1、襄樊职业技术学院,应用电子技术研究室 沈鸿星,单片机应用技术,学习内容,本学习领域课程设计了5个学习情景,学习内容,学习内容,学习内容,学习内容,学习内容,学习内容,将每个学习情境分解为数个学习任务，以学习任务单的形式下发给学生，要求学生在课内、课外完成。,学习任务,学习方法,做,练,学,任务1.0 单片机小系统方案设计,教学内容,一、单片机特点、应用和发展 二、单片机的设计内容 三、单片机的设计方法 四、单片机小系统设计,微型计算机组成结构,微型计算机组成结构,微型计算机组成结构,微型计算机基本结构,由中央处理器（CPU）、存储器（Memory）、输入输出接口（I/O接口）和系统总线（BUS
2、）构成。,微型计算机的基本工作过程,微型计算机的基本工作过程是执行程序的过程，也就是CPU自动从程序存放的第1个存储单元起，逐步取出指令、分析指令，并根据指令规定的操作类型和操作对象，执行指令规定的相关操作。如此重复，周而复始，直至执行完程序的所有指令，从而实现程序的基本功能，这就是微型计算机的基本工作原理。,微型计算机的分类,通用微型计算机,单片微处理机,通用微型计算机,将不同用途的外设接口设计为独立的适配卡作为微机的接口配件，在微机内则采取总线插槽的形式，为外部设备提供总线接口。这样，在一台基本主机上就可以根据应用的要求，配置不同用途的外部设备。这种微机被称为通用微型计算机。 在通用微型计
3、算机上配上相应的软件系统，就构成了能适应不同应用要求的微型计算机系统。因此，在科学计算、企业管理、家庭和娱乐等方面得到了广泛应用。,什么是单片机?,将CPU（中央处理器）、RAM（数据存储）、ROM（程序存储）、定时器/计数器和输入/输出设备（例如：串行口、并行输出口等）集成在一块集成电路芯片上，称为单片微型计算机，简称单片机。单片机又称微控制器MCU（MicroController Unit），,单片机的发展概况,目前，应用广泛的主流机型是80C51系列8位单片机,4位单片机（19711974） 2. 低档8位单片机（19741978） 3. 高档8位单片机（19781982） 4. 16位
4、单片机（19821990） 5. 新一代单片机（90年代以来）,Intel公司于1980年推出8位的高性能8051单片机，在工业控制领域引起不小的轰动，并迅速确立了其不可动摇的地位。 Philips公司，它着力发展了单片机的控制功能和外围单元； Atmel公司，它在单片机内部植入了Flash ROM，使得单片机应用变得更灵活； ADI公司，它推出的AduC8 xx系列单片机，在单片机向SOC发展的模/数混合集成电路发展过程中扮演了很重要的角色； Cygnai公司，它采用一种全新的流水线设计思路，使单片机的运算速度得到了极大的提高，在向SOC发展的过程中迈出了一大步。,8051系列单片机,目前8
5、051系列单片机各生产厂商的主流产品有几十个系列，几百个品种。尽管其各具特色，名称各异，但作为集CPU、RAM、ROM（或EPROM）、I/O接口、定时器/计数器、中断系统为一体的单片机，其原理大同小异。 Intel公司从其生产单片机开始，发展到现在，大体上可分为3大系列：MCS-48系列、MCS-51系列、MCS-96系列,8051系列单片机,80C51优点, 性能价格比高；, 开发装置多；, 国内技术人员熟悉；, 芯片功能够用适用；, 有众多芯片制造厂商加盟，可广泛选择。,单片机的特点, 有优异的性能价格比。, 集成度高，体积小，可靠性好。, 控制能力强。, 低功耗,低电压,便于生产便携式
6、产品。, 易扩展。,单片机的应用, 智能化家用电器。, 办公自动化设备。, 商业营销设备。, 工业自动化控制。, 智能化通信产品。, 智能化仪表。, 汽车电子产品。, 航空航天系统和国防军事、尖端武器等。,单片机的应用,单片机的应用,单片机的应用,单片机的应用,单片机技术的发展趋势, 8位单片机仍然是主流机型；, 全盘CMOS化趋势；, OTP /Flash ROM成为ROM供应主流状态；, 推行串行扩展总线 ；, RISC体系结构大发展；, 实现全面低功耗管理 ；, 根据不同需求发展个性化单片机 ；, 大力发展专用型单片机；, 在单片机中嵌入驻机软件；,当很多公司在改造MCS-51系列单片机
7、的同时，世界上一些有影响力的大公司也在开发自己的单片机，比如Motorola、TI、Microchip、OKI、Epson等。这些单片机的指令系统和内部结构都和MCS-51系列单片机不同，功能也各有千秋。,单片机种类,Motorola是世界上最早开发单片机的著名厂商，是目前全球最大的8位单片机生产商。现在已经拥有8位、16位和32位约十几个系列的单片机。8位机主要有68HC05、68HC08和68HC11等3个系列。16位机主要有HCS12、68HC12、DSP56800和68HC16等4个系列。32位机主要有Coldfire的MC683xx、MCORE、MPC500和MCF5 xxx等系列。
8、Motorola单片机的功能一般都很强，进入我国的时间也很早，在单片机应用领域有很高的威望，但由于其开发工具价格较高，影响了普及率。,Motorola的单片机,Microchip公司是当今世界上第二大8位单片机生产商，Microchip单片机在我国也有比较多的用户。目前，市面上比较常见的单片机主要有以下3个系列：PIC16C5x系列是最早在市场上得到发展的系列，因其价格较低，且有较完善的开发手段，因此在国内应用最为广泛；PIC12C5xx是世界上第一个8脚低价位单片机，可用于一些对单片机体积要求较高的简单智能控制领域，前景十分广阔。PIC12C6xx/ PIC16Cxxx系列是PIC中档产品，
9、增加了中断功能、带A/D、内部EPROM数据存储器、双时钟工作、比较输出、捕捉输入、PWM输出、IC和SPI接口、异步串行通信（USART）、模拟电压比较器及LCD驱动等，它是目前世界上8位单片机中性价比最高的机种之一，可用于高、中档产品的开发，如马达控制、音调合成。,Microchip公司的PIC单片机,TI公司是闻名全球的DSP制造商，但其前几年才推出的MSP430系列16位单片机同样在业界掀起不小的波澜。MSP430系列单片机最突出的特点是低电压供电和超低功耗，非常适合应用于采用电池长时间工作的场合。电压范围为1.83.6V；在1MHZ2.2V下，活动模式功耗为225A，待机模式功耗为0
10、.8A、掉电模式功耗为0.1A。在这个系列中有很多个型号，它们是由一些基本功能模块按照不同的应用目标组合而成的。MSP430系列单片机的CPU采用16位RISC精简指令系统，集成有16位寄存器和常数发生器，发挥了最高代码效率；它采用数字控制振荡器（DCO），使得从低功耗模式到唤醒模式的转换时间小于6s；内部集成了A/D转换器，工业应用方便；其中MSP430x41x系列设计有一个16位定时器、一个比较器、96段LCD液晶驱动器和48个通用I/O口。,TI的MSP430单片机,STC89C51系列单片机是美国技术、宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机，8051的内核,指令代码完全兼
11、容传统8051单片机,性价比极高,其主要的性能有： 1、高抗干扰：6000伏静电直接打在管脚上安然无恙。轻松过4K伏的快速脉冲干扰。 2、超低功耗：掉电模式amplt0.1微安,空闲为2毫安；正常工作时为4毫安至7毫安；掉电模式可用外部中断呼醒. 2、宽温度,工作环境可在-40至85工作. 3、加密性强，无法解密,采用边校验边写入的方式。 4、在系统可编程（ISP），无需编程器、可远程升级！ 5、自带硬件看门狗和810复位电路。 6、可供选择:256/512/1280字节SRAM,2/4/6/8/16/32/64K字节Flash存储器和1/2/16K字节。,STC89C51系列单片机,中国的单
12、片机应用和嵌入式系统开发走过了二十余年的历程，随着嵌入式系统逐渐深入社会生活各个方面，单片机课程的教学也有从传统的8位处理器平台向32位高级RISC处理器平台转变的趋势，但8位机依然难以被取代。国民经济建设、军事及家用电器等各个领域，尤其是手机、汽车自动导航设备、PDA、智能玩具、智能家电、医疗设备等行业都是国内目前急需单片机人才的行业。行业高端目前有超过10余万名从事单片机开发应用的工程师，但面对嵌入式系统工业化的潮流和我国大力推动建设“嵌入式软件工厂”的机遇，我国的嵌入式产品要溶入国际市场，形成产业，则必将急需大批单片机应用型人才，这为高职类学生从事这类高技术行业提供了巨大机会。,国内单片
13、机应用,单片机硬件系统组成,输入模块 输出模块 人机对话模块 通信模块,单片机系统设计内容,最小系统设计 系统扩展设计 接口电路设计 通信模块设计 抗干扰设计 应用软件设计,单片机系统开发过程,需求分析与市场调研 可行性分析 方案设计 样机研制 系统调试 批量生产,单片机系统设计方法,1、了解设计对象,技术指标控制对象控制要求被测量输出量,单片机系统设计方法,2、确定I/O类型和数量,开关量确定 模拟量确定 特殊输出处理（PWM） 软、硬件资源综合考虑,单片机系统设计方法,3、单片机选型,价格 位数（4、8、16、32） 低功耗 内部资源（A/D） I/O数量 开发工具（软件、仿真器） 产品升级 供货渠道,单片机系统设计方法,4、确定存储器,EPROM EEPROM SRAM 双口,单片机系统设计方法,5、确定I/O接口芯片,光耦 3V-5V电平转换 OC门 功率驱动 总线驱动,单片机系统设计方法,、系统设计,主模块设计 驱动电路设计 光电耦合器件的应用 绘制原理图,单片机系统设计方法,、实验板设计,面包板 通用实验板 印制电路实验板,单片机系统设计方法,、系统结构设计,机壳设计 印制电路板设计,单片机小系统设计方案1,单片机小系统设计方案2,单片机小系统设计方案3,
