1、绪论(第 1页)主讲：张松灿主讲：张松灿答疑时间：周四晚答疑时间：周四晚7：008：00答疑地点：西苑校区答疑地点：西苑校区10#822河南科技大学电子信息工程学院自动化系河南科技大学电子信息工程学院自动化系单片机中级教程单片机中级教程原理与应用原理与应用绪论(第 2页)本章的主要内容：本章的主要内容：1.11.1单片机单片机1.21.2单片机与嵌入式系统单片机与嵌入式系统1.31.3本教程的特点和教学安排本教程的特点和教学安排绪论(第 3页)单片机基础知识单片机基础知识 1.1.单片机的含义单片机的含义 2.2.单片机的发展单片机的发展 3.MCS-513.MCS-51和和80C5180C5
2、1系列简介系列简介 4.4.单片机的应用单片机的应用绪论(第 4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的芯片和简单的I/O设备设备（小键盘、（小键盘、LED显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上显示器）等装配在一块印刷电路板上，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中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。（简称单板机）。单板机的单板机的I/O设备简单，软件资源少，使用不方便。早期设备简单，软件资源少，使用不方便。早期主要用于微型计算机原理的主要用于微型计算机原理的教学教学及及简单的测控系统简单的测
3、控系统，现在已，现在已很少使用。很少使用。单板机单板机1单片机的定义单片机的定义绪论(第 5页)什么是单片机？-集成电路芯片 单片机（单片机（Single Chip ComputerSingle Chip Computer）又称单片微型计算机）又称单片微型计算机（MicrocontrollerMicrocontroller），），随着大规模集成电路技术的发展，可以随着大规模集成电路技术的发展，可以将将CPUCPU、RAMRAM、ROMROM，定时器，定时器/计数器计数器，以及，以及输入输入/输出（输出（I/0I/0）接）接口电路口电路等计算机的主要部件，集成在一块等计算机的主要部件，集成在一块
4、集成电路芯片集成电路芯片上。上。最早的单片机产生于最早的单片机产生于70年代年代现代单片机代表：现代单片机代表：MCS-51单片机主要组成部分：单片机主要组成部分：中央处理器中央处理器 CPU 存储器存储器（数据存储器（数据存储器RAM 程序存储程序存储ROM）输入输入/输出接口输出接口 定时器定时器/计数器计数器单板机单板机单片机单片机绪论(第 6页)单片机的特点（优点）单片机的特点（优点）体积小、重量轻；体积小、重量轻；电源单一、功耗低电源单一、功耗低（突出特点（突出特点）；）；功能强、价格低，有优异的性能价格比；功能强、价格低，有优异的性能价格比；全部集成在芯片上，布线短，合理，集成度高
5、；全部集成在芯片上，布线短，合理，集成度高；数据大部分在单片机内传递，运行速度快，抗干扰数据大部分在单片机内传递，运行速度快，抗干扰 能力强，可靠性高。能力强，可靠性高。绪论(第 7页)（1 1）单片微型计算机单片微型计算机-Single Chip Computer-Single Chip Computer 从从组成和功能组成和功能上看，已具有了微机系统的含义。上看，已具有了微机系统的含义。（2 2）微控制器微控制器-Microcontroller-Microcontroller，MCUMCU 从功能和形态来说，单片机是作为控制领域应用的要求而诞从功能和形态来说，单片机是作为控制领域应用的要求
6、而诞生的，在发展中扩展各种控制功能，如生的，在发展中扩展各种控制功能，如 A/DA/D、PWMPWM、计数器捕获、计数器捕获/比较逻辑比较逻辑(PCA)(PCA)等，已突破了微型计算机（等，已突破了微型计算机（MicrocomputerMicrocomputer）的传）的传统内容。故微控制器能更准确地反映单片机本质。统内容。故微控制器能更准确地反映单片机本质。（3 3）嵌入式微控制器嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller)(Embedded Microcontroller)应用系统往往以单片机为核心，且完全融入应用系统之中。应用系统往往以单片机为核心，且完全融入应用系
7、统之中。（4 4）在我国，单片机的叫法甚为普遍。）在我国，单片机的叫法甚为普遍。单片机的别称绪论(第 8页)单片机的发展历程单片机的发展历程 特点特点：存储器容量较小，寻址范围小（不大于：存储器容量较小，寻址范围小（不大于4K4K），），无串行接口，指令系统功能不强。无串行接口，指令系统功能不强。体积小，功能全、价格低等特点，赢得了广泛的应体积小，功能全、价格低等特点，赢得了广泛的应用。用。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：单芯片微机单芯片微机形成阶段形成阶段 19761976年，年，IntelIntel公司公司,MCS-48MCS-48系列单片机系列
8、单片机 。8 8位位CPUCPU、1K1K字节字节ROMROM、6464字节字节RAMRAM、2727根根I/OI/O线和线和1 1个个8 8位定时位定时/计数器。计数器。绪论(第 9页)性能完善提高阶段性能完善提高阶段 19801980年，年，IntelIntel公司公司,MCS-51MCS-51系列单片机系列单片机.8 8位位CPUCPU、4K4K字节字节ROMROM、128128字节字节RAMRAM、4 4个个8 8位并口、位并口、1 1个全双工串行口、个全双工串行口、2 2个个1616位定时位定时/计数器。寻址范围计数器。寻址范围64K64K，并有控制功能较强的布尔处理器。，并有控制功
9、能较强的布尔处理器。特点特点：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，面向控面向控制的特点制的特点进一步突出。进一步突出。此外具有品种全、兼容性强、此外具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富软硬件资料丰富等等特点特点,应用非常广泛。应用非常广泛。MCS-51MCS-51已成为公认的单片机已成为公认的单片机经典机种经典机种。绪论(第 10页)微控制器化阶段微控制器化阶段19821982年，年，Intel,Intel,MCS-96MCS-96系列单片机（系列单片机（1616位）。位）。芯片集成芯片集成：1616位位CPUCPU、8K8K字节字节ROMROM、232232字节字节
10、RAMRAM、5 5个个8 8位并口、位并口、1 1个全双工串行口、个全双工串行口、2 2个个1616位定时位定时/计数器。寻计数器。寻址范围址范围64K64K。片上还有。片上还有8 8路路1010位位ADCADC、1 1路路PWMPWM输出及高速输出及高速I/OI/O部件等。部件等。特点特点：面向：面向测控系统的外围电路增强测控系统的外围电路增强，使单片机可以，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。方便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。绪论(第 11页)ARM(ARM(主要是多媒体主要是多媒体)处理器
11、在全球范围的流行，处理器在全球范围的流行，3232位位的的RISCRISC嵌入式处理器嵌入式处理器成为高中端嵌入式应用的主流。成为高中端嵌入式应用的主流。原因原因：（1 1）数码设备如数码相机、数码设备如数码相机、MP3MP3、PDAPDA、各种信息家、各种信息家电等有更高的性能要求。电等有更高的性能要求。（2 2）在）在MCUMCU运行运行TCPTCPIPIP或其它通信协议或其它通信协议的情况下，的情况下，要求系统建立在要求系统建立在RTOSRTOS上就必然成为一种现实需求。上就必然成为一种现实需求。（3 3）电视机、汽车音响及电子玩具电视机、汽车音响及电子玩具等传统应用提出等传统应用提出数
12、字化和数字化和“硬件软化硬件软化”的要求，对的要求，对计算性能计算性能的要求及的要求及存储器容量存储器容量的需求都的需求都超出绝大多数超出绝大多数 8 8位或位或1616位微控制位微控制器器能提供的范围。能提供的范围。微控制器进一步发展微控制器进一步发展绪论(第 12页)多功能、多选择、高速度、低功耗、低价多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、扩大存储容量和加强格、扩大存储容量和加强I/OI/O功能功能及结构兼容及结构兼容方向发展。方向发展。3.单片机的发展趋势单片机的发展趋势绪论(第 13页)1 1、多功能、多功能存储器类，包括程序存储器存储器类，包括程序存储器MROMMROMOTP RO
13、MOTP ROMEPROMEPROMEEPROMEEPROMFlashROMFlashROM和数据存储器和数据存储器SRAMSRAM SDRAMSDRAMSSRAMSSRAM；有串行接口类，包括有串行接口类，包括UARTUART、SPISPI、I2CI2C、CANCAN、IRIR、EthernetEthernet、HDLCHDLC；有并行接口类，包括有并行接口类，包括 CentronicsCentronics、PCIPCI、IDEIDE、GPIOGPIO等；等；有定时和时钟类，包括，定时器计数器、实时时钟有定时和时钟类，包括，定时器计数器、实时时钟(RTC)(RTC)、WatchdogWatc
14、hdog、Clock outClock out；有专用和外围接口类，包括有专用和外围接口类，包括Comparer(Comparer(比较器比较器)、ADCADC、DACDAC、LCDLCD控制器、控制器、DMADMA、PWMPWM、PLLPLL、MACMAC、温度传感器等。、温度传感器等。Cygnal Cygnal公司的公司的C8051FC8051F系列的系列的MCUMCU在一个芯片中集成有数据采在一个芯片中集成有数据采集系统或控制系统所需要的数字和模拟外围接口和功能部件，这集系统或控制系统所需要的数字和模拟外围接口和功能部件，这种种混合信号芯片混合信号芯片实质上已构成了片上系统实质上已构成了
15、片上系统(SoC)(SoC)。绪论(第 14页)(2)(2)多核结构多核结构处理器处理器 随着嵌入式应用的深入，如：数字通信和网络中随着嵌入式应用的深入，如：数字通信和网络中的应用，对处理器提出了更高的要求，现在已出现的应用，对处理器提出了更高的要求，现在已出现多多核结构核结构的处理器。的处理器。FreescaleFreescale公司研发的公司研发的MPC8260 PowerQUiCCMPC8260 PowerQUiCC就是就是一种先进的为电信和网络市场而设计的集成通信微处一种先进的为电信和网络市场而设计的集成通信微处理器。它融合了理器。它融合了两个两个CPUCPU嵌入式嵌入式PowerPC
16、PowerPC内核和通内核和通信处理模块信处理模块(CPM)(CPM)。由于。由于CPMCPM分担了嵌入式分担了嵌入式PowerPCPowerPC核的核的外围工作任务，这种双处理器体系结构功耗反而要低外围工作任务，这种双处理器体系结构功耗反而要低于传统体系结构的处理器。于传统体系结构的处理器。InfineonInfineon公司的公司的TCl0GPTCl0GP和增强型和增强型TCll30TCll30都是三核都是三核(TriCore)(TriCore)结构的微处理器。结构的微处理器。绪论(第 15页)(3)(3)更低功耗更低功耗 很多很多MCUMCU都有多种工作方式，包括都有多种工作方式，包括等
17、待、暂停、休等待、暂停、休眠、空闲、节电眠、空闲、节电等工作方式。等工作方式。例如例如PhilipsPhilips的的P87LPC762P87LPC762，空闲状态下的电流为，空闲状态下的电流为1.5mA1.5mA，而在节电方式下电流只有，而在节电方式下电流只有0.5mA0.5mA。(4)(4)更宽工作电压范围更宽工作电压范围 扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工作扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工作是现在新推出的是现在新推出的MCUMCU的一个特点。的一个特点。目前一般目前一般MCUMCU都可以在都可以在3.33.35.5V5.5V的范围内工作，的范围内工作，有些产品则可以在有些产
18、品则可以在2.22.26V6V的范围内工作。的范围内工作。绪论(第 16页)(5)(5)更先进的工艺和更小的封装更先进的工艺和更小的封装 越来越多的越来越多的 MCUMCU采用了各种采用了各种贴片封装贴片封装形式，以满形式，以满足足便携式手持设备便携式手持设备的需要。的需要。(6)(6)低噪声布线技术低噪声布线技术 在过去的在过去的MCUMCU中，中，电源与地电源与地引脚是安排在芯片封装引脚是安排在芯片封装的的对角上对角上，即左上、右下或右上、左下位置上。电源，即左上、右下或右上、左下位置上。电源噪声对噪声对MCUMCU的内部电路造成的干扰相对较大。的内部电路造成的干扰相对较大。绪论(第 17
19、页)MCS-51 MCS-51和和80C5180C51系列简介系列简介 从最初的单片机发展到如今的新一代单片机，大致从最初的单片机发展到如今的新一代单片机，大致经历了三个年代。如以经历了三个年代。如以Intel 8Intel 8位单片机为例，大致是位单片机为例，大致是:第一代第一代:以以19761976年推出的年推出的MCS-48MCS-48系列为代表系列为代表，将，将CPUCPU和计算机外围电路集成到了一个芯片和计算机外围电路集成到了一个芯片上，为单片机的进上，为单片机的进一步发展开辟了成功之路。一步发展开辟了成功之路。第二代第二代:以以MCS-51MCS-51的的80518051、8052
20、8052为代表。最主要技为代表。最主要技术特点是向术特点是向外部接口电路扩展外部接口电路扩展，以实现微控制器，以实现微控制器（MicrocontrollerMicrocontroller）化。）化。8080年代初推出的新产品。其主要的技术特征是：年代初推出的新产品。其主要的技术特征是：绪论(第 18页)（1 1）扩大了片内存储容量、外部寻址空间。）扩大了片内存储容量、外部寻址空间。程序存储器和外部数据存储器的寻址都增加为程序存储器和外部数据存储器的寻址都增加为64K64K。4K4K8 ROM8 ROM作为内部程序存储器，用来存放系统程作为内部程序存储器，用来存放系统程序、用户的专用程序和固定常
21、数。序、用户的专用程序和固定常数。在在MCS-51MCS-51系列单片机中，系列单片机中，80318031、87518751与与80518051的的内部结构基本相同，其区别：内部结构基本相同，其区别：80318031内部不含有程序存储器内部不含有程序存储器，必须由外部扩展。，必须由外部扩展。87518751内部程序存储器为可编程、可改写的只读存储器内部程序存储器为可编程、可改写的只读存储器EPROMEPROM，其内部程序由用户自行写入。，其内部程序由用户自行写入。绪论(第 19页)（2 2）片内数据存储器，采用）片内数据存储器，采用8 8位地址，寻址范围为位地址，寻址范围为256256字节。字
22、节。其中：其中：OOHOOH7FH7FH为为128128字节的内部字节的内部RAMRAM，用来存放，用来存放用户的随机数；用户的随机数；在内部在内部RAMRAM中，中，OOHOOH1FH1FH可分为可分为4 4个寄存器工作区个寄存器工作区。寄存器工作区由选择指令进行切换，有效地提高寄存器工作区由选择指令进行切换，有效地提高CPUCPU的的现场保护能力和实时响应速度。现场保护能力和实时响应速度。2OH2OH2FH2FH单元可进行位寻址单元可进行位寻址。在在80H80HFFHFFH范围内范围内,离散地分布着离散地分布着2121个特殊功能寄个特殊功能寄存器，其中存器，其中1111个特殊功能寄存器具有
23、位寻址能力个特殊功能寄存器具有位寻址能力。绪论(第 20页)（3 3）增强并行口、增设全双工串行口。）增强并行口、增设全双工串行口。4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O接口可用于接口可用于地址和数据的传送地址和数据的传送，也可与也可与82538253、81558155等联接，进行外部等联接，进行外部I/OI/O接口的扩展。接口的扩展。串行串行I/OI/O接口是一个接口是一个全双工串行通信口全双工串行通信口。两个定时器两个定时器/计数器均为计数器均为1616位，位，4 4种工作方式，用种工作方式，用户使用灵活方便。户使用灵活方便。（4 4）增强中断系统。）增强中断系统。在在MCS-51MCS
24、-51单片机中，设置有单片机中，设置有2 2级中断优先级级中断优先级，可，可接受接受5 5个中断源的中断请求个中断源的中断请求，中断优先级别可由用户中断优先级别可由用户定义定义。MCS-51MCS-51单片机很适合用于数据采集与处理、智单片机很适合用于数据采集与处理、智能仪器仪表和工业过程控制中。能仪器仪表和工业过程控制中。绪论(第 21页)（5 5）较强的指令寻址和运算等功能）较强的指令寻址和运算等功能 MCS-51MCS-51系列单片机系列单片机有有111111条指令条指令，7 7种寻址方式种寻址方式。44%44%为单字节指令，为单字节指令，41%41%为双字节指令，为双字节指令，15%1
25、5%为三为三字节指令。字节指令。若用若用l2MHzl2MHz的晶体频率，的晶体频率，50%50%的指令可在的指令可在1s1s内执内执行完毕行完毕，40%40%的指令在的指令在2s2s内执行完毕。内执行完毕。此外，还设有减法、比较和此外，还设有减法、比较和8 8位乘、除法指令。位乘、除法指令。乘、除法指令的执行时间仅为乘、除法指令的执行时间仅为4s4s，提高了，提高了CPUCPU的运的运算与数据处理能力。算与数据处理能力。绪论(第 22页)（6 6）增设了颇具特色的）增设了颇具特色的布尔处理机布尔处理机 指令系统中设置有指令系统中设置有位操作指令位操作指令，可用于位寻址空间，可用于位寻址空间，位
26、操作指令与位寻址空间一起构成布尔处理机。位操作指令与位寻址空间一起构成布尔处理机。布尔处理机对于布尔处理机对于实时逻辑控制处理实时逻辑控制处理具有突出的优点。具有突出的优点。技术特征技术特征：配置完善的外部并行总线配置完善的外部并行总线(AB(AB、DBDB、CB)CB)；具有多机识别功能的串行通讯接口具有多机识别功能的串行通讯接口(UART)(UART)；规范了功能单元的特殊功能寄存器（规范了功能单元的特殊功能寄存器（SFRSFR）控制模式）控制模式布尔处理系统和指令系统，为发展具有良好兼容性的布尔处理系统和指令系统，为发展具有良好兼容性的新一代单片机奠定了良好的基础。新一代单片机奠定了良好
27、的基础。绪论(第 23页)第三代：第三代：以以80C5l80C5l单片机为代表。单片机为代表。在在MCS-51MCS-51的的HMOSHMOS基础基础上发展起来的，具有上发展起来的，具有CHMOSCHMOS结构。结构。80C5180C51系列单片机系列单片机保留了保留了MCS-51MCS-51单片机的所有特单片机的所有特性性，内部组成基本相同。，内部组成基本相同。包括包括IntelIntel公司发展公司发展MCS-51MCS-51系列的新一代产品，系列的新一代产品，如如8XC1528XC152、80C5lFA/FB80C5lFA/FB、80C51GA/GB80C51GA/GB、8XC4518X
28、C451、8XC4528XC452，还包括了，还包括了PhilipsPhilips、SiemensSiemens、ADMADM、FujutsuFujutsu、OKIOKI、ATMELATMEL等公司以等公司以80C5l80C5l为核心推出的大量各具特为核心推出的大量各具特色、与色、与MCS-51MCS-51兼容的单片机。兼容的单片机。80C5180C51系列单片机增设了两种可以用软件进行选系列单片机增设了两种可以用软件进行选择的低功耗工作方式：择的低功耗工作方式：空闲方式和掉电方式空闲方式和掉电方式。绪论(第 24页)软件开发语言：软件开发语言：过去，大部分用过去，大部分用汇编语言编写汇编语言
29、编写。目前，随目前，随C C编译器效率和编译器效率和MCUMCU性能的大幅度提高，性能的大幅度提高，用用高级语言代替汇编语言也渐成趋势高级语言代替汇编语言也渐成趋势，典型的，典型的MCUMCU都推都推出了自己的出了自己的C C编译器。编译器。其中其中Keil CKeil C应用最为广泛，用应用最为广泛，用Keil C51Keil C51编写的程编写的程序编译后的运行效率也很高。序编译后的运行效率也很高。故而本教程的讲授，硬件将仍故而本教程的讲授，硬件将仍以以80C5180C51为主线为主线，而，而在软件方面则从由汇编在软件方面则从由汇编“独尊独尊”改为改为汇编与汇编与C C语言语言并重。并重。
30、绪论(第 25页)单片机的应用单片机的应用 （面广量大）（面广量大）家用电器上的应用家用电器上的应用智能仪器仪表上的应用智能仪器仪表上的应用工业控制上的应用工业控制上的应用计算机网络和通信领域上的应用计算机网络和通信领域上的应用医用设备上的应用医用设备上的应用绪论(第 26页)1.智能冰箱 2智能饭煲 3智能食品配料机 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。广泛应用于家用电器的自动控制，智能卡广泛应用于家用电器的自动控制，智能卡特点：提高家用电器的性能和质量；特点：提高家用电器的性能和
31、质量；降低家用电器的生产成本和销售价格降低家用电器的生产成本和销售价格4.14.1家用电器上的应用家用电器上的应用绪论(第 27页)数字式测角仪数字式测角仪交直流电压电流表交直流电压电流表单片机的特点：体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便用方便等等。结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采功能比起
32、采用电子或数字电路更加强大用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。4.2 4.2 智能仪器仪表上的应用智能仪器仪表上的应用绪论(第 28页)数控车床数控车床数控线切割机床数控线切割机床 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。4.3 4.3 工业控制上的应用工业控制上的应用绪论(第 29页)现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制。手机电话机
33、程控交换机调制解调器楼宇自动通信呼叫系统列车无线通信无线电对讲机等。4.4 4.4 计算机网络和通信领域上的应用计算机网络和通信领域上的应用单片机控制的单片机控制的无线遥控无线遥控系统，列系统，列车车无线通信系统无线通信系统和串行和串行自动呼叫自动呼叫应答系统应答系统等等绪论(第 30页)n 医用呼吸机各种分析仪监护仪超声诊断设备病床呼叫系统等等电池分析仪 医用呼吸机医用呼吸机4.5 4.5 医用设备上的应用医用设备上的应用绪论(第 31页)4 4、单片机的分类、单片机的分类n器件厂家器件厂家n美国：美国：Intel Intel、MotorolaMotorola、Zilog Zilog、Mic
34、rochip Microchip、Atmel Atmel n荷兰荷兰:Philips:Philips n德国：德国：SiemensSiemensn日本：日本：NecNec、东芝、松下等、东芝、松下等民用通用民用军用4位8位16位32位ROM内含ROM无ROMEPROMEEPROMFlash Memory绪论(第 32页)1.21.2 单片机与嵌入式系统单片机与嵌入式系统嵌入式系统嵌入式系统 电子数字计算机电子数字计算机,1946,1946年诞生，价格很高。年诞生，价格很高。以微处理器为核心的以微处理器为核心的微型计算机微型计算机以其以其小型、价廉、小型、价廉、高可靠性特点高可靠性特点，以及其，
35、以及其高度智能化高度智能化水平使微型机嵌入水平使微型机嵌入到一个对象体系中成为可能，从而促使具有计算机身到一个对象体系中成为可能，从而促使具有计算机身价的微型计算机走出机房。价的微型计算机走出机房。“嵌入式计算机系统嵌入式计算机系统”：与通用计算机系统相比，把嵌入到对象体系中，与通用计算机系统相比，把嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化管理和控制的专用计算机，简称实现对象体系智能化管理和控制的专用计算机，简称为为“嵌入式系统嵌入式系统”。绪论(第 33页)嵌入式计算机与通用计算机技术要求：嵌入式计算机与通用计算机技术要求：（1 1）通用计算机系统：）通用计算机系统：高速、海量的数值计算，因而其
36、技术发展方向是高速、海量的数值计算，因而其技术发展方向是总总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。（2 2）嵌入式计算机系统：）嵌入式计算机系统：侧重于对象的侧重于对象的智能化管理和控制智能化管理和控制能力，因此，它的能力，因此，它的技术发展方向则是与对象系统密切相关的技术发展方向则是与对象系统密切相关的嵌入性能、控嵌入性能、控制能力与控制的可靠性制能力与控制的可靠性。嵌入式系统的组成：嵌入式系统的组成：嵌入式处理器、存储器及外设器件和嵌入式处理器、存储器及外设器件和I/OI/O端口、图端口、图形控制器等相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用系统形控制器等相关支
37、撑硬件、嵌入式操作系统及应用系统等软件组成。等软件组成。绪论(第 34页)嵌入式系统的核心部件：嵌入式系统的核心部件：各种类型的各种类型的嵌入式处理器嵌入式处理器。嵌入式处理器可以分为三类：嵌入式处理器可以分为三类：嵌入式微处理器嵌入式微处理器，如，如PowerPCPowerPC、Motorola 68000Motorola 68000、ARMARM系列；系列；嵌入式微控制器嵌入式微控制器，如常见的有，如常见的有80518051；嵌入式嵌入式DSP(Digital Signal Processor)DSP(Digital Signal Processor)。专门用。专门用来对离散时间信号进行极
38、快的处理计算，提高编译效率来对离散时间信号进行极快的处理计算，提高编译效率和执行速度。在数字滤波、和执行速度。在数字滤波、FFTFFT、谱分析、图像处理的、谱分析、图像处理的分析等领域，分析等领域，DSPDSP正在大量进入嵌入式市场。正在大量进入嵌入式市场。绪论(第 35页)嵌入式计算机系统之软件部分嵌入式计算机系统之软件部分 软件部分包括操作系统软件和应用程序。软件部分包括操作系统软件和应用程序。（1 1）操作系统操作系统要求实时和多任务操作，控制着应要求实时和多任务操作，控制着应用程序编程与硬件的交互作用。用程序编程与硬件的交互作用。（2 2）应用程序应用程序控制着系统的运作和行为。控制着
39、系统的运作和行为。早期的嵌入式系统很多都不采用操作系统的。当应早期的嵌入式系统很多都不采用操作系统的。当应用系统越来越复杂、利用的范围越来越广泛的时候，没用系统越来越复杂、利用的范围越来越广泛的时候，没有操作系统已成为一个最大的缺点了。有操作系统已成为一个最大的缺点了。比较著名的有比较著名的有VxWorksVxWorks、pSOSpSOS和和Windows CEWindows CE等等，等等，这些操作系统大部分是为专有系统而开发的。另外，源这些操作系统大部分是为专有系统而开发的。另外，源代码开放的代码开放的嵌入式嵌入式LinuxLinux，由于其强大的网络功能和低，由于其强大的网络功能和低成本
40、，近来也得到了越来越多的应用。成本，近来也得到了越来越多的应用。绪论(第 36页)嵌入式计算机系统的特点：嵌入式计算机系统的特点：（1 1）嵌入式系统通常是面向特定应用的，嵌入式）嵌入式系统通常是面向特定应用的，嵌入式处理器大多为特定用户群工作，具有处理器大多为特定用户群工作，具有低功耗、体积小、低功耗、体积小、集成度高集成度高等特点，能够把由板卡完成的任务集成在芯片等特点，能够把由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化趋于小型化。（2 2）嵌入式系统的硬件和软件都必须高效地设计，）嵌入式系统的硬件和软件都必须高效地设计，才能在具体应用中
41、对处理器的选择更具有竞争力。才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力。（3 3）嵌入式系统产品升级换代也和具体产品同步）嵌入式系统产品升级换代也和具体产品同步进行，一旦进入市场，一般都具有较长的生命周期。进行，一旦进入市场，一般都具有较长的生命周期。（4 4）嵌入式系统的软件一般都固化在存储器芯片）嵌入式系统的软件一般都固化在存储器芯片或单片机之中，提高执行速度和系统可靠性。或单片机之中，提高执行速度和系统可靠性。绪论(第 37页)目前，嵌入式技术已成为通信和消费类产品的共同目前，嵌入式技术已成为通信和消费类产品的共同发展方向。发展方向。嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备，如嵌入式系统
42、几乎包括了生活中的所有电器设备，如掌上掌上PDAPDA、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数数字电视字电视、多媒体、汽车、微波炉、多媒体、汽车、微波炉、数字相机数字相机、家庭自动、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器工业自动化仪表与医疗仪器等。等。绪论(第 38页)单片机与嵌入式系统的发展道路单片机与嵌入式系统的发展道路 嵌入式系统按形态可分为嵌入式系统按形态可分为设备级设备级(工控机工控机)、板级、板级(单板、模块单板、模块
43、)、芯片级、芯片级(MCU(MCU、SoC)SoC)。（1 1）设备级）设备级(工控机工控机)工控计算机是工控计算机是早期早期嵌入式计算机系统常常采取的方嵌入式计算机系统常常采取的方式。大多将通用计算机系统进行机械加固、电气加固后式。大多将通用计算机系统进行机械加固、电气加固后构成，以满足应用系统的应用环境要求。构成，以满足应用系统的应用环境要求。工控机有通用计算机丰富的软件及周边外设支持，工控机有通用计算机丰富的软件及周边外设支持，有很强的数据处理能力，应用软件开发十分方便。但由有很强的数据处理能力，应用软件开发十分方便。但由于体积庞大，适用于具有大空间嵌入应用的环境中，如于体积庞大，适用于
44、具有大空间嵌入应用的环境中，如舰船、大型试验装置、分布式测控系统等。舰船、大型试验装置、分布式测控系统等。绪论(第 39页)(2)(2)板级板级(通用通用CPUCPU模块模块)通用通用CPUCPU模块是由通用模块是由通用CPUCPU构成的各种形式的主机板构成的各种形式的主机板系统、各种类型的带系统、各种类型的带CPUCPU的主板及的主板及OEMOEM产品。产品。（3 3）芯片级芯片级(嵌入式微处理器、嵌入式微处理器、MCUMCU及及SoC)SoC)早期微处理器早期微处理器MPU(Micro Processor Unit)MPU(Micro Processor Unit)主要用主要用来构成来构成
45、通用计算机系统通用计算机系统的；随嵌入式应用的发展，众多的；随嵌入式应用的发展，众多的的MPUMPU生产厂家开始发展嵌入式微处理器。生产厂家开始发展嵌入式微处理器。芯片级则以芯片级则以单片机最为典型单片机最为典型。目前，国内外公认的。目前，国内外公认的标准体系结构是标准体系结构是IntelIntel的的MCS-5lMCS-5l系列，其中系列，其中80518051已被许已被许多厂家作为基核，发展了许多兼容系列，所有这些系列多厂家作为基核，发展了许多兼容系列，所有这些系列都统称为都统称为80C5180C51系列。系列。绪论(第 40页)嵌入式处理器发展的两种模式嵌入式处理器发展的两种模式（1 1）
46、加减模式）加减模式 即即通用计算机直接芯片化的模式通用计算机直接芯片化的模式。它将通用计算机。它将通用计算机系统中的基本单元进行裁剪后，集成在一个芯片上，构系统中的基本单元进行裁剪后，集成在一个芯片上，构成所谓的嵌入式微处理器成所谓的嵌入式微处理器（2 2）创新模式）创新模式 按嵌入式应用的要求设计全新的、满足嵌入式应用按嵌入式应用的要求设计全新的、满足嵌入式应用要求的体系结构、指令系统、总线方式、管理模式等。要求的体系结构、指令系统、总线方式、管理模式等。IntelIntel公司的公司的MCS-48MCS-48、MCS-51MCS-51。绪论(第 41页)1.3 1.3 课程的特点和教学安排
47、课程的特点和教学安排 单片机系列品种繁多，应用广泛。单片机系列品种繁多，应用广泛。因此，在应用中需要因此，在应用中需要对各种单片机都应了解对各种单片机都应了解，以便，以便确定最佳的性能价格比，要能应用各种单片机进行设计。确定最佳的性能价格比，要能应用各种单片机进行设计。学习方法：学习方法：学习一种典型的单片机系列学习一种典型的单片机系列，掌握好其掌握好其硬件结构和软件知识硬件结构和软件知识，在应用中，如果用到其它系列单，在应用中，如果用到其它系列单片机时，只需将这两种系列的不同特点及软硬件上的不片机时，只需将这两种系列的不同特点及软硬件上的不同之处稍加分析即可应用了。同之处稍加分析即可应用了。
48、绪论(第 42页)1.4 1.4 单片机应用系统开发单片机应用系统开发1.4.1 1.4.1 单片机应用系统的开发单片机应用系统的开发 正确无误的正确无误的硬件设计硬件设计和良好的和良好的软件功能设计软件功能设计是是一个实用的单片机应用系统的设计目标。一个实用的单片机应用系统的设计目标。完成这一目标的过程称为单片机应用系统的开发。完成这一目标的过程称为单片机应用系统的开发。单片机作为一片集成了微型计算机基本部件的单片机作为一片集成了微型计算机基本部件的集成电路芯片，与通用微机相比，它自身没有开发功集成电路芯片，与通用微机相比，它自身没有开发功能，能，必须借助开发机（一种特殊的计算机系统）来完必
49、须借助开发机（一种特殊的计算机系统）来完成如下任务成如下任务：排除应用系统的硬件故障和软件错误；排除应用系统的硬件故障和软件错误；程序固化到内部或外部程序存储器芯片中。程序固化到内部或外部程序存储器芯片中。绪论(第 43页)1.4.2 1.4.2 单片机应用系统传统开发方式单片机应用系统传统开发方式 利用独立型仿真器开发利用独立型仿真器开发RS-232C目标系统仿真头仿真器 采用与目标系统相同类型的单片机做成单板机，采用与目标系统相同类型的单片机做成单板机，板上配有板上配有LEDLED显示器和键盘，能够实现在线仿真，便显示器和键盘，能够实现在线仿真，便于现场调试和修改。于现场调试和修改。另外，
50、独立型仿真器具有通讯功能，能与普通微另外，独立型仿真器具有通讯功能，能与普通微机进行数据传输，因此可以利用微机的高级功能。机进行数据传输，因此可以利用微机的高级功能。绪论(第 44页)利用非独立型仿真器开发利用非独立型仿真器开发 非独立型仿真器采用微机加仿真器的方式构成，这非独立型仿真器采用微机加仿真器的方式构成，这类开发方式必须有微机的支持。类开发方式必须有微机的支持。利用微机的相关软件完成源程序的编辑、汇编和仿利用微机的相关软件完成源程序的编辑、汇编和仿真调试。真调试。该开发方式的现场调试和参数修改功能不够强大。该开发方式的现场调试和参数修改功能不够强大。绪论(第 45页)学习内容与方法：
