【文章內(nèi)容簡介】 5 平方米的室內(nèi) ?在 20 世紀(jì) 50 年代中期第二代電子計算機(jī)問世 ,它是以晶體管代替了電子管 ,此時第一個集成電路誕生了 ,它包括一個晶體管 ?兩個電阻和一個電阻 ?電容的組合 .后來集成電路工藝日趨完善 ,大部分電路元件都已經(jīng)以集成電路的形式出現(xiàn) ,甚至在約 1 平方厘米的芯片上 ,就可以集成上百萬個電子元件 ?在 1967 年和 1977 年 ,分別出現(xiàn)了大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路 ,不斷的完善和改進(jìn)計算機(jī)的性能與規(guī)模 ? 但我國集成電路相對于世界先進(jìn)水平存在一定的差距 ,所以有發(fā)展本國集成電路的需要? 集成電路的發(fā)展趨勢 我國集成電路市場潛力巨大 , 是因為近年來因特網(wǎng)持續(xù)爆炸式增長 ?移動通信終端設(shè)備市場的迅猛發(fā)展 ,以及數(shù)碼相機(jī) ?手持電腦等電子產(chǎn)品市場的 興旺 ,尤其是移動通信業(yè)的高速發(fā)展成為推動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新一輪發(fā)展的強大動力 ?信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展 ,為集成電路產(chǎn)業(yè)提供了巨大的市場空間 ? 3 未來幾年 ,我國集成電路市場需求主要來自以下幾個方面 : 1. 通信運營業(yè)的高速發(fā)展對集成電路提出新的需求 ? 2. 國民經(jīng)濟(jì)和社會信息化建設(shè)給電子信息制造業(yè)創(chuàng)造了一個新市場 ? 3. 隨著我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整 ,傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造升級 ,提高設(shè)計和制造水平推進(jìn)機(jī)電一體化 ,為各行業(yè)提供先進(jìn)和成套的技術(shù)準(zhǔn)備 ,又會給集成電路產(chǎn)業(yè)帶來新的市場 ? 單片機(jī) 單片機(jī)概述 單片機(jī)又 稱單片微控制器 ,它不是完成某一個邏輯功能的芯片 ,而是把一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上 ?相當(dāng)于一個微型的計算機(jī) ,和計算機(jī)相比 ,單片機(jī)只缺少了 I/O 設(shè)備 ?概括的講 :一塊芯片就成了一臺計算機(jī) ?它的體積小 ?質(zhì)量輕 ?價格便宜 ?為學(xué)習(xí) ?應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件 ?同時 ,學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇 ? 單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊 ,比如 CPU,內(nèi)存 ,并行總線 ,還有和硬盤作用相同的存儲器件 ,不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多 ,不過價錢也是低的 ,一般不超過 10元即可 用 它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了 ?我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機(jī) ?排煙罩 ?VCD 等等的家電里面都可以看到它的身影 它主要是作為控制部分的核心部件 ?它是一種在線式實時控制計算機(jī) ,在線式就是現(xiàn)場控制 ,需要的是有較強的抗干擾能力 ,較低的成本 ,這也是和離線式計算機(jī)的(比如家用 PC)的主要區(qū)別 ? 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域 ,幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡 ?導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置 ,飛機(jī)上各種儀表的控制 ,計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸 ,工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理 ,廣泛使用的各種智能 IC卡 ,民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng) ,錄像機(jī)?攝像機(jī) ?全自動洗衣機(jī)的控制 ,以及程控玩具 ?電子寵物等等 ,這些都離不開單片機(jī) ?更不用說自動控制領(lǐng)域的機(jī)器人 ?智能儀表 ?醫(yī)療器械了 ?因此 ,單片機(jī)的學(xué)習(xí) ?開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家 ?工程師 ? 單片機(jī)的發(fā)展歷史 單片機(jī)誕生于 20 世紀(jì) 70年代末 ,經(jīng)歷了 SCM,MCU,SOC 三大階段 ? 1. SCM 即單片微型計算機(jī) (Single Chip Microputer)階段 ,主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu) ?“創(chuàng) 新模式”獲得成功 ,奠定了 SCM 與通用計算機(jī)完全不同的發(fā)展道路 ?在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路上 ,Intel 公司功不可沒 ? 4 2. MCU 即微控制器 (Micro Controller Unit)階段 ,主要的技術(shù)發(fā)展方向是 :不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時 ,對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路 ,突顯其對象的智能化控制能力 ?它所涉及的領(lǐng)域都與對象系統(tǒng)相關(guān) ,因此 ,發(fā)展 MCU 的重任不可避免地落在電氣 ?電子技術(shù)廠家 ?從這一角度來看 ,Intel 逐漸淡出 MCU 的發(fā)展也有其客觀因素 ?在發(fā)展 MCU 方面 ,最著名的廠家當(dāng)數(shù) Philips 公司 ?Philips 公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢 ,將MCS51 從單片微型計算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器 ?因此 ,當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時 ,不要忘記 Intel 和 Philips 的歷史功績 ? 3. 單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展之路 ,向 MCU 階段發(fā)展的重要因素 ,就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決 ?因此 ,專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了 SOC 化趨勢 ?隨著微電子技術(shù) ?IC 設(shè)計 ?EDA 工具的發(fā)展 ,基于 SOC 的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計會有較大的發(fā)展 ?因此 ,對單片機(jī)的理解可以從單片微型計算機(jī) ?單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng) ? 早期的單片機(jī)都是 8位或 4位的 ?其中最成功的是 INTEL的 8031,因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評 ?此后在 8031 上發(fā)展出了 MCS51 系列單片機(jī)系統(tǒng) ?基于這一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用 ?隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高 ,開始出現(xiàn)了 16 位單片機(jī) ,但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用 ?90 年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展 ,單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高 ?隨著 INTEL i960 系列特別是后來的 ARM 系列的廣泛應(yīng)用 ,32 位單片機(jī)迅速取代 16 位單片機(jī)的高端地位 ,并且進(jìn)入主流市場 ?而傳統(tǒng)的 8 位單片機(jī)的性能也得到了飛 速提高 ,處理能力比起 80 年代提高了數(shù)百倍 ?目前 ,高端的 32 位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過 300MHz,性能直追 90 年代中期的專用處理器 ,而普通的型號出廠價格跌落至 1 美元 ,最高端的型號也只有 10 美元 ?當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用 ,大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上 ?而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng) ? 單片機(jī)的應(yīng)用范圍 單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng) ,因此它得到了最多的應(yīng)用 ?事實上單片機(jī)是世界上 數(shù)量最多的計算機(jī) ?現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會集成有單片機(jī) ?手機(jī) ?電話 ?計算器 ?家用電器 ?電子玩具 ?掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有 12 部單片機(jī) ?而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作 ?汽車上一般配備 40多部單片機(jī) ,復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機(jī)在同時工作 !單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過 PC機(jī)和其他計算的總和 ,甚至比人類的數(shù)量還要多 ? 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表 ?家用電器 ?醫(yī)用設(shè)備 ?航空航天 ?專用設(shè)備的智能化管 理 5 及過程控制等領(lǐng)域 ,大致可分如下幾個范疇 : 1. 在智能儀 器儀表上的應(yīng)用 單片機(jī)具有體積小 ?功耗低 ?控制功能強 ?擴(kuò)展靈活 ?微型化和使用方便等優(yōu)點 ,廣泛應(yīng)用于儀器儀表中 ,結(jié)合不同類型的傳感器 ,可實現(xiàn)諸如電壓 ?功率 ?頻率 ?濕度 ?溫度 ?流量 ?速度 ?厚度 ?角度 ?長度 ?硬度 ?元素 ?壓力等物理量的測量 ?采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化 ?智能化 ?微型化 ,且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大 ?例如精密的測量設(shè)備 (功率計 ,示波器 ,各種分析儀 )? 2. 在工業(yè)控制中的應(yīng)用 用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng) ?數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng) ?例如工廠流水線的智能化管理 ,電梯智能化控 制 ?各種報警系統(tǒng) ,與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等 ? 3. 在家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說 ,現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制 ,從電飯褒 ?洗衣機(jī) ?電冰箱 ?空調(diào)機(jī) ?彩電 ?其他音響視頻器材 ?再到電子秤量設(shè)備 ,五花八門 ,無所不在 ? 4. 在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口 ,可以很方便地與計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信 ,為在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件 ,現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機(jī)智能控制 ,從手機(jī) ,電話機(jī) ?小型程控 交換機(jī) ?樓宇自動通信呼叫系統(tǒng) ?列車無線通信 ?再到日常工作中隨處可見的移動電話 ,集群移動通信 ,無線電對講機(jī)等 ? 5. 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛 ,例如醫(yī)用呼吸機(jī) ,各種分析儀 ,監(jiān)護(hù)儀 ,超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等 ? 6. 在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用 某些專用單片機(jī)設(shè)計用于實現(xiàn)特定功能 ,從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用 ,而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu) ?如音樂集成單片機(jī) ,看似簡單的功能 ,微縮在 電子芯片中 (有別于磁帶機(jī)的原理 ),就需要復(fù)雜的類似于計算機(jī)的原理 ?如 :音樂信號以數(shù)字的形 式存于存儲器中 (類似于 ROM),由微控制器讀出 ,轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號 (類似于聲卡 )?在大型電路中 ,這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積 ,簡化了電路 ,降低了損壞 ?錯誤率 ,也方便于更換? 7. 單片機(jī)在汽車設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛 ,例如汽車中的發(fā)動機(jī)控制器 ,基于 CAN 總線的汽 6 車發(fā)動機(jī)智能電子控制器 ,GPS 導(dǎo)航系統(tǒng) ,abs 防抱死系統(tǒng) ,制動系統(tǒng)等等 ? 此外 ,單片機(jī)在工商 ,金融 ,科研 ?教育 ,國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途 ? 我對單片機(jī)的體會 單片機(jī)是靠程序運 行的 ,并且可以修改 ?通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能 ,尤其是特殊的獨特的一些功能 ,這是別的器件需要費很大力氣才能做到的 ,有些則是花大力氣也很難做到的 ?一個不是很復(fù)雜的功能要是用純硬件來搞定的話 ,電路一定是一塊大 PCB 板 !但是如果要是用單片機(jī) ,結(jié)果就會有天壤之別 !只因為單片機(jī)的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能 ,高效率 ,以及高可靠性 ! 由于單片機(jī)對成本是敏感的 ,所以以前占統(tǒng)治地位的軟件是最低級匯編語言 ,它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級的語言了 ,既然這么低級為什么還要用呢 ?很多高級的語言早已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什 么不用呢 ?原因很簡單 ,就是單片機(jī)沒有家用計算機(jī)那樣的 CPU,也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備 ?一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕 ,也會達(dá)到幾十 K 的尺寸 !對于家用 PC 的硬盤來講沒什么 ,可是對于單片機(jī)來講是不能接受的 ?單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行 ,所以匯編雖然原始卻還是在大量使用 ?一樣的道理 ,如果把巨型計算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用 PC 上來運行 ,家用 PC 的也是承受不了的 ? 但現(xiàn)在慢慢的開始流行 C語言編程 ,因為現(xiàn)在的單片機(jī)存儲容量越來越大 ,比如 STC 公司生產(chǎn)的 STC89C516RD+(就是我這次畢業(yè)設(shè)計用的 )的程序存儲容量已達(dá) 63KB,不僅如此 ,成本上也不高 ,才 15 塊錢 !可以說 ,掌握用 C 語言單片機(jī)編程很重要 ,可以大大提高開發(fā)的效率 ?不過初學(xué)者雖然可以不了解單片機(jī)的匯編語言 ,但一定要了解單片機(jī)具體性能和特點 ,不然在單片機(jī)領(lǐng)域是比較致命的 ?如果不考慮單片機(jī)硬件資源 ,在 KEIL 中用 C胡亂編程 ,結(jié)果只能是出了問題無法解決 !還有就是在單片機(jī)編程中 C 語言雖然編程方便 ,便于人們閱讀 ,但是在執(zhí)行效率上是要比匯編語言低 10%到 20%,所以用什么語言編寫程序是要看具體用在什么場合下 ?總的來說做單片機(jī)編程 要靈活 使用匯編語言與 C語言 ,讓單片機(jī)的強大功能以最高是效率展示給用戶 ? 液晶顯示器 選用液晶顯示器 在日常生活中 ,我們對液晶顯示器并不陌生 ?液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件 ,如在計算器 ?萬用表 ?電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到 ,顯示的主要是數(shù)字 ?專用符號和圖形 ?在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中 ,一般的輸出方式有以下幾種 :發(fā)光管 ? 7 LED 數(shù)碼管 ?液晶顯示器 ?發(fā)光管和 LED 數(shù)碼管比較常用 ,軟硬件都比較簡單 ,而液晶顯示器則稍顯復(fù)雜 ?我在本次畢業(yè)設(shè)計中用到的是 1602LCD,我之所以要用 LCD 而不用 LED,是因為LCD 有以下幾個優(yōu)點 : 1. 顯示質(zhì)量高 由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度 ,恒定發(fā)光 ,而不像陰極射線管顯示器 (CRT)那樣需要不斷刷新 亮點 ?因此 ,液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍 ? 2. 數(shù)字式接口 液晶顯示器都是數(shù)字式的 ,和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單可靠 ,操作更加方便 ? 3. 體積小 ? 重量輕 液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的 ,在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多 ? 4. 功耗低 相對而言 ,液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和 驅(qū)動 IC 上 ,因而耗電量比其它顯示器要少得多 ? 液晶顯示器概述 液晶顯示器的分類 液晶顯示的分類方法有很多種 ,通常可按其顯示方式分為段式 ?字符式 ?點陣式等 ?除了黑白顯示外 ,液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等 ?如果根據(jù)驅(qū)動方式來分 ,可以分為靜態(tài)驅(qū)動 (Static)?單純矩陣驅(qū)動 (Simple Matrix)和主動矩陣驅(qū)動 (Active Matrix)三種 ? 液晶顯示 各種圖形的顯示原理 (1) 線段的顯示 點陣圖形式液晶由 MN 個顯示單元組成 ,假設(shè) LCD顯示屏有 64行 ,每行