【正文】 了位片式(Bit—Slice)微處理器和單片微型計(jì)算機(jī)，即單片機(jī)。它是一種將 CPU單元、部分存儲(chǔ)器單元、部分 I／ O接口單元及內(nèi)部系統(tǒng)總線集成在同一片大規(guī)模集成電路芯片內(nèi)的計(jì)算機(jī)，由于它的結(jié)構(gòu)和指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，故又叫微控制器 (Microcontroller)。 它的出現(xiàn)為智能化儀器儀表開辟了廣闊道路。對(duì)于運(yùn)算不太復(fù)雜，數(shù)據(jù)量不大的應(yīng)用，往往用一片單片機(jī)再加適當(dāng)?shù)能浖屯獠吭O(shè)備就能滿足控制或測量的要求，從而使硬件電路更為簡化，造價(jià)更為低廉。因此，它也是一種應(yīng)用廣泛、生命力強(qiáng)大的機(jī)種。 一、單片機(jī)的發(fā)展歷史 單片機(jī)的發(fā)展與微機(jī)的發(fā)展大體上同步，主要經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段： 第一階段 (1974年 ———1976年 )為單片機(jī)的初級(jí)階段，因受工藝和集成度的限制，單片機(jī)采用雙片形式。 第二階段 (1976年一 1978年 )為低性能的 8位單片機(jī)階段。 以 Intel公司于 1976年生產(chǎn)的 MCS— 48為代表 第三階段 (1978年一 1983年 )為高性能 8位單片機(jī)階段。 以 Intel公司的 MCS—51系列為代表 第四階段 (1983年 ~)為 8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及 16位單片機(jī)推出階段。此階段的主要特征是 一方面發(fā)展 16位單片機(jī) (如 Intel公司的 MCS—96)及專用單片機(jī)；另一方面不斷完善高檔 8位片機(jī)，改善其結(jié)構(gòu)，以滿足不同的用戶需求 。 二、單片機(jī)的發(fā)展趨勢 近幾年來，單片機(jī)的發(fā)展速度很快，縱觀各個(gè)系列的單片機(jī)產(chǎn)品的特性，可以看出單片機(jī)正朝著高性能、多品種的方向發(fā)展。 1． CPU功能增強(qiáng) 2．內(nèi)部資源增多 所謂單片機(jī)內(nèi)部資源是指它內(nèi)部的存儲(chǔ)器容量和常用 I／ O電路的種類和數(shù)量。目前，單片機(jī)內(nèi)部的 ROM容量已達(dá) 32KB， RAM已達(dá)1KB， 還有掉電后信息能保護(hù)的 E2PROM存儲(chǔ)器，同時(shí)還將一些常用的 I／ O接口電路集成到單片機(jī)內(nèi)部，如并行和串行口、 A／ D和 D／ A轉(zhuǎn)換器、 DMA通道等。這樣便大大減少了單片機(jī)的外接電路，使大多數(shù)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)體積小可靠。 3．使用多功能引腳 隨著單片機(jī)內(nèi)部資源的增多，所需的引腳也相應(yīng)增加。為了減少引腳數(shù)量，提高應(yīng)用的靈活性，單片機(jī)中普遍使用多功能引腳，即一個(gè)引腳有多種功能供用戶選擇。 4．尋址范圍大 許多高性能的單片機(jī)不但內(nèi)部存儲(chǔ)器容量增大了，而且擴(kuò)大了CPU的尋址范圍，存儲(chǔ)空間達(dá) 64KB一 1． 6MB， 從而提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展能力。 5．低功耗和低電壓 普遍采用 CHMOS制造工藝，同時(shí)增加空閑等待方式和掉電 (停機(jī) )方式，極大地降低了 單片機(jī)的功耗。 三、單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 單片機(jī)內(nèi)部包括計(jì)算機(jī)的基本功能部件，典型的單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1— 10所示。 四、典型單片機(jī)產(chǎn)品 目前，單片機(jī)的制造商很多，主要有美國的 Intel、Motorola和荷蘭 Philip公司等?，F(xiàn)對(duì) Intel公司和 Motorola公司的典型產(chǎn)品作一介紹。 (一 )Intel單片機(jī) ， Intel公司的單片機(jī)產(chǎn)品主要有 MCS—4 MCS—51和MCS—96系列。 (二 )Motorola公司單片機(jī) Motorola公司生產(chǎn) 8位和 16位單片機(jī)，該公司的單片機(jī)自成體系，產(chǎn)品的種類很多。其中，高檔八位單片機(jī)系列 (MC68HC05系列 )是最常用的，它采用 HCMOS工藝制成，指令系統(tǒng)的功能很強(qiáng)，內(nèi)部資源也很豐富。表 1—7列出了一些主要產(chǎn)品。 20世紀(jì) 80年代中期以后， Intel公司已把 精力集中在 CPU芯片的開發(fā)、研制上， 并逐漸放棄了單片機(jī)芯片的生產(chǎn)。 但是 以 MCS51為技術(shù)核心和主導(dǎo)的單片機(jī)已經(jīng)成為許多廠家、電氣公司競相選用的對(duì)象 ，以此為 基核 。 以 專利 或 技術(shù)交換 的形式把 8051內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給各廠家 。 如： AMTEL、 PHILIPS、 ANALOG DEVICES、 DALLAS公司。 這些廠家的 兼容單片機(jī) ，與 8051的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（主要是指令系統(tǒng)）相同，采用 CMOS工藝 80C51系列。 80C51系列： 所有 具有 8051指令系統(tǒng) 的單片機(jī) ，不應(yīng)直接稱為 MCS51系列單片機(jī)， MCS只是 Intel公司專用的單片機(jī)系列符號(hào) (三） 關(guān)于 AT89C5x系列單片機(jī) 習(xí)慣把兼容機(jī)等 衍生產(chǎn)品 統(tǒng)稱為 51系列單片機(jī) 或 51單片機(jī) 。 在 8051的基礎(chǔ)上又進(jìn)行了一些擴(kuò)充 ,稱為 增強(qiáng)型、擴(kuò)展型， 如 52子系列單片機(jī)，功能和市場競爭力更強(qiáng)。 世界單片機(jī)芯片生產(chǎn)廠商推出的與 8051（ 80C51） 兼容的 主要 產(chǎn)品如下 表 眾多的 MCS51單片機(jī)及其各種增強(qiáng)型、擴(kuò)展型衍生品種，ATMEL公司 推出的 AT89C5x系列 ，尤其是該系列中的 AT89C51單片機(jī)在 8位單片機(jī)應(yīng)用中 占有相當(dāng)大的市場份額 。 ATMEL公司 以 E2PROM技術(shù)與 Intel公司的 80C51內(nèi)核的使用權(quán)進(jìn)行交換。 該公司技術(shù)優(yōu)勢是其 閃爍（ Flash） 存儲(chǔ)器技術(shù)，將 Flash存儲(chǔ)器與 80C51內(nèi)核相結(jié)合，形成了 AT89C5x系列。 與 MCS51系列單片機(jī)在功能、引腳及指令系統(tǒng)方面完全兼容。又增加了一些新的功能，如看門狗定時(shí)器 WDT、 ISP及 SPI串行接口等， 是 取代 MCS51系列單片機(jī)的主流芯片之一 。 表 13為 ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89系列單片機(jī)的 主要產(chǎn)品的片內(nèi)硬件資源。 盡管 AT89C5x系列單片機(jī)有多種機(jī)型，但是 掌握好基本型 AT89C51是十分重要的，是具有 8051內(nèi)核 的各種型號(hào)單片機(jī)的基礎(chǔ)，具有 典型性、代表性 ，也是各種增強(qiáng)型、擴(kuò)展型等衍生品種的 基礎(chǔ) 。 因此，以 AT89C51為 51單片機(jī)的代表機(jī)型來介紹，并簡寫為 89C51。 除了 8位單片機(jī)得到廣泛應(yīng)用外，一些廠家的 16位單片機(jī) 也得到用戶的青睞。如 TI公司 的 MSP4 臺(tái)灣 的 凌陽 單片機(jī)。這些單片機(jī)本身帶有A/D轉(zhuǎn)換器， 一片芯片就構(gòu)成了 一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ， 用戶設(shè)計(jì)使用時(shí)非常方便。 盡管如此， 16位單片機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有 8位單片機(jī)應(yīng)用得那樣廣泛和普及。 如 TI公司 的 MSP4 臺(tái)灣 的 凌陽 單片機(jī)。這些單片機(jī)本身帶有 A/D轉(zhuǎn)換器， 一片芯片就構(gòu)成了 一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ， 用戶設(shè)計(jì)使用時(shí)非常方便。 盡管如此， 16位單片機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有 8位單片機(jī)應(yīng)用得那樣廣泛和普及。 五、單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用 (一 )單片機(jī)的特點(diǎn) 單片機(jī)和一般的微型機(jī)相比，具有如下一些特點(diǎn)： 1．體積小 由于單片機(jī)內(nèi)部包含了計(jì)算機(jī)的基本功能部件，能滿足很多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ布囊螅覇? 片機(jī)一般還包括一定數(shù)量的外圍電路 (如時(shí)鐘電路 )等。外圍電路內(nèi)裝化是單片機(jī)的發(fā)展趨勢，它無疑簡化了外電路結(jié)構(gòu)，因此由單片機(jī)組成的應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，體積特別小。 2．可靠性高 在一般的微型計(jì)算機(jī)中，連接 CPU、 RAM、 ROM、 I／ O的系統(tǒng)總線在單片機(jī)中成了內(nèi)部總線，因此不易受外界的干擾。另一方面，由于單片機(jī)體積小，在應(yīng)用環(huán)境比較差的情況下容易對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行電磁屏蔽，所以，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性比一般的微機(jī)系統(tǒng)高得多。 3．功能強(qiáng) 單片機(jī)面向控制，它的實(shí)時(shí)控制功能特別強(qiáng)， CPU可以直接對(duì) I／ O口進(jìn)行各種操作 (輸入／輸出、位操作以及算術(shù)邏輯操作等 )，運(yùn)算速度高，時(shí)鐘達(dá) 16MHz以上，對(duì)實(shí)時(shí)事件的響應(yīng)和處理速度快。 4。使用方便 由于單片機(jī)內(nèi)部功能強(qiáng)和系統(tǒng)擴(kuò)展方便，因此單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)非常簡單。此外，國內(nèi)外提供多種多樣的單片機(jī)開發(fā)工具，這些開發(fā)工具具有很強(qiáng)的軟硬件調(diào)度功能和輔助設(shè)計(jì)手段。因此，單片機(jī)的應(yīng)用極為方便，大大地縮短了系統(tǒng)研制的周期。 5．性能價(jià)格比高 由于單片機(jī)功能強(qiáng)和價(jià)格便宜，其應(yīng)用系統(tǒng)的印制板小、接插件少和安裝調(diào)試簡單，使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的性能價(jià)格比高于一般的微機(jī)系統(tǒng)。 ’ 6．容易產(chǎn)品化 上述單片機(jī)的種種特性，縮短了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)樣機(jī)的研制周期，使科研成果迅速轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力。 (二 )單片機(jī)的應(yīng)用 單片機(jī)的應(yīng)用具有很大的特點(diǎn)。國際上從 1970年代開始，國內(nèi)自 1980年代以來，單片機(jī)已 廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)各個(gè)行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代起重要的推動(dòng)作用。其主要應(yīng)用領(lǐng)域可概括為以下幾個(gè)方面： 1．自動(dòng)控制 MCS—51和 MCS—96系列單片機(jī)指令系統(tǒng)極為豐富而高效，而且硬件資源也相當(dāng)豐富，從而為其在控制領(lǐng)域中的應(yīng)用創(chuàng)造了十分有利的條件。尤其是 MCS—96系列單片機(jī)，在硬件方面增加了高速 I／ O口、 A／ D轉(zhuǎn)換器和脈沖調(diào)制輸出，更加適合控制領(lǐng)域中的應(yīng)用。 單片機(jī)已在工業(yè)過程控制、機(jī)床控制、機(jī)器人控制、汽車控制以及飛行器制導(dǎo)系統(tǒng)等方面得到廣泛的應(yīng)用。 由于單片機(jī)提供了串行輸入／輸出口，很容易建立雙機(jī)或多機(jī)之間的通信聯(lián)系，從而為分布式控制系統(tǒng)創(chuàng)造了十分有利的條件。目前，已有多種分布式控制系統(tǒng)用于工業(yè)控制之中。 2．智能儀器儀表 由于單片機(jī)具有超微型化的特點(diǎn)，并且有無可比擬的高性能價(jià)格比，從而為儀器儀表的智能化提供了可能，大量的智能儀器儀表因此也應(yīng)運(yùn)而生。如智能化示波器、智能化電壓表、智能化掃描儀等。 3．?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng) 由于 MCS—96單片機(jī)可提供 4至 8路 A／ D輸入通道，而且還可根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)充，因此很適用于模擬量 (溫度、壓力和流量等 )輸入采集系統(tǒng)。 4．外部設(shè)備控制器 計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備五花八門，隨著單片機(jī)的發(fā)展，很多外部設(shè)備都使用單片機(jī)作為控制器，使這些外部設(shè)備成為智能化外部設(shè)備。如智能化鍵盤、智能化顯示器、智能化打印機(jī)、智能化軟盤和硬盤驅(qū)動(dòng)器、智能化磁帶驅(qū)動(dòng)器和智能化繪圖儀等均可用單片機(jī)作為控制器。 5．家用電器 家用電器更是單片機(jī)芯片廠家競爭非常激烈的應(yīng)用領(lǐng)域。這個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)是量大面廣并且具有價(jià)格低廉的特點(diǎn)，如電飯鍋、電子游戲機(jī)、電視機(jī)、錄音機(jī)、組合音響、錄像機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱以至電子玩具等，都廣泛地使用單片機(jī)進(jìn)行控制。 總之，單片機(jī)由于體積小、價(jià)格低廉、性能優(yōu)越、可靠性高，已廣泛地滲透到了社會(huì)生產(chǎn)服務(wù)的各種領(lǐng)域，其應(yīng)用前景是無限光明的。 THANK YOU VERY MUCH ！ ?本章到此結(jié)束， ?謝謝您的光臨！ 結(jié)束放映 返回本章首頁