1、單片機第一課第1頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二1介紹單片機基礎知識、發展歷史、應用領域及發展趨勢。8位單片機的主流機型，較大市場份額的MCS-51系列單片機及其兼容的單片機（統稱為51系列單片機）對目前流行的51單片機的代表性機型：美國ATMEL公司的AT89C5x/AT89S5x系列單片機及代表性產品AT89S51詳細介紹。簡要介紹其它類型的單片機。初步了解嵌入式處理器：單片機，數字信號處理器（DSP）、嵌入式微處理器第一章內容概要第2頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二21 電子計算機的發展概述1. 1 電子計算機的問世及其經典結構3 單片機的

2、發展過程及產品近況3. 1 單片機的發展過程1. 2 微型計算機的應用形態3. 2 單片機產品近況2. 1 存儲器的概述2. 3 I/O接口及外設2. 2 CPU的組成及作用2 計算機各組成部分的介紹第3頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二35 MCS-51系列與AT89C5x系列單片機5. 1 MCS-51系列5. 2 AT89C5x（AT89S5x）系列單片機4 單片機的特點及應用領域4. 2 單片機的應用領域4. 1 單片機的特點6.3 單片機開發方式的發展6 單片機應用系統開發簡介6.1 單片機應用系統的開發6.2 單片機應用系統傳統開發方式4. 3 單片機的發展趨

3、勢第4頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二4一、二進制、十進制、十六進制二、不同進制之間相互轉換三、原碼、反碼及補碼四、數據在計算機中的表示補充 常用數制和編碼補充 數制與編碼的簡單回顧1 數制2 編碼7 AVR系列單片機與PIC系列單片機8 各類嵌入式處理器簡介第5頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二51 電子計算機的發展概述1946年2月15日，第一臺電子數字計算機問世，這標志著計算機時代的到來。 ENIAC（“埃尼阿克”）1.1 電子計算機的問世及其經典結構ENIAC是電子管計算機，時鐘頻率僅有100 KHz，但能在1秒鐘的時間內完成5000次加法

4、運算。與現代的計算機相比，有許多不足，但它的問世開創了計算機科學技術的新紀元，對人類的生產和生活方式產生了巨大的影響 。第6頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二6 匈牙利籍數學家馮諾依曼在方案的設計上做出了重要的貢獻。1946年6月，他又提出了“程序存儲”和“二進制運算”的思想，進一步構建了計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備組成這一計算機的經典結構。（EDVAC-ELECTRONIC DISCRETE VARIABLE AUTOMATIC COMPUTER）第7頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二7電子計算機技術的發展，相繼經歷了五個時代

5、：電子管計算機；晶體管計算機；集成電路計算機；大規模集成電路計算機；超大規模集成電路計算機。計算機的結構仍然沒有突破馮諾依曼提出的計算機的經典結構框架。第8頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二81.2 微型計算機的應用形態從應用形態上，微機可以分成三種：單板機單片機系統機（多板機）第9頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二9 單板機 將CPU芯片、存儲器芯片、I/O接口芯片和簡單的I/O設備（小鍵盤、LED顯示器）等裝配在一塊印刷電路板上，再配上監控程序（固化在ROM中），就構成了一臺單板微型計算機（簡稱單板機）。單板機單板機的I/O設備簡單，軟件資源少，

6、使用不方便。早期主要用于微型計算機原理的教學及簡單的測控系統，現在已很少使用。第10頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二10 單片機 在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲器、I/O接口電路，從而構成了單芯片微型計算機，即單片機。 單片機（嵌入式應用）屬于專用計算機，主要應用于智能儀表、智能傳感器、智能家電、智能辦公設備、汽車及軍事電子設備等應用系統。 單片機體積小、價格低、可靠性高，其非凡的嵌入式應用形態對于滿足嵌入式應用需求具有獨特的優勢。第11頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二112 計算機各組成部分的介紹2.1 存儲器的概述存儲器框圖存儲器框圖

7、存儲體輸入輸出控制控制線地址線數據線 . 地址譯碼第12頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二122.1.2 存儲器的作用2.1.3 存儲器的表達2.1.4 存儲器的種類、內部數據2.1.5 存儲器的訪問存儲器的容量及地址線的計算地址線的根數： n地址線空間： 2n地址： 從 n個0 n個1第13頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二132.2 CPU的組成及作用算術邏輯單元(簡稱ALU）運算器累加器 寄存器CPU運算器 控制器2.2.1 CPU、運算器及控制器的組成第14頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二14控制器的組成程序計數器指令

8、寄存器指令譯碼器時序產生器操作控制器第15頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二15 ALU可對兩個操作數進行加、減、與、或、比較大小等操作，最后將結果存入累加器。 ALU執行不同的運算操作是由不同控制線上的信息所確定的。 ALU的兩個主要的輸入來源：累加器、數據寄存器2.2.2 運算器的作用對指令進行譯碼或測試，并產生相應的操作控制信號，以便啟動規定的動作。指揮并控制CPU、內存和輸入/輸出設備之間數據流動的方向。2.2.3 控制器的主要功能第16頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二162.3 I/O接口及外設每個外設與微處理器的連接必須經過接口適配器（

9、I/O接口）。每個I/O接口及其對應的外設都有一個固定的地址，在CPU的控制下實現對外設的輸入（讀）和輸出（寫）操作。比較I/O接口與存儲器的訪問常見的外設舉例：打印機 鍵盤 顯示器 硬盤 等第17頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二173 單片機的發展過程及產品近況3.1 單片機的發展過程 單片機技術發展過程可分為三個主要階段： 單芯片微機形成階段 1976年，Intel公司推出了MCS-48系列單片機 。8位CPU、1K字節ROM、64字節RAM、27根I/O線和1個8位定時/計數器。 特點是：存儲器容量較小，尋址范圍小（不大于4K），無串行接口，指令系統功能不強。 第

10、18頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二18 性能完善提高階段 1980年，Intel公司推出了MCS-51系列單片機：8位CPU、4K字節ROM、128字節RAM、4個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時/計數器。尋址范圍64K，并有控制功能較強的布爾處理器。 特點是：結構體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點進一步突出。現在，MCS-51已成為公認的單片機經典機種 。第19頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二19 微控制器化階段 特點是：片內面向測控系統外圍電路增強，使單片機可以方便靈活地用于復雜的自動測控系統及設備。“微控制器”的稱謂更能反

11、應單片機的本質。 1982年，Intel推出MCS-96系列單片機。 芯片內集成：16位CPU、8K字節ROM、232字節RAM、5個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時/計數器。尋址范圍64K。片上還有8路10位ADC、1路PWM輸出及高速I/O部件等。第20頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二20 ATMEL公司融入Flash存儲器技術的AT89系列； Philips公司的80C51、80C552系列； 華邦公司的W78C51、W77C51高速低價系列； ADI公司的ADC8xx高精度ADC系列； LG公司的GMS90/97低壓高速系列； Maxim公司的DS89

12、C420高速（50MIPS）系列； Cygnal公司的C8051F系列高速SOC單片機。 80C51系列單片機產品繁多，主流地位已經形成，近年來推出的與80C51兼容的主要產品有：3.2 單片機產品“近況”第21頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二21 非80C51結構單片機新品不斷推出，給用戶提供了更為廣泛的選擇空間 ，近年來推出的非80C51系列的主要產品有：Intel的MCS-96系列16位單片機 ； Microchip的PIC系列RISC單片機 ；TI的MSP430F系列16位低功耗單片機 。第22頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二224 單片

13、機的特點及應用領域4.1 單片機的特點 控制性能和可靠性高 實時控制功能特別強，其CPU可以對I/O端口直接進行操作，位操作能力更是其它計算機無法比擬的。另外，由于CPU、存儲器及I/O接口集成在同一芯片內，各部件間的連接緊湊，數據在傳送時受干擾的影響較小，且不易受環境條件的影響，所以單片機的可靠性非常高。第23頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二23體積小、價格低、易于產品化 單片機芯片即是一臺完整的微型計算機，對于批量大的專用場合，一方面可以在眾多的單片機品種間進行匹配選擇；同時還可以專門進行芯片設計，使芯片的功能與應用具有良好的對應關系；在單片機產品的引腳封裝方面，有

14、的單片機引腳已減少到8個或更少。從而使應用系統的印制板減小、接插件減少、安裝簡單方便。 近期推出的單片機產品，內部集成有高速I/O口、ADC、PWM、WDT等部件，并在低電壓、低功耗、串行擴展總線、控制網絡總線和開發方式（如在系統編程ISP）等方面都有了進一步的增強。第24頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二244.2 單片機的應用領域智能儀器儀表 單片機用于各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能化，同時還簡化了儀器儀表的硬件結構，從而可以方便地完成儀器儀表產品的升級換代。如各種智能電氣測量儀表、智能傳感器等。機電一體化產品 機電一體化產品是集機

15、械技術、微電子技術、自動化技術和計算機技術于一體，具有智能化特征的各種機電產品。單片機在機電一體化產品的開發中可以發揮巨大的作用。典型產品如機器人、數控機床、自動包裝機、點鈔機、醫療設備、打印機、傳真機、復印機等。第25頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二25 實時工業控制單片機還可以用于各種物理量的采集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數的采集和控制均可以利用單片機方便地實現。在這類系統中，利用單片機作為系統控制器，可以根據被控對象的不同特征采用不同的智能算法，實現期望的控制指標，從而提高生產效率和產品質量。典型應用如電機轉速控制、溫度控制、自動生產線等 。 分

16、布式系統的前端模塊 在較復雜的工業系統中，經常要采用分布式測控系統完成大量的分布參數的采集。在這類系統中，采用單片機作為分布式系統的前端采集模塊，系統具有運行可靠，數據采集方便靈活，成本低廉等一系列優點。第26頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二26家用電器家用電器是單片機的又一重要應用領域，前景十分廣闊。如空調器、電冰箱、洗衣機、電飯煲、高檔洗浴設備、高檔玩具等。 另外，在交通領域中，汽車、火車、飛機、航天器等均有單片機的廣泛應用。如汽車自動駕駛系統、航天測控系統、黑匣子等 。使用溫度：民品：0 +70C 工業品：-40 +85C汽車：-40 +105C 軍品： -55

17、+125C第27頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二27單片機的發展趨勢將是向大容量、高性能化，外圍電路內裝化等方面發展。為滿足不同用戶的要求，各公司競相推出能滿足不同需要的產品。1CPU的改進（1）增加CPU數據總線寬度。例如，各種16位單片機和32位單片機，數據處理能力要優于8位單片機。另外，8位單片機內部采用16位數據總線，其數據處理能力明顯優于一般8位單片機。（2）采用雙CPU結構，以提高數據處理能力。284.3 單片機的發展趨勢第28頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二282存儲器的發展（1）片內程序存儲器普遍采用閃爍（Flash）存儲器。可不

18、用外擴展程序存儲器，簡化系統結構。（2）加大存儲容量。目前有的單片機片內程序存儲器容量可達128KB甚至更多。3片內I/O的改進（1）增加并行口驅動能力，以減少外部驅動芯片。有的單片機可以直接輸出大電流和高電壓，以便能直接驅動LED和VFD（熒光顯示器）。（2）有些單片機設置了一些特殊的串行I/O功能，為構成分布式、網絡化系統提供方便條件。第29頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二294低功耗化CMOS化，功耗小，配置有等待狀態、睡眠狀態、關閉狀態等工作方式。消耗電流僅在A或nA量級，適于電池供電的便攜式、手持式的儀器儀表以及其它消費類電子產品。5外圍電路內裝化眾多外圍電路

19、全部裝入片內，即系統的單片化是目前發展趨勢之一。例如，美國Cygnal公司的C8051F020 8位單片機，內部采用流水線結構，大部分指令的完成時間為1或2個時鐘周期，峰值處理能力為25MIPS。片上集成有8通道A/D、兩路D/A、兩路電壓比較器，內置溫度傳感器、定時器、可編程數字交叉開關和64個通用I/O口、電源監測、30第30頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二30看門狗、多種類型的串行接口（兩個UART、SPI）等。一片芯片就是一個“測控”系統。綜上所述，單片機正在向多功能、高性能、高速度（時鐘達40MHz）、低電壓（2.7V即可工作）、低功耗、低價格（幾元錢）、外圍

20、電路內裝化以及片內程序存儲器和數據存儲器容量不斷增大的方向發展。31第31頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二31 （1）MCS-51是Intel公司生產的一個單片機系列名稱。屬于這一系列的單片機有多種，如： 8051/8751/8031； 8052/8752/8032； 80C51/87C51/80C31 80C52/87C52/80C32等 。 5.1 MCS-51系列5 MCS-51系列與AT89C5x系列單片機第32頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二32（2）該系列生產工藝有兩種：CHMOS是CMOS和HMOS的結合，既保持了HMOS高速度和高

21、密度的特點，還具有CMOS的低功耗的特點。在產品型號中凡帶有字母“C”的即為CHMOS芯片，CHMOS芯片的電平既與TTL電平兼容，又與CMOS電平兼容。一是HMOS工藝（高密度短溝道MOS工藝）。二是CHMOS工藝（互補金屬氧化物的HMOS工藝）。第33頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二33（3）在功能上，該系列單片機有基本型和增強型兩大類：增強型：8052/8752/803280C52/87C52/80C32基本型：8051/8751/803180C51/87C51/80C31（4）在片內程序存儲器的配置上，該系列單片機有三種形式，即掩膜ROM、EPROM和ROMLe

22、ss(無片內程序存儲器)。如：80C51有4K字節的掩膜ROM；87C51有4K字節的EPROM ；80C31在芯片內無程序存儲器。第34頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二3480C51系列 Intel的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等； ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等； Philips、華邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司的許多產品 。 80C51是MCS-51系列中CHMOS工藝的一個典型品種 ；其它廠商以8051為基核開發出的CMOS工藝單片機產品統稱為80C51系列。當前常用

23、的80C51系列單片機主要產品有：第35頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二3580C51典型產品資源配置第36頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二36讀懂型號第37頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二376 單片機應用系統開發簡介正確無誤的硬件設計和良好的軟件功能設計是一個實用的單片機應用系統的設計目標。完成這一目標的過程稱為單片機應用系統的開發。單片機作為一片集成了微型計算機基本部件的集成電路芯片，與通用微機相比，它自身沒有開發功能，必須借助開發機（一種特殊的計算機系統）來完成如下任務： 排除應用系統的硬件故障和軟件錯誤； 程序固

24、化到內部或外部程序存儲器芯片中。 6.1 單片機應用系統的開發第38頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二386.2 單片機應用系統傳統開發方式 利用獨立型仿真器開發第39頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二39 SST公司推出的SST89C54和SST89C58芯片分別有20KB和30KB的SuperFLASH存儲器，利用這種存儲器可以進行高速讀寫的特點，能夠實現在系統編程（ISP）和在應用編程（IAP）功能。首先在PC機上完成應用程序的編輯、匯編（或編譯）、模擬運行，然后實現目標程序的串行下載。6.3 單片機開發方式的發展在系統編程ISP ISP（In

25、-System Programming）在系統可編程，指電路板上的空白器件可以編程寫入最終用戶代碼， 而不需要從電路板上取下器件，已經編程的器件也可以用ISP方式擦除或再編程。ISP技術是未來發展方向。第40頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二40ISP的工作原理 ISP的實現相對要簡單一些，一般通用做法是內部的存儲器可以由上位機的軟件通過串口來進行改寫。對于單片機來講可以通過SPI或其它的串行接口接收上位機傳來的數據并寫入存儲器中。所以即使我們將芯片焊接在電路板上，只要留出和上位機接口的這個串口，就可以實現芯片內部存儲器的改寫，而無須再取下芯片。 ISP的優點 ISP技術

26、的優勢是不需要編程器就可以進行單片機的實驗和開發，單片機芯片可以直接焊接到電路板上，調試結束即成成品，免去了調試時由于頻繁地插入取出芯片對芯片和電路板帶來的不便。第41頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二41AVR系列是1997年ATMEL公司挪威設計中心的A先生與V先生共同研發出的精簡指令集(RISCReduced Instruction Set Computer)的高速8位單片機，簡稱AVR。7 AVR系列單片機與PIC系列單片機7.1 AVR系列單片機51系列單片機采用復雜指令集(CISC)，追求指令完備性。第42頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期

27、二42（4）I/O口功能強、驅動能力大。（5）低功耗。（6）支持程序的在系統編程。（7） 程序保密性好。（1）高速、高可靠性、功能強、低功耗和低價位。（2）采用片內Flash存儲器給用戶的開發帶來方便。（3）豐富的片內外設。AVR系列單片機特點如下：第43頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二43定時器/計數器、看門狗電路、低電壓檢測電路BOD，多個復位源(自動上下電復位、外部復位、看門狗復位、BOD復位)，可設置的啟動后延時運行程序，增強了單片機應用系統的可靠性。多種串口：如通用的異步串行口（UART），面向字節的高速硬件串行接口TWI（與I2C接口兼容）、SPI。此外還有

28、ADC、PWM等部件。44豐富的片內外設第44頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二44AVR單片機系列全，3個檔次，適于各種不同要求：（1）低檔Tiny系列: Tiny11/12/13/15/26/28等； （2）中檔AT90S系列: AT90S1200/2313/8515/8535等； （3）高檔ATmega系列: 有ATmega8/16/32/64/128（ 存儲容量為8/16/32/64/128 KB）以及ATmega8515/8535等。45AVR系列單片機常見的型號：第45頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二45美國Microchip公司的產品

29、。特性如下：（1）最大的特點是從實際出發，重視性能價格比，已經開發出多種型號來滿足應用需求。例如，一個摩托車的點火器需要一個I/O較少、RAM及程序存儲空間不大、可靠性較高的小型單片機。7.2 PIC系列單片機PIC系列從低到高有幾十個型號常用的型號如：PIC12C508單片機僅有8個引腳，是世界最小的單片機； PIC的高檔型，如PIC16C74（尚不是最高檔型號）有40個引腳。第46頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二46（2）精簡指令集使執行效率大為提高。（3）優越的開發環境。51單片機的開發系統大都采用高檔型仿真低檔型，實時性不理想。PIC推出一款新型號單片機的同時推

30、出相應的仿真芯片，所有的開發系統由專用的仿真芯片支持，實時性非常好。（4）其引腳具有防瞬態能力，（7）設有休眠和省電工作方式。（5）保密性好（6）片內集成了看門狗定時器第47頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二47（1）低檔8位單片機 PIC12C5XXX16C5X系列48PIC單片機分低檔型、中檔型和高檔型：（2）中檔8位單片機 PIC12C6XX/PIC16CXXX系列。（3）高檔8位單片機 PIC17CXX系列。適合高級復雜系統開發的產品，在中檔位單片機的基礎上增加了硬件乘法器，指令周期可達成160ns，它是目前世界上8位單片機中性價比最高的機種，可用于高、中檔產品的

31、開發，如電機控制等。第48頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二48 隨著集成電路技術及電子技術的飛速發展，各種體系結構的處理器品種繁多，且都嵌入到系統中實現數據處理、數據傳輸和控制功能，各類嵌入式處理器為核心的嵌入式系統的應用，是當今電子信息技術應用的一大熱點。8 各類嵌入式處理器簡介 具有各種不同體系結構的處理器，構成了嵌入式處理器家族，是嵌入式系統的核心。全世界嵌入式處理器的品種總量已經超過1000多種，按體系結構主要分為如下幾類：嵌入式微控制器（單片機）、嵌入式數字信號處理器（簡稱DSP）、嵌入式微處理器以及片上系統（SOC）等。第49頁，共73頁，2022年，5月2

32、0日，2點57分，星期二491.9.1 嵌入式微控制器（單片機）將用于測控目的的計算機小系統集成到一塊芯片中。一般以某一種微處理器內核為核心，片內集成 ROM/EPROM、RAM、總線及總線控制邏輯、定時/計數器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調制輸出、A/D、D/A、Flash存儲器等各種必要的功能部件和外設。一個系列的單片機具有多種衍生產品，每種衍生產品的處理器內核都是一樣的，不同的是存儲器和外設的配置及封裝。使單片機與需求相匹配，減少功耗和成本。單片機最大特點是單片化，價廉，功耗和成本下降、可靠性提高。是目前嵌入式系統的主流。50第50頁，共73頁，2022年，5月20日，2點5

33、7分，星期二501.9.2 嵌入式DSP處理器(DSP)DSP（Digital Signal Processor)，非常擅長于高速實現各種數字信號處理運算（如數字濾波、FFT、頻譜分析等）。由于硬件結構和指令的特殊設計，使其能夠高速完成各種數字信號處理算法。1981年，TI公司研制出TMS320系列的首片低成本、高性能DSP處理器芯片，使DSP技術向前跨出意義重大的一步。上世紀90年代，由于無線通信、各種網絡通信、多媒體技術的普及和應用，高清晰度數字電視的研究，極大地刺激了51第51頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二51DSP在工程上的推廣應用。DSP大量進入嵌入式領域。

34、推動DSP快速發展的是嵌入式系統的智能化，例如各種帶有智能邏輯的消費類產品，生物信息識別終端，實時語音壓解系統、數字圖像處理等。這類智能化算法一般都是運算量較大，特別是向量運算、指針線性尋址等較多，而這些正是DSP的長處所在。但在一些實時性要求很高的場合，單片DSP的處理能力還是不能滿足要求。因此，又研制出了多總線、多流水線和并行處理的包含多個DSP處理器的芯片，大大提高了系統的性能。與單片機相比，DSP的高速運算能力和多總線，處理的算法的復雜度和大的數據處理流量是單片機不可企及的。第52頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二52DSP的主要廠商有美國TI、ADI、Motor

35、ola、Zilog等公司。TI公司位居榜首，占全球DSP市場約60左右。DSP代表性的產品是TI公司的TMS320系列。TMS320系列處理器包括用于控領域的C2000系列，移動通信的C5000系列，以及應在通信和數字圖像處理的C6000系列等。今天，隨著全球信息化和Internet網的普及，多媒體技術的廣泛應用，尖端技術向民用領域迅速的轉移，數字技術大范圍進入消費類電子產品，使DSP不斷更新換代，性能指標不斷提高，價格不斷下降，已成為新興科技：通信、多媒體系統、消費電子、醫用電子等飛速發展的推動力量，53第53頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二53力，據國際著名市場調查

36、研究公司Forward Concepts 發布的一份統計和預測報告顯示，目前世界DSP產品市場每年正以30的增幅大幅度增長，是目前最有發展和應用前景的嵌入式處理器之一。1.9.3 嵌入式微處理器嵌入式微處理器(Embedded MicroProcessor Unit， EMPU)的基礎是通用計算機中的CPU。與單片機相比，單片機本身（或稍加擴展）就是一個小的計算機系統，可獨立運行，具有完整的功能。而嵌入式微處理器僅僅相當于單片機中的CPU。54第54頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二54在應用設計中，將嵌入式微處理器裝配在專門設計的電路板上，只保留和嵌入式應用有關的母板功

37、能，可大幅減小系統體積和功耗。為滿足嵌入式應用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標準微處理器基本是一樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強。代表性產品為ARM系列，ARM是Advanced RISC Machines 的縮寫，其中RISC是精簡指令集計算機的縮寫。同時ARM也是設計ARM處理器的美國公司的簡稱。ARM家族主要有5個產品系列：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10和SecurCore。55第55頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二55下面以ARM7為說明嵌入式微處理器基本性能。嵌入式處理器的地址線為32條，能擴展較大的存儲器空

38、間，所以可配置實時多任務操作系統(RTOS)。RTOS是嵌入式應用軟件的基礎和開發平臺。常用的RTOS為Linux（數百KB）和VxWorks（數MB）以及C-OS。由于嵌入式實時多任務操作系統具有高度靈活性，可很容易地對它進行定制或作適當開發，即對它進行“裁減”、“移植”和“編寫”，從而設計出用戶所需的應用程序，來滿足需要。56第56頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二56由于能運行實時多任務操作系統，所以能處理復雜的系統管理任務和處理工作。因此，在移動計算平臺、媒體手機、工業控制和商業領域（例如，智能工控設備、ATM機等）、電子商務平臺、信息家電（機頂盒、數字電視）、軍

39、事等，已成為繼單片機、DSP之后的電子信息技術應用的又一大熱點廣義上講，凡是系統中嵌入了“嵌入式處理器”，如單片機、DSP、嵌入式微處理器，都稱為“嵌入式系統”。也有僅把 “嵌入”嵌入式微處理器的系統，稱為“嵌入式系統”。還沒有嚴格的定義。目前的“嵌入式系統”，多指后者。57第57頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二571.9.4 嵌入式片上系統SOC(System On Chip)隨著超大規模集成電路設計技術發展，一個硅片上實現一個復雜的系統，即System On Chip(SOC)，即片上系統。核心思想是把整個電子系統全部集成在一個芯片中。避免大量PCB板設計及板級的調

40、試工作。設計者面對的不再是電路及芯片，而是根據系統的固件特性和功能要求，把各種通用處理器內核及各種外圍功能部件模塊作為SOC設計公司的標準庫，成為VLSI設計中的標準器件，用VHDL等語言描述，存儲在器件庫中。用戶只需定義整個應用系統，仿真通過后就可以將設計圖交給半導體器件廠商制作樣品。58第58頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二58除無法集成的器件外，整個系統大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去，系統電路板簡潔，對減小體積和功耗、提高可靠性非常有利。SOC使系統設計技術發生革命性變化，標志著一個全新時代到來。至此，已介紹了嵌入式處理器家族的各成員。由于單片機體積小、價格低

41、、很容易嵌入到系統中，應用十分廣泛，且易掌握和普及，市場占有率最高。據統計，8051體系結構的單片機的用量占全部嵌入式處理器總用量的50%以上。因此，8051體系結構的單片機技術是首先要掌握的。59第59頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二59 嵌入式 控制器家族單片機DSPARMSOC51系列PICAVR凌陽MSP430MCS-51兼容第60頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二60作業（2012-2-22）P15 :5/6/10第61頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二61補充 數制與編碼的簡單回顧數制（即計數制，亦稱記數制）是計數

42、的規則。十進制是人們日常生活中最熟悉的進位計數制。二進制是在計算機系統中采用的進位計數制。 位號76543210字節單字節表示范圍：0255 1 數制第62頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二62雙字節表示范圍：065535 十六進制是人們在計算機指令代碼和數據的書寫中經常使用的數制。用0，1，9和A，B，F（或a，b，f）這16個符號來描述 。 位號1514131211109876543210字第63頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二632 編碼 計算機中數以及數以外的其它信息（如字符或字符串）要用二進制代碼來表示。這些二進制代碼稱為二進制編碼。 2

43、.1 字符的二進制編碼-ASCII碼 常用字符的ASCII碼 字符ASCII碼字符ASCII碼字符ASCII碼字符ASCII碼030HA41Ha61HSP(空格)20H131HB42Hb62HCR(回車)0DH232HC43Hc63HLF(換行)0AHBEL(響鈴)07H939HZ5AHz7AHBS(退格)08H第64頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二642.2 二進制編碼的十進制數-BCD碼 用二進制碼表示十進制數的代碼稱為BCD碼 。十進制數BCD碼十進制數BCD碼00000B50101B10001B60110B20010B70111B30011B81000B4010

44、0B91001B8421BCD碼表 用1個字節表示2位十進制數的代碼，稱為壓縮的BCD碼。 二進制碼在1010B1111B范圍時，屬于非法碼。 第65頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二65部分自然數的3種進制表示 自然數十進制二進制十六進制 自然數十進制二進制十六進制 00000B 0H九91001B 9H一10001B 1H十101010B AH二20010B 2H十一111011B BH三30011B 3H十二121100B CH四40100B 4H十三131101B DH五50101B 5H十四141110B EH六60110B 6H十五151111B FH七701

45、11B 7H十六161 0000B 10H八81000B 8H十七171 0001B 11H第66頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二66補充 常用數制和編碼一、 二進制、十進制、十六進制1.二進制：是“0”和“1”這樣的數、逢2進位。按權展開時權的基數為2。用后綴字母“B”表示。如：1001=123+022+021+120 =9（十進制數）2.十進制：是“0”“9”之間的數、逢10進位。按權展開時權的基數為10。用后綴字母“D”表示。如：1135=1103+1102+3101+5100 3.十六進制：是“0”“9”，“A,B,C,D,E,F”之間的數、逢16進位。按權展開時權的基數為16。用后綴字母“H”表示。如：1C5H=1162+12161+5160 =453D第67頁，共73頁，2022年，5月20日，2點57分，星期二67二、不同進制之間相互轉換1、二進制、十六進制轉化成十進制：將二、十六進制數按權展開相加即為相應的十進制數。如：1101 B=123+122+021+120 =13 D如：1F H=1161+15160 =31 D2、十進制轉換成二進