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1、第1章 单片微型计算机概述本讲稿第一页，共二十四页 一计算机的发展概况一计算机的发展概况1、计算机的诞生、计算机的诞生 19461946年年2 2月月1515日日，第一台，第一台电子数字子数字计算机算机在美国宾夕法尼亚大学莫尔学院研制成功，这标志着志着计算机算机时代的到来。代的到来。ENIACENIAC（“埃尼阿克埃尼阿克”）这台电子计算机总共用了18800个电子管，耗电140千瓦，占地150平方米，重达30吨，每秒钟可进行5000次加法运算。电子计算机的诞生是人类最伟大的发明之一。本讲稿第二页，共二十四页 与现代的计算机相比，有许多不足，但确是引起20世纪工业革命的先驱，它的问世开创了计算机
2、科学技术的新纪元，对人类的生产和生活方式产生了巨大的影响。匈牙利籍数学家冯冯诺依曼诺依曼在方案的设计上做出了重要的贡献。1946年6月，他又提出了“程序存储”和“二进制运算”的思想，进一步构建了计算机计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成组成这一计算机的经典结构。本讲稿第三页，共二十四页本讲稿第四页，共二十四页、计算机的发展历程计算机的发展历程 按照组成计算机的元器件的技术发展水平作为分类的依据，计算机技术的发展已经走过了4代。第一代：电子管计算机（1946年1953年）第二代：晶体管计算机（1954年1964年）第三代：集成电路计算
3、机（1965年1970年）第四代：大规模集成电路计算机（1971年至今）计算机的结构仍然没有突破冯计算机的结构仍然没有突破冯诺依曼提出的计算机的经典结诺依曼提出的计算机的经典结构框架。构框架。本讲稿第五页，共二十四页3 3、微型计算机的应用形态、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CPU、存储器、I/O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机板的扩展槽上并与电源、软/硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内，再配上系统软件，就构成了一台完整的微型计算机系统（简称系统机）。工业工业PC机机
4、 也属于多板机。也属于多板机。本讲稿第六页，共二十四页单板机单板机 将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片和简单的I/O设备（小键盘、LED显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序（固化在ROM中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。单单板机板机本讲稿第七页，共二十四页 单板机的I/O设备简单，软件资源少，使用不方便。早期主要用于微型计算机原理的教学教学及简单的测控简单的测控系统系统，现在已很少使用。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、I/O接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机单芯片微型计算机，即单片机。本讲稿第八页，共二十四页 三种应用形态的比
5、较：单单板机板机单单片机片机系系统统机（多板机）机（多板机）本讲稿第九页，共二十四页 系统机系统机（桌面应用桌面应用）属于通用计算机，主要应用于数据处理、办公自动化及辅助设计。单片机单片机（嵌入式应用嵌入式应用）属于专用计算机，主要应用于智能仪表、智能传感器、智能家电、智能办公设备、汽车及军事电子设备等应用系统。本讲稿第十页，共二十四页二单片机的发展概况二单片机的发展概况1、单片机的定义、单片机的定义 单片机(单片微型计算机单片微型计算机,微控制器微控制器,嵌入式微控制嵌入式微控制器器)，是指在一块芯片一块芯片上集成了中央处理器中央处理器CPUCPU、随、随机存储器机存储器RAMRAM、程序存
6、储器、程序存储器ROMROM或或EEPROMEEPROM、定时、定时/计数器、中断控制器以及串行口，并行计数器、中断控制器以及串行口，并行I/OI/O接口接口等部件，构成的一个完整的微型计算机系统完整的微型计算机系统。单片机一词源于Single Chip Microcomputer Single Chip Microcomputer 简称SCMSCM单片机英文Micro Controll UnitMicro Controll Unit 简称MCUMCU本讲稿第十一页，共二十四页2、单片机的组成、单片机的组成中央处理器CPU程序存储器ROM数据存储器RAM时钟电路各种I/O定时器/计数器CTC中
7、断系统内部中断外部中断内部总线本讲稿第十二页，共二十四页 3、单片机的发展过程、单片机的发展过程 单片机技术发展过程可分为三个主要阶段：单片机技术发展过程可分为三个主要阶段：单芯片微机形成阶段单芯片微机形成阶段 1976年，Intel公司推出了MCS-48系列单片机:8位位 CPU、1K字节字节ROM、64字节字节RAM、27根根I/O线和线和1个个8 位定时位定时/计数器。计数器。特点是特点是：存储器容量较小，寻址范围小（不大于 4K），无串行接口，指令系统功能不强。本讲稿第十三页，共二十四页性能完善提高阶段性能完善提高阶段 1980年，Intel公司推出了MCS-51系列单片机：8位位CP
8、U、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/计计数数器。寻址范围器。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：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，MCS-51已成已成 为公认的单片机经典机种，以成为单片机发展主为公认的单片机经典机种，以成为单片机发展主 流流。本讲稿第十四页，共二十四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
9、、232字节字节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位定时位定时/计数器。寻址范围计数器。寻址范围64K。片上。片上还有还有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，使单片机可以方便：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及设备。灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。“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。本讲稿第十五页，共二十四页4、单片机的发展趋势、单片机的发展趋势 (1)CMOS化 (2)实现低功耗管理
10、(3)大容量化 (4)高性能化 (5)外围电路内装化 (6)串行扩展技术 (7)小容量、低价格 本讲稿第十六页，共二十四页5 5、单片机的特点、单片机的特点 控制性能和可靠性高控制性能和可靠性高 实时控制功能特别强实时控制功能特别强，其，其CPU可以对可以对I/O端口直接进行操作，端口直接进行操作，位位操作能力操作能力更是其它计算机无法比拟的。另外，由于更是其它计算机无法比拟的。另外，由于CPU、存储器及、存储器及I/O接口接口集成在同一芯片内集成在同一芯片内，各部件间的连接紧凑，数据在传送时，各部件间的连接紧凑，数据在传送时受受干扰的影响较小干扰的影响较小，且不易受环境条件的影响，所以单片机
11、的，且不易受环境条件的影响，所以单片机的可可靠性非常高靠性非常高。体积小、价格低、易于产品化体积小、价格低、易于产品化 单片机芯片即是一台完整的微型计算机单片机芯片即是一台完整的微型计算机，对于批量大的专用场合，对于批量大的专用场合，一方面可以在众多的单片机品种间进行匹配选择；同时还可以专门一方面可以在众多的单片机品种间进行匹配选择；同时还可以专门进行芯片设计，使芯片的功能与应用具有良好的对应关系；在单片进行芯片设计，使芯片的功能与应用具有良好的对应关系；在单片机产品的引脚封装方面，有的单片机引脚已减少到机产品的引脚封装方面，有的单片机引脚已减少到8个或更少。从个或更少。从而使应用系统的而使应
12、用系统的印制板减小、接插件减少、安装简单方便。印制板减小、接插件减少、安装简单方便。本讲稿第十七页，共二十四页6、单片机的分类、单片机的分类 （1）通用型/专用型（单片机的适用范围）（2）总线型/非总线型（单片机是否提供并行总线）（3）工控型/家电型（单片机的应用领域）本讲稿第十八页，共二十四页7、单片机的应用、单片机的应用 智能仪器仪表智能仪器仪表 单片机用于各种仪器仪表，一方面提高了仪器仪表的使单片机用于各种仪器仪表，一方面提高了仪器仪表的使用用功能和精度功能和精度，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表的表的硬件结构硬件结构，从而可以方便地完成仪器仪
13、表产品的升级，从而可以方便地完成仪器仪表产品的升级换代。如换代。如各种智能电气测量仪表、智能传感器各种智能电气测量仪表、智能传感器等。等。本讲稿第十九页，共二十四页机电一体化产品机电一体化产品 机电一体化产品是集机械技术、微电子技术、自动化技机电一体化产品是集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的各种机电产品。术和计算机技术于一体，具有智能化特征的各种机电产品。单片机在机电一体化产品的开发中可以发挥巨大的作用。单片机在机电一体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、点钞机、医典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备
14、、打印机、传真机、复印机疗设备、打印机、传真机、复印机等。等。本讲稿第二十页，共二十四页实时工业控制实时工业控制 单片机还可以用于各种物理量的单片机还可以用于各种物理量的采集与控制采集与控制。电流、电压、。电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制温度、液位、流量等物理参数的采集和控制,均可以利用单片均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法智能算法，实，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应现期望的控制指标，从
15、而提高生产效率和产品质量。典型应用如用如电机转速控制、温度控制、自动生产线电机转速控制、温度控制、自动生产线等等。本讲稿第二十一页，共二十四页 分布式系统的前端模块分布式系统的前端模块 在较复杂的工业系统中，经常要采用分布式测控系统完成在较复杂的工业系统中，经常要采用分布式测控系统完成大量的分布参数的采集。在这类系统中，采用单片机作为分布大量的分布参数的采集。在这类系统中，采用单片机作为分布式系统的前端采集模块，系统具有式系统的前端采集模块，系统具有运行可靠，数据采集方便灵运行可靠，数据采集方便灵活，成本低廉活，成本低廉等一系列优点。等一系列优点。本讲稿第二十二页，共二十四页家用电器家用电器 家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广阔。如家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广阔。如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等。等。另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子等的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子等。本讲稿第二十三页，共二十四页课后作业：1 单片机的定义？2 单片机的分类？3 单片机的组成？本讲稿第二十四页，共二十四页