单片机的概念及单片机的种类.ppt

第1章概述1.1单片机的概念及单片机的种类1.1.1单片机及单片机系统 单片机是微型计算机发展的一个分支，是一种专门面向控制的微处理器件，故又称之为微控制器(MicroControllerUnit，MCU)。单片机通常以单一芯片的形式出现，但是它已具有了微型计算机所包含的基本组成结构和特有的控制应用功能，是一种芯片级的微型计算机。另外，由于单片机的体积、结构和功能特点，在实际应用中可以完全融入应用系统之中，故而也称为嵌入式微控制器(EmbeddedMicro-Controller)。1.硬件部分单片机系统的硬件部分是包括CPU在内的所有硬件电路，按照硬件电路的功能和配置大致可以分为以下3类1)基本功能类基本功能类硬件包括：CPU(用于运算、控制)、RAM(用于数据存储)、ROM(用于程序存储)、I/O设备(实现串行、并行输入/输出接口)及时钟电路(建立工作时序)。在微型计算机中，上述部件被分成若干块芯片，安装在一块称之为主板的印刷线路板上，在程序的指挥下完成计算机的基本运算操作功能。但是在单片机中，除了时钟电路之外，其余部分一般均被集成到一块半导体芯片上，所以被称为单片机，即单芯片微型计算机。2)控制功能类控制功能类硬件包括：定时器/计数器(用于时间设定/事件记录)和中断装置(实现实时处理)。使用这类硬件是为了实现单片机的控制功能，即定时控制、顺序控制和实时控制等基本控制功能。作为面向嵌入式控制的特色，这类部件通常也集成在单片机芯片内部。3)辅助功能类辅助功能类硬件包括：A/D(模/数转换)和D/A(数/模转换，通常采用PWM形式)等部件。这类部件根据芯片的配置不同不一定集成在单片机芯片上，需要用户根据使用要求选择。2.软件部分与微型计算机的运行原理相似，单片机系统的运行也需要软件系统的支持，但是由于处理任务的不同，其复杂程度相对较低。根据单片机软件所要实现的功能，可以将软件划分为管理程序和应用程序两类。1)管理程序管理程序是单片机系统的监控程序，主要用于控制过程复杂，控制量较大的装置，例如测控仪器、仪表等。对于仅完成简单控制任务的单片机系统一般可以相应简化。2)应用程序应用程序是针对具体的控制动作而编写的程序，是实现控制具体功能的程序基础，通常以子程序模块的形式出现，便于执行控制动作时调用。1.1.2单片机程序设计语言及开发环境简介单片机程序设计语言主要是指在开发系统中使用的语言。在单片机开发系统中可以使用机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言采用机器码，是单片机能够直接识别的程序语言，汇编语言是以助记符表示机器码的程序设计语言。机器语言和汇编语言都是高效的计算机语言，实时性较强，但它们都是面向机器的语言，通用性差，编程效率低。单片机的开发过程涉及3项内容，即编程、纠错和仿真。一般采用PC机内安装的集成开发环境(IDE)软件进行开发调试。在集成开发环境内可以实现文本编程、编译纠错和仿真运行。其中仿真的形式又可以分为两种，即软件仿真和硬件仿真。软件仿真不必连接硬件应用系统，仿真结果在开发环境中模拟的单片机构造中得到体现；硬件仿真需要与用户控制系统配合，以集成开发环境的输出替代用户系统中原有的单片机，仿真过程真实、实时性强。另一种较新的开发形式采用具有ISP(In-SystemProgramming，在系统可编程)功能的单片机，利用下载程序开发单片机系统。1.1.3单片机的使用环境及产品等级单片机用途广，使用环境差别大，如何保证单片机控制系统或装置的可靠性是设计者和使用者最为关注的问题。作为电子产品而言，其可靠性主要取决于半导体芯片的产品等级，根据运行温度范围，产品等级大致划分为3级，下面分别予以介绍。1.军用级运行温度范围为 -50℃～+125℃，适用于军用品要求苛刻的应用环境，芯片的价格比较昂贵。例如Intel公司的MCS-51系列单片机MD80C51FB。型号以MD表示开头的，M代表军品，D代表直插封装。2.商业级运行温度范围为0℃～＋70℃，主要限于机房、办公及住宅环境，适用于民用产品，例如家电、玩具等。商业级产品价格低廉，品种齐全，应用最为广泛。3.工业级早期的单片机产品大多为工业级，运行温度范围为 －45℃～＋85℃，介于商业级和军用级之间，适宜在工业生产环境下使用。其特点是可靠性远高于商业级，但价格远低于军用级。MCS-51系列单片机的普通产品均属于工业级。1.2单片机的类型、特点及用途1.2.1单片机主要类型及其特点1.常用单片机的类型及特点Intel公司的MCS-51系列及其兼容产品是目前最常用的一种单片机类型，其引进历史较长，学习资料齐全，影响面较广、应用成熟，已被单片机控制装置的开发设计人员广泛接受。本书将以这种单片机产品为主介绍单片机的结构原理、指令系统、编程应用及接口电路等内容。MCS-51系列单片机及