K1-K4控制LED移位课程设计.doc

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第1章绪论
单片微型计算机简称单片机,是典型的嵌入式微控制器单片机芯片常用英文字母的缩写MCU表示单片机,单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器,控制器,存储器,输入输出设备构成,相当于一个微型的计算机(最小系统),和计算机相比,单片机缺少了外围设备等。概括的讲:一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。
由于单片机在工业控制领域的广泛应用,单片机由仅有CPU的专用处理器芯片发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。
INTEL的8080是最早按照这种思想设计出的处理器,当时的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051,此后在8051上发展出了MCS51系列单片机系统。因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。尽管2000年以后ARM已经发展出了32位的主频超过300M的高端单片机,直到现在基于8051的单片机还在广泛的使用。在很多方面单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统,因此它得到了广泛的应用。事实上单片机是世界上数量最多处理器,随着单片机家族的发展壮大,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
现代人类生活中所用的几乎每件有电子器件的产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电子产品中都含有单片机。汽车上一般配备40多片单片机,复杂的工业控制系统上甚至可能有数百片单片机在同时工作!单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算机的总和,甚至比人类的数量还要多。
单片机是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统,在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代,由当时的4位、8位单片机,发展到现在的32位300M的高速单片机。
单片机诞生于1971年,经历了SCM、MCU、SoC三大阶段,早期的SCM单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,此后在8031上发展出了MCS51系列MCU系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高,开始出现了16位单片机,但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主流市场。
而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高,处理能力比起80年代提高了数百倍。高端的32位Soc单片机主频已经超过300MHz,性能直追90年代中期的专用处理器,而普通的型号出厂价格跌落至1美元,最高端的型号也只有10美元。
当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。
单片机自20世纪70年代问世以来,以极其高的性价比受到人们的重视和关注,所以应用很广,发展很快。广大工程技术人员通过学习有关单片机的知识后,也能依靠自己的力量来开发所希望的单片机系统,并可获得较高的经济效益。正因为如此,在我国,单片机已被广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪表、家用电器等各个方面。在现代工业控制和一些智能化仪器仪表中,越来越多的场所需要用点阵图形显示器显示汉字。汉字显示方式是先根据所需要的汉字提取汉字点阵(如16×16点阵),将点阵文件存入ROM,形成新的汉字编码;而在使用时则需要先根据新的汉字编码组成语句,再由MCU根据新编码提取相应的点阵进行汉字显示。
科技的进步需要技术不断的提升。单片机应用系统是以单片机为核心,配以输入、输出、显示、控制等外围部件和软件,能实现一种或多种功能的实用系统。硬件是应用系统的基础,软件则在硬件的基础上对其资源进行合理调配和使用,从而完成应用系统所要求的任务,二者相互依赖,缺一不可。
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、电流、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪