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1、单片机概述,单片机原理与应用,2,什么是单片机,计算机必须的部件运算存储：CPU、内存、外存输入设备：键盘、鼠标、话筒输出设备：显示器、音箱普通计算机：各部分独立,3,什么是单片机,普通计算机可满足所有计算需求吗？,4,什么是单片机,生产生活实践中对计算机的要求功率控制：亚毫瓦到兆瓦重量控制：克到顿体积控制：指甲盖到整幢楼价格控制：几元到几亿元接口要求：至少数千种运算要求：小于1MPS到百万亿次/秒存储要求：KB到PB,计算机需求差异巨大，无法由单一计算机架构满足,5,什么是单片机,需求量最大的计算机？2014年MCU出货量：186亿(全球人均2.58个)2014年手机出货量：18.8亿(智能
2、机11.35亿)2014年PC出货量：3.15亿,6,什么是单片机,业界需求最大的计算机安装于智能设备中，主要完成控制功能，对运算、存储要求不高的微控制器内存需求通常不超过KB级别，多数在几十字节程序、数据存储通常不超过几十KB运算速度需求通常不超过50MHz，甚至10MHz以下需要丰富的IO接口GPIO，AD/DA，PWM，UART，I2C，SPI功耗限制往往较严格很多在毫瓦级，部分亚毫瓦级成本限制非常严格,MCU：Micro Control Unit,7,什么是单片机-案例,太阳能计算器内存：约10个64位数，80字节外存：约几KB运算速度：不超过1MHzIO接口：键盘、LCD、电池最大功
3、率：1kW*1%*4cm2*10%=0.4mWIntel最低功耗CPU：Atom Z2760，1.7W,地面太阳直射功率 灯光强度 太阳能电池面积 效率,8,什么是单片机-案例,太阳能计算器整机价格：10元Intel Atom Z2760：41美元重量：整机112.5克联想MIIX10（Atom Z2760）：580克,9,什么是单片机,单片机：单芯片集成CPU、RAM、ROM和适当的IO接口RAM、ROM不太丰富，主频不太高IO接口一般较为丰富，或针对应用设计功耗、体积、重量、价格均较低添加少量外围芯片即可满足一定的控制需求,10,单片机历史,1976年：Intel MCS-48系列8048
4、：64字节内存，1KB ROM直到2000年仍有应用1980年：Intel MCS-51系列8位运算架构，16位地址空间，集成内存（128B）、ROM、IO接口、时钟等辅助部件对比8086/8：16位运算架构，1MB地址空间，无集成RAM/ROM，需要很多辅助部件1982年：Intel MCS-96系列（16位）16位MCU到2011年才超过4/8位MCU出货量,11,单片机历史,1990年：Intel 80960（32位）相比51系列完全不成功2004年：ARM Cortex-M3第一个针对MCU市场优化的ARM目前，ARM系列的MCU占32位MCU出货量90%2009年：ARM Corte
5、x-M0最小ARM，号称8位的价格，32位的性能2012年：AR Cortex-M0+比M0更节能，可选MPU32位MCU出货量目前仍显著少于4/8/16位MCU32位MCU产值于2010年超越4/8/16位MCU,12,单片机历史-MCU出货量,13,单片机历史-MCU产值,14,单片机发展趋势,永不过时的51低廉的价格，大量的替代部件，海量的资源过低的性能导致操作系统、开发环境支持弱无处不在的ARM通用性强，强大的OS、开发支持价格、功耗稍高，细分市场针对性不足大量的专业应用MCU针对不同专业应用的细分市场，大量不同型号的较为专用的MCU具有很强的竞争优势IO接口针对性、开发工具适应性、历
6、史资源例：机电控制多用PIC单片机,15,单片机开发,产品设计客户定位，应用场景，价格范围，外观、包装、手册、宣传、销售渠道、售前售后系统设计功率约束，体积重量约束，成本约束，性能约束器件选型，原理设计，电路板设计软件设计操作系统：内存、外存、设备管理，中断，任务调度应用软件：算法，设备接口，用户界面,16,单片机开发-软件开发所需能力,产品设计基本知识目标客户群的使用习惯（用户界面重要参考）物理界面与软件界面的协调售前演示方案、售后保修方案设计系统设计知识各种设备软硬件接口，总线协议设备功耗与性能的联系，功率控制与功能实现的权衡软件知识操作系统、算法、体系结构、编译原理、汇编,17,课程内容,基于单片机开发产品是一个系统工程，需要方方面面的知识和能力本课程内容产品设计基础知识系统设计知识软件知识操作系统、算法、体系结构、编译单片机本身的基础知识基本结构，可用资源，汇编，常用设备软件接口等仅51系列单片机,18,课程内容,为什么选51虽然性能有限，但应用范围广泛简单，易于上手设备操作的原理是通用的系统开发的思想是通用的在有限的资源上开发是对能力的一种考验为什么不选ARM前置课程操作系统、体系结构、编译原理等上手较为复杂，需要综合管理操作系统、库、应用软件，对系统能力要求较高,
