【单片机学习】1、单片机嵌入式系统概述

曾巧文 发布于:2012-4-18 10:14 分类:AVR单片机 标签: 单片机 AVR

1、背景:
单片机课程是嵌入式系统专业方向的重要课程,也是嵌入式系统的重要分支;
单片机技术主要运用于控制、通信等领域,在生产、生活中应用十分广泛;
学好单片机技术要求软件硬件都要熟悉,软件方面主要涉及到程序设计(C语言),硬件则主要是电子技术,并根据被控对象的不同采用不同的硬件电路。

2、本课程讨论的范围:
无操作系统的嵌入式开发;
软件硬件紧密结合的开发;
采用C语言开发,不要求使用汇编;
以8位单片机AVR系列单片机中的Mega16为例;

3、学习方法
1、选择自己感兴趣的领域不断深入;兴趣是最好的老师;
2、动手实验,实践出真知!
3、软件硬件相结合,着力夯实嵌入式基本功。

4、评价方式:
1、注重动手实践、注重课程作品;
2、注重综合运用技能,淡化死记硬背的知识;


5、推荐读物:
本课教材通俗易懂,希望能够认真阅读!
《嵌入式硬件设计》,徐君明译, 中国电力出版社
《深入浅出AVR单片机》,江海波 王卓然 耿德根编著,中国电力出版社;
AVR单片机数据手册;
学习网站:http://www.91avr.com/


1 单片机的概述
1.1 单片机的定义

     单片机是早期单片微型计算机(single chip microcomputer)的直译。
     在单片机诞生之初,这是一个准确的称谓。
     随着单片机体系结构的不断完善和控制功能的不断扩展,国际上逐渐采用微控制器MCU (MicroController Unit)来代替,并成为公认的、统一的名称。
     由于国内一直使用“单片机”的称呼,已约定俗成,所以目前仍采用“单片机” 这一名词。
     单片机是利用半导体集成技术将微型计算机的微处理器(CPU)、存储器(ROM/RAM)、输入输出接口(I/O)和定时器/计数器、中断系统、通讯接口等电路集成在一块芯片上形成的芯片级微型计算机。
     单片机是一块芯片。

 

1.2 单片机的产生

从计算机说起
      1946年,世界第一台电子计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator And calculator)由美国宾夕法尼亚大学研制,运算速度 5000次/秒,功耗150kw/h,占地170m2 ,造价100万美元。
开始了计算机迅速发展的时代
      1946~1958年,第一代计算机:电子管计算机。逻辑元件采用的是电子管;主存储器采用磁鼓、磁芯;外存储器采用磁带 。
      1958~1964年,第二代计算机:晶体管计算机。逻辑元件为晶体管;主存储器仍用磁芯;外存储器已开始使用磁盘 。
      1964~1971年,第三代计算机:集成电路计算机。逻辑元件已开始采用小规模和中规模的集成电路,主存储器仍以磁芯为主。
      (1964年)第一台采用集成电路的计算机IBM360
      1971年以后,出现第四代计算机,逻辑元件采用大规模、超大规模集成电路为主要部件。内存储器逻辑元件开始采用半导体存储器,外存储器采用磁盘和光盘。
      (1971年) 采用大规模集成电路的计算机IBM370-145
      20世纪70年代初,微处理器问世
      诞生了以微处理器为核心部件所构成的微型计算机。
      20世纪70年代中期,为了满足广泛应用的需要,微型计算机向着两个不同的方向发展:
      (1)高速度、大容量、高性能的高档微型计算机方向。这一分支形成日后大家熟知的PC机和一些用于科学研究、超高速计算的巨型计算机。


      (2)功能完善、稳定可靠、体积小、价格低廉、面向控制的单片机方向。


      在工业控制领域,人们对计算机提出了许多与传统海量高速数值计算完全不同的控制要求,如能面向控制对象,便于控制变量的的输入/输出,能够适应工业现场较为恶劣的工作环境,体积小巧,能嵌入控制系统内部等 。
      单片机由芯片内仅有CPU的微处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成到复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。从此以后,单片机和微处理器的发展便分道扬镳。

1.3 单片机的发展历史

    第一阶段(1971-1974):
        1971年11月美国Intel公司首先设计出集成度为2000只晶体管的4位微处理器Intel 4004,并且配有随机存取存储器RAM、只读存储器ROM和移   位寄存器等芯片,构成第一台MCS-4微型计算机。
    1972年4月, Intel公司又研制成功了处理能力较强的8位微处理器——Intel 8008 。
    1974年,美国Fairchild(仙童)公司研制出世界第一台8位单片微型计算机F8,深受家用电器和仪表仪器领域的欢迎和重视,从此拉开了研制单片机的序幕。
   第二阶段(1974~1978):
     单片机初级阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。这个系列单片机内集成有8位CPU、并行I/O接口、8位定时器/计数器,寻址范围不大于4K。
第三阶段(1978~1983):
    单片机的完善阶段。在这一阶段推出的单片机普遍带有串行口,中断处理系统、定时器/计数器。片内RAM、ROM容量加大,且寻址范围可达64KB,有的片内还带有A/D转换器接口。这类单片机有Intel公司的MCS-51、Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等。这类单片机的应用领域极其广泛,其中MCS-51系列产品,以其优良的性能价格比,成为我国广大科技人员的首选。
      Intel MCS-51系列被奉为“工业控制单片机标准”,奠定了典型的单片机体系结构
第四阶段(1983~1990):
     单片机的巩固和发展阶段。此阶段主要特征是一方面发展16位单片机,如Intel MCS-96 ;另一方面不断完善高档8位单片机,以满足不同用户需 要,如Intel 80C51。单片机开始体现出微控制器的特征,并逐渐向微控制器发展。
1984年intel出售了8051的核心技术:
             Philips、Atmel、Adi……
 发展至今形成一个有近千种型号的庞大的51单片机家族。
第五阶段(1990以后):
     微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面、深入地发展和应用,许多半导体和电气厂商都参与到单片机的研制和生产当中,推出了适合不同领域的单片机,如各种高速、低功耗、大存储容量、强运算能力的8位/16位/32位单片机。众多单片机厂商在竞争中发展,取长补短,使得单片机不断发展完善。
目前主要单片机厂商:
Motorola、Philips、Atmel、Siemens、 NS、LG、Winbond、Microchip、Epson、Nec、Cypress、Dallas、Oki、Fairchild 、Fujitsu、Hitachi、SAMSUNG、台湾凌阳……

2 单片机的基本结构和特点

     单片机属于微型计算机的一种,它集成了微型计算机中大部分功能部件,两者的基本结构一样

 

2.1 微型计算机的基本结构

2.2 单片机的基本结构


2.3 单片机的特点

     与微型计算机相比,单片机由于其独特的结构决定了它具有以下特点:
集成度高、体积小、功能强、速度快
如AVR单片机MEGA64:内部集成了CPU、Flash(64KB)、EEPROM(2K)、SRAM(4K)、ADC、T/C、UART……
体积只有:16×16 ×1.2(mm)
运行速度可达16MIPS
价格低
   单片机生产厂商众多,生产批量大,成本低,价格低.一般的单片机在10元以内.
功耗低
     如MSP430F4794,其正常运行(1MHz,2.2V)时仅消耗280uA的电流
抗干扰能力强
     单片机CPU访问存储器、I/O接口的总线在芯片内部,因而不易受外界干扰;另一方面由于体积小,在应用环境比较差的情况下,容易采取对系统进行电磁屏蔽等措施
使用方便
     单片机内部功能强,系统扩展方便,因此应用系统的外围硬件设计非常简单,而且国内外提供很多单片机开发工具,它们具有很强的软硬件调试功能和辅助设计手段,这使单片机的应用极为方便,大大缩短了系统研制的周期。

3 单片机的应用

 

 


等等-----

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评论:

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2012-04-20 20:45
学习了。
曾巧文
2012-04-18 13:56
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周超
2012-04-18 12:44
啊哦 由于某种原因 顶踩插件建议更新下啊 出现了2条数据了
曾巧文
2012-04-18 13:52
@周超:已经更新了,谢谢
周超
2012-04-18 12:43
我终于知道 单片机是做什么东西了
曾巧文
2012-04-18 13:02
@周超:{微笑}

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