51单片机及其应用.ppt

151单片机及其应用21.1 电子计算机的发展概述电子计算机的发展概述v1.1.1 1.1.1 电子计算机的问世及其经典结构电子计算机的问世及其经典结构1946年年2月月15日日，第一台电子数字第一台电子数字计算机问世，这计算机问世，这标志着计算机时标志着计算机时代的到来。代的到来。（CALCULATOR）ENIAC（“埃尼阿克埃尼阿克”）3与现代的计算机相比，有许多不足，但与现代的计算机相比，有许多不足，但它它的问世开创了计算机科学技术的新纪元，的问世开创了计算机科学技术的新纪元，对对人类的生产和生活方式产生了巨大的影响人类的生产和生活方式产生了巨大的影响 。ENIAC是电子管计算机，时钟频率仅有是电子管计算机，时钟频率仅有100 KHz，但能在，但能在1秒钟的时间内完成秒钟的时间内完成5000次加法次加法运算。运算。4 匈牙利籍数学家匈牙利籍数学家冯冯诺依曼诺依曼在方案的设计上做出在方案的设计上做出了重要的贡献。了重要的贡献。1946年年6月，他又提出了月，他又提出了“程序程序存储存储”和和“二进制运算二进制运算”的思想，进一步构建了的思想，进一步构建了计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成输出设备组成这一计算机的经典结构。这一计算机的经典结构。（EDVAC-ELECTRONIC DISCRETE VARIABLE AUTOMATIC COMPUTER）5电子计算机技术的发电子计算机技术的发展，相继经历了五个时展，相继经历了五个时代：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。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诺依曼提出的计算机的经典结构框架。出的计算机的经典结构框架。6二、微型计算机的应用形态二、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接口电路和总线接接口电路和总线接口等组装在一块主机板（即微机主板）。各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、种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、软软/硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内，再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）。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。7 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接口接口芯片芯片和简单的和简单的I/O设备设备（小键盘、（小键盘、LED显示器）显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上等装配在一块印刷电路板上，再配上监控程监控程序序（固化在（固化在ROM中），就构成了一台单板中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。微型计算机（简称单板机）。单板机单板机8单板机的单板机的I/O设备简单，软件资设备简单，软件资源少，使用不方便。早期主要用源少，使用不方便。早期主要用于微型计算机原理的于微型计算机原理的教学教学及及简单简单的测控系统的测控系统，现在已很少使用。，现在已很少使用。9 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，即单芯片微型计算机，即单片机单片机。 三种应用形态的比较三种应用形态的比较 ：单板机单板机单片机单片机系统机（多板机）系统机（多板机）10 系统机系统机（桌面应用桌面应用）属于通用计算机，）属于通用计算机，主要应用于数据处理、办公自动化及辅助主要应用于数据处理、办公自动化及辅助设计。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，）属于专用计算机，主要应用于智能仪表、智能传感器、智能主要应用于智能仪表、智能传感器、智能家电、智能办公设备、汽车及军事电子设家电、智能办公设备、汽车及军事电子设备等应用系统。备等应用系统。 单片机单片机体积小体积小、价格低价格低、可靠性高可靠性高，其其非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。用需求具有独特的优势。111.2 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1.2.1 1.2.1 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，年，Intel公司推出了公司推出了MCS-48系列单片系列单片机机 。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：存储器容量较小，寻址范围小（不大于大于4K），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。 12 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系列单系列单片机：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/计数器。寻址范围计数器。寻址范围64K，并有控，并有控制功能较强的布尔处理器。制功能较强的布尔处理器。 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已成为公认的单片机经典机种已成为公认的单片机经典机种 。13 微控制器化阶段微控制器化阶段 特点是特点是：片内面向测控系统外围电路增强，：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。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。 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。141.2.2 1.2.2 单片机产品近况单片机产品近况 ATMELATMEL公司融入公司融入FlashFlash存储器技术的存储器技术的AT89AT89系列；系列； PhilipsPhilips公司的公司的80C5180C51、80C55280C552系列；系列； 华邦公司的华邦公司的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低压高速低压高速系列；系列； MaximMaxim公司的公司的DS89C420DS89C420高速（高速（50MIPS50MIPS）系列；系列； CygnalCygnal公司的公司的C8051FC8051F系列高速系列高速SOCSOC单片机。单片机。 80C5180C51系列系列单片机产品繁多，单片机产品繁多，主流地位已主流地位已经形成，经形成，近年来推出的近年来推出的与与80C5180C51兼容兼容的主要产的主要产品有：品有：15 非非80C51结构单片机新品结构单片机新品不断推出，给不断推出，给用户提供了更为广泛的选择空间用户提供了更为广泛的选择空间 ，近年来推，近年来推出的非出的非80C51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 。161.3 单片机的特点及应用领域单片机的特点及应用领域1.3.1 1.3.1 单片机的特点单片机的特点 近期推出的单片机产品，内部集成有高速近期推出的单片机产品，内部集成有高速I/OI/O口、口、ADCADC、PWMPWM、WDTWDT等部件，并在低电压、低功耗、串等部件，并在低电压、低功耗、串行扩展总线、控制网络总线和开发方式（如在系统行扩展总线、控制网络总线和开发方式（如在系统编程编程ISPISP）等方面都有了进一步的增强。）等方面都有了进一步的增强。 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，其实时控制功能特别强，其CPUCPU可以对可以对I/OI/O端口直接端口直接进行操作，进行操作，位操作能力位操作能力更是其它计算机无法比拟的。更是其它计算机无法比拟的。另外，由于另外，由于CPUCPU、存储器及、存储器及I/OI/O接口接口集成在同一芯片集成在同一芯片内内，各部件间的连接紧凑，数据在传送时，各部件间的连接紧凑，数据在传送时受干扰的受干扰的影响较小影响较小，且不易受环境条件的影响，所以单片机，且不易受环境条件的影响，所以单片机的的可靠性非常高可靠性非常高。17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，一方面可以在众多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；在单片机产品的引脚封有良好的对应关系；在单片机产品的引脚封装方面，有的单片机引脚已减少到装方面，有的单片机引脚已减少到8个或更少。个或更少。从而使应用系统的从而使应用系统的印制板减小、接插件减印制板减小、接插件减少、安装简单方便。少、安装简单方便。181.3.2 1.3.2 单片机的应用领域单片机的应用领域 智能仪器仪表智能仪器仪表 单片机用于各种仪器仪表，一方面提单片机用于各种仪器仪表，一方面提高了仪器仪表的使用功能和精度，使仪高了仪器仪表的使用功能和精度，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表的硬件结构，从而可以方便地完成仪器的硬件结构，从而可以方便地完成仪器仪表产品的升级换代。如仪表产品的升级换代。如各种智能电气各种智能电气测量仪表、智能传感器测量仪表、智能传感器等。等。19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。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单片机在机电一体化产品的开发中可以发挥巨大的作用。发挥巨大的作用。典型产品如机器人、典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机设备、打印机、传真机、复印机等。等。20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采集单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流、电压、温度、液位、流与控制。电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中，利单片机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被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智能算法，控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应用如率和产品质