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单片机及其特点

作者:admin    来源:未知    发布时间:2020-02-29 11:30    浏览量:

  单片机及其特色正在通用微机焦点惩罚器根基上,将输入/输出(I/O)接口电道、 时钟电道以及必然容量的存储器等部件集成正在统一芯片上,再 加上须要的表围器件,如晶体振荡器,就组成了一个较为完美 的估计机硬件体系。因为这类估计机体系的根本部件均集成正在 统一芯片内,是以被称为单片微担任器(Single-Chip-Micro Controller,简称单片机)或微担任单位(MicroController Unit,简称 MCU)。 第一章 单片机概述 图1-1估计机根本布局 输出开发 数据总线 所在总线 所在总线 数据总线 输入开发 所在总线 数据总线 存储器 担任信号 担任器 数据总线 担任信号 时钟发作 电道 担任信号 时钟信号 运算器 51单片机的内部布局MCS (1)片内的RAM采用寄存器布局表面,云云能够抬高存取的速率; (2)正在存储器布局上,庄厉的将秩序存储器ROM和数据存储器RAM正在空间上分隔; (4)减少了一个全双工的串行接口,以扩充I/O口和表接同步输入和输出开发; 有丰盛的指令体系,内部树立了能够位寻址的位所在空间。 看待通用微惩罚器来说,其要紧做事是数值估计和消息惩罚,对运算速率和存储容量方面的请求是速率越速越好,容量越大越 好,是以它沿着高速、大容量宗旨进展:字长由8位(如8085惩罚 器)、16位(如8086、80286),敏捷向32位(如80486)、64位(如 Pentium系列CPU,Pentium系列CPU内部数据总线位,对表 数据总线位,所以Pentium还不是线位微惩罚 器)过渡,时钟信号的频率由最初的4.77 MHz向33 MHz、66 MHz、 100 MHz、200 MHz、400 MHz、600 MHz、1 GHz、2 GHz,甚 至更高频率过渡。而单片机要紧面向工业担任,8位字长已足够 (正在工业担任中,寻常仅需求担任线道的通、断,触点的吸合与 开释,有时4位单片机也能胜任),尽量也有16位、32位的单片机 芯片,但这些高级单片机芯片要紧用于语音、图像惩罚体系,绝 对数目不多;时钟信号频率也不高,寻常正在数十兆以内。 单片机要紧进展宗旨是连续深化担任效力(即将更多的表围电道单位集成到CPU内)、低功耗(以便电池供电)、低本钱(比如正在CPU 芯片内,按用处判袂集成区别的表围电道,变成系列化产物,这 样既能知足区别行使范围的需求,又消重了本钱)。 单片机芯片行动担任体系的焦点部件,它除了具备通用微机 CPU的数值估计效力表,还务必拥有活络、强壮的担任效力,以 便及时监测体系的输入量、担任体系的输出量,告竣自愿担任。 因为单片机要紧面向工业担任,使命处境对比卑劣,如高温、强 电磁搅扰,乃至含有侵蚀性气体,正在太空中使命的单片机担任系 统,还务必拥有抗辐射才能,所以定夺了单片机CPU与通用微机 CPU拥有区别的技能特质和进展宗旨: 更新换代速率比通用微惩罚器慢得多,Intel公司1980年推出尺度MCS-51内核8051(HMOS工艺)、80C51(CHMOS工艺) 单片机芯片后,连接出产、应用十余年,直到1996年3月才被增 强型MCS-51内核8XC5X系列芯片代替。因为加强型MCS-51单 片机芯片均采用CHMOS工艺,是以Philips公司将“加强型MCS- 51”内核称为“加强型80C51” 内核。 1.2单片机的出现与进展 单片机浮现的史册并不长,但进展十 分迅猛。 它的出现与进展和微惩罚器的出现 与进展大要同步, 自1971年美国Intel公司最初 推出4位微惩罚器往后, 它的进展到目前为止 大致可分为5个阶段: 第1阶段(1971~1976):单片 机进展的低级阶段。 1971年11月Intel公 司最初策画出集成度为2 000只晶体管/片 的4位微惩罚器Intel 4004, 并配有RAM、 ROM和移位寄存器, 组成了第一台MCS— 4微惩罚器, 尔后又推出了8位微惩罚器 Intel 8008, 以及其它各公司接踵推出的8 位微惩罚器。 能单片机阶段。以1976年Intel公司推出 的MCS—48系列为代表, 采用将8位CPU、 8位并行I/O接口、 8位准时/ 计数器、 RAM和ROM等集成于一块半导体芯片上 的单片布局, 固然其寻址领域有限(不大 KB),也没有串行I/O, RAM、 ROM 容量幼, 结束体系也较纯洁, 但效力可满 足寻常工业担任和智能化仪器、 仪表等 的需求。 10 能单片机阶段。这一阶段推出的高职能 8位单片机普通带有串行口, 有多级结束 惩罚体系, 多个16位准时器/计数器。 内RAM、ROM的容量加大,且寻址领域 可达64 KB, 片面片内还带有A/D转换接 第4阶段(1983~80年代末):16位单片机阶段。 1983年Intel公司又推 出了高职能的16位单片机MCS—96系列, 因为其采用了最新的创造工艺, 使芯片集 成度高达12万只晶体管/片。 第5阶段(90年代):单片机正在集 效力、速率、 牢靠性、 行使领 域等全方位向更高程度进展。 12 2.1. 单片机技能近况及进展趋向目前单片机芯片系列、种类、规格繁多,先后始末4位机、8 位机、16位机、新一代8位机、32位机等几个有代表性的进展阶 段。4位机要紧用于家用电器,如电视机、空调机、洗衣机中, 但是跟着8位机价值的降低,正在家用电器中已先导大方采用8位机, 以便正在家用电器中采用极少新技能,如含糊担任、变频调速等, 抬高家用电器的智能化、自愿化水准,并尽大概消重体系的能耗; 16位机拥有较强的数值运算才能和较速的反响速率,常用正在需求 及时担任、及时惩罚的体系中,尽量16位单片机进入商场已有十 余年,但平昔未能代替8位机成为主流产物,目前已被深化了控 造接口效力的新一代8位机和数值运算才能极强的32位机所代替; 13 32位机拥有很强的数值估计才能,正在图像惩罚、呆板人担任需 求的刺激下,32位机的销量也正在敏捷上升。正在从此一段时代内,8 位、16位和32位单片机芯片销量的绝对值大概会有区别水准的增 长,但正在目前,乃至从此相当长,如5年、10年功夫内8位单片机, 加倍是深化了担任接口效力的新一代8位单片机,如80C51、 MC68HC11系列还是是单片机的主流产物。是以,本书也要紧介 绍8位单片机道理及体系构成。 8位单片机先后始末了三个进展阶段,此中:第一代8位单片机 体系(如Intel公司的MCS-48系列)效力较差,它本质上是8位通用 CPU单位电道和根本I/O接口电道、幼容量存储器、结束担任体系 的纯洁组合,没有串行通信效力,不带A/D(模/数)、D/A(数/模)转 换器,结束担任和料理才能也较弱。是以,它的行使领域受到了 很大的限定。 14 第二代8位单片机的特色是通用性强,但天性还不越过,控 造效力也有限,还是不行知足区别行使范围、区别测控体系的 请求。正在20世纪90年代中后期,各大芯片厂商,如Intel、Philips、 Motorola、Temic Seconductor Technology、Microchip等正在第二代 单片机CPU内核根基上,除了进一步深化原有用力(如正在串行口 部件中减少帧过错侦测和自愿所在识别效力)表,针对区别的应 用范围,将区别效力、用处的表部接口电道嵌入到第二代单片 机CPU内,变成了规格、种类繁多的新一代8位单片机芯片,如 Intel、Philips、Atmel公司的8XC5X系列,Motorola公司的 68HC05、68HC11系列,Micro Chip公司的PIC16C系列等。正在新 一代8位单片机中,以加强型MCS-51为内核的8XC5X系列、以 6801为内核的68HC05和68HC11系列目前已成为主流单片机芯片。 15 2.1.4新一代8位单片机芯片要紧特质 片内存储器容量大,规格多,秩序存储器类型也趋于多样化。该系列区别种类的片内秩序存储器容量从4 KB扩展到8 KB(83C51FA、87C51FA、87C52、89C52)、16 KB(83C51FB、 87C51FB、87C54、89C54、P89C660)、32 KB(83C51FC、 87C51FC、87C58、89C58、P89C51RC+、P89C51RC2、 P89C662),乃至64 KB(如P89C51RD+、P89C51RD2、P89C664、 P89C6XX2),片内RAM存储器容量从128 B扩展到512 P89C51RC+、P89C51RC2、P89C660、P89C60X2)、1KB(如 P89C51RD+、P89C51RD2、P89C662、P89C61X2)、2 KB(如 P89C664),乃至8 KB(如P89C668)。 16 片内秩序存储器品种也不再范围于掩模ROM、EPROM和 EEPROM(电擦写的只读存储器,如Philips公司的8XC851),而 是以OTP ROM(如Intel公司的87C51GB、Philips公司的80C51 系列单片机中简直各个种类均有OTP ROM型号)和Flash ROM(如Philips公司的P89C51/52/54/58系列、P89C51RX系列、 P89C66X系列,Atmel公司的AT89C51系列)为主。 17 指令推行功夫大大缩短,一方面最高时钟频率从12MHz抬高到16 MHz、24 MHz、33 MHz,乃至40 MHz;另一 方面缩短呆板周期,如8XC5XX2、P89C6XX2、P89C51RX、 P89C66X、P87LPC76X系列等均供给6时钟/呆板周期运转模 式,抬高了这些产物的及时惩罚才能,也消重了电磁辐射指 标(因为呆板周期缩短了,能够应用更低频率的晶振)。 18 扩展了接口电道效力,如减少了高速I/O接口;扩展了I/O口引线数量,Philips公司的80C451、83C451、87C451种类 I/O引脚数量高达56条,即有7个I/O口;扩展告终束源数目, Philips公司的80CL31、80CL51、80CL410、83CL410能够直接 担任、料理多达10个表部结束源,毋庸特意扩展;正在个别型 号中,集成了ADC转换器、PWM脉冲宽度调造输出接口、可 编程计数阵列PCA。将区别效力的接口电道嵌入根本型单片 机芯片后,用户就能够遵循用处遴选相应型号的单片机芯片, 毋庸通过表部扩展,省略了芯片数量,从而省略了印造板的 面积,抬高了体系的牢靠性,消重了本钱。 19 减少了串行接口部件规格和数目,除了保存异步串行通信接口部件UART表,还减少了I C总线接口部件后,与I C总线接口存储器、时钟芯片等表设器件连结就额表便当。 个别型号减少了准时复位(Watchdog)监控电道,抬高了体系的抗搅扰才能。 封装表面多样化,统一型号的CPU拥有多种封装表面,如PDIP封装(Plastic Dual In-line Package,即塑料双列直插式)、CDIP 封装(Ceramic Dual In-line Package,即陶瓷双列直插式)、PLCC(方 形壁插塑封)、CLCC(方形壁插陶瓷封装)、PQFP(塑料方形四边引 线 因为单片机拥有体积幼、重量轻、 价值低贱、 功耗低, 担任效力强及运算 速率速等特色, 所以正在国民经济树立、 军事及家用电器等各个范围均获得了广 泛的行使。 依据单片机的特色, 其行使 可分为单机行使与多机行使。 正在一个行使体系中,只应用1片单 片机称为单机行使, 这是目前行使最多的 一种体例。单片机行使的要紧范围有: 21 测控体系。用单片性能够构 成各式不太庞杂的工业担任体系、 应担任体系、数据采团体系等, 到达测 量与担任的方针。 智能仪表。用单片机改造原 有的衡量、 担任仪表, 煽动仪表向数字 智能化、多效力化、 归纳化、 机电一体化产物。单片机与 古代的机器产物相贯串, 使古代机器产物 布局简化, 担任智能化。 22 智能接口。正在估计机担任体系,迥殊是正在较大型的工业测、 控体系中, 用单片机举办接口的担任与料理, 加之单 片机与主机的并行使命, 大大抬高了体系 的运转速率。 智能民用产物。如正在家用电 玩具、游戏机、 声像开发、 电子 收银机、办公然发、 厨房开发等 很多产物中, 单片机担任器的引入, 不光 使产物的效力大大加强, 职能获得抬高, 并且得回了优秀的应用后果。 23 单片机的多机行使体系可分为效力集散体系、 并行多机惩罚及局限收集 体系。 效力集散体系。多效力集散 体系是为了知足工程体系多种表围效力 的请求而树立的多机体系。 并行多机担任体系。并行多 机担任体系要紧处理工程行使体系的速 速性题目, 以便组成大型及时工程行使系 局限收集体系。24 1.4单片机系列简介 Intel、Motorola、 Philips、 Siemens、 NEC、 ADM、 Zilog等公司, 其主流产物有几十个系列, 几百个种类。 尽量其各具特点, 名称各异, 为集CPU、RAM、 ROM(或EPROM)、 接口、准时器/计数器、 结束体系为一体的单 其道理大同幼异。现以Intel公司的系列产 Intel公司从其出产单片机先导,进展到 现正在, 大要上可分为3大系列: MCS—48系列、 MCS—51系列、MCS—96系列。该3大系列的 职能简介见表2―1。 25 Intel单片机系列职能简介26 1.5MCS—51单片机系列 但可分为两大系列:MCS—51子系列与 MCS—52子系列。北京赛车pk10历史记录 MCS—51子系列中要紧有 8031、8051、8751 三品种型。而MCS—52 子系列也有3品种型8032、 8052、 8752。 各子系列摆设见下表所示。 27 MCS—51系列单片机摆设一览表 28 表中列出了MCS—51系列单片机的两个子系列, 正在4个职能上略有区别。 由此可见, 正在簿子系列内种种芯片的要紧区别正在于片内有 无ROM或EPROM; MCS—51与MCS—52子系 列间所区别的是片内秩序存储器ROM从4 KB 增至8 KB; 片内数据存储器由128个字节增至 256个字节;准时器/计数器减少了一个; 结束源 减少了1 其余,看待创造工艺为 CHMOS的单片机, 因为采用CMOS技能创造, 是以拥有低功耗的特色, 如8051功耗约为630 mW, 而80C51的功耗只要120 mW。 29

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