智能儀器與單片機

Ÿ         什么是智能儀器：

特點：有記憶，能分析，可程控，自動化與人機對話...

儀器 + 電腦 Þ 聰明儀器  Smart instruments

①智能化測量儀器 ②智能化執(zhí)行儀器（智能終端）

Ÿ         智能儀器的典型功能

①自動校準(zhǔn)與自適應(yīng)功能，②故障與狀態(tài)自動檢驗功能，③人機對話，④自動模式與程控模式，⑤數(shù)據(jù)處理與分析，⑥系統(tǒng)擴展

Ÿ         智能儀器的一般結(jié)構(gòu)

①系統(tǒng)機（PC） + 帶接口可程控的儀器

虛擬儀器：通用微機 + 系統(tǒng)軟件 + 接口卡 +測控裝置

②嵌入式系統(tǒng)

以微機芯片（單片機，CPU）為電路核心的測控系統(tǒng)。

《單片機原理與應(yīng)用》

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《課程簡介》：

單片機已成為電子系統(tǒng)中進行數(shù)據(jù)采集、信息處理、通信聯(lián)絡(luò)和實施控制的重要器件。通常利用單片機技術(shù)在各種系統(tǒng)、儀器設(shè)備或裝置中，形成嵌入式智能系統(tǒng)或子系統(tǒng)。因此，單片機技術(shù)是電類專業(yè)特別是電子信息類學(xué)生必須具備的基本功。

本課程以51系列單片機為模型，主要向?qū)W生介紹單片機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、指令系統(tǒng)與程序設(shè)計、系統(tǒng)擴展與工程應(yīng)用。作為微機原理與接口技術(shù)的后續(xù)課程，本課程強調(diào)實踐環(huán)節(jié)，側(cè)重系統(tǒng)構(gòu)成與應(yīng)用設(shè)計。力求通過實踐環(huán)節(jié)，軟、硬結(jié)合，培養(yǎng)初步的單片機開發(fā)能力，并使其前導(dǎo)課程講授的基本概念得到綜合與深化。

課 程 內(nèi) 容：

第一章  單片微型計算機概述

單片機的發(fā)展與應(yīng)用   MCS-51系列單片機簡介

第二章  MCS-51系列單片機結(jié)構(gòu)

MCS-51單片機基本結(jié)構(gòu) 

CPU  時序簡介  存儲器空間結(jié)構(gòu)  片內(nèi)RAM與SFR

時鐘電路與復(fù)位電路 

并行I/O口與總線擴展

第三章  MCS-51單片機指令系統(tǒng)

指令系統(tǒng)簡介

數(shù)據(jù)傳送指令 數(shù)據(jù)處理指令 位處理指令 程序控制指令

匯編語言程序設(shè)計方法  程序調(diào)試的常用方法

第四章  SCB-II 單片單板機

SCB-II 單片單板機結(jié)構(gòu)簡介  監(jiān)控系統(tǒng)簡介

SCB-II 單片單板機的基本操作

第五章  單片機常用接口電路的軟、硬件設(shè)計

LED顯示接口電路與應(yīng)用編程

鍵盤接口電路與應(yīng)用編程

計數(shù)器/定時器工作原理及其應(yīng)用編程

MCS-51中斷系統(tǒng)及其應(yīng)用編程

8255擴展并行接口及其應(yīng)用編程

串行通信接口及其應(yīng)用編程

A/D與D/A轉(zhuǎn)換接口及其應(yīng)用編程*

第六章  單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計舉例

第七章         單片機開發(fā)工具簡介*

                                     加“*”為選講內(nèi)容

教學(xué)要求：

1、 了解單片機的一般性概念及單片機技術(shù)的發(fā)展。

2、 掌握51系列單片機的基本結(jié)構(gòu)與工作原理。

3、 掌握51系列單片機的指令系統(tǒng)與程序設(shè)計的基本方法。

4、 以單片單板機為樣板，掌握51系列單片機的系統(tǒng)擴展設(shè)計。

5、 通過實驗，掌握單片機常用接口電路的軟硬件設(shè)計及其應(yīng)用。

6、 以上為本課程的基本要求。作為提高要求，對有能力、有興趣的學(xué)生，若能較快地完成基本實驗，可在規(guī)定課時內(nèi)安排有一定難度的綜合性實驗，以提高其應(yīng)用設(shè)計的能力。

課時安排和考核方式：

1、講課40學(xué)時，實驗20學(xué)時，課內(nèi)外學(xué)時比 1:2 ；

（實驗從第七周開始，7個基本實驗，選做1個綜合實驗）

2、              考核方式

平時考查  20%

實驗考核  40%（含實驗過程、實驗驗收與實驗報告）

期末筆試  40%

參考書：

《MCS-51單片機應(yīng)用設(shè)計》

     張毅剛 等編         哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社

《MCS-51系列單片機原理及應(yīng)用》

     孫涵芳 徐愛卿 編著  北京航空航天大學(xué)出版社

《單片微機與測控技術(shù)》

     趙秀菊 等編         東南大學(xué)出版社

《單片微型機原理、應(yīng)用與實驗》

     張友德 等編         復(fù)旦大學(xué)出版社

《單片機實驗》

     肖璋  雷兆宜 編     暨南大學(xué)講義

第一章  單片微型計算機概述

（一）        單片機的發(fā)展與應(yīng)用  

1.          單片機發(fā)展的歷史背景

1946年                                 美國 Pennsylvania 第一臺電子計算機 ENIAC

1946-58年   電子管

1959-63年   晶體管

1964-70年   集成電路

1971年-     大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路

              ¾®微型計算機¾®單片機

Ø      超大規(guī)模集成電路的發(fā)展為單片機提供了技術(shù)上的可能性。

光刻線寬 0.6mm   1M個晶體管/片 （486  約10年前）

 Pentium II  0.25mm   目前已達(dá)到 P IV   0.13mm  6層

Ø        對計算機系統(tǒng)的微型化、低成本、低功耗以及嵌入式的應(yīng)用需求突現(xiàn)了發(fā)展單片機的必要性。

2.          什么是單片機

Ø        單片機的構(gòu)成

CPU + 功能部件 

Ø        單片機的優(yōu)點

u          體積小 功能強 低價格 低功耗

u          與外圍電路連接方便，易于形成嵌入式系統(tǒng)

u          抗干擾能力強 可靠性高

Ø        單片機的應(yīng)用

u  制造工業(yè)，過程控制

u  交通：汽車、船舶、航空

u  通信，網(wǎng)絡(luò)

u  儀器、儀表類

u  航天、軍事裝備

u  消費類：家電

3.              單片機的發(fā)展趨勢

Ø        性能增強

u  增加位數(shù)

u  提高速度與運算能力

u  增強語言功能

u  擴大存儲容量

u  降低工作電壓

u  降低功耗

u  提高可靠性

Ø        功能多樣化

增加功能部件  驅(qū)動

u          多種輸入/輸出功能   DTMF  變頻  數(shù)控模擬

u          通信接口多樣化  RS-232  SPI  SCI  CAN

u          多CPU

u          多種存儲器  ROM  RAM  EPROM  OTP  E²PROM  Flash

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4.      嵌入式系統(tǒng)（embedded  systen）

以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟、硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的特定計算機系統(tǒng)。

嵌入于宿主設(shè)備，以輔助宿主設(shè)備高質(zhì)量完成其功能為目的的小巧而廉價的計算機系統(tǒng)。

Ø  嵌入式微處理器  Embedded  Microprocessor Unit（EMPU）

Ø  嵌入式微控制器  Microcontroller Unit（MCU）

Ø  嵌入式DSP處理器Embedded Digital Signal Processor （EMPU）

Ø  嵌入式片上系統(tǒng)  System On Chip（SOC）     *定制、半定制

IP核模塊（Intellectual property kernel 知識產(chǎn)權(quán)核模塊)庫

硬IP核：

CPU核(32/64位CPU，8/16位MCU)，32/64位DSP核,

存儲器單元，標(biāo)準(zhǔn)邏輯宏單元，特殊邏輯宏單元，模擬器件單元，

MPEG/JPEG模塊，網(wǎng)絡(luò)單元，USB單元，標(biāo)準(zhǔn)接口單元，...

軟IP核：

圖象CODEC，聲音CODEC，軟MODEM，軟FAX單元

（二）         MCS-51系列單片機簡介

1、      目前在我國比較流行的機型

MC68HC05/11  系列    Motorola 

51系列                Intel

                       Philips

                       Atmel

                       Winbond

PIC16Cxx系列          Microchip

Z8系列                Zilog

mCOM87系列           NEC

H4/H8系列             Hitachi

¼¼

2、      MCS-51系列單片機

Ø        特點

u          優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單 價格便宜 易于開發(fā)

通用型 有總線擴展   適于教學(xué)與一般應(yīng)用

有較強的位處理功能  有全雙工異步串行通信口

u          缺點：功能少 訪問外部數(shù)據(jù)有瓶頸  工作電壓范圍窄

Ø        型號與性能

u          型號               8031   8051   8751   8032

u          基本配置   ROM     無     4k   4k/E     無

RAM   128B   128B  128B    256B

16位定時器   2      2     2        3

中斷源    5      5     5        6

串行口    1      1     1        1

總線擴展   64k   64k    64k      64k

u          其他性能   工作電壓  節(jié)電方式  芯片級別

（三）         SCB-II單片單板機

1、基本配置

1）8031CPU 或 8098CPU

2）系統(tǒng)時鐘  8Mhz

3）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器128 byte（8031）

4）外部程序存儲器16K (27128)

5）外部數(shù)據(jù)存儲器16K(6264×2)，

可以通過切換開關(guān)與程序存儲器27128交換地址。

6）兩個16位定時/計數(shù)器。（8031）

7）一個全雙工異步串行通信口，RS－232標(biāo)準(zhǔn)，三線方式。

8）外接8255A可編程I/O芯片，擴展三個8位并行口。

9）一路8位D/A  (DAC0832)

10）8路8位A/D  (ADC0809)

11）采用鍵盤/顯示器專用接口芯片8279驅(qū)動鍵盤與顯示器：

5×5鍵盤（內(nèi)部結(jié)構(gòu)3×8），數(shù)字鍵16，命令鍵8，復(fù)位鍵1

8位LED顯示器。

12）板上WATCH DOG（看門狗）電路

13）配有監(jiān)控程序，便于開發(fā)應(yīng)用與實驗教學(xué)。

2、結(jié)構(gòu)布局

   SCB－II單片單板機的元件布局見圖1-1。

圖1-1  SCB－II單片單板機元件布局圖