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您的位置网站首页>>跟我学单片机>>《教师吧》课堂:第二课:什么是单片机?
责任编辑:刘昆山

  内容提示:

  1、掌握单片机的基本概念

  2、掌握常见的单片机型号和特点

  3、掌握单片机的用途

  4、掌握单片机的使用步骤

  教学过程:

  一、单片机的定义

  各位朋友,大家好,我是教师吧http://www.jiaoshi8.com的站长刘昆山老师,下面我们开始今天的学习了。单片机技术自发展以来已走过了近20年的发展路程 。单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发展为先导,以广泛的应用领域拉动,表现出较微处理器更具个性的发展趋势。小到遥电子玩具,大到航空航天技术等电子行业都有单片机应用的影子。针对51单片机技术在电子行业自动化方面的重要应用,为满足广大学生、爱好者、产品开发者迅速学会掌握单片机这门技术,是历史赋予我们的任务,掌握单片机的定义是先行者的第一步。

  单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲:一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。如下图是几种常见的单片机芯片的实物图:

  一台能够工作的计算机要有这样几个部份构成:中央处理单元CPU(进行运算、控制)、随机存储器RAM(数据存储)、存储器ROM(程序存储)、输入/输出设备I/O(串行口、并行输出口等)。

  在个人计算机(PC)上这些部分被分成若干块芯片,安装在一个被称之为主板的印刷线路板上。而在单片机中,这些部份全部被做到一块集成电路芯片中了,所以就称为单片(单芯片)机,而且有一些单片机中除了上述部份外,还集成了其它部份如模拟量/数字量转换(A/D)和数字量/模拟量转换(D/A)等。

  单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上,但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:CPU、内存、内部和外部总线系统,目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器,实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。

  单片机也被称为微控制器(Microcontroller),是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。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,更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。

  早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高,开始出现了16位单片机,但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大的提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高,处理能力比起80年代提高了数百倍。

  目前,高端的32位单片机主频已经超过300MHz,性能直追90年代中期的专用处理器,而普通的型号出厂价格跌落至1美元,最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。

  单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统,因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机,复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作!单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的综合,甚至比人类的数量还要多。

  二、常见的单片机有哪些?

  MCS51是指由大名鼎鼎的美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称,这一系列单片机包括了好些品种,如8031,8051,8751,8032,8052,8752等,其中8051是最早最典型的产品,该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的,所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机,而8031是前些年在我国最流行的单片机,所以很多场合会看到8031的名称。INTEL公司将MCS51的核心技术授权给了很多其它公司,所以有很多公司在做以8051为核心的单片机,当然,功能或多或少有些改变,以满足不同的需求,其中89C51就是这几年在我国非常流行的单片机,它是由美国ATMEL公司开发生产的。

  更加详细的介绍请看本站文章>>>单片机的主要生产厂家和机型介绍

  三、单片机的特点

  (1)高集成度,体积小,高可靠性

  单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上,集成度很高,体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的,内部布线很短,其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令,常数及表格等固化在ROM中不易破坏,许多信号通道均在一个芯片内,故可靠性高。

  (2)控制功能强

  为了满足对对象的控制要求,单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力,I/O口的逻辑操作及位处理能力,非常适用于专门的控制功能。

  (3)低电压,低功耗,便于生产便携式产品

  为了满足广泛使用于便携式系统,许多单片机内的工作电压仅为1.8V~3.6V,而工作电流仅为数百微安。

  (4)易扩展

  片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚,很容易构成各种规模的计算机应用系统。

  (5)优异的性能价格比

  单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率,单片机已开始使用RISC流水线和DSP等技术。单片机的寻址能力也已突破64KB的限制,有的已可达到1MB和16MB,片内的ROM容量可达62MB,RAM容量则可达2MB。由于单片机的广泛使用,因而销量极大,各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉,其性能价格比极高。

   四、单片机的用途

  (1)单片机在智能仪器仪表中的应用

  在各类仪器仪表中引入单片机,使仪器仪表智能化,提高测试的自动化程度和精度,简化仪器仪表的硬件结构,提高其性能价格比。

  (2)单片机在机电一体化中的应用

  机电一体化是机械工业发展的方向。机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体,具有智能化特征的机电产品,例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器,能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点,可大大提高机器的自动化、智能化程度。

  (3)单片机在日常生活及家用电器领域的应用

  自从单片机诞生以后,它就步入了人类生活,如洗衣机、电冰箱、空调器、电子玩具、电饭煲、视听音响设备等家用电器配上单片机后,提高了智能化程度,增加了功能,倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。

  (4)在实时过程控制中的应用

  用单片机实时进行数据处理和控制,使系统保持最佳工作状态,提高系统的工作效率和产品的质量。

  (5)办公自动化设备

  现代办公室使用的大量通信和办公设备多数嵌入了单片机。如打印机、复印机、传真机、绘图机、考勤机、电话以及通用计算机中的键盘译码、磁盘驱动等。

  (6)商业营销设备

  在商业营销系统中已广泛使用的电子称、收款机、条形码阅读器、IC卡刷卡机、出租车计价器以及仓储安全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保险系统等都采用了单片机控制。

  (7)在计算机网络和通信领域中的应用

  现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制,从手机,电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话,集群移动通信,无线电对讲机等。

  (8)单片机在医用设备领域中的应用

  单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等。

  (9)汽车电子产品

  现代汽车的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、通信系统和运行监视器(黑匣子)等都离不开单片机。

  (10)航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域

   单片机的应用更是不言而喻。

  综合所述,单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。另一方面,单片机应用的重要意义还在于,它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能,现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术,是传统控制技术的一次革命。

  五、怎样使用单片机?

  拿到一块芯片,想要使用它,首先必须要知道怎样连线,我们介绍一块称之为89S51的芯片,下面我们就看一下如何给它连线。
  (1) 电源:这当然是必不可少的了。单片机使用的是5V电源,其中正极接40引脚,负极(地)接20引脚。
  (2) 振蒎电路:单片机是一种时序电路,必须提供脉冲信号才能正常工作,在单片机内部已集成了振荡器,使用晶体振荡器,接18、19脚。只要买来晶振、电容,连上就可以了,按图1接上即可。
  (3) 复位引脚:按图1中画法连好,至于复位是何含义及为何需要复要复位,在单片机功能中介绍。
  (4) EA引脚:EA引脚接到正电源端。
  至此,一个单片机就接好,通上电,单片机就可以开始工作了。

图1

  单片机上除了刚才用掉的5个引脚,还有35个,怎么用呢?今后我们会逐渐学习。
  (5)、 单片机怎样工作?
  叫人做事,说一声就可以,这叫发布命令,要计算机做事,也得要向计算机发命令,计算机能听得懂的命令称之为计算机的指令。这些指令如:MOV(传送), ADD (加), SETB(置位), CLR (清零), LCALL(调用)等等, 我们得把这些汇编语言编写的指令翻译成计算机能懂的二进制代码,再让计算机去读,去执行。

  本节课我们就讲到这里,相信大家对单片机应该有了一个认识,明白了什么是单片机,单片机的特点是什么?常见的单片机有哪些?单片机的用途有哪些?如果还不明白,就自己拿着自己购买的单片机仔细看看吧,下节课我们系统的谈谈如何跟我学单片机的整体思路和具体内容,如果您想学,千万别错过了。

  作业:用自己的话叙述什么是单片机。

上一页: 第一课:单片机入门学习方法指导。
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第三课:跟我学单片机的基本思路
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