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单片机原理及嵌入式系统设计 Principles of Microcontrollerand embedded system design 讲授：张虎 第1章 基础知识 1.1单片机与嵌入式系统概述 1.1.1单片机的含义 单片机是单片微型计算机的简称，早期的英文名是Single-chip Microcomputer. 单片机在控制领域大显身手，单片机可以装到各种智能化产品中，所以又称为嵌入式微控制器（Embedded Microcontroller） MCU的基本含义是： 在一块芯片上集成了中央处理单元(CPU),存储器（RAM/ROM等）、定时器／计数器及多种输入输出（I/0）接口的比较完整的数字处理系统。 三总线 总线有三种: 数据总线DB（Data Bus）, 地址总线 AB（Address Bus）和控制总线 CB(Control Bus） 计算机技术在两个重要领域 通用计算机领域和嵌入式(Embedded)计算机领域都获得的极其重要的进展. 单片机只是一块芯片. 但包含了计算机的基本组成单元，仍由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成，只不过这些都集成在一块芯片上，这种结构使得单片机成为具有独特功能的计算机。 单片机以其较高的性能价格比、灵活性等特点，在嵌入式微控制系统中具有十分重要的地位。 1.1.2嵌入式系统的含义 (1)嵌入式系统的由来 计算机是应数值计算的要求而诞生的。 直到20世纪70年代，电子计算机在数字计算、逻辑运算与推理，信息处理以及实际控制方面表现出非凡能力后，在通信、测控、数据传输等领域，人们对计算机技术给予更大的期待。 主要表现在 直接面向控制对象；嵌入到具体的应用体中，而不以计算机的面貌出现；能在现场可靠地运行；体积小，应用灵活；突出控制功能,特别是对外部信息的捕捉与丰富的1/O功能等。把满足海量高速数值计算的计算机称为通用计算机系统，而 面向测控对象，嵌入到实际应用系统中，实现嵌入式应用的计算机称之为嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统(Embedded System)。 从总体上说，通用计算机系统主要用于数值计算、信息处理，兼顾控制功能，而嵌入式计算机系统主要用于控制领域，兼顾数据处理。(一般人不察觉是计算机) 在一个综合系统中，会出现通用计算机系统与嵌入式计算机系统的结合，各自扮演不同的角色，共同完成系统任务. （2）单片机与嵌入式系统的关系 嵌入式系统是面向测控对象，嵌入到实际应用系统中的计算机系统的统,称嵌入式系统通常有 工控机、通用CPU模块、嵌入式微处理器(Embedded Processor）和嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller）。 前两者是基于通用计算机系统，即将通用计算机系统用于测控对象。 后两者是基于芯片形态的计算机系统，其中嵌入式微处理器是在通用CPU基础上发展，增加满足测控对象要求的外围接口电路，用于测控领域。 嵌入式微控制器:是在嵌入式系统的概念广泛使用后，给传统单片机定位的称呼.所以，所以说单片机是典型的嵌入式系统. 单片机从体系结构到指令系统都是按照嵌入式系统的应用特点专门设计的，它能很好地满足应用系统的嵌入，面向测控对象、现场可靠运行等方面的要求，因此由单片机构成的系统是发展最快、品种最多、数量最大、应用最广的嵌入式系统。 由于单片机有嵌入式应用的专用体系结构与指令系统，而且具有体积小、可靠性高等特点，又具有各种各样的型号，可以满足不同的需求，实际应用时，开发者可根据具体要求选用最佳型号的单片机嵌入到应用系统中。 1.2单片机简介 1.2.1 单片机 单片机：将微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路和相应实时控制器件集成在一块芯片上，称其为单片微型计算机，简称单片机。 1. 2.2单片机的主要应用领域 (1)工业方面 实时控制、物理量的检测与处理、工业机器人、数控机床、过程控制、教学控制、智能传感器、数据传送、分布式控制等。 (2)仪器仪表方面 智能仪器仪表、医疗器械、色谱仪、示波器智能测厚仪等。 (3)民用方面 电子玩具、电子字典、记事薄、高级电子游戏机、录像机、电冰箱、洗衣机、抽湿机、消毒柜、照相机、空调机、电风扇、防盗控制、彩电、音响等。 (4)电讯方面 手机、调制解调器、智能线路运行控制、程控电话交换机等。 (5)导航控制方面 鱼雷制导控制、智能武器装置、导弹控制、航天导航系统、电子干扰系统等。 (6)数据处理方面 图形终端、复印机、硬盘驱动器、磁带机、打印机、打字机等。 (7)汽车方面 点火控制、变速控制、防滑刹车、排气控制、节能控制、保安控制、冷气控制、汽车报警控制、测试设备等。 1.2.3单片机发展概况 20世纪70年代：1975年 4