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PIC单片机原理及应用


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2013-7-11

主编: 李荣正
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2013-7-11

第一章

绪论
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20

13-7-11

1.1 电子计算机发展概述
◆ 1946年2月15 日,第一台电 子数字计算机 ENIAC问世,这 标志着计算机 时代的到来。

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◆ ENIAC是电子管计算机,时钟频率仅有 100KHz,但能在1秒钟的时间内完成5000次 加法运算。与现代的计算机相比,有许多不 足,但它的问世开创了计算机科学技术的新 纪元,对人类的生产和生活方式产生了巨大 的影响。

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◆ 匈牙利籍数学家冯·诺依曼在方案的 设计上做出了重要的贡献。1946年6月, 他又提出了“程序存储”和“二进制运 算”的思想; ◆ 进一步构建了计算机由运算器、控制 器、存储器、输入设备和输出设备组成 这一计算机的经典结构。

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输入设备

存储器

输出设备

控制器

运算器

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1.2

计算机发展的两个方向

◆电子计算机技术的发展,相继经历了 四个时代: ●电子管计算机; ●晶体管计算机; ●集成电路计算机; ●大规模集成电路计算机

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◆现在广泛使用的微型计算机是大规模集 成电路技术发展的产物,因此它属于第 四代计算机,而单片机则是微型计算机的 一个分支。由于实际应用的需要,微型 计算机向着两个不同的方向发展:

①高速度、大容量、高性能的高档微机 ②稳定可靠、体积小、价格低廉的单片机
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1.3 何为单片机 ◆在一块电路芯片上集成有微处理器 (CPU)、存储器(RAM和ROM)、基本I/O接 口电路和定时器/计数器,并具有独立指 令系统的智能器件,称为单片微型计算 机(Single Chip Microcomputer),简 称单片机,也称为微处理器或微控制器 (MCU: Micro Controller Unit)。 在一块芯片上实现一台微型计算机的基本功能
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体积小、可靠性高、价格低、
使用方便、工艺先进
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1.4 单片机的发展过程 单片机技术发展过程可分为三个主要阶段: ⑴ 单芯片微机形成阶段 ◆ 1976年,Intel公司推出了MCS-48系列 单片机。芯片内集成: 8位CPU、1K字节 ROM、64字节RAM、27根I/O线和1个8位定 时/计数器。 ◆特点:存储器容量较小,寻址范围小 (不大于4K),无串行接口,指令系统 功能不强。
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⑵ 性能完善提高阶段 ◆1980年,Intel公司推出了MCS-51系列 单片机。芯片内集成:8位CPU、4K字节 ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全 双工串行口、2个16位定时/计数器。寻 址范围64K,并有控制功能较强的布尔处 理器。 ◆特点:结构体系完善,性能大大提高, 面向控制的特点进一步突出。现在, MCS-51已成为公认的单片机经典机种。
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⑶ 微控制器化阶段 ◆1982年,Intel推出MCS-96系列单片 机。芯片内集成:16位CPU、8K字节 ROM、232字节RAM、5个8位并口、1个 全双工串行口、2个16位定时/计数器。 寻址范围64K。片上还有8路10位ADC、 1路PWM输出及高速I/O部件等。 ◆特点:片内面向测控系统外围电路增 强,使单片机可以方便灵活地用于复 杂的自动测控系统及设备。
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● 目前比较流行的单片机 ◆ Intel的8051单片机 ◆ Microchip的PIC单片机

◆ Atmel的AVR单片机
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1.5 单片机的应用领域

(1)智能仪器仪表 ◆单片机用于各种仪器仪表,一方面提 高了仪器仪表的使用功能和精度,使 仪器仪表智能化,同时还简化了仪器 仪表的硬件结构,从而可以方便地完 成仪器仪表产品的升级换代。 ◆如各种智能电气测量仪表、智能传感 器等。
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(2)机电一体化产品 ◆机电一体化产品是集机械技术、微电子 技术、自动化技术和计算机技术于一体, 具有智能化特征的各种机电产品。 ◆典型产品如机器人、数控机床、自动包 装机、点钞机、医疗设备、打印机、传 真机、复印机等。

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(3)实时工业控制 ◆单片机还可以用于各种物理量的采集与 控制。电流、电压、温度、液位、流量 等物理参数的采集和控制均可以利用单 片机方便地实现。在这类系统中,利用 单片机作为系统控制器,可以根据被控 对象的不同特征采用不同的智能算法。 ◆典型应用如电机转速控制、温度控制、 自动生产线等 。
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(4)数据采集系统 ◆在实时控制系统中,要求数据采集具有 较好的同步性和实时性,若采用单个计 算机顺序采集,存在不能同时采集、实 时性不强等缺点,会造成计算、处理上 的误差而引起分析统计困难。

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◆使用单片机作为系统的前端采集单元, 由主控计算机发出同时采集命令,当采 集完成后,将采集到的数据再逐一传送 到主机中进行处理,保证了同步数据采 集。 ◆如气象部门、供电系统、自来水管网、 过程控制等均可采用集散数据采集系统。

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(5)家用电器 ◆家用电器是单片机的又一重要应用领 域,前景十分广阔。如空调器、电冰 箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、 高档玩具等。 ◆另外,在交通领域中,汽车、火车、 飞机、航天器等均有单片机的广泛应 用。如汽车自动驾驶系统、航天测控 系统、黑匣子等 。
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⑹ 终端及外部设备控制 ◆在计算机网络终端设备(如银行终端、 商业POS机、GPS电子地图、复印机等) 和计算机外部设备(如打印机、绘图仪、 键盘和通信终端等)中都使用了单片机。 ◆单片机的应用使这些设备既具有计算、 存储、显示和数据处理等功能,又具 有和计算机连接的端口,使计算机的 应用能力和范围大大提高,更好地发 挥了计算机的性能。
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1.6 单片机的开发测试平台 ◆汇编编译器:编辑、汇编、编译链接、 生成可执行文件; ◆仿真器(模拟器):加载可执行文件, 模拟仿真CPU的工作; ◆单片机控制开发板(用户应用板): 验证程序执行的结果; ◆编程器(烧录器):将开发测试好的 程序烧录到单片机中。
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