单片机概述

说明：
不同位数的单片机同时存在，各有市场，适 用于不同场合
第1章 概 述
单片机技术的发展
1、体系结构的变化
SCM
SOC： SCM： MCU：
MCU
SOC
一块单片机芯片就是一个比较完整的小型控制系统 寻求单片形态的嵌入式系统的最佳体系结构 芯片包含完整的硬件系统和嵌入式软件 Philips公司的80C51是MCU的典型代表 MCS-51是SCM的典型代表 C8051F
计算机
高速运算 数据分析与处理 存储器容量
增强控制功能 提高工业环境下的可靠性 灵活方便
通用计算机
单片机
第1章 概 述
微机组成结构框图
第1章 概 述
单片机组成框图
实 时 控 制 器 件
定时器/计数器 中断控制 微型计 ADC、DAC 根据需要 算机 PWM 而定 电压比较器 看门狗、DMA 串行口、传感器等 I2C、SPI等外部串行总线接口
单片机
全称为单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)
微控制器(Microcontroller Unit)或嵌入式控制器(Embedded Controller)
将微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路和相应实时控制器件
集成在一块芯片上，称其为单片微型计算机，简称单片机。
第1章 概 述
单片机技术的发展
2、单片机的速度越来越快 采用锁相环技术或内部倍频技术 3、低电压与低功耗 2.7V 2.2V 1.8V
0.9V
双电源供电： I/O口，芯片内部
第1章 概 述
单片机技术的发展
4、低噪声与高可靠性技术 WDT：看门狗 5、OTP与掩膜 OPT：(One Time Programmable) 一次性编程 6、MTP向OTP挑战 MTP：(Multiple Time Programmable) 可多次编程
第1章 概 述
单片机技术的发展
7、在线编程技术 ISP：(In System Programming) 在系统编程 IAP：(In Application Programming) 在应用编程 8、在线仿真技术 JTAG：(Joint Test Action Group) 联合测试行动小组 9、增加I2C，SP2串行接口功能
特点：
2、采用面向控制的指令系统
具有很强的逻辑控制能力和位处理能力 3、I/O引脚功能复用 减少引脚数量 4、外扩功能强
第1章 概 述
优点：
1、体积小、成本低、运用灵活，易于产品化 2、面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各 类控制任务
3、抗干扰能力强，适用温度范围宽 4、可方便的实现多机和多分布式控制
CPU
把运算器、控制器和一定数量的寄存器集成在一 块芯片上
第1章 概 述
单板机
单片微型计算机
将CPU、存储器、I/O接口电路、简单的输入/输出 设备组装在一块印刷电路板上
第1章 概 述
微型计算机
PC机裸机
将CPU、存储器、I/O接口电路由总线有机地连接 在一起的整体
第1章 概 述
微型计算机系统
工业控制、智 能仪器仪表、 便携式设备
第1章 概 述
数据总线位数的发展
4、32位单片机
20世纪80年代末 20世纪80年代末 近年来
发展趋势
Motorola MC683XX系列 Inter 80960
ARM系列单片机
智能手机等
第1章 概 述
数据总线位数的发展
5、64位单片机 引擎控制、智能机器人、磁盘控制、语音/图 像通信、算法密集的实时控制场合
第1章 概 述
通用微机
单片机
第1章 概 述
单片机的发展历程
第1章 概 述
配置计算机至少需要哪些部件才能工作？
微处理器、存储器、I/O接口按三总线方式 有机连接，同时配备电源、键盘、鼠标
家用电器、仪器仪表等众多控制单元能 用此方式吗？
不能，体积太大，通用计算机的很多功能 都用不上，浪费
第1章 概 述
显著减少引脚数，简化系统结构，方便系统与外 围设备连接
第1章 概 述
1.3 单片机的特点及应用
特点：
1、ROM与RAM严格区分
存 储 器
ROM 存放程序、固定常数及数据表格 RAM不是
高速缓存
பைடு நூலகம்
RA 用作工作区及存放用户数据 M 单片机程序多，数据少
ROM远大于RAM，RAM可集成在芯片内 部
第1章 概 述
第1章 概 述
单片机与通用微机的区别
1、微处理器（CPU）的区别：
通用微机： 面向数据处理
围绕数据处理功能，计算速度和精度的进一步提高 支持浮点运算、流水线作业、并行处理、多级高速缓冲 技术、主频达数吉赫兹、字长普通达32位
单片机：面向控制，数据类型简单
数据处理能力较通用微机弱，计算速度及精度相对较低 大多数单片机不支持浮点运算、串行口工作方式、主频 百兆以下、字长有4位，8位，16位，32位不等
第1章 概 述
微机采用 什么结构 呢？
第1章 概 述
冯-诺依曼结构：
取指、执行在同一存储空间
串行体系
任何时刻总线上只能有一组数据
单片机采用什么结构呢？
单片机与微机具有相类似的结构体系
第1章 概 述
哈佛结构：
将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构 每个存储器独立编址、独立访问 4条总线 并行体系
5、性价比
普通型和经济型
第1章 概 述
51内核的8位单片机：
MCS-51系列单片机： 冯诺依曼结构
MCS：Inter公司注册的商标 Inter公司生产的，以8051为核心单元的其它派生单片机 8 MCS-51系列 0 5 1 系 列 单 片 机 其它公司的8051系列
第1章 概 述
非MCS-51系列单片机：
第1章 概 述
第1章 概述
• 1.1 单片机的基本概念 • 1.2 单片机的发展 • 1.3 单片机的特点及应用
• 1.4 单片机的类型与常用单片机系列
第1章 概 述
1.1 单片机的基本概念
名词解释 中央处理器（CPU）
CPU并不是 一台完整的 计算机
电脑中的核心配件 解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据 计算机的可编程性主要是指对CPU的编程
第1章 概 述
单片机与通用微机的区别
3、I/O接口的区别：
通用微机：
标准外设
用户通过标准总路线连接外设，即插即用
单片机：
非标准外设，种类多，千差万别 单片机只提供外设连接的物理接口，需用户设计具体的 接口电路
第1章 概 述
嵌入式系统：
以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁 减，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有 严格要求的专用计算机系统
第1章 概 述
举例说明：
例如，有一个单片机型号为“AT89C51-12PI”，则 表示意义为，该单片机是ATMEL公司的Flash单片机， 内部是C51结构，速度为12MHz，封装为DIP，是工业 用产品，按标准处理工艺生产。
应用：
工业控制、仪器仪表、计算机外部设备与智能接口、 商用产品、家用电器
第1章 概 述
1.4 单片机的类型与常用单片机系列
类型：
1、数据总线位数
4位、8位、16位、32位、64位
2、编程方式
OTP ROM型、Flash型、ISP型、IAP型、JTAG型
3、制造工艺
普通MOS型、CMOS型、HMOS型、CHMOS型、HMOS 型 4、功耗 普通型和低功耗型
PC机
将微型计算机与外围设备、电源、系统软件一起 构成的系统
第1章 概 述
1.2 单片机的发展
数据总线位数的发展
1、4位单片机
1971 Inter 4位CPU 4004
单片机的 鼻祖
鼠标、电池充 电器，一般家 用电器、遥控 器、电子玩具、 钟表、计算器、 多功能电话等
第1章 概 述
数据总线位数的发展
PIC，AVR单片机
哈佛结构
第1章 概 述
单片机型号识别
格式：AT—89X×××—×××× 其中：AT是前缀； 89X×××是型号； ××××是后缀。 ① 前缀
前缀由字母“AT”组成，它表示该器件是ATMEL公司 的产品。
第1章 概 述 AT—89X×××—×××× ② 型号
嵌入式微处理器 嵌 入 式 系 统 外围硬件设备 嵌入式操作系统 用户应用程序
第1章 概 述
嵌入系统的发展
第一阶段：以单芯片为核心的可编程控制系统 第二阶段：以嵌入式CPU为基础，以简单操作系 统为核心 第三阶段：以嵌入式操作系统为标志
第四阶段：以嵌入式Internet为标志
第1章 概 述
微处理器
型号由“89C×××”或“89LV××××”或 “89S×××”等表示。
※ “89C×××”中，9是表示内部含Flash存储器；
C表示是CMOS产品。
※ “89LV×××”中，LV表示低电压产品。 ※ “89S×××”中，S表示含可下载Flash存储器。 在这个部分的××××表示器件型号数，例如： 51，1051，8252等。
2、8位单片机
1972 1976 Inter 8位CPU 8008 Inter MCS-48系列8位单片机
主流产品 中小规模场 合
自动化装置、 智能仪器、智 能接口，过程 控制、通信、 家用电器等
第1章 概 述
数据总线位数的发展
3、16位单片机
1983 1987
复杂的控制 系统中
Inter MCS-96系列 Inter 80C96 集成度进一步提高
第1章 概 述
单片机与通用微机的区别
2、存储器的区别：
通用微机：
增大存储容量和CPU对数据的存取速度 容量达数吉字节，存储体系采用多体、并读技术和段、 页多种管理模式 ROM和RAM是一个地址空间
单片机：
组织结构简单，存储芯片直接挂在单片机的总线上 直接按物理地址寻址，寻址空间一般为64KB ROM和RAM两地址空间独立，ROM较多，RAM较少
第1章 概 述 AT—89X×××—××××
③后缀 （××××） ※后缀中的第一个参数×表示速度，它的意义如下： ×＝12，表示速度为12MHz， ×＝16，表示速度为16MHz， ※后缀中的第二个参数×表示封装。它的意义如下： ×＝J，塑料J引线芯片载体。 ×＝L，无引线芯片载体。 ×＝P，表示塑料双列直插DIP封装。 ※后缀中第三个参数×表示温度范围，意义如下： ×＝C，表示商业产品，温度范围为0至+70℃。 ×＝I，表示工业产品，温度范围为-40至+85℃。 ×＝M，表示军用产品，温度范围为-55至+150℃