【正文】 同的發(fā)展道路 ?在開(kāi)創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上 ,Intel 公司功不可沒(méi) ? 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(shí) ,對(duì)象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路 ,突顯其對(duì)象的智能化控制能力 ?它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)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(lái)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(shì) ,將MCS51 從單片微型計(jì)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(shí) ,不要忘記 Intel 和 Philips 的歷史功績(jī) ? 3. 單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)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(shì) ?隨著微電子技術(shù) ?IC 設(shè)計(jì) ?EDA 工具的發(fā)展 ,基于 SOC 的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展 ?因此 ,對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)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?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng) ?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(kāi)始出現(xiàn)了 16 位單片機(jī) ,但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用 ?90 年代后隨著消費(fèi)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(lái)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(chǎng) ?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(guò) 300MHz,性能直追 90 年代中期的專用處理器 ,而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至 1 美元 ,最高端的型號(hào)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(kāi)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(shí)上單片機(jī)是世界上 數(shù)量最多的計(jì)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(huì)集成有單片機(jī) ?手機(jī) ?電話 ?計(jì)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(gè)人電腦中也會(huì)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(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作 !單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò) PC機(jī)和其他計(jì)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(guò)程控制等領(lǐng)域 ,大致可分如下幾個(gè)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(qiáng) ?擴(kuò)展靈活 ?微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn) ,廣泛應(yīng)用于儀器儀表中 ,結(jié)合不同類型的傳感器 ,可實(shí)現(xiàn)諸如電壓 ?功率 ?頻率 ?濕度 ?溫度 ?流量 ?速度 ?厚度 ?角度 ?長(zhǎng)度 ?硬度 ?元素 ?壓力等物理量的測(cè)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(qiáng)大 ?例如精密的測(cè)量設(shè)備 (功率計(jì) ,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(bào)警系統(tǒng) ,與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等 ? 3. 在家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說(shuō) ,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(mén) ,無(wú)所不在 ? 4. 在計(jì)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(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信 ,為在計(jì)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(shí)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(dòng)通信呼叫系統(tǒng) ?列車無(wú)線通信 ?再到日常工作中隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電話 ,集群移動(dòng)通信 ,無(wú)線電對(duì)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(jì)用于實(shí)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(lè)集成單片機(jī) ,看似簡(jiǎn)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(jì)算機(jī)的原理 ?如 :音樂(lè)信號(hào)以數(shù)字的形 式存于存儲(chǔ)器中 (類似于 ROM),由微控制器讀出 ,轉(zhuǎn)化為模擬音樂(lè)電信號(hào) (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(jiǎn)化了電路 ,降低了損壞 ?錯(cuò)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(dòng)機(jī)控制器 ,基于 CAN 總線的汽 6 車發(fā)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)等等 ? 此外 ,單片機(jī)在工商 ,金融 ,科研 ?教育 ,國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途 ? 我對(duì)單片機(jī)的體會(huì) 單片機(jī)是靠程序運(yùn) 行的 ,并且可以修改 ?通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能 ,尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能 ,這是別的器件需要費(fèi)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(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用純硬件來(lái)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(huì)有天壤之別 !只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過(guò)你編寫(xiě)的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能 ,高效率 ,以及高可靠性 ! 由于單片機(jī)對(duì)成本是敏感的 ,所以以前占統(tǒng)治地位的軟件是最低級(jí)匯編語(yǔ)言 ,它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級(jí)的語(yǔ)言了 ,既然這么低級(jí)為什么還要用呢 ?很多高級(jí)的語(yǔ)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(jiǎn)單 ,就是單片機(jī)沒(méi)有家用計(jì)算機(jī)那樣的 CPU,也沒(méi)有像硬盤(pán)那樣的海量存儲(chǔ)設(shè)備 ?一個(gè)可視化高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕 ,也會(huì)達(dá)到幾十 K 的尺寸 !對(duì)于家用 PC 的硬盤(pán)來(lái)講沒(méi)什么 ,可是對(duì)于單片機(jī)來(lái)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(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用 PC 上來(lái)運(yùn)行 ,家用 PC 的也是承受不了的 ? 但現(xiàn)在慢慢的開(kāi)始流行 C語(yǔ)言編程 ,因?yàn)楝F(xiàn)在的單片機(jī)存儲(chǔ)容量越來(lái)越大 ,比如 STC 公司生產(chǎn)的 STC89C516RD+(就是我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)用的 )的程序存儲(chǔ)容量已達(dá) 63KB,不僅如此 ,成本上也不高 ,才 15 塊錢 !可以說(shuō) ,掌握用 C 語(yǔ)言單片機(jī)編程很重要 ,可以大大提高開(kāi)發(fā)的效率 ?不過(guò)初學(xué)者雖然可以不了解單片機(jī)的匯編語(yǔ)言 ,但一定要了解單片機(jī)具體性能和特點(diǎn) ,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(wèn)題無(wú)法解決 !還有就是在單片機(jī)編程中 C 語(yǔ)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(yǔ)言低 10%到 20%,所以用什么語(yǔ)言編寫(xiě)程序是要看具體用在什么場(chǎng)合下 ?總的來(lái)說(shuō)做單片機(jī)編程 要靈活 使用匯編語(yǔ)言與 C語(yǔ)言 ,讓單片機(jī)的強(qiáng)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(duì)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(guò)器件 ,如在計(jì)算器 ?萬(wàn)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(hào)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(jiǎn)單 ,而液晶顯示器則稍顯復(fù)雜 ?我在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中用到的是 1602LCD,我之所以要用 LCD 而不用 LED,是因?yàn)長(zhǎng)CD 有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn) : 1. 顯示質(zhì)量高 由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)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(diǎn) ?因此 ,液晶顯示器畫(huà)質(zhì)高且不會(huì)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(jiǎn)單可靠 ,操作更加方便 ? 3. 體積小 ? 重量輕 液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)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(duì)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(dòng) 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(diǎn)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(dòng)方式來(lái)分 ,可以分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng) (Static)?單純矩陣驅(qū)動(dòng) (Simple Matrix)和主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng) (Active Matrix)三種 ? 液晶顯示 各種圖形的顯示原理 (1) 線段的顯示 點(diǎn)陣圖形式液晶由 MN 個(gè)顯示單元組成 ,假設(shè) LCD顯示屏有 64行 ,每行有 128列 ,每 8列對(duì)應(yīng) 1字節(jié)的 8位 ,即每行由 16字節(jié) ,共 168=128 個(gè)點(diǎn)組成 ,屏上 6416 個(gè)顯示單元與顯示 RAM區(qū) 1024 字節(jié)相對(duì)應(yīng) ,每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng) ?例如屏的第一行的亮暗由 RAM區(qū)的 000H—— 00FH的 16字節(jié)的內(nèi)容決定 ,當(dāng) (000H)=FFH時(shí) ,則屏幕的左上角顯示一條短亮線 ,長(zhǎng)度為 8 個(gè)點(diǎn) 。 用 它來(lái)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(dòng)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 2 第一章 緒論 集成電路 集成電路概述 在此次設(shè)計(jì)中我將用到集成電路 ?集成電路是一種微型電子器件 ,采用一定的工藝將包含三極管 ?二極 管 ?電阻 ?電容等元件及其相互連線的整個(gè)電路 ,集中制造在一個(gè)或幾個(gè)很小的半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上 ,再經(jīng)引線和封裝 ,成為具有所需功能的微型結(jié)構(gòu) ?每片芯片 (半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片 )集成的元件數(shù)叫做集成度 ,小規(guī)模集成電路的集成度是 1~100,中規(guī)模集成電路的集成度是 100~1000,大規(guī)模集成電路的集成度是 1000~10萬(wàn) ,超大規(guī)模集成電路的集成度是 10萬(wàn) ~100 萬(wàn) ,極大規(guī)模集成電路的集成度大于 100 萬(wàn) ? 集成電路具有體積小 ?引出線和焊接點(diǎn)少 ?壽命長(zhǎng) ?成本低 ?可靠性高 ?性能好等優(yōu)點(diǎn) ,廣泛應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī) ?通訊設(shè)備 ?導(dǎo)彈 ?雷達(dá) ?人造衛(wèi)星和各種遙控 ?遙測(cè)設(shè)備中 ? 集成電路的發(fā)展歷史 集成電路是信息產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)的核心 ,是推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息化的關(guān)鍵技術(shù)之一 ?集成電路的產(chǎn)業(yè)規(guī)模和技術(shù)水平已成為國(guó)家綜合國(guó)力的一個(gè)重要標(biāo)志 ? 集成電路是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而不斷進(jìn)步 ,1946 年 2 月 15 日世界上第一臺(tái)通用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)使用了 18000 個(gè)電子管 ,1500 個(gè)繼電器以及其他器件 ,安裝在面積為9*15 平方米的室內(nèi) ?在 20 世紀(jì) 50 年代中期第二代電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世 ,它是以晶體管代替了電子管 ,此時(shí)第一個(gè)集成電路誕生了 ,它包括一個(gè)晶體管 ?兩個(gè)電阻和一個(gè)電阻 ?電容的組合 .后來(lái)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(wàn)個(gè)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(jì)算機(jī)的性能與規(guī)模 ? 但我國(guó)集成電路相對(duì)于世界先進(jìn)水平存在一定的差距 ,所以有發(fā)展本國(guó)集成電路的需要? 集成電路的發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)集成電路市場(chǎng)潛力巨大 , 是因?yàn)榻陙?lái)因特網(wǎng)持續(xù)爆炸式增長(zhǎng) ?移動(dòng)通信終端設(shè)備市場(chǎng)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(chǎng)的 興旺 ,尤其是移動(dòng)通信業(yè)的高速發(fā)展成為推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新一輪發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)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(chǎng)空間 ? 3 未來(lái)幾年 ,我國(guó)集成電路市場(chǎng)需求主要來(lái)自以下幾個(gè)方面 : 1. 通信運(yùn)營(yíng)業(yè)的高速發(fā)展對(duì)集成電路提出新的需求 ? 2. 國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息化建設(shè)給電子信息制造業(yè)創(chuàng)造了一個(gè)新市場(chǎng) ? 3. 隨著我國(guó)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(jí) ,提高設(shè)計(jì)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(huì)給集成電路產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新的市場(chǎng) ? 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(gè)邏輯功能的芯片 ,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系