单片机原理及实用技术-第1章-单机片系统概述.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第1章 单片机系统概述,第1章 单片机系统概述,1.1 单片机系统的特点,1.2 单片机技术的发展,1.3 单片机系统应用,1.1 单片机系统的特点,所谓单片机(Single Chip Microcomputer)，是指在一块芯片中集成有中央处理器(CPU)、存储器(RAM和ROM)、基本I/O接口以及定时器/计数器等部件，并具有独立指令系统的智能器件，即在一块芯片上实现一台微型计算机的基本功能。如果是简单控制对象，只需利用单片机作为控制核心，不需另外增加外部设备就能完成。对于较复杂的系统，只需对单片机进行适当扩展即可，十分方便。归纳起来，单片机及应用系统有以下特点：,(1)单片机具有独立的指令系统，可以将我们的设计思想充分体现出来。,(2)系统配置以满足控制对象的要求为出发点，使得系统具有较高的性能价格比。,(3)应用系统通常将程序驻留在片内(外)ROM中，抗干扰能力强，可靠性高，使用方便。,(4)由于系统规模较小，其本身不具有自我开发能力，一般需借助专用的开发工具进行系统开发和调试，而实际应用系统简单实用，成本低，效益好。,(5)应用系统所用存储器芯片可选用EPROM、E,2,PROM、OTP芯片或利用掩膜形式生产，便于批量开发和应用。许多单片机(如80C51系列)的开发芯片和扩展应用芯片相互配套，降低了系统成本。,(6)由于系统小巧玲珑，控制功能强、体积小，便于嵌入被控设备之内，大大推动了产品的智能化。如数控机床、机器人、智能仪器仪表、洗衣机、电冰箱、电视机等都是典型的机电一体化设备和产品。,第二阶段：高性能单片机阶段(19801983年)。该阶段仍以8位机为主，主要增加了串行口、多级中断处理系统和16位定时器/计数器，除片内RAM、ROM容量加大外，片外寻址可达64 KB，有的片内还集成有A/D、D/A转换器。这一阶段单片机以Intel公司的MCS-51系列、Motorola公司的6801系列和Zilog公司的Z8系列为代表。上述机型由于功能强，使用方便，目前仍在广泛应用。,第三阶段：高性能的16位单片机(198380年代末)。该单片机性能更加完善，主频速率提高，运算速度加快，具有很强的实时处理能力，更加适用于速度快、精度高、响应及时的应用场合。其主要代表为Intel公司的MCS-96系列等。,第四阶段：该阶段(90年代)单片机在集成度、速率、功能、可靠性、应用领域等全方位向更高水平发展。该阶段CPU数据线有8位、16位、32位，采用双CPU结构或内部流水线结构，以提高数据处理能力和运算速度；采用内部锁相环技术，时钟频率已高达50 MHz，指令执行加快；提供了运算能力较强的乘法指令和内积运算指令，具有较强的数据处理能力；设置了新型的串行总线结构，为系统扩展提供了方便；增加了常用的特殊功能部件(如系统看门狗WDT、通信控制器、调制解调器、脉宽调制输出PWM等)。随着微电子技术的发展和半导体工艺的不断改进，芯片正在向着高集成化、低功耗的方向发展。随着应用范围的不断扩大，一些专用单片机也迅速发展壮大。,1.2.2 技术发展,1.CPU,的改进,CPU的改进体现在以下几个方面：,(1)采用双CPU结构，提高芯片的处理能力。如Rockwell公司的单片机R6500/21和R65C29均采用双CPU结构，大大提高了系统的处理能力。,(2)增加数据总线宽度，提高处理速度，从8位、16位到32位。,(3)采用流水线结构，类似于高性能的微处理器，提高了运算速度，能够实现简单的DSP功能，适合于做数字信号处理。,(4)串行总线结构，将外部数据总线改为串行传送方式，提高了系统可靠性。,3.,片内,I/O,接口,片内I/O接口的特点有以下几个方面：,(1)增加驱动能力，减少了外围驱动芯片的使用，可直接驱动LED、LCD显示器等，简化了系统设计，降低了系统成本。,(2)增加了异步串行通信口，提高了单片机系统的灵活性。,(3)增加了逻辑操作功能，具有位寻址操作，增强了操作和控制的灵活性。,(4)带有A/D、D/A转换器，直接对模拟量信号输入和输出。,(5)并行I/O端口设置灵活，可以利用指令将端口的任一位设置为输入、输出、上拉、下拉和悬浮等状态。,(6)带有PWM输出，可直接驱动控制小型直流电机调速，大大方便了使用。,1.3 单片机系统应用,1.,机电一体化,机电一体化是机械设备发展的方向。用单片机代替常规的逻辑顺序控制，简化了结构设计，提高了控制性能。当前的许多产品，如数控车床等都是采用这种方式。最典型的机电产品是机器人，每个关节或动作部位都是由一个单片机系统控制。,3.,分布式控制系统,通常分布式控制系统采用模块化设计，而单片机正是某些模块的控制中心。如生产线、过程控制、遥测遥控系统等等。,4.,智能仪器仪表,单片机的应用使自动化仪器仪表的智能化程度越来越高，如自动计费电度表、燃气表，许多工业仪表中的智能流量计、气体分析仪、成分分析仪等，各种检测仪器仪表中的多功能信号发生器、智能电压电流测试仪、医疗器械、检测仪器等都使用了单片机。,5.,家用电器,在洗衣机、空调器、汽车控制系统、保安系统、电视机、录像机、VCD机、音响设备、电子秤、IC卡、手机、智能玩具等系统及设备中使用了大量各种各样的单片机，使其性能大大提高，实现了智能化和最优化控制。,