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| 沈陽第一機床廠單片機技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用 | | 發(fā)布者：admin 日期：2012/6/1 點擊：457 | | | 沈陽第一機床廠摘要：本文對單片機概念，沈陽第一機床廠及其技術(shù)、工作原理的介紹。1 單片機概述 (1)單片機的概念與特點 單片微型計算機(Single Chip Microcomputer)簡稱單片機，又稱微控制器
(Microcontroller Unit)或嵌埋式控制器(Embeded Controller)，是將計算機的基本部件微型化，使之集成一塊芯片上的微機。片內(nèi)含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定時器/計數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線等。
單片機具有體積小、功耗低、功能強、性能價格比高、易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點。新型單片機可承擔數(shù)據(jù)與數(shù)值分析、信號處理、機器人智能控制，以沈陽第一機床廠及圖象處理等復(fù)雜任務(wù)。目前，單片機已在自動化裝置、智能化儀表、過程控制和家用電器等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用�！ �(2)單片機技術(shù)的發(fā)展 單片機在近二十多年中得到了迅速發(fā)展。70年代中期，從微機家族中派生出新的一員，形成了一個新的分支：單片微型計算機。它以價格低廉、功能完善、面向?qū)崟r控制為特征，以不求規(guī)模大、力爭小而全為宗旨，在一塊芯片上集成了構(gòu)成一臺計算機的主要部件。1976年9月，美國Intel公司的MCS-48型單片機問世，成為單片機劃時代的里程碑。接著，美國Mostek和仙童公司共同研制和生產(chǎn)了3870系列單片機，Motorola公司推出了MC6801系列單片機。這階段單片機的特點是：片內(nèi)配置的存儲器(RAM/ROM)容量及提供的尋址空間較小(內(nèi)部ROM容量不超過2k字節(jié)，RAM不超過128字節(jié)，尋址空間不超過4k字節(jié)，只有并行I/O接口，運算指令沈陽第一機床廠功能較弱。
1980年Intel公司在總結(jié)了MCS-48系列機的基礎(chǔ)上推出了8位高檔MCS-51系列單片機。它與MCS-48系列相比，硅片的面積擴大為原來的1.4倍，片內(nèi)程序存儲器(ROM/EPROM)容量為原來的4倍，RAM容量增加了1倍，工作寄存器組擴大了1倍，設(shè)有兩個16位定時器/計數(shù)器；并行I/O接口增至4個口共32線，增設(shè)有全雙工串行I/O接口；擴充了指令功能，提高了執(zhí)行速度；存儲器尋址空間分沈陽第一機床廠別為擴大到64kB等�？梢娖涔δ苡辛撕艽筇岣�。在此期間，各家公司相繼推出新的高檔8倍單片機。例如：Motorola公司推出了MC6801系列單片機；Zilog公司推出了Z-8系列單片機；Rokwel公司推出了6501/6502單片機；NEC公司推出了μCOM-78××系列單片機；TI公司推出了TMS-7000系列單片機。這階段的單片機的特點是：片內(nèi)ROM/EPROM容量達4k～8k字節(jié)，RAM達128～256字節(jié)，存儲器尋址空間(ROM/RAM)分別達64k字節(jié)，增設(shè)全雙工串行接口，擴充了中斷源和優(yōu)先級，部分單片機還設(shè)置了A/D轉(zhuǎn)換接口等。指令功能進一步增強，除增設(shè)乘、除、比較等運算指令外，有的固化了BASIC、FORTH高級語言，有的可通過微程序化指令為用戶提供設(shè)計部分所需的指令，使軟件更靈活與方便。設(shè)有位處理功能，提高了運算速度。后繼產(chǎn)品還擴充了DMA、顯示接口、網(wǎng)絡(luò)控制等功能沈陽第一機床廠。這類單片機大大拓展了應(yīng)用領(lǐng)域，適用于復(fù)雜自動測控系統(tǒng)、智能化系統(tǒng)、單機局部網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用場合。這類產(chǎn)品屬8位高擋單片機。
1983年Intel公司推出了MCS-96系列16位單片機。在一塊芯片上集成了13萬以上個管子。片內(nèi)設(shè)有字長16位的CPU，沒有累加器，而是采用寄存器——寄存器結(jié)構(gòu)，8k字節(jié)的ROM，232字節(jié)的RAM，5個8位的I/O端口，一個全雙工I/O端口，專門的波特率發(fā)生器，具有高速的I/O系統(tǒng)，4或8通道的的10位A/D轉(zhuǎn)換器，8個中斷源。此外，設(shè)有脈寬調(diào)制輸出裝置，16位監(jiān)視定時器，4個16沈陽第一機床廠位的軟件定時器和2個16位的定時器/計數(shù)器。可實現(xiàn)位、字節(jié)、字(16位)、雙字(32位)操作，設(shè)有16×16位或32÷16位的乘、除法運算。另外還可配置面向控制的PL/M和FORTH語言。緊接著，其他公司也都先后推出16位的單片機系列。例如：Motorola公司采用新的模塊化設(shè)計技術(shù)，生產(chǎn)出MC68HC16Z1 16位單片機，它由內(nèi)部模塊總線(IMB)、CPU16系統(tǒng)集成模塊(SIM)、靜態(tài)RAM、通用定時器模塊(GPT)、隊列串行模塊(QSM)、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(ADC)等組成。CPU16是一個真正的16位高速CPU，它與8位的MC68HC11 CPU向上兼容，具有兩個16位的通用累加器和三個16位的變址寄存器，支持8位、16位、32位的存、儲和算術(shù)運算。它可尋址1M字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲空間和1M的程序存儲空間。它具有適合控制要求的靈敏字信號處理(DSP)功能。它支持高級語言，允許使用高級語言沈陽第一機床廠(C語言)來編寫控制源程序，從而大大縮短軟件設(shè)計時間。其他公司，如Mostek公司推出了68200 16位單片機；TI公司推出了TMS-9900系列16位單片機；日本三菱公司研制出第一臺16位CMOS工藝的單片機。
近幾年來，Intel和Motorola等公司先后推出更高擋的32位單片機，其功能極強，主要用于復(fù)雜的高層次系統(tǒng)。
今后一段時期內(nèi)，單片機發(fā)展的總趨勢將是不斷推出高檔和高性能的機型；重點提高8位單片機的性能；采用新工藝，實現(xiàn)低功耗、寬電壓、高速度、高可靠性；以及日趨單片化等�！ �(3)單片機在工業(yè)測控領(lǐng)域中的應(yīng)用概況 單片機具有全電腦功能，且體積小、可靠性高、價格便宜、簡單易學(xué)和開發(fā)應(yīng)用方便，深受廣大科技人員的歡迎。單片機具有眾多的I/O口線，豐富的操作指沈陽第一機床廠令，較強的邏輯能力，特別適用于各類工業(yè)測控系統(tǒng)。在此領(lǐng)域，單片機的應(yīng)用主要有以下方面：
�、龠^程控制：如電鍍工藝加工過程控制，塑料注射成型加工過程控制等。
②數(shù)據(jù)采集：工業(yè)生產(chǎn)過程需要各類采集系統(tǒng)，如電廠運行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和軋鋼機運行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，借此實現(xiàn)智能化測量和自動控制。
�、壑悄芑瘍x器儀表：如發(fā)動機油耗測試儀和液壓系統(tǒng)參數(shù)測試儀等。
�、軝C電設(shè)備的現(xiàn)代化改進：如將普通機床改為數(shù)控機床和將原生產(chǎn)線改為全自動生產(chǎn)線等。
將單片機應(yīng)用于工業(yè)測控系統(tǒng)，有利于提高測控精度和智能水平，有利于提高設(shè)備的自動化水平及可靠性，有利于降低生產(chǎn)成本�！ �(4)單片機技術(shù)的學(xué)習方法 在學(xué)習單片機技術(shù)的過程中，以下幾點值得注意：
�、倥φ莆瘴C技術(shù)的有關(guān)基本概念及其在單片機上的具體應(yīng)用，要通過對單片機與其他微機的聯(lián)系及區(qū)別的考察，加深對它的認識。
�、谂φ莆諉纹瑱C所采用的匯編語沈陽第一機床廠言。弄清各類指令的表達方式及含義，弄清指令的應(yīng)用范圍、作用及有關(guān)限定。弄清指令與計算機結(jié)構(gòu)的關(guān)系。
�、圻m當補充一些有關(guān)電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識，尤其注意掌握好數(shù)字與邏輯電路的基礎(chǔ)知識。
�、茉趯W(xué)習有關(guān)教科書的同時查閱相關(guān)的技術(shù)論文，以幫助理解并由此學(xué)習他人的成功經(jīng)驗。為了便于理解有關(guān)概念，應(yīng)配一本計算機技術(shù)詞典。
�、菰趯W(xué)習書本知識的同時積極參與設(shè)計、編程和仿真調(diào)試等實踐活動。實踐是技術(shù)學(xué)科學(xué)習的關(guān)鍵環(huán)節(jié)�！ �(5)第一講思考題 ①什么是單片機?它有哪些特點及突出優(yōu)點?
�、趩纹瑱C在各個發(fā)展階段各有哪些功能特征?
③您所熟悉的機電裝置，哪些地方可采用單片機技術(shù)予以改進?2 MCS-51單片機的結(jié)構(gòu)與工作原理 (1)概述
盡管單片機不斷向縱深發(fā)展，但目沈陽第一機床廠前乃至今后若干年，8位機仍舊是實際應(yīng)用中的主導(dǎo)產(chǎn)品。MCS-51系列是目前8位單片機的主流機型，在實時控制、智能化儀表等方面應(yīng)用最廣。因此，本講座將主要介紹MCS-51系列單片機。
MCS-51系列單片機以片內(nèi)有無程序存儲器及存儲的形式，分為3種基本產(chǎn)品：8051，8751和8031。
8051單片機片內(nèi)含有掩膜ROM型程序存儲器。因為這種只讀存儲器中的程序要由單片機生產(chǎn)廠制作芯片時為用戶固化于片內(nèi)，所以只適用于批量極大、程序要永久性保留且不會修改的場合。
8751片內(nèi)含有EPROM型程序存儲器，沈陽第一機床廠用戶可以把程序固化在EPROM中，需要修改時，可用紫外線光照擦除，然后又可寫入新的用戶程序，但該芯片價格較高。
8031片內(nèi)沒有程序存儲器，外部擴展一片或多片含用戶程序的EPROM后，就相當于一片8751，因而使用方便靈活，加之價格低廉，目前是應(yīng)用最廣的機型。
MCS-51系列增強性產(chǎn)品有8052、8752和8032，它們與8051、8751和8031相比分別增加了一個定時器/計數(shù)器、一個中斷源、128字節(jié)片內(nèi)RAM以及4k字節(jié)程序存儲器(僅對8052、8752)。采用CHMOSⅡ-E工藝制造的80C51、87C51和80C31，除具有運行時的低功耗外(16mA，5V)，還具備空閑(IDLE)操作和掉電(POWER DOWN)操作兩種既節(jié)電又能保存片內(nèi)信息的工作方式。此外沈陽第一機床廠，87C51還具備二級程序存儲器加密電路和智能編程算法。
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