《微控制器原理及应用》ch01
微控制器原理及应用课程设计
微控制器原理及应用课程设计1. 概述微控制器是一种集成电路芯片，具有内部存储器、计时器、输入输出接口和微处理器等功能。
它广泛应用于电子设备、计算机、家用电器和汽车等领域。
微控制器技术的应用非常广泛，因此微控制器原理及应用课程设计对于电子信息工程专业学生而言是非常必要的。
在微控制器原理及应用课程设计中，学生将通过理论与实践相结合的方式，了解微控制器的原理和实现方式，并运用所学知识设计出一些实际应用的场景。
2. 设计目标本课程设计的主要目标是让学生：•理解微控制器原理•学会使用C语言程序设计微控制器•能用硬件开发板开发和调试单片机程序•实现基本的单片机应用系统3. 主要内容3.1 硬件平台STM32F103C8T6芯片作为主控制单元，与数码管、LCD12864、LED灯、ADC0804CM等外设进行连接。
此外，还需使用面包板和杜邦线进行连接。
3.2 软件工具Keil C51、ST-LINK/V2驱动及调试软件、IAR Embedded Workbench等工具用于编写、调试单片机程序。
3.3 程序设计3.3.1 串口通信使用串口通信，利用串口发送和接收数据。
利用串口打印“Hello World”，并使用开发板进行数据输入和输出。
3.3.2 数码管显示使用数码管进行数字显示，通过编写程序将数字显示在数码管上，包括四位数、八位数和十六位数等。
3.3.3 LCD显示使用LCD12864进行汉字、字母和数字等的显示，包括静态显示和滚动显示等。
3.3.4 LED灯控制使用LED灯控制模块进行控制，实现LED灯的闪烁、点亮和熄灭等操作。
3.4 实验过程通过硬件连接和软件编程实现以上程序设计内容，包括搭建硬件连接、编写程序、调试和代码烧录等环节。
4. 实验效果通过本次课程设计，学生将独立完成编写程序及搭建硬件连接、调试和代码烧录等任务，实现了串口通信、数码管显示、LCD显示和LED灯控制等基本的单片机应用系统，并对微控制器原理及应用有了充分的了解。
微控制器原理及应用(原理篇)
微控制器原理及应用第一章 绪论一、 什么是微控制器？微控制器（Microcontroller）俗称单片机（Single-chip Microcomputer）,也称为微处理器（Microprocessor）。
它是把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上的单芯片微型计算机。
图1-1 微型计算机系统结构微处理器包括了中央处理器单元（CPU）、程序存储器（ROM）、数字存储器（RAM）、定时器/计数器（Timer/Counter）、输入/输出口（I/O），及中断系统、串行通讯接口。
有些甚至还集成了脉宽调制器（PWM）、DMA控制器、液晶显示驱动器（LCD）、模/数转换器（A/D）、数/模转换器（D/A）等。
因此，微处理器可以看成是一个不带外设的微型计算机。
二、 微控制器的发展概况自从1974年12月美国仙童(Fairchild)公司第一个推出8位微控制器F8以来，以惊人的速度发展，从4位机、8位机发展到16位机、32位机，集成度越来越高，功能越来越强，应用范围越来越广。
到目前为止，微控制器的发展主要可分为以下四个阶段：第一阶段：4位微控制器。
这种微控制器的特点是价格便宜，控制功能强，片内含有多种I/O接口，如并行I/O接口、串行I/O接口、定时器/计数器接口、中断功能接口等。
根据不同用途，还配有许多专用接口，如打印机接口、键盘及显示器接口，PLA(可编程逻辑阵列)译码输出接口，有些甚至还包括A／D、D／A转换，PLL(锁相环)，声音合成等电路。
丰富的I/O功能大大地增强了4位微控制器的控制功能，从而使外部接口电路极为简单。
第二阶段：低、中档8位机(1974—1978年)。
这种8位机一般寻址范围通常为4KB。
它是8位机的早期产品，如Mostek公司的3870、hItel公司的8048等微控制器即属此类。
MCS-48系列微控制器是Intel公司1976年以后陆续推出的第一代8位微控制器系列产品。
它包括基本型8048、8748和8035；强化型(高档)8049、8749、8039和8050、8040；简化型(低档)8020、8021、8022：专用型UH。
微控制器原理及应用
微控制器原理及应用一、微控制器的概述1.1 什么是微控制器？微控制器是一种集成了处理器核心、存储器、输入输出接口和时钟电路等功能模块的集成电路芯片。
它具有体积小、功耗低、成本低廉等特点，被广泛应用于各种电子设备中。
1.2 微控制器的组成微控制器主要由以下几个部分组成： - 处理器核心：负责执行指令和进行运算操作。
- 存储器：包括程序存储器（用于存储程序代码）和数据存储器（用于存储数据）。
- 输入输出接口：用于与外部设备进行数据交互。
- 时钟电路：提供时序信号，控制微控制器的工作频率。
二、微控制器的工作原理2.1 微控制器的指令执行过程微控制器的指令执行过程可以分为取指令、译码、执行和存储四个阶段。
具体步骤如下： 1. 取指令阶段：从程序存储器中读取指令。
2. 译码阶段：将指令解码为对应的操作。
3. 执行阶段：根据指令进行相应的操作，如运算、数据传输等。
4. 存储阶段：将执行结果存储到数据存储器中。
2.2 微控制器的时序控制微控制器的时序控制是通过时钟电路来实现的。
时钟信号提供了微控制器内部各个模块之间的同步，并控制指令的执行速度。
时钟信号的频率越高，微控制器的工作速度就越快。
三、微控制器的应用领域3.1 家电控制微控制器在家电控制领域有着广泛的应用。
通过与传感器和执行器的配合，微控制器可以实现家电设备的智能控制，提升用户的使用体验。
3.2 工业自动化微控制器在工业自动化领域起到了至关重要的作用。
它可以控制各种工业设备的运行，实现生产过程的自动化，提高生产效率和质量。
3.3 汽车电子微控制器在汽车电子领域也有着广泛的应用。
它可以控制车辆的各个系统，如发动机控制、制动系统、安全气囊等，提升汽车的性能和安全性。
3.4 医疗设备微控制器在医疗设备中的应用越来越广泛。
它可以控制各种医疗设备的运行，如心电图仪、血压计、呼吸机等，提供精准的医疗服务。
四、微控制器的发展趋势4.1 集成度的提高随着集成电路技术的不断发展，微控制器的集成度不断提高。
《微控制器原理及应用》单片机 (1)
而在一些必须使用图形界面、大容量存 储等需要大量资源的系统中，则采用MCU＋ 嵌入式操作系统结构逐渐成为趋势。
• 第三代：1983~90年代初，16位单片机出现，如MCS-96系列的8096、 8098芯片。增加性能：16位CPU，RAM/ROM增大，中断能力增强、 A/D、HSIO等
• 第四代：90年代至今，高档16位产品和32位产品的出现，如80196， MC8300等，性能、速度大大提高。
Ps. 当前：ARM的天下 ARM，Qualcomm（1985，CDMA，商 用5模），TI，Intel？海思（ Kirin920 商用5模），联发科
第一代：1974~78，典型代表如Intel公司的MCS-48型 , 8位单片机，采用8位CPU、2个 I/O口、8位定时器/计数 器、64 RAM/ 1K ROM、简单中断，寻址4K，且无串 行口。
第0章 绪论
• 第二代：1978~83，高档8位单片机，如MCS-51， MC6801，Zilog公司的 Z8等。 增加功能：串行I/O、多级中断、16定时/计数器、片内 RAM/ROM增大，寻址64K，片内带A/D转换器接口。
第0章 绪论
从应用的角度讲，单片机具有如下优点：
集成度高：许多不太复杂的应用场合，只要一片单片机就 可以了。 系统结构简单：方便使用，方便升级。芯片内部采样模块 化结构，增加或者更换一个模块，就得到一个指令系统和 引脚兼容的新的单片机产品。 扩展方便：存储器、IO扩展方便，可选的外围芯片众多。 可靠性高：总线在片内，不易受到干扰。体积小，易于屏 蔽。可在各种恶劣条件下工作。 运算功能强：有加、减、乘、除、逻辑运算、跳转指令、 位操作指令等。 容易产品化：很容易形成产品，装入各种仪器，仪表，控 制装置中。
ch01 单片机概述
第二种模式——监控程序支撑模式 监控程序支撑模式 第二种模式
在这种模式中，由监控程序作为支撑平台。 在这种模式中，由监控程序作为支撑平台。一些中等规模的 单片机应用系统常常采用这种模式。 单片机应用系统常常采用这种模式。
第三种模式——操作系统支撑模式 操作系统支撑模式 第三种模式
在这种模式中，由操作系统作为支撑平台。 在这种模式中，由操作系统作为支撑平台。一些较大规模的 单片机应用系统一般采用这种模式。 单片机应用系统一般采用这种模式。
输入设备
数据/程序 数据/
运算器 运算器
输出设备将计算机的有关 数据或处理结果用数字和 图形等形式表示出来。 图形等形式表示出来。
输出设备
结果
主 机
存 储 器
CPU
控制器 控制器
存储器是计算 机的重要组成 部分， 部分，是存放 数据与程序的 部件。 部件。
由控制器产生一系列控制命令， 由控制器产生一系列控制命令，控制 计算机各部件自动地、 计算机各部件自动地、协调一致地工 作。控制器是计算机的指挥中心。
1.1 引言
1.1.1 计算机概述 什么是计算机？ 什么是计算机？
计算机是电子数字计算机的简称， 计算机是电子数字计算机的简称，计算机系统就是一个 由计算机硬件、软件组成的复杂的自动化设备。 由计算机硬件、软件组成的复杂的自动化设备。 世界上第一台计算机被命名为"埃尼阿克" ENIAC）， 世界上第一台计算机被命名为"埃尼阿克"（ENIAC）， 是由美国宾夕法尼亚大学工程师埃克特和莫利奇等人于1946 是由美国宾夕法尼亚大学工程师埃克特和莫利奇等人于1946 15日研制成功的 ENIAC装有 1.8万多只电子管和大量 日研制成功的。 年2月15日研制成功的。ENIAC装有 1.8万多只电子管和大量 的电阻、电容，第一次用电子线路实现了运算。ENIAC每秒 的电阻、电容，第一次用电子线路实现了运算。ENIAC每秒 5000次加法 或者400次乘法运算 次加法， 次乘法运算。 能做 5000次加法，或者400次乘法运算。如果用当时最快的 机电式计算机做40点弹道计算 需要两小时， ENIAC只要 点弹道计算， 机电式计算机做40点弹道计算，需要两小时，而ENIAC只要 3秒钟。 秒钟。
CH01_1 微机原理 第1章绪论
主要应用： 嵌入式应用。广泛嵌入到 工业、农业、 航 空、航天、军事、通信、能源、交通 IT、 IT、金融、仪器仪 金融、仪器仪 表、保安、医疗、办公设备、娱乐 休闲、健身、体育竞 表、保安、医疗、办公设备、娱乐休闲、健身、体育竞 赛、服务领域等的产品中，已成为现代电子系统中重要的 赛、服务领域等的产品中，已成为现代电子系统中重要的 智能化工具。 学习重要性：单片机已成为电子系统中最普遍的应用手 段，除了单独设课程外，在涉及的许多实践环节，如课程 设计、毕业设计乃至研究生论文课题中，单片机系统都是 最广泛的应用手段之一。近年来，在高校中大力推行的各 种电子设计竞赛中，采用单片机系统解决各类电子技术问 题已成为主要方法之一。 请稍微留心一下我们的周围，看看周围由于应用单片机 请稍微留心一下我们的周围，看看周围由于应用单片机 后发生了什么变化？
掌握微处理器、微型机和单片机的概念及组成； 掌握计算机中常用数制及数制间的转换；(补充内 容) 掌握计算机中常用的编码BCD码和ASCII码；(补 充内容) 掌握数据在计算机中的表示方法，原码、反码及 补码。(补充内容)
第一章 基本内容：
1.1 什么是单片机 1.2 单片机的历史及发展概况 1.3 8位单片机的主要生产厂家和机型 1.4 单片机的发展趋势 1.5 单片机的应用 1.6 MCS－51系列单片机
微处理器 MPU 核心 MicroProcessor Unit
器件
微控制器 MCU MicroController Unit
embedded
微处理器 微型计算机 微型计算机系统
3、微型计算机系统
硬件系统 软件系统
微型计算机 微处理器：运算器、控制器 内存储器 ROM：ROM、PROM、 EPROM、E2PROM、Flash ROM RAM：SRAM、DRAM、iRAM 、NVRAM I/O接口：并行、串行、中断接 口、DMA接口 系统总线：数据、地址、控制总 线（DB、AB、CB） 外围设备 输入/输出设备 A/D 、D/A转换器 开关量输入/输出 终端
微控制器原理及应用
微控制器原理及应用微控制器是一种集成了中央处理器、存储器、输入/输出端口以及各种外设接口的微型计算机系统，它可以完成各种数字信号处理任务。
微控制器广泛应用于电子产品、汽车电子、工业自动化等领域。
微控制器的原理微控制器由中央处理器（CPU）、存储器和输入/输出端口组成。
中央处理器是微控制器的核心部件，它负责执行程序指令，进行计算和逻辑运算。
存储器包括程序存储器和数据存储器，程序存储器用于存放程序代码，数据存储器用于存放程序运行时需要的数据。
输入/输出端口用于与外界进行通信，包括数字输入/输出端口和模拟输入/输出端口。
在实际应用中，为了满足不同的需求，微控制器还需要配备各种外设接口。
常见的外设包括定时计数器、串行通信接口、模拟转换接口等。
微控制器应用1. 电子产品微控制器广泛应用于各种电子产品中，如手机、平板电脑、数码相机等。
在这些产品中，微控制器负责处理用户输入、显示屏幕内容、控制各种外设等任务。
2. 汽车电子现代汽车中需要大量的微控制器来实现各种功能，如发动机控制、车身电子、安全系统等。
微控制器可以通过各种传感器获取车辆状态信息，并根据这些信息进行计算和判断，从而实现自动化控制。
3. 工业自动化微控制器在工业自动化领域中也有广泛应用，如机器人、工业生产线等。
微控制器可以通过各种传感器获取生产线上的数据，并根据这些数据进行计算和判断，从而实现自动化生产。
总结微控制器是一种集成了中央处理器、存储器、输入/输出端口以及各种外设接口的微型计算机系统，它可以完成各种数字信号处理任务。
微控制器广泛应用于电子产品、汽车电子、工业自动化等领域。
在实际应用中，为了满足不同的需求，微控制器还需要配备各种外设接口。
微控制器的原理与应用
微控制器的原理与应用微控制器，又称单片机（Microcontroller），是一种集成了微处理器核心、存储器和各种周边电路的集成电路芯片。
它具有多种接口和功能，可以用于控制和执行各种自动化任务。
微控制器的工作原理是，通过将程序存储在存储器中，微控制器可以根据程序中的指令来进行处理和执行各种任务。
微控制器的核心是微处理器，它是一个用于执行指令和进行数据处理的芯片。
微处理器通常包括一个算术逻辑单元（ALU），一个控制单元（CU）和一组寄存器。
ALU用于执行算术和逻辑运算，CU用于指导微处理器执行指令和控制其他组件，寄存器用于临时存储数据和指令。
与一般的计算机相比，微控制器具有以下几个特点：1. 较小的体积：微控制器通常被封装在较小的芯片中，体积小巧，方便集成于各种设备中。
2. 低功耗：微控制器通常使用低功耗设计，可以在电池供电的情况下长时间工作。
3. 强大的实时处理能力：微控制器可以通过各种接口（如串口、并口、CAN总线等）与外部设备进行实时通信。
它可以快速响应外部事件，进行实时的数据处理和控制。
4. 丰富的外设接口：微控制器通常内置了多种外设接口，如数字输入输出接口、模拟输入输出接口、计时器、PWM输出等，可以方便地连接各种传感器和执行器。
微控制器在各个领域都有广泛的应用。
下面简要介绍几个常见的应用领域：1. 智能家居控制：通过微控制器的实时处理能力和丰富的外设接口，可以进行家居设备的智能化控制。
例如，可以通过使用微控制器实现温湿度监测、照明控制、门窗状态监测等功能。
2. 工业自动化：微控制器常用于控制和监测工业设备和生产线。
它可以通过各种接口连接传感器和执行器，实现实时的监测和控制。
例如，可以通过使用微控制器实现温度、压力、流量等参数的监测和控制。
3. 汽车电子：微控制器在汽车电子领域有广泛应用。
它可以用于控制发动机、制动系统、安全气囊等。
通过使用微控制器，可以实现汽车的自动化控制和智能化功能，提高安全性和舒适性。
微控制器原理及应用答案
微控制器原理及应用答案微控制器是一种集成电路芯片，具有运算器、控制器、存储器和输入/输出接口等功能，可用于控制各种电子设备的运行。
它的原理是通过运算和控制电路将输入的指令解码并执行相应的操作，然后将结果输出。
微控制器的应用非常广泛，常见的应用领域包括家用电器、工业控制、通信设备等。
微控制器的原理主要包括以下几个方面：1. 运算器：微控制器内部包含了一个或多个运算器，用于执行各种数学运算和逻辑运算。
它可以实现加减乘除、与或非等运算。
2. 控制器：微控制器内部的控制器负责协调各个功能模块的工作，包括程序的流程控制、指令的解码等，确保电路按照正确的顺序执行。
3. 存储器：微控制器中的存储器用于存储程序代码和数据。
通常包括闪存、RAM等，可以临时存储数据和指令。
4. 输入/输出接口：微控制器的输入/输出接口可以连接外部设备，接收外部信号并输出控制信号，实现与外部设备的交互。
微控制器的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：1. 家用电器：微控制器可以用于控制家用电器的运行，例如空调、洗衣机、冰箱等。
通过设置不同的程序代码，可以实现各种功能，提高设备的智能化程度。
2. 工业控制：微控制器可以用于各种工业控制系统，例如自动化生产线、仪器仪表等。
通过编写程序，可以实现对设备的精确控制和监测。
3. 通信设备：微控制器可以用于手机、电视、路由器等通信设备中，实现各种通信功能，例如信号处理、数据传输等。
4. 汽车电子：微控制器在汽车电子中被广泛应用，包括发动机控制单元(ECU)、车载娱乐系统、导航系统等。
它可以提高汽车的性能和稳定性。
5. 医疗设备：微控制器可以应用于各种医疗设备，例如心电图仪、血压计等。
它可以实时监测和分析生理数据，提供医疗诊断和治疗支持。
总结起来，微控制器是一种集成电路芯片，通过运算和控制电路实现对各种电子设备的控制。
它的应用非常广泛，可以用于家用电器、工业控制、通信设备、汽车电子、医疗设备等领域。
微控制器的原理与应用
微控制器的原理与应用1. 什么是微控制器微控制器，也被称为单片机，是一种集成了处理器、内存、输入/输出设备和时钟等基本功能的微型计算机系统。
它通常用于嵌入式系统中，能够控制各种电子设备的运行。
2. 微控制器的原理微控制器的核心是一个嵌入式处理器，它由CPU、存储器和外设接口等组件构成。
微控制器通过执行存储在存储器中的指令集，从而控制外围设备的操作。
其工作原理可以概括为以下几个步骤：•取指令：微控制器从存储器中读取指令，并将其加载到指令寄存器中。
•解码指令：微控制器解码指令的操作码，确定要执行的操作。
•执行指令：微控制器执行指令，并根据需要与存储器和外围设备进行交互。
•更新程序计数器：微控制器更新程序计数器，以便取下一条指令。
3. 微控制器的应用微控制器在各个领域都有广泛的应用，以下列举了一些常见的应用领域：3.1 家电控制微控制器被广泛应用于家电控制领域，如空调、冰箱、洗衣机等。
通过微控制器的控制，这些家电可以实现自动化控制、智能调节等功能，提高用户体验和节能效果。
3.2 工业自动化在工业自动化领域，微控制器常用于控制和监测设备、机器人和生产线等。
通过微控制器的运算和控制，可以实现自动化生产、提高生产效率和产品质量。
3.3 智能交通微控制器在智能交通系统中起着重要的作用。
例如，交通信号灯的控制、智能驾驶辅助系统的运行等都离不开微控制器的支持。
3.4 医疗设备微控制器在医疗设备中也有广泛应用，如血压计、心电图仪、呼吸机等。
通过微控制器的控制，这些设备可以准确测量和监测生理参数，为医生提供重要参考。
3.5 无人机和机器人微控制器是无人机和机器人的核心控制系统。
通过微控制器的指令和控制，无人机和机器人可以实现飞行、导航、传感和反馈等功能，具有广阔的应用前景。
4. 微控制器的优点微控制器相对于传统的计算机系统，具有以下优点：•小巧灵活：微控制器通常以芯片的形式存在，体积小、功耗低，更适合嵌入式系统和物联网应用。
微控制器原理及应用
微控制器原理及应用微控制器是一种集成了中央处理器、内存、输入/输出接口和外围设备控制器等功能于一体的微型电子器件。
它具有体积小、功耗低、功能强大等特点，被广泛应用于电子产品和自动化控制领域。
微控制器的原理主要包括芯片架构、指令集、时钟系统和输入/输出控制等方面。
微控制器的芯片架构决定了其内部组成和功能。
常见的芯片架构有哈佛架构和冯·诺依曼架构。
哈佛架构将指令和数据存储在不同的存储器中，可以同时进行指令和数据的读取，提高了执行效率。
而冯·诺依曼架构则将指令和数据存储在同一存储器中，需要分时进行指令和数据的读取，效率较低。
微控制器的指令集决定了其能够执行的操作。
指令集包括数据传输、算术运算、逻辑运算、控制转移等指令。
不同型号的微控制器具有不同的指令集，用户根据具体需求选择合适的型号。
微控制器还需要一个时钟系统来提供基准时钟信号，以确保指令和数据的同步执行。
时钟系统可以是内部晶振或外部晶振，其频率决定了微控制器的工作速度。
微控制器还需要输入/输出控制接口来与外部设备进行通信。
常见的输入/输出接口有通用输入/输出口（GPIO）、串口、并口、模数转换器（ADC）、数模转换器（DAC）等。
通过这些接口，微控制器可以连接各种传感器、执行器和外围设备，实现与外部环境的交互。
微控制器的应用范围非常广泛。
它可以应用于家电、汽车、通信、医疗、工业控制等领域，实现各种功能和应用。
在家电领域，微控制器可以用于控制空调、洗衣机、冰箱等家电设备的运行。
通过与传感器和执行器的结合，微控制器可以实现温度控制、湿度控制、定时开关等功能，提高家电的智能化程度。
在汽车领域，微控制器可以用于控制发动机、制动系统、空调系统等汽车部件的运行。
通过与传感器的结合，微控制器可以实时监测汽车的工作状态，并根据需要进行调节，提高汽车的性能和安全性。
在通信领域，微控制器可以用于控制手机、路由器、通信基站等设备的运行。
通过与无线模块的结合，微控制器可以实现无线通信功能，实现手机的呼叫、短信、上网等功能。
单片机微控制器原理及应用
单片机微控制器原理及应用单片机是一种集成了微处理器核心、存储器、定时器/计数器、IO接口等模块的集成电路。
它具有体积小、功耗低、成本低、易于编程等特点，在嵌入式应用领域有着广泛的应用。
单片机微控制器原理主要包括微处理器核心、存储器、定时器/计数器和IO接口模块。
微处理器核心是单片机最核心的部分，它负责执行程序指令，实现数据处理功能。
常见的微处理器核心包括8051、AVR、PIC等。
存储器是单片机存储数据和程序代码的地方。
它主要包括闪存、RAM和EEPROM。
闪存用来存储程序代码，RAM用来存储临时数据，而EEPROM用来存储非易失性数据。
定时器/计数器模块是单片机用来生成定时和计数功能的模块。
它可以产生一定时间间隔的中断信号，用于控制程序的执行时间。
计数器可以用来计数外部事件的个数。
定时器/计数器模块常用于控制时序、脉冲宽度调制、频率计数等应用。
IO接口模块是单片机与外部器件进行数据交互的接口。
它可以实现数字输入输出、模拟输入输出、串行通信、并行通信等功能。
IO接口常用的接口类型有GPIO、UART、SPI等。
单片机的应用非常广泛，以下是几个典型的应用领域：1. 家电控制：单片机在家电控制中可以实现控制、显示、通信等功能。
比如电视机、空调、洗衣机等家电产品都可以采用单片机来实现功能扩展和智能控制。
2. 工业自动化：单片机可以实现各种传感器和执行器的控制与监测，用于控制生产线、机器人、仪器仪表等工业设备。
3. 汽车电子：单片机在汽车电子领域有着广泛的应用。
它可以实现车身控制、发动机控制、车载娱乐等功能。
4. 医疗设备：单片机可以用于控制医疗设备的工作状态、数据采集和处理等。
比如床边监护设备、血压计、血糖仪等。
总之，单片机微控制器是嵌入式系统的核心组成部分，它具有体积小、功耗低、成本低、易于编程的特点，广泛应用于家电、工业自动化、汽车电子、医疗设备等领域。
通过合理的程序设计和外围接口设计，可以实现各种功能丰富的嵌入式系统。
微控制器的工作原理及应用
微控制器的工作原理及应用1. 微控制器的概述微控制器是一种集成了微处理器、存储器和各种I/O接口的集成电路芯片。
它通常用于控制和管理各种设备和系统，具有小体积、低功耗、易于编程等特点。
2. 微控制器的工作原理微控制器主要由微处理器核心、存储器、I/O接口和时钟电路组成。
以下是微控制器的工作原理的详细说明：2.1 微处理器核心微处理器核心是微控制器的计算核心，它包含运算器、控制器和寄存器等部件，可以执行各种指令和算术运算。
2.2 存储器存储器通常用于存储程序代码和数据。
微控制器通常包含闪存存储器和RAM存储器。
闪存存储器用于存储程序代码，RAM存储器用于存储运行时数据。
2.3 I/O接口微控制器的I/O接口用于与外部设备进行数据交换。
常见的I/O接口包括通用输入输出引脚、串口、SPI接口、I2C接口等。
2.4 时钟电路微控制器需要时钟信号来同步各个部件的工作。
时钟电路通常由晶体振荡器和时钟发生器组成。
3. 微控制器的应用领域微控制器广泛应用于各个领域，下面是一些常见的应用领域：3.1 智能家居系统微控制器可以用于控制家庭中的各种设备和系统，如智能灯光、温控系统、安防系统等。
3.2 工业自动化微控制器在工业自动化中扮演着重要角色，可以用于控制生产线、机器人等设备，实现自动化生产。
3.3 智能交通微控制器可以用于智能交通系统，如智能红绿灯控制、交通信号控制等，提高交通流量效率和安全性。
3.4 医疗设备微控制器可用于医疗设备，如心脏起搏器、血糖仪等，实现对患者的监测和治疗。
3.5 消费电子产品微控制器广泛应用于各类消费电子产品，如智能手机、电视机、游戏机等，实现各种功能和交互。
4. 微控制器编程与开发工具微控制器编程通常使用C语言或汇编语言进行。
常见的开发工具和环境包括Keil、IAR Embedded Workbench、Arduino等。
4.1 KeilKeil是一种常用的嵌入式系统开发工具，包含了强大的集成开发环境和调试工具，适用于多种微控制器系列。
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第四阶段(1982年—现在)：8位MCU巩固发展，大量应用 ；16位MCU逐渐占有一席之地；32位MCU推出阶段。 ➢ 8位MCU代表厂家为ATMEL、NXP(原Philips的半导体事业
部)、Silicon Lab、STC等。 ➢ 对于16位MCU来说，代表厂家为TI、Freescale、凌阳等。 ➢ 但随着32位MCU的推出，尤其是ARM公司Cortex系列MCU
MCU。 3) 商业营销领域
在商业营销领域已广泛使用的电子称、收款机、条形码 阅读器、仓储安全监测系统、商场保安系统、空气调节系统 、冷冻保鲜系统中，已纷纷采用MCU构成专用系统。 4) 工业自动化
工业过程控制、过程监测、工业控制器及机电一体化控 制系统等这些系统除一些小型工控机之外，许多都是由MCU 为核心的单机或多机网络系统。
应用，对处理器提出了更高的要求。为满足这种要求，现在 已出现多核结构的处理器。
11
3) 低功耗化 现在新推出的MCU的功耗越来越低，很多MCU都有多种
工作方式，包括等待、暂停、休眠、空闲、节电等工作方式 。
12
4) 宽工作电压 扩大电源电压范围以及在较低电压下仍能工作是现在新
推出的MCU的一个特点。目前一般MCU都可以在3.3～5.5V的 范围内工作，有些产品则可以在2.2～6V的范围内工作。
2
图1-1 微控制器芯片
3
MCU按照其用途可以分为通用型和专用型两大类。 通用型MCU具有比较丰富的内部资源，性能全面且适应性
强，可满足多种应用需求。 专用型MCU是专门针对某些产品的特定用途而制作的MCU
，如打印机、家用电器、健身器材以及各种通信设备中的 专用MCU。
4
1.2 微控制器的发展历史
MCU的发展历史大致可分为四个阶段。 第一阶段(1974年—1976年)：MCU初级阶段。 第二阶段(1976年—1978年)：低性能MCU阶段。以Intel公 司制造的MCS-48系列MCU为代表。 第三阶段(1978年—1982年)：高性能MCU阶段。典型代表 有Intel公司制造的MCS-5l系列MCU、Freescale公司(原Motorola 公司的半导体事业部)的6801和Zilog公司的Z8等。
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1.4 微控制器的特点及应用 1.4.1 微控制器的特点
MCU之所以应用如此广泛，主要原因是以MCU为核心构 成的应用系统具有以下优点。 (1) 功能齐全，应用可靠，抗干扰能力强。 (2) 简单方便，易于普及。 (3) 发展迅速，前景广阔。 (4) 嵌入容易，用途广泛。MCU的体积小、性价比高、应用灵 活性强。
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5) 封装小型化 现在MCU的封装水平已大大提高，有越来越多的 MCU采
用了各种贴片封装形式，以满足便携式手持设备的需要。 Microchip公司推出了目前世界上体积最小的6引脚PICl0F2XX 系列MCU。
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6) 低噪声布线技术 在过去一般MCU中，电源与地引脚是安排在芯片封装的
对角上，即左上、右下或右上、左下位置上。这种安排会使 电源噪声对MCU的内部电路造成的干扰相对较大。现在很多 MCU都把电源和地引脚安排在两个相邻的引脚上。这样既降 低了干扰，又便于在印制电路板上对去耦电容器进行布线， 降低系统的噪声，如STC15F2K6052。
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(4) 定时和时钟类，包括定时器/计数器、实时时钟(RTC) 、Watchdog、Clock out。
(5) 专用和外围接口类，包括Comparer(比较器)、ADC、 DAC、LCD控制器、DMA、PWM、PLL、温度传感器等。
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2) 多核化 随着嵌入式应用的深入，特别是在数字通信和网络中的
的推出，16位MCU处于比较尴尬的境地。
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尽管目前8位MCU种类繁多，但其中最具代表性的是Intel 公司的MCS-51系列MCU。80C51系列MCU是在MCS-51的基础 上于20世纪80年代发展起来的，其功能有很大增强。直到现 在，80C51系列MCU仍然是8位MCU的主流品种。本书将以 80C51系列MCU为主，介绍微控制器的原理及其应用。
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5) 智能仪表与传感器网络 目前各种变送器、电气测量仪表普遍采用MCU应用系统
微控制器
——原理及应用——
第一章 绪 论
1.1 什么是微控制器(单片机)
微控制器(单片机)就是在一块半导体硅片上集成了微处 理器(CPU)、存储器(RAM、ROM)和各种功能单元(定时器/计 数器、并行I/O口、串行口、ADC等)的集成电路芯片。这样 一块集成电路芯片具有一台计算机的属性，因而被称为单片 微型计算机(Single Chip Microcomputer)，简称单片机。为了更 好地体现其控制应用，在国际上，一般把单片机称为微控制 器 (Micro Controller Unit ， MCU) 。 图 1-1 所 示 为 较 常 用 的 STC12C5A60S2微控制器芯片。
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1.4.2 微控制器的应用
MCU主要应用在检测、控制领域，它具有小巧灵活、成 本低、可靠性好、适应温度范围宽、易扩展等特点。以下是 MCU应用领域的举例。 1) 家用电器领域
目前国内家用电器已普遍采用MCU控制取代传统的控制 电路。
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2) 办公自动化领域 现代办公室中所使用的大量通信、信息产品多数都采用了
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1.历程可以看出，它正朝多
功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、扩大存 储容量和加强I/O功能及结构兼容方向发展，图1-2 所示为微控制器最小系统。
图1-2 微控制器最小系统
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微控制器今后的发展趋势为以下几个方面。 1) 多功能化
MCU可集成越来越多的内置部件，常用的部件有: (1) 存 储 器 类 ， 包 括 程 序 存 储 器 MROM/OTP ROM/EPROM/EEPROM/Flash ROM 和 数 据 存 储 器 SRAM/SDRAM/SSRAM。 (2) 串行接口类，包括UART、SPI、I2C、CAN、IR、 Ethernet、HDLC。 (3) 并行接口类，包括 Centronics、PCI、IDE、GPIO等 。