单片机技术及其应用资料

单片机技术及其应用

1 单片机概述

(1)单片机的概念与特点

单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)简称单片机，又称微控制器

(Microcontroller Unit)或嵌埋式控制器(Embeded Controller)，是将计算机的基本部件微型化，使之集成一块芯片上的微机。片内含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。

单片机具有体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等明显优点。新型单片机可承担数据与数值分析、信号处理、机器人智能控制，以及图象处理等复杂任务。目前，单片机已在自动化装置、智能化仪表、过程控制和家用电器等领域得到日益广泛的应用。

(2)单片机技术的发展

单片机在近二十多年中得到了迅速发展。70年代中期，从微机家族中派生出新的一员，形成了一个新的分支：单

片微型计算机。它以价格低廉、功能完善、面向实时控制为特征，以不求规模大、力争小而全为宗旨，在一块芯片上集成了构成一台计算机的主要部件。1976年9月，美国Intel公司的MCS-48型单片机问世，成为单片机划时代的里程碑。接着，美国Mostek和仙童公司共同研制和生产了3870系列单片机，Motorola公司推出了MC6801系列单片机。这阶段单片机的特点是：片内配置的存储器(RAM/ROM)容量及提供的寻址空间较小(内部ROM容量不超过2k字节，RAM不超过128字节，寻址空间不超过4k字节，只有并行I/O接口，运算指令功能较弱。

1980年Intel公司在总结了MCS-48系列机的基础上推出了8位高档MCS-51系列单片机。它与MCS-48系列相比，硅片的面积扩大为原来的1.4倍，片内程序存储器(ROM/EPROM)容量为原来的4倍，RAM容量增加了1倍，工作寄存器组扩大了1倍，设有两个16位定时器/计数器；并行I/O接口增至4个口共32线，增设有全双工串行I/O接口；扩充了指令功能，进步了执行速度；存储器寻址空间分别为扩大到64kB等。可见其功能有了很大进步。在此期间，各家公司相继推出新的高档8倍单片机。例如：Motorola 公司推出了MC6801系列单片机；Zilog公司推出了Z-8系列单片机；Rokwel公司推出了6501/6502单片机；NEC公司推出了μCOM-78××系列单片机；TI公司推出了TMS-7000系列单片机。这阶段的单片机的特点是：片内ROM/EPROM 容量达4k～8k字节，RAM达128～256字节，存储器寻址空

间(ROM/RAM)分别达64k字节，增设全双工串行接口，扩充了中断源和优先级，部分单片机还设置了A/D转换接口等。指令功能进一步增强，除增设乘、除、比较等运算指令外，有的固化了BASIC、FORTH高级语言，有的可通过微程序化指令为用户提供设计部分所需的指令，使软件更灵活与方便。设有位处理功能，进步了运算速度。后继产品还扩充了DMA、显示接口、网络控制等功能。这类单片机大大拓展了应用领域，适用于复杂自动测控系统、智能化系统、单机局部网络等应用场合。这类产品属8位高挡单片机。

1983年Intel公司推出了MCS-96系列16位单片机。在一块芯片上集成了13万以上个管子。片内设有字长16位的CPU，没有累加器，而是采用寄存器——寄存器结构，8k 字节的ROM，232字节的RAM，5个8位的I/O端口，一个全双工I/O端口，专门的波特率发生器，具有高速的I/O系统，4或8通道的的10位A/D转换器，8个中断源。此外，设有脉宽调制输出装置，16位监视定时器，4个16位的软件定时器和2个16位的定时器/计数器。可实现位、字节、字(16位)、双字(32位)操纵，设有16×16位或32÷16位的乘、除法运算。另外还可配置面向控制的PL/M和FORTH语言。紧接着，其他公司也都先后推出16位的单片机系列。例如：Motorola公司采用新的模块化设计技术，生产出MC68HC16Z1 16位单片机，它由内部模块总线(IMB)、CPU16系统集成模块(SIM)、静态RAM、通用定时器模块(GPT)、队列串行模块(QSM)、模数转换模块(ADC)等组成。CPU16

是一个真正的16位高速CPU，它与8位的MC68HC11 CPU向上兼容，具有两个16位的通用累加器和三个16位的变址寄存器，支持8位、16位、32位的存、储和算术运算。它可寻址1M字节的数据存储空间和1M的程序存储空间。它具有适合控制要求的灵敏字信号处理(DSP)功能。它支持高级语言，答应使用高级语言(C语言)来编写控制源程序，从而大大缩短软件设计时间。其他公司，如Mostek公司推出了68200 16位单片机；TI公司推出了TMS-9900系列16位单片机；日本三菱公司研制出第一台16位CMOS工艺的单片机。

近几年来，Intel和Motorola等公司先后推出更高挡的32位单片机，其功能极强，主要用于复杂的高层次系统。

今后一段时期内，单片机发展的总趋势将是不断推出高档和高性能的机型；重点进步8位单片机的性能；采用新工艺，实现低功耗、宽电压、高速度、高可靠性；以及日趋单片化等。

(3)单片机在产业测控领域中的应用概况

单片机具有全电脑功能，且体积小、可靠性高、价格便宜、简单易学和开发应用方便，深受广大科技职员的欢迎。单片机具有众多的I/O口线，丰富的操纵指令，较强的逻辑能力，特别适用于各类产业测控系统。在此领域，单片机的应用主要有以下方面：

①过程控制：如电镀工艺加工过程控制，塑料注射成型加工过程控制等。

②数据采集：产业生产过程需要各类采集系统，如电厂运行数据采集系统和轧钢机运行数据采集系统等，借此实现智能化丈量和自动控制。

③智能化仪器仪表：如发动机油耗测试仪和液压系统参数测试仪等。

④机电设备的现代化改进：如将普通机床改为数控机床和将原生产线改为全自动生产线等。

将单片机应用于产业测控系统，有利于进步测控精度和智能水平，有利于进步设备的自动化水平及可靠性，有利于降低生产本钱。

(4)单片机技术的学习方法

在学习单片机技术的过程中，以下几点值得留意：

①努力把握微机技术的有关基本概念及其在单片机上的具体应用，要通过对单片机与其他微机的联系及区别的考察，加深对它的熟悉。

②努力把握单片机所采用的汇编语言。弄清各类指令的表达方式及含义，弄清指令的应用范围、作用及有关限定。弄清指令与计算机结构的关系。

③适当补充一些有关电子技术的基础知识，尤其留意把握好数字与逻辑电路的基础知识。

④在学习有关教科书的同时查阅相关的技术论文，以帮助理解并由此学习他人的成功经验。为了便于理解有关概念，应配一本计算机技术词典。