[工学]《单片机原理与嵌入式系统设计》.ppt

1、工学单片机原理与嵌入式系统设计 14位单片机阶段位单片机阶段 自1975年美国德克萨斯仪器公司首次推出4位单片机TMS-1000后，各个计算机生产公司竞相推出4位单片机。例如美国国家半导体公司(National Semiconductor)的COP402系列，日本电气公司(NEC)的PD75XX系列，美国洛克威尔公司(Rockwell)的PPS/1系列，日本松下公司的MN1400系列，富士通公司的MB88系列等。4位单片机主要用于家用电器、电子玩具等。随着集成电路工艺水平的提高，在1978年到1983年期间集成度提高到几万只管/片，因而一些高性能的8位单片机相继问世。例如，1978年摩托罗拉公

2、司的MC6801系列，齐洛格(Zilog)公司的Z8系列，1979年NEC公司的PD78XX系列，1980年Intel公司的MCS-51系列。这类单片机的寻址能力达64 KB，片内ROM容量达48 KB，片内除带有并行I/O口外，还有串行I/O口，甚至某些还有A/D转换器功能。因此，把这类单片机称为高档8位单片机。在高档8位单片机的基础上，单片机功能进一步得到提高，近年来推出了超8位单片机。如Intel公司的8X252、UPI-45283C152，Zilog公司的Super8，Motorola公司的MC68HC等，它们不但进一步扩大了片内ROM和RAM的容量，同时还增加了通信功能、DMA传输功

3、能以及高速I/O功能等。自1985年以来，各种高性能、大存储容量、多功能的超8位单片机不断涌现，它们代表了单片机的发展方向，在单片机应用领域发挥着越来越大的作用。8位单片机由于功能强，被广泛用于工业控制、智能接口、仪器仪表等各个领域。316位单片机阶段位单片机阶段 1983年以后，集成电路的集成度可达十几万只管/片，16位单片机逐渐问世。这一阶段的代表产品有1983 年Intel公司推出的MCS-96系列，1987年Intel公司又推出的80C96，美国国家半导体公司推出的HPC16040和NEC公司推出的783XX系列等。16位单片机把单片机的功能又推向了一个新的阶段。如MCS-96系列的集

4、成度为12万只管/片，片内含16位CPU、8 KB ROM、232字节RAM、5个8位并行I/O口、4个全双工串行口、4个16位定时器/计数器、8级中断处理系统。MCS-96系列还具有多种I/O功能，如高速输入/输出(HSIO)、脉冲宽度调制(PWM)输出、特殊用途的监视定时器(Watchdog)等等。16位单片机可用于高速复杂的控制系统。432位单片机位单片机 近年来，各个计算机生产厂家已进入更高性能的32位单片机研制、生产阶段。由于控制领域对32位单片机需求并不十分迫切，所以32位单片机的应用并不很多。需要提及的是，单片机的发展虽然按先后顺序经历了4位、8位、16位的阶段，但从实际使用情况

5、看，并没有出现推陈出新、以新代旧的局面。4位、8位、16位单片机仍各有应用领域，如4位单片机在一些简单家用电器、高档玩具中仍有应用，8位单片机在中、小规模应用场合仍占主流地位，16位单片机在比较复杂的控制系统中才有应用。微型计算机系统硬件微型计算机（主机）微处理器微处理器(CPU)软件外围设备运算器控制器存储器存储器(内存)RAMROM外部设备辅助设备 输入设备(键盘、扫描仪、语音识别仪)输出设备(显示器、打印机、绘图仪、)辅助存储器(磁带、磁盘、光盘)输入输入/输出接口输出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC)(I/O接口接口)总线(AB、DB、CB)系统软件(操作系统，编辑、编译程

6、序，故障诊断,监控程序)应用软件(科学计算，工业控制，数据处理)程序设计语言(机器语言、汇编语言、高级语言)电源电路时钟电路1.2.5 典型单片机产品简介典型单片机产品简介1、Intel公司单片机 MCS-51单片机系列 MCS-51可分为两个子系列和4种类型，如表1-1所示。按资源的配置数量，MCS-51系列分为51和52两个子系列，其中51子系列是基本型，而52子系列属于增强型。表1-1 MCS-51系列单片机分类 l 80C51与与8051的比较的比较（1）MCS-51系列芯片采用HMOS工艺，而80C51芯片则采用CHMOS工艺。CHMOS工艺是COMS和HMOS的结合，（2）80C5

7、1芯片具有COMS低功耗的特点。例如8051芯片的功耗为630mW,而80C51的功耗只有120mW。（3）80C51在功能增加了待机和掉电保护两种工作方式，以保证单片机在掉电情况下能以最低的消耗电流维持。（4）此外，在80C51系列芯片中，内部程序存储器除了ROM型和EPROM型外，还有E2PROM型，例如89C51就有4KB E2PROM。并且随着集成技术的提高，80C51系列片内程序存储器的容量也越来越大，目前已有64KB的芯片了。另外，许多80C51芯片还具有程序存储器保密机制，以防止应用程序泄密或被复制。1.2.6 单片机的应用模式单片机的应用模式单片机应用系统的结构 单片机应用系统

8、的结构通常分为以下三个层次。(1)单片机：通常指应用系统主处理机，即所选择的单片机器件。(2)单片机系统：指按照单片机的技术要求和嵌入对象的资源要求而构成的基本系统。时钟电路、复位电路和扩展存储器等与单片机共同构成了单片机系统。(3)单片机应用系统：指能满足嵌入对象要求的全部电路系统。在单片机系统的基础上加上面向对象的接口电路，如前向通道、后向通道、人机交互通道(键盘、显示器、打印机等)和串行通信口(RS232)以及应用程序等。后 向 通 道单 片 机单 片 机 系 统单 片 机 应 用 系 统人 机 交 互 通 道前 向 通 道应 用 程 序串 行 通 信 口单片机应用系统三个层次的关系如图

9、所示 单片机应用系统三个层次的关系1.2.7 单片机系统的开发过程 通常开发一个单片机系统可按以下6个步骤进行。(1)明确系统设计任务，完成单片机及其外围电路的选型工作。(2)设计系统原理图和PCB板，经仔细检查PCB板后送 工厂制作。(3)完成器件的安装焊接。(4)根据硬件设计和系统要求编写应用程序。(5)在线调试软硬件。(6)使用编程器烧写单片机应用程序，独立运行单片机系统。(3)浮点数的表示方法浮点数的表示方法一般定点数表示的范围和精度都较小，在数值计算时，大一般定点数表示的范围和精度都较小，在数值计算时，大多数采用浮点数。多数采用浮点数。浮点法中浮点法中,数据的小数点位置不是固定不变的

10、数据的小数点位置不是固定不变的,而是可而是可浮动的。浮动的。因此因此,可将任意一个二进制数可将任意一个二进制数N表示成表示成N=M2E其中其中,M为尾数为尾数,为纯二进制小数为纯二进制小数,E称为阶码。可见称为阶码。可见,一个一个浮点数有阶码和尾数两部分浮点数有阶码和尾数两部分,且都带有表示正负的阶码符与且都带有表示正负的阶码符与数符数符,其格式为其格式为，01101011阶符阶码数符尾数 应当注意：浮点数的正、负是由尾数的数符确定，而阶码的正、负只决定小数点的位置，即决定浮点数的绝对值大小。带符号数的表示 在计算机中，带符号数可以用不同方法表示，常用的有原码、反码和补码。行行列列000001

11、0100111001011101110000NULDLESP0P、p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2”2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB 7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+；Kk1100FFFS，Ll 1101CRGS=Mm1110SORSNn1111SIUS/？O_oDEL信息交换用汉字编码字符集信息交换用汉字编码字符集基本集基本集是我国于是我国于1980年制定的国家

12、标准年制定的国家标准GB231280，代号为国标码，是国家，代号为国标码，是国家规定的用于汉字信息交换使用的代码规定的用于汉字信息交换使用的代码的依据。的依据。汉字的机内码是供计算机系统内汉字的机内码是供计算机系统内部进行存储、加工处理、传输统部进行存储、加工处理、传输统一使用的代码，又称为汉字内部一使用的代码，又称为汉字内部码或汉字内码。码或汉字内码。汉字输入码是为了将汉字通过键汉字输入码是为了将汉字通过键盘输入计算机而设计的代码。汉盘输入计算机而设计的代码。汉字输入编码方案很多，其表示形字输入编码方案很多，其表示形式大多用字母、数字或符号。式大多用字母、数字或符号。汉字字形码是汉字字库中存储的汉字字形码是汉字字库中存储的汉字字形的数字化信息，用于汉汉字字形的数字化信息，用于汉字的显示和打印。字的显示和打印。