单片机原理及其应用--第一章

单片机原理及应用第一章单片机技术概述1.1计算机基本概念及分类1.2单片机技术发展的特点1.3单片机的应用1.4常见的单片机简介1.5单片机应用系统设计1.1 计算机的基本概念及分类1.概念计算机是微电子学与计算数学相结合的产物。

微电子学的基本元件及其集成电路构成了计算机的硬件基础；而计算数学的计算方法与数据结构则构成计算机的软件基础。

2.分类●满足高速运算的通用计算机系统●满足测控系统需要的嵌入式计算机系统①直接面向控制对象；②嵌入到具体的应用系统中，不以计算机的面貌出现；③能在现场可靠地运行；④体积小，应用灵活；⑤突出控制功能，特别是对外部信息的捕捉以及丰富的输入输出功能。

1.1.1 微型计算机的组成)DO /DI (/AO /AI (//RAM FLASH EPROM ROM CPU 输出开关量输入）输出模拟量输入输出接口输入）数据存储器（）或者、程序存储器（存储器控制器运算器）中央处理器（微型计算机1.1.2 微型计算机的组装形式多板微型计算机多板微型计算机也称单机系统或系统机，把微处理器芯片、存储器芯片、各种I／O接口芯片和驱动电路、电源等装配在不同的印刷电路板上，各印刷电路板插在主机箱内标准的总线插槽上，通过系统总线相互连接起来，就构成了一个多插件板的微型计算机。

单板机如果将CPU 芯片、存储器芯片、I ／O 接口芯片及简单的输入、输出设备（如小键盘、数码显示器LED ）装配在同一块印刷电路板上，这块印刷电路板就是一台完整的微型计算机，称为单板微型计算机，简称单板机。

IEOZ80CP U NMIZ80-CT C 时钟复位单步逻辑EPROM写入T PBUGROM PROM1PROM2RAM1Z80-PIO IEI显示键盘录音机接口存储器译码WAI TMERQ ················000001116=-A A 00001001000010115811111IEOIEO AB ZC1J1J2582284·7IEI +5VABDBCB 1688C/T 0ZC 0CBDB 16端口A 端口B I/O端口译码6888118228811811RAM2····0010111811·1.1.2 微型计算机的组装形式单片机如果将构成微型计算机的各功能部件（CPU ，RAM ，ROM 及I ／O 接口电路）集成在同一块大规模集成电路芯片上，一个芯片就是一台微型机，该微型机就称为单片微型计算机，早期的英文名称是Single-chip Microcomputer ，简称单片机。

后来将单片机称之为微控制器（Microcontroller ）。

单片机的特点是集成度高、体积小、功耗低、可靠性高、使用灵活方便、控制功能强、编程保密化、价格低廉等。

内部总线（数据总线、地址总线和控制总线）CPU 单片机工作支撑模块数据存储器程序存储器定时器/计数器模块串行通讯接口A/D转换模块D/A转换模块其他I/O模块其他模块1.1.2 微型计算机的组装形式1.1.3 单片微型计算机的分类按微处理器（CPU）字长分类●4位单片微型计算机●8位单片微型计算机●16位单片微型计算机●32位单片微型计算机●64位单片微型计算机1.2 单片机技术发展的特点●集成度更高、功能更强SOC, ISP, ISD●使用更加方便●低电压、低功耗●价格更低LPC901●优化的8051内核。

●片内集成1KB Flash程序存储器，128字节RAM数据存储器。

●2个16位定时/计数器(可作为PWM输出)●23位的系统定时器，可用作实时时钟●1个模拟比较器●可提供6个多功能数字I/O端口●1个增强型UART●高精度的内部RC振荡器，不需要外接振荡器件●看门狗电路，低电压检测电路，片内自动上电复位电路●低功耗，在8MHz时钟下运行时，其典型功耗15mW。

MSC1211●优化的8051 内核，内部包括1 个32 位累加器，运算能力强。

●片内集成Flash 存储器和1280B SRAM 存储器●1个具有FIFO 功能的标准SPI 接口●2个标准UART 接口●1个I2C 接口●32个多功能数字I/O 端口●3个通用定时/计数器●16位脉宽调制输出电路●1个24位分辨率的∑－△模数转换器（ADC），8通道多路开关，可编程增益放大器（PGA），温度传感器，内部基准电压源●四通道16位数模转换器（DAC）；●看门狗电路，低电压检测电路，片内自动上电复位电路●低功耗，在1MHz 时钟下运行时，其功耗小于4mW。

XSCALE●高性能的32位处理器内核●整合32KB的指令缓存，32KB数据缓存以及多媒体流数据专用2KB缓存●最高支持256MB的内存●整合双通道PCMCIA、CF卡控制器、MMC/SD控制器●整合LCD显示控制器、AC97音频●整合USB接口、红外接口、蓝牙接口●串行端口（IrDA、I2C、I2S、AC97、3个UARTs、SPI 和SSP）；●动态电源管理，使XScale处理器的时钟可达1GHz、功耗0.1mW~1.6W，并能达到1200MIPS。

1.3 单片机的应用●工业方面●农业方面●仪器仪表方面●通信方面●日常生活用品方面●导航控制与数据处理方面●汽车控制方面1.4 常见的单片机简介1.8051内核的单片机●Intel公司的MCS-51系列单片机●Atmel公司的89系列单片机●PHILIPS公司的51内核单片机●Dallas及Winbond系列（增强型8051内核单片机）●Ti公司的MSC121X系列（增强型8051内核单片机）●ST公司的uPSD32/33系列（增强型8051内核单片机）●Silicon Laboratories公司的C8051系列单片机●STC公司的51内核单片机其中，MSC121X单片机具有较高的集成度，基本上可以称为一个片上系统（SOC）。

并且，MSC121X单片机的具有方便的开发手段，因此，在本章的后面，专门介绍MSC121X单片机的特点和结构。

硬件基本配置：1.8位CPU2.片内ROM/EPROM、RAM3.片内并行I/O接口4.片内16位定时器/计数器5.片内中断处理系统6.片内全双工串行I/O口2.其他单片机●Microchip公司的PIC系列单片机●Freescale公司（从Motorola公司分离出来的半导体公司）的MC68系列单片机，9S08系列单片机（8位单片机）和9S12系列单片机（16位单片机）●Ti公司的MSP430系列16位单片机●台湾HOLTEK公司的HT系列单片机●National公司的COP8系列单片机●Zilog公司的Z8系列单片机1.5 单片机应用系统的开发1．单片机应用系统的开发流程可行性调研硬件原理图设计系统方案设计Y N印刷电路板设计程序设计及模拟调试印刷电路板加工印刷电路板测试系统在线仿真调试系统试运行满足设计要求?修改程序设计方案细化确定软硬件功能（1）可行性调研, 分析完成项目的可能性。

（2）系统方案设计, 提出合理而可行的技术指标，编写出设计任务书，完成系统方案设计。

（3）设计方案细化，确定软硬件功能, 明确哪些部分用硬件来完成，哪些部分用软件来完成。

从简化电路结构、降低成本、减少故障率、提高系统的灵活性与通用性方面考虑，提倡软件能实现的功能尽可能由软件来完成。

硬件原理图设计系统方案设计Y N印刷电路板设计程序设计及模拟调试印刷电路板加工印刷电路板测试系统在线仿真调试系统试运行满足设计要求?修改程序设计方案细化确定软硬件功能（4）硬件原理图设计①尽可能选择标准化、模块化的典型电路，提高设计的成功率和结构的灵活性。

②在条件允许的情况下，尽可能选用功能强、集成度高的电路或芯片。

③选择通用性强、市场货源充足的元器件，尤其在大批量生产的场合，更应注意这个问题。

④在对硬件系统总体结构考虑时，同样要注意通用性的问题。

⑤系统的扩展及各功能模块的设计在满足应用系统功能要求的基础上，应适当留有余地，以备将来修改、扩展之需。

⑥设计时应尽可能地多作调研，采用最新的技术。

⑦在电路设计时，要充分考虑应用系统各部分的驱动能力。

硬件原理图设计系统方案设计Y N印刷电路板设计程序设计及模拟调试印刷电路板加工印刷电路板测试系统在线仿真调试系统试运行满足设计要求?修改程序设计方案细化确定软硬件功能（5）印刷电路板设计①元器件布局要尽量合理。

②模拟地与数字地尽量分开，以减少干扰。

③地线加粗、覆铜。

④根据工艺要求，设计机箱、面板、配线、接插件等。

硬件原理图设计系统方案设计Y N印刷电路板设计程序设计及模拟调试印刷电路板加工印刷电路板测试系统在线仿真调试系统试运行满足设计要求?修改程序设计方案细化确定软硬件功能（6）程序设计与模拟调试有许多集成开发环境具有模拟调试功能，如著名的Keil uVision2集成环境等。

①模块化、结构化的程序设计。

②建立正确的数学模型。

③应绘制出程序流程图。

④合理分配系统资源。

⑤适当加注释，提高程序的可读性。

⑥加强软件抗干扰设计。

（7）印刷电路板的测试（8）系统在线仿真调试（9）系统试运行2．仿真调试①使用仿真器调试②在系统调试随着技术的进步，许多单片机生产厂家都推出了具有在系统调试（In System Debugging，ISD）功能的单片机，可以通过JTAG接口（如Ti公司的MSP430系列单片机）或者单片机中的一个串行口进行仿真（如Ti公司的MSC121X系列单片机）。

这样，可以省去价格较贵的专用仿真器。

ISD 技术已经成为目前单片机应用的一个发展趋势。