智能仪器与单片机
Ÿ 什么是智能仪器：
特点：有记忆，能分析，可程控，自动化与人机对话...
仪器 + 电脑 Þ 聪明仪器 Smart instruments
①智能化测量仪器 ②智能化执行仪器（智能终端）
Ÿ 智能仪器的典型功能
①自动校准与自适应功能，②故障与状态自动检验功能，③人机对话，④自动模式与程控模式，⑤数据处理与分析，⑥系统扩展
Ÿ 智能仪器的一般结构
①系统机（PC） + 带接口可程控的仪器
虚拟仪器：通用微机 + 系统软件 + 接口卡 +测控装置
②嵌入式系统
以微机芯片（单片机，CPU）为电路核心的测控系统。
《单片机原理与应用》
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《课程简介》：
单片机已成为电子系统中进行数据采集、信息处理、通信联络和实施控制的重要器件。通常利用单片机技术在各种系统、仪器设备或装置中，形成嵌入式智能系统或子系统。因此，单片机技术是电类专业特别是电子信息类学生必须具备的基本功。
本课程以51系列单片机为模型，主要向学生介绍单片机的基本结构、工作原理、指令系统与程序设计、系统扩展与工程应用。作为微机原理与接口技术的后续课程，本课程强调实践环节，侧重系统构成与应用设计。力求通过实践环节，软、硬结合，培养初步的单片机开发能力，并使其前导课程讲授的基本概念得到综合与深化。
课 程 内 容：
第一章 单片微型计算机概述
单片机的发展与应用 MCS-51系列单片机简介
第二章 MCS-51系列单片机结构
MCS-51单片机基本结构
CPU 时序简介 存储器空间结构 片内RAM与SFR
时钟电路与复位电路
并行I/O口与总线扩展
第三章 MCS-51单片机指令系统
指令系统简介
数据传送指令 数据处理指令 位处理指令 程序控制指令
汇编语言程序设计方法 程序调试的常用方法
第四章 SCB-II 单片单板机
SCB-II 单片单板机结构简介 监控系统简介
SCB-II 单片单板机的基本操作
第五章 单片机常用接口电路的软、硬件设计
LED显示接口电路与应用编程
键盘接口电路与应用编程
计数器/定时器工作原理及其应用编程
MCS-51中断系统及其应用编程
8255扩展并行接口及其应用编程
串行通信接口及其应用编程
A/D与D/A转换接口及其应用编程*
第六章 单片机应用系统设计举例
第七章 单片机开发工具简介*
加“*”为选讲内容
教学要求：
1、 了解单片机的一般性概念及单片机技术的发展。
2、 掌握51系列单片机的基本结构与工作原理。
3、 掌握51系列单片机的指令系统与程序设计的基本方法。
4、 以单片单板机为样板，掌握51系列单片机的系统扩展设计。
5、 通过实验，掌握单片机常用接口电路的软硬件设计及其应用。
6、 以上为本课程的基本要求。作为提高要求，对有能力、有兴趣的学生，若能较快地完成基本实验，可在规定课时内安排有一定难度的综合性实验，以提高其应用设计的能力。
课时安排和考核方式：
1、讲课40学时，实验20学时，课内外学时比 1:2 ；
（实验从第七周开始，7个基本实验，选做1个综合实验）
2、 考核方式
平时考查 20%
实验考核 40%（含实验过程、实验验收与实验报告）
期末笔试 40%
参考书：
《MCS-51单片机应用设计》
张毅刚 等编 哈尔滨工业大学出版社
《MCS-51系列单片机原理及应用》
孙涵芳 徐爱卿 编著 北京航空航天大学出版社
《单片微机与测控技术》
赵秀菊 等编 东南大学出版社
《单片微型机原理、应用与实验》
张友德 等编 复旦大学出版社
《单片机实验》
肖璋 雷兆宜 编 暨南大学讲义
第一章 单片微型计算机概述
（一） 单片机的发展与应用
1. 单片机发展的历史背景
1946年 美国 Pennsylvania 第一台电子计算机 ENIAC
1946-58年 电子管
1959-63年 晶体管
1964-70年 集成电路
1971年- 大规模、超大规模集成电路
¾®微型计算机¾®单片机
Ø 超大规模集成电路的发展为单片机提供了技术上的可能性。
光刻线宽 0.6mm 1M个晶体管/片 （486 约10年前）
Pentium II 0.25mm 目前已达到 P IV 0.13mm 6层
Ø 对计算机系统的微型化、低成本、低功耗以及嵌入式的应用需求突现了发展单片机的必要性。
2. 什么是单片机
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计数器/定时器、中断控制接口 A/D、D/A接口、¼¼ |
Ø 单片机的构成
CPU + 功能部件
Ø 单片机的优点
u 体积小 功能强 低价格 低功耗
u 与外围电路连接方便，易于形成嵌入式系统
u 抗干扰能力强 可靠性高
Ø 单片机的应用
u 制造工业，过程控制
u 交通：汽车、船舶、航空
u 通信，网络
u 仪器、仪表类
u 航天、军事装备
u 消费类：家电
3. 单片机的发展趋势
Ø 性能增强
u 增加位数
u 提高速度与运算能力
u 增强语言功能
u 扩大存储容量
u 降低工作电压
u 降低功耗
u 提高可靠性
Ø 功能多样化
增加功能部件 驱动
u 多种输入/输出功能 DTMF 变频 数控模拟
u 通信接口多样化 RS-232 SPI SCI CAN
u 多CPU
u 多种存储器 ROM RAM EPROM OTP E2PROM Flash
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4. 嵌入式系统（embedded systen）
以应用为中心，以计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的特定计算机系统。
嵌入于宿主设备，以辅助宿主设备高质量完成其功能为目的的小巧而廉价的计算机系统。
Ø 嵌入式微处理器 Embedded Microprocessor Unit（EMPU）
Ø 嵌入式微控制器 Microcontroller Unit（MCU）
Ø 嵌入式DSP处理器Embedded Digital Signal Processor （EMPU）
Ø 嵌入式片上系统 System On Chip（SOC） *定制、半定制
IP核模块（Intellectual property kernel 知识产权核模块)库
硬IP核：
CPU核(32/64位CPU，8/16位MCU)，32/64位DSP核,
存储器单元，标准逻辑宏单元，特殊逻辑宏单元，模拟器件单元，
MPEG/JPEG模块，网络单元，USB单元，标准接口单元，...
软IP核：
图象CODEC，声音CODEC，软MODEM，软FAX单元
（二） MCS-51系列单片机简介
1、 目前在我国比较流行的机型
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系列单片机
Ø 特点
u 优点：结构简单 价格便宜 易于开发
通用型 有总线扩展 适于教学与一般应用
有较强的位处理功能 有全双工异步串行通信口
u 缺点：功能少 访问外部数据有瓶颈 工作电压范围窄
Ø 型号与性能
u 型号 8031 8051 8751 8032
u 基本配置 ROM 无 4k 4k/E 无
RAM 128B 128B 128B 256B
16位定时器 2 2 2 3
中断源 5 5 5 6
串行口 1 1 1 1
总线扩展 64k 64k 64k 64k
u 其他性能 工作电压 节电方式 芯片级别
（三） SCB-II单片单板机
1、基本配置
1）8031CPU 或 8098CPU
2）系统时钟 8Mhz
3）内部数据存储器128 byte（8031）
4）外部程序存储器16K (27128)
5）外部数据存储器16K(6264×2)，
可以通过切换开关与程序存储器27128交换地址。
6）两个16位定时/计数器。（8031）
7）一个全双工异步串行通信口，RS－232标准，三线方式。
8）外接8255A可编程I/O芯片，扩展三个8位并行口。
9）一路8位D/A (DAC0832)
10）8路8位A/D (ADC0809)
11）采用键盘/显示器专用接口芯片8279驱动键盘与显示器：
5×5键盘（内部结构3×8），数字键16，命令键8，复位键1
8位LED显示器。
12）板上WATCH DOG（看门狗）电路
13）配有监控程序，便于开发应用与实验教学。
2、结构布局
SCB－II单片单板机的元件布局见图1-1。
图1-1 SCB－II单片单板机元件布局图