况品近况 5151系列系列单单片机片机产产品繁多，品繁多，主流地位已主流地位已经经形形成，成，近年来推出的近年来推出的与与5151系列系列兼容兼容的主要的主要产产品有：品有：ATMEL
12、ATMEL公司融入公司融入FlashFlash存存储储器技器技术术的的AT89AT89系列；系列；PhilipsPhilips公司的公司的8080C51C51、80C55280C552系列；系列；华华邦公司的邦公司的W78C51W78C51、W77C51W77C51高速低价高速低价系列；系列；ADIADI公司的公司的ADC8xxADC8xx高精度高精度ADCADC系列；系列；LGLG公司的公司的GMS90/97GMS90/97低低压压高速高速系列；系列；MaximMaxim公司的公司的DS89C420DS89C420高速（高速（5050MIPSMIPS）系列；系列；CygnalCygnal公司
13、的公司的C8051FC8051F系列高速系列高速SOCSOC单单片机。片机。第18页，本讲稿共53页非非51结构单片机新品结构单片机新品不断推出，给用户不断推出，给用户提供了更为广泛的选择空间提供了更为广泛的选择空间，近年来推出，近年来推出的非的非51系列的主要产品有：系列的主要产品有：Intel的的MCS-96系列系列16位单片机位单片机；Microchip的的PIC系列系列RISC单片机单片机；TI的的MSP430F系列系列16位位低功耗低功耗单片机单片机。Motorola的的68HCXX系列单片机系列单片机 Zilog的的Z8系列单片机系列单片机第19页，本讲稿共53页四、单片机的特点四
14、、单片机的特点 1、具有优异的性能价格比、具有优异的性能价格比2、集成度高、体积小、成本低、可靠性高、集成度高、体积小、成本低、可靠性高 3、结构灵活、控制功能强、结构灵活、控制功能强 4、低电压、低功耗、低电压、低功耗 5、易于产品化、易于产品化 第20页，本讲稿共53页五、单片机的应用领域单片机的应用领域 1、在智能仪器仪表中的应用、在智能仪器仪表中的应用 在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表数字化、智能化，多功能化、综合化方向发展，数字化、智能化，多功能化、综合化方向发展，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表提高测试的自动化程度和精度，简化仪器
15、仪表的硬件结构，提高其性能价格比。的硬件结构，提高其性能价格比。第21页，本讲稿共53页波形显示万用表波形显示万用表 波形显示万用表除具备常规数波形显示万用表除具备常规数字万用表的所有功能外，还可实字万用表的所有功能外，还可实现波形存储及再现。在波形显示现波形存储及再现。在波形显示上，采用单片机及高速上，采用单片机及高速A/D快速快速采样，可以波形显示采样，可以波形显示/模拟显示模拟显示/数字显示数字显示/图表记录方式，四种图表记录方式，四种方式任意转换及显示。并具备有方式任意转换及显示。并具备有数据数据/波形存储功能，可以将测波形存储功能，可以将测试结果记录下来，方便分析及处试结果记录下来，
16、方便分析及处理。理。第22页，本讲稿共53页函数信号函数信号发生器生器逻辑测试仪逻辑测试仪第23页，本讲稿共53页数字存储示波器数字存储示波器电机温度测量仪电机温度测量仪第24页，本讲稿共53页数字逻辑分析仪数字逻辑分析仪室内空气检测仪器室内空气检测仪器第25页，本讲稿共53页2、在机电一体化中的应用、在机电一体化中的应用 机电一体化产品是指集机械、微电子技术、机电一体化产品是指集机械、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的电子计算机技术于一体，具有智能化特征的电子产品。如机器人、数控机床等。单片机在机产品。如机器人、数控机床等。单片机在机电一体化产品的开发中可以发挥巨大的作用。电一体
17、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、自动包装机典型产品如机器人、数控机床、自动包装机等等。第26页，本讲稿共53页数控车床数控车床数控车床控制系统数控车床控制系统第27页，本讲稿共53页机器人机器人工业机器人工业机器人第28页，本讲稿共53页智能玩具与机器人智能玩具与机器人第29页，本讲稿共53页工业焊接机器人工业焊接机器人第30页，本讲稿共53页3、在实时过程控制中的应用、在实时过程控制中的应用 用单片机对过程控制中的电流、电压、温用单片机对过程控制中的电流、电压、温度、液位、流量等物理参数实时进行数据采度、液位、流量等物理参数实时进行数据采集、处理和控制，使系统保
18、持最佳工作状态，集、处理和控制，使系统保持最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品的质量。如工业提高系统的工作效率和产品的质量。如工业过程控制、过程监测、即时数据采集处理等过程控制、过程监测、即时数据采集处理等。典型应用如典型应用如电机转速控制、温度控制、自电机转速控制、温度控制、自动生产线动生产线等等。第31页，本讲稿共53页压力、温度检测与控制压力、温度检测与控制第32页，本讲稿共53页工业生产流水线工业生产流水线第33页，本讲稿共53页工业生产流水线工业生产流水线第34页，本讲稿共53页工业生产流水线工业生产流水线第35页，本讲稿共53页工业生产流水线工业生产流水线第36页，本讲稿共53页
19、4、在人类生活中的应用、在人类生活中的应用 目前国内外各种家用电器已普通采用单片目前国内外各种家用电器已普通采用单片机代替传统的控制电路。例如洗衣机、电冰机代替传统的控制电路。例如洗衣机、电冰箱、空调、微波炉、电饭煲、收音机、电视箱、空调、微波炉、电饭煲、收音机、电视机、音箱、电风扇机、音箱、电风扇 及许多高级电子玩具都配及许多高级电子玩具都配上了单片机，从而提高了自动化程度，增强上了单片机，从而提高了自动化程度，增强了功能了功能。第37页，本讲稿共53页家用电器家用电器第38页，本讲稿共53页家用电子产品家用电子产品第39页，本讲稿共53页5、在其它方面的应用、在其它方面的应用 单片机除以上
20、各方面的应用，它还广泛应用单片机除以上各方面的应用，它还广泛应用于军事国防领域、办公自动化领域、商业营销于军事国防领域、办公自动化领域、商业营销领域、汽车及通信、航空航天、计算机外部设领域、汽车及通信、航空航天、计算机外部设备、模糊控制、医疗设备等各领域中备、模糊控制、医疗设备等各领域中。第40页，本讲稿共53页军事国防领域军事国防领域第41页，本讲稿共53页航天领域航天领域第42页，本讲稿共53页办公自动化领域办公自动化领域第43页，本讲稿共53页汽车电子汽车电子第44页，本讲稿共53页医疗器械领域医疗器械领域第45页，本讲稿共53页六、电子产品采用单片机的优点六、电子产品采用单片机的优点
21、1、硬件通用化，应用灵活化、硬件通用化，应用灵活化。2、具有记忆、计算和查表能力、具有记忆、计算和查表能力。3、适于实时检测和控制、适于实时检测和控制。4、体积小、总量轻、功能强、价格便宜、体积小、总量轻、功能强、价格便宜、抗干扰能力强。抗干扰能力强。5、产品开发周期短、开发效率高。、产品开发周期短、开发效率高。第46页，本讲稿共53页学生作品：电子钟学生作品：电子钟第47页，本讲稿共53页学生作品：超声波测距仪学生作品：超声波测距仪第48页，本讲稿共53页学生作品：自动避障小车学生作品：自动避障小车第49页，本讲稿共53页学生作品：数字调谐收音机学生作品：数字调谐收音机第50页，本讲稿共53页学生作品：多路水文数据采集系统学生作品：多路水文数据采集系统第51页，本讲稿共53页学生作品：精密数字电压表学生作品：精密数字电压表第52页，本讲稿共53页本章到此结束本章到此结束第53页，本讲稿共53页