微控制器概述PPT课件

课程：课程：单片机原理及应用单片机原理及应用 教材：单片机原理及应用教材：单片机原理及应用 清华大学出版社清华大学出版社 学时：理论学时：理论32+实验实验16=48 内容与要求：见教学大纲内容与要求：见教学大纲 电话电话 参考材料：1.薛涛、邵贝贝著，单片机与嵌入式系统的开发方法，清华大学出版社，2009 张阳 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 电子工业出版社 ，2011 3.王宜怀 嵌入式系统设计实战-基于飞思卡尔S12X微控制器 北京航天航空大学出版社，20114.王威 等编著，HCS12微控制器原理及应用 北京航空航天大学出版社，2007年 第1版第1章 微控制器概述 微型计算机微型计算机:计算机技术带来了科研和生活的许多重大变革，可以说，标志了人类社会进步文明的又一次飞跃；更得益于大规模集成电路进步与发展，计算机的重要分支-微型计算机的发展日新月异，应用日益广泛，已渗透到生产、生活的各个方面，使许多领域的技术水平和自动化程度得以大大提高，并且越来越多的领域和越来越多的时候，人们都需要微计算机来进行工作或间接利用其工作。微型计算机微型计算机-简称微机；简称微机；微机技术的发展又形成相互独立、不同方向的两大分支：微机技术的发展又形成相互独立、不同方向的两大分支：、通用微机系统通用微机系统：以微处理器为核心以微处理器为核心(Micro Processor Unit)，强调处理，强调处理功用，解决多方位需求。表现形式：外设配备齐全的微机功用，解决多方位需求。表现形式：外设配备齐全的微机系统。系统。、单片微机系统单片微机系统：以微控制器为核心以微控制器为核心(Micro Controller Unit)，强调控制，强调控制功用，解决单一问题。特点：功用，解决单一问题。特点：n 三要素（微处理器、存储器、外设）集成在芯片上；三要素（微处理器、存储器、外设）集成在芯片上；n 程序固化在片内，一般不改变。专用！程序固化在片内，一般不改变。专用！n 嵌入在产品中；嵌入在产品中；微型计算机的类型：微型计算机的类型：多板机：广泛使用的多板机：广泛使用的PC计算机计算机单扳机：单扳机：CPU,RAM,I/O接口芯片及设备接口芯片及设备单片机：单片机：计算机基本部件微型化并集成到计算机基本部件微型化并集成到 一块芯片上一块芯片上1.1 微控制器简介及现状微控制器定义 在一片半导体芯片上集成：n CPUn ROM、RAM、FLASHn I/O接口、定时器/计数器、ADDAn 通信接口（232，IIC、SPI、CAN)n 中断系统术语称谓 中文：微控制器=单片机=单片微机=单片微控制器 英文：MCU（Microcontroller Unit）并非Single Chip Microcomputer 标准：微控制器（MCU）3.微型计算机的结构微型计算机的结构特点特点n资源受限(引脚少、片内存储器容量不大，可扩或选);n开发需要专用工具和特殊方法;n要求较高可靠性和稳定性;n有实时约束;n通常极其关注成本;n大多要求低功耗;n运算能力不强;n控制能力强（如位处理，直接I/O操作）;n专用性很强;n技术含量高,知识集成系统;n具有很长生命周期;的应用范围的应用范围 几乎几乎“无所不在，无所不为无所不在，无所不为”渗透：工业控制、通信、交通、仪器仪表、渗透：工业控制、通信、交通、仪器仪表、家用电器、办公自动化、汽车电子、家用电器、办公自动化、汽车电子、PC外外设设Window LiftLockMirrorLockLockMirrorLockUniversal MotorUniversal PanelWiperInteriorLightLockSeatSeatRoofECU 3ECU 1ECU 2OSEK OSOSEK COM/NMe.g.ignitionGatewayApplicationLightOSEK OSTaskETaskFTaskDClimate ControlOSEK COM/NMOSEK OSTaskBTaskCTaskACentral BodyControlOSEK COM/NMInstrumentsECU 4CAN Engine Network (250kbps)CAN Body Network (=125kbps)Sub Bus Network (50kbps)Development ToolsDriversMotorola SiliconOSEK-OS,-COM,-NMFunctionalityOS LibrariesApplication CodeDesign ToolsMotorola FocusHeatingHeatingHeatingHeating的发展的发展n第一阶段（19741978）初级，8位，MCS-48系列（带并行I/O接口、定时器计数器、无串行IO接口）n 第二阶段（19781983）高级，8位，MCS-51系列（新增串行I/O接口、多级中断等功能完备，拓宽了其应用范围）n第三阶段（1983）16位单片机，MCS-96系列（16位处理，含A/D转换器，功能加强，速度快）早期：以早期：以Intel公司为领袖，同步于通用微机，公司为领袖，同步于通用微机，机。有个阶段机。有个阶段(非中国情况）：非中国情况）：其中：MCS-51系列获得了最为广泛的应用，典型型号为使用 Intel 8051内核的80C51、89C51 注：位的概念：CPU一次处理运算的数据位数（寄存器），位数越高，处理能力越强。（有别与数据总线的位数）目前：8位、16位、32位、64位并存，各厂家、多种类并存；的主要生产厂家的主要生产厂家 Intel、Atmel、Philips（恩智浦，NXP）、Motorola、Microchip、TI、西门子、富士通、三星、凌阳、美国领先，中国没有（龙芯？！）与嵌入式系统与嵌入式系统 其中MCU技术最为经典、应用成熟、受众面广。近年来，MCU技术发展迅速，已从传统设计技术走向现代设计技术，其功能、速度、资源正在不断加强，更加易于解决电子系统的嵌入性、微型化、低功耗、高可靠性和低价格等问题。MCU技术、FPGA技术和DSP技术，是目前数字电路系统设计领域公认的三大基础性技术，以这三类技术形成的应用系统也是目前嵌入式系统的主要表现形式。嵌入式系统：面向测控对象、嵌入到实际应用系统中的计算机系统。9.MCU 与与RTOS(实时操作系统实时操作系统)RTOS的现状的现状 VxWorksWindows CE嵌入式嵌入式LinuxC/OS-C/OS-用户应用程序的一般结构用户应用程序的一般结构void MyTask1(void*pdata)/定义用户任务定义用户任务1 进行准备工作的代码进行准备工作的代码;for(;)/无限循环无限循环 任务实体代码任务实体代码;调用系统延时函数调用系统延时函数;/调用调用OSTimeDly()MCU技术已经成为广大电子工程师和电类专业大学生必备的技能之一，是学习、理解、提高计算机应用开发能力的基础学科，应用型新技术发展的基石，其重要性是不言而喻的。n软硬件兼顾并重、内容前后关联密切。n领会结构原理、部件功能、常规接口方法n要求：能够看懂书本或别人的电路和程序；能够看懂芯片厂家的原文数据手册；能够自行设计硬件电路和软件程序。n勤于实践，应用创新；10.MCU的学习方法的学习方法的主要特性及其最小系统的主要特性及其最小系统主要特性：主要特性：n 8位位CPU，111条指令，条指令，DIP封装，封装，40引脚；引脚；n 128Bytes RAM，4KBytes EPROM；n 4个个8位并行位并行I/O口；口；n 1个串行个串行I/O口；口；n 2个定时器，个定时器，n 5个中断源，个中断源，最小系统电路原理图最小系统电路原理图汇编语言程序：汇编语言程序：ORG 0000H SJMP START ORG 0040HSTART:SETB P1.0 CLR P1.0 SJMP$运行结果：点亮运行结果：点亮LED1.2 Freescale微控制器微控制器l关于关于Freescale Freescale（飞思卡尔）半导体公司是全球最大的半导体公司之一，其前身为Motorola（摩托罗拉）半导体部，2004年从摩托罗拉分拆上市。它从1953年开始从事半导体业务，是世界半导体产业与技术的开拓者，为汽车电子、消费电子、工业控制、网络和无线市场设计并制造了众多的嵌入式半导体产品,在微控制器领域长期居于全球市场领先地位。如1983年推出的MC68HC05是世界产量第一的8位单片机（产量第二的是8051单片机）1.3 S12系列微控制器系列微控制器位数位数 -增强型增强型16位位CPU内核型号内核型号 CUP12 HC12 S12（兼容，统称为（兼容，统称为HCS12）最高总线频率：最高总线频率：8MHz 25MHz 特性特性n 具有片内具有片内FLASH存储器存储器n CPU编码效率高编码效率高n 背景调试（背景调试（BDM，单线，低成本，在线全仿真、，单线，低成本，在线全仿真、下载）下载）子系列子系列MC9S12A、MC9S12B、MC9S12D-通用通用MC9S12H、MC9S12L -带液晶驱动带液晶驱动MC9S12E128、MC9S12E64 -低供电电压低供电电压MC9S12UF32 -带带USB接口接口MC9S12NE -带以太网接口带以太网接口性能性能-见表见表1-1位数位数-增强型增强型16位位CPU型号型号CPU12(V1，V2)，双核单片机，双核单片机 S12 S12X（兼容，统称为（兼容，统称为S12(X)）比比S12增加增加2条与条与CCRW寄存器相关的指令寄存器相关的指令最高总线频率：最高总线频率：25MHz 50MHz新增特性：新增特性：XGATE模块模块-并行处理，达并行处理，达32位位MCU的性能水的性能水平平 FlexRay模块模块-新型的通信协议，高达新型的通信协议，高达10Mbps的数据速率的数据速率 1.4 S12X系列微控制器系列微控制器S12X系列单片机与S12系列单片机的主要区别 8/10/12位精度位精度 3us转换时间转换时间7l子系列子系列S12XB、S12XD-通用型通用型S12XE-S12系列中性能最高的系列中性能最高的S12XS-低成本车身电子低成本车身电子S12XF-面向底盘控制应用的面向底盘控制应用的FlexRay系列系列 S12XH-业界第一款集成业界第一款集成TFT图形显示驱动，仪表图形显示驱动，仪表板应用板应用l性能性能-见表见表1-2选用选用S12单片机的理由单片机的理由本章习题：本章习题：什么是微控制器（单片机）？什么是微控制器（单片机）？微控制器的特点是什么？微控制器的特点是什么？以往流行的以往流行的MCS-51兼容系列单片机兼容系列单片机主要是哪个型号？主要是哪个型号？1.目前目前Freescale 16位微控制器主要是位微控制器主要是哪两个系列？哪两个系列？