课程：《单片机原理及应用》 教材：《单片机原理及应用》 学时：理论32+实验32=64 教学内容与要求：见教学大纲

Presentation on theme: "课程：《单片机原理及应用》 教材：《单片机原理及应用》 学时：理论32+实验32=64 教学内容与要求：见教学大纲"— Presentation transcript:

1 课程：《单片机原理及应用》 教材：《单片机原理及应用》 学时：理论32+实验32=64 教学内容与要求：见教学大纲
------使用Freescale S12X构建嵌入式系统 任勇 等编著，清华大学出版社，2018年1月第4次印刷 学时：理论32+实验32=64 教学内容与要求：见教学大纲 实验内容与要求：见实验指导 重庆大学通信工程学院 任勇

2 第1章 概述 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，人们都需要微型计算机来进行学习、工作或间接利用其工作等。 微型计算机------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： １、通用微机系统---以微处理器为核心(Micro Processor Unit)，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系统（PC） ２、单片微机系统---以微控制器为核心(Micro Controller Unit)，强调控制功用，解决单一问题。表现形式：专用功能的嵌入式产品---嵌入式系统的表现形式之一（MCU） 重庆大学通信工程学院 任勇

3 微型计算机的基本结构 重庆大学通信工程学院 任勇

4 1.1 单片机的定义、发展、特点及应用 定义 在一块半导体芯片上，集成了CPU、ROM、RAM、I/O接口、定时器/计数器、中断系统等主要功能部件，构成一个芯片级的微型计算机。 由于集成电路的进步，还可以包含Ａ/Ｄ、Ｄ/Ａ、通信接口等部件，功能日益增强。 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 ） 重庆大学通信工程学院 任勇

5 早期：以Intel公司为领袖，同步于通用微机，有３个阶段：
MCU的发展 早期：以Intel公司为领袖，同步于通用微机，有３个阶段： 第一阶段（1974～1978）初级，8位，MCS-48系列（带并行I/O接口、定时器／计数器、无串行I／O接口） 第二阶段（1978～1983）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） 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，速度加快） 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89C51、89S51、89S52…… 其它类似：Motorola MC68HC05/08系列 重庆大学通信工程学院 任勇

6 目前：8位、16位、32位、64位并存，各厂家、多种类并存
注：字长(位)：CPU一次能够运算处理的二进制位数。位数越高，运算处理能力越强。（有别与数据总线的位数） MCU的发展趋势 可靠性 功能模块 总线接口 CPU的处理位数 功耗、价格 MCU的主要生产厂家 Intel、Atmel、Philips（恩智浦，NXP）、Motorola、ST、ADI、TI、Microchip、西门子、富士通、三星、凌阳、盛群…… 美国领先，中国没有（龙芯？！） 重庆大学通信工程学院 任勇

7 体积小，重量轻，价格低，耗电少，可靠性高（因内部集成） 控制能力强（如位处理，直接I/O操作） 形成的产品生命周期长
MCU的特点 体积小，重量轻，价格低，耗电少，可靠性高（因内部集成） 控制能力强（如位处理，直接I/O操作） 形成的产品生命周期长 资源有限（如引脚少、片内存储器容量不大，但可扩或选） 运算能力不强（如乘、除、大数据量等） MCU的应用范围 几乎“无所不在，无所不为” 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、PC外设…… 重庆大学通信工程学院 任勇

8 MCU与嵌入式系统 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。 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的学习 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，是应用型新技术发展的基石，其重要性是不言而喻的。 软硬件兼顾并重 领会结构原理、部件功能、常规接口方法 勤于实践，应用创新 重庆大学通信工程学院 任勇

9 单片机技术的学习方法首先是模仿验证、吸收消化，然后才是结合应用、自主创新。在这个学习过程中，需要领会单片机的结构原理、单元部件功能、常规接口方法、特殊应用方案等，要让单片机“动起来”解决实际问题，还要掌握汇编语言编程、C语言编程、调试系统、下载程序等方法，至于应用对象的行业知识可通过交流、查询得到补充。 单片机应用系统设计涉及的相关技术很多，包括了MCU结构原理、数字逻辑电路、模拟电子电路、硬件设计与制作、汇编语言编程、C语言编程、仿真调试、低功耗、抗干扰以及各种互联接口等技术，在短时间内全面掌握这些技术对于初学者来说是非常困难的。如果学习者具有深厚的基本功自然更好，假设有所欠缺也无妨，可以在单片机技术学习和应用的过程中重新回顾理解。实际上，有些知识或技术可以边用边学甚至用通了再反学，在应用中提高并积累，有些单元技术也不必深究硬啃，采用“拿来主义”共享，比如一些MCU典型电路、范例程序、基本模块等。 经过一段时间的基础学习，单片机技术学习者最终需要做到三个“能够”：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（DataSheet）；能够自行设计硬件电路和软件程序。这样，就是入门了。 需要指出的是，单片机的课堂教学内容或书本知识，能帮助学习者快速入门、建立概念和掌握一般应用。但要成为单片机应用开发的高手或专家，需要学习掌握的知识还很多，更需要自己摸索、实践。“高手之路”是自己走出来的，并不是老师、教本能够教出来的。 重庆大学通信工程学院 任勇

10 1.2 MCS-51单片机的基本了解 主要特性： 8位CPU，111条指令， DIP封装(常用)， 40引脚，
128Bytes RAM，4KBytes EEPROM(FLASH)， 4个8位并行I/O口，1个串行I/O口，2个定时器， 5个中断源，…… 引脚说明： 参见书P5 51单片机的引脚从名称上反映出功用，并且具有下列特点： ①功能多，引脚数少，许多引脚具有第二功能。 ②对外呈三总线形式： 地址总线：P0口、P2口合成16位； 数据总线：P0口8位； 控制总线：由ALE、/PSEN、RST、/EA、/INT0、/INT1、T0、T1、/WR、/RD共10个引脚构成。 重庆大学通信工程学院 任勇

11 AT89C51的最小系统 汇编语言程序： ORG 0000H SJMP START ORG 0040H START: CLR P1.0
MOV P1.0，A SJMP $ 运行结果：点亮LED灯 最小系统电路原理图 重庆大学通信工程学院 任勇

12 1.3 Freescale单片机 ！2015年底与NXP合并，强强联合，名字为NXP！ 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） ！2015年底与NXP合并，强强联合，名字为NXP！ 重庆大学通信工程学院 任勇

13 低端8位机---HC05、HC08、HCS08、RS08系列 中端16位机---HC12、S12、S12X系列
Freescale MCU 产品线 流水线指令结构，按位数分为： 低端8位机---HC05、HC08、HCS08、RS08系列 中端16位机---HC12、S12、S12X系列 高端32位机或DSC型--- PowerPC、Coldfire、ARM、M.CORE、DSC系列 总体特点 品种全、选择余地大、新产品多（纷繁）、个性化 应用领域极广，尤其在汽车、工业、手机领域 在同样速度下所用的时钟频率较Intel类单片机低很多，因而使得高频噪声低，抗干扰能力强，更适合用于工控领域及恶劣的环境。 重视大客户，缺乏中小用户（近年正在改善） 重庆大学通信工程学院 任勇

14 重庆大学通信工程学院 任勇

15 重庆大学通信工程学院 任勇

16 重庆大学通信工程学院 任勇

17 S12系列单片机 位数--- 增强型16位 CPU内核--- HC12  S12 （兼容，统称为HCS12）
位数 增强型16位 CPU内核 HC12  S12 （兼容，统称为HCS12） 最高总线频率 MHz  25MHz 特性 具有片内FLASH存储器、RAM、EEPROM (K量级) CPU编码效率高 背景调试（BDM，单线，低成本，在线全仿真、下载） 子系列 MC9S12A、 MC9S12B、 MC9S12D---通用 MC9S12H、 MC9S12L---带液晶驱动 MC9S12E128、 MC9S12E64---低供电电压 MC9S12UF32---带USB接口 MC9S12NE---带以太网接口 重庆大学通信工程学院 任勇

18 S12X系列单片机 位数--- 增强型16位 CPU内核--- S12  S12X （兼容，统称为S12(X)）
位数 增强型16位 CPU内核 S12  S12X （兼容，统称为S12(X)） 比S12增加2条与CCR寄存器相关的指令及其它 最高总线频率 MHz  50MHz 新增特性 XGATE模块---并行处理，达32位MCU的性能水平 FlexRay模块---新型的通信协议，高达10Mbps的数据速率 子系列 S12XB、S12XD---通用型 S12XE---S12系列中性能最高的 S12XS---低成本车身电子 S12XF---面向底盘控制应用的FlexRay系列 S12XH---业界第一款集成TFT图形显示驱动，仪表板应用 重庆大学通信工程学院 任勇

19 表1-1 S12与S12X系列中的部分MCU主要性能 型号 最高总线频率/MHz RAM /KB FLASE EEPROM 通信接口 A/D
PWM ECT 其它 MC9S12A32 25 4 64 1 2个SCI,1个SPI 8路 10位 7路 8位 16位 MC9S12B128 128 1个I2C,1个CAN 16路10位 MC9S12DG128 MC9S12DJ128 MC9S12DT128 8 2 2个SCI,2个SPI 1个I2C,2个CAN MC9S12DP256 12 256 2个SCI,3个SPI MC9S12HZ128 6 6路 带LCD驱动和SSD MC9S12UF32 30 3.5 32 - 1个SCI 带USB2.0等接口 MC9S12NE64 1个I2C 4路 带10/100M以太网 MC9S12XB128 33 MC9S12XDT512 50 20 512 6个SCI,3个SPI 1个I2C,3个CAN 24路10位 MC9S12XEP768 48 768 8个SCI,3个SPI 2个I2C,5个CAN 24路12位 MC9S12XFE128 38 16 1个CAN 16路 带FlexRay 重庆大学通信工程学院 任勇

20 选用S12(X)单片机的理由 重庆大学通信工程学院 任勇

21 Freescale S12(X)系列MCU的命名规则
MC S12 Dх 256B х хх E ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ①产品状态 MC：Fully Qualified，常用 ②ROM存储器类型标志 无：带ROM或无，7：EPROM， 8：EEPROM，9：FLASH （常用） ③CPU标志 CPU内核，S12或S12X ④子系列标志 如DG：DG系列产品 ⑤存储空间大小及版本 256B：256K，B为FLASH版本,B可无 ⑥工作温度范围标志 无：商用0~70 ℃ ；C：-40~85℃ V：-40~105 ℃ ；M：-40~125 ℃ ⑦封装标志 例，FU：QFP；PV、AL、AA:LQFP ⑧无铅组装标志 E：生产过程无铅化 有如： MC9S12DG128CAA---前几年流行 MC9S12XS128MAL---本课程蓝本MCU (简称XS128) MC9S12XDT512MAL---以前实验开发板MCU (简称XDT512) 重庆大学通信工程学院 任勇

22 本章习题： 什么是微控制器（单片机）？ 微控制器的特点是什么？ 以往流行的MCS-51兼容系列单片机主要是哪个型号？
绘制AT89C51单片机的最小系统电路。 目前Freescale 16位单片机主要是哪两个系列？各有什么基本特征？ 重庆大学通信工程学院 任勇