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单片机的发展与应用单片机的发展与应用 张丽 (武汉理工大学自动化学院 湖北武汉 430070) 摘 要: 本文首先介绍了单片机的发展历史, 然后介绍了它的结构及功能。根据单片机所具有的功能, 简述了它的一些应用情况。 关键词:单片机 发展 应用 中图分类号:F287.2文献标识码:A 文章编号:1673-0534(2007)09(c)-0008-02 随着现代技术的发展,单片机已经发展成片上。 机之一。CPU 采用 RISC 结构, 分别有 33 、 为一个品种多样、功能丰富的开发工具。它 35、58 条指令(视单片机的级别而定...

单片机的发展与应用
单片机的发展与应用 张丽 (武汉理工大学自动化学院 湖北武汉 430070) 摘 要: 本文首先介绍了单片机的发展历史, 然后介绍了它的结构及功能。根据单片机所具有的功能, 简述了它的一些应用情况。 关键词:单片机 发展 应用 中图分类号:F287.2文献标识码:A 文章编号:1673-0534(2007)09(c)-0008-02 随着现代技术的发展,单片机已经发展成片上。 机之一。CPU 采用 RISC 结构, 分别有 33 、 为一个品种多样、功能丰富的开发工具。它 35、58 条指令(视单片机的级别而定),属精简 指令集。采用 Harvard 双总线结构,运行速度 3 单片机的性能主要应用于工业控制领域和各种仪器设备。 单片机按其内部数据通道的宽度,可分为4 快(指令周期约160,200ns),高效率运行的原因 位、8 位、16 位、32 位及 64 位。由于单 之一是它能使程序存储器的访问和数据存储器1 单片机的发展情况 当国内从80年代起开始了单片机的热潮, 的访问并行处理,这种指令流水线结构,在一个 片机的集成度高,功能强,可靠性高,体积小,功 耗低,使用方便等一系列优点,目前已经渗入到二十多年过去了,单片机从研究所走出来,成为周期内完成两部分工作,一是执行指令,二是从 日常生活中的一个不可缺少的部件。人们工作和生活中。就单片机本身来说,除了程序存储器取出下一条指令,这样总的看来每 硬件方面日趋多样化,4 位、8 位、16 位、4位机和8位机仍保持巨大的领域之外,各种新 条指令只需一个周期(个别除外)。此外,它还 32 位等型号共同并存,在不同的领域存在,如 型高性能的机型也在迅速发展。具有低工作电压、低功耗、驱动能力强等特 针对市场上在大份额的八位单片机,这里点。PIC 系列单片机共分三个级别, 即基本家电、玩具、工业设备、仪器、通讯等。 以 51,AVR 和 PIC 八位单片机为例介绍单片机 级、 中级、 高级。 其中又以中级的 软件方面发展主要为汇编语言、C 语言、嵌 PIC16F873(A)、PIC16F877 (A) 用的最多。 的性能。入式操作系统。速度、稳定性特别要求的场 合较多采用汇编语言和 C 语言。3.1 51 系列PIC 系列单片机的 I/O 口是双向的,其输 CMOS 互补推挽输出电路。I/O 单片机作为微型计算机的一个重要分支, Intel的51系列在市场上占有相当大的比 出电路为脚增 发展很快。自单片机诞生至今, 例。这与它优秀的性能分不开。51 系列的优点 应用面很广,加了用于设置输入或输出状态的方向寄存器, 它有完整的按位操作系统, 从而解决了 I/O 已发展为上百种系列的近千个机种。目前,单诸多,除能进行传51系列脚为高电平时同为输 片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是 送,置位,清零,测试等操作,还能进行位逻辑操 入和输出的状态。当置位1时为输入状态,且不 CMOS 化、低功耗、小体积、大进一步向着作。随着技术的发展,其运行速度越来越快,晶管该脚呈高电平或低电平,对外均呈高阻状态; 容量、高性能、低价格和外围电路内装化等振频率可从以前的 12MH z 可提升到 40MH z 。置位 0 时为输出状态,不管该脚为何种电平,均 几个方面发展。I/O 脚的设置简单,使用方便。当该脚做 呈低阻状态,有相当的驱动能力,低电平吸入电 高电平输出电流可达 25mA,20mA。具输入使用时,将其置为高电平即可;当该脚做输流达 出使用时, 则高低电平均可。在 51 单片机系有在线调试及编程(ISP)功能。2 单片机的结构 列中,随着制造工艺的飞速发展,越来越多新型 随着 CMOS 工艺的改进和提高,闪速存储 单片机的基本组成, 是由中央处理器 、只读存贮器(ROM) 、读写存贮器 单片机出现。使单片机的运行速度得到提升、器在不断发展和完善,应用越来越广,容量越来(CPU) 并引入了双数据指针及 ISP 功能。ISP 功能实越大,价格越来越低,闪存技术在各个领域得到(RAM) 、输入 / 输出口(I/O) 等等组成。此 现在系统可编程功能。可以省去通用的编程 应用。最初的单片机,片内只有并行输入 / 输 外,里面还有一个时钟电路,使单片机在进行运 / 计数器,它们的功能较弱, 都能有节奏地进行。另外, 还有 器,单片机在用户板上即可下载和烧录用户程出接口、定时器算和控制时, 序,无需将单片机从生产好的产品上取下。未实际应用中往往需要通过特殊的接口扩展功“中断系统”,当单片机控制对象的参数到达某 能,从而也增加了应用系统结构的复杂性。定型的程序还可以边生产边完善,加快了产品 项需要加以干预的状态时,就可传达给 CPU,使 CPU 采取适当的应付措施。 的开发速度,减少了新产品因软件缺陷带来的 风险。按结构形式分,单片机有两种基本的结构4 单片机的应用 3.2 AVR形式:普林斯顿结构和哈佛结构。普林斯顿结 单片机的品种繁多,按应用范围分为通用 AVR 单片机是 Atmel 公司推出的较为新 构,也称冯?诺伊曼结构,是一种将程序指令存型和专用型。专用型是针对某种特定产品而设 颖的单片机,其显著的特点为高性能、高速度、储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。计的,例如用于洗衣机的单片机。通用型单片 低功耗。它取消机器周期,以时钟周期为指令 程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个 机有总线型和非总线型或者 8 位和 16 位之分, 实行作业。AVR 单片机指令以字为单 周期,存储器的不同物理位置,因此程序指令和数据总线型设有并行地址总线、数据总线和控制总 位,且大部分指令都为单周期指令。而单周期的宽度相同,如英特尔公司(Intel)的 8086 和线的引脚,便于扩展外围器件。非总线型没有 既可执行本指令功能,同时完成下一条指令的 MCS-51 就采用了此结构。而哈佛结构是一种 有总线引脚,芯片体积小,要扩展可通过I/O 读取。通常时钟频率用 4,8MHz,故最短指令 口,因此非线型更适合中小系统。 将程序指令存储和数据存储分开的存储器结 执行时间为 250,125ns。构。中央处理器(CPU)首先到程序指令存储器以下就单片机部分功能器件的应用举例简 AVR 系列没有类似累加器 A 的结构,它主 中读取程序指令 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 ,解码后得到数据地址,然 要说明。 首先以实时时钟为例。一些单片机控 R16,R31 寄存器来实现 A 的功能。 要是通过制系后到相应的数据存储器中读取数据,进行下一 在 AVR 中,没有像 51 系列的数据指针 DPTR,步操作(通常是执行)。程序指令存储和数据存统要求在确定的时刻进行某种检测与操作,有 而是由 X(由 R26、R27 组成)、Y(由 R28、R29 储分开,可以使指令和数据有不同的数据宽度, 的控制系统要求在进行某种操作时记下进行操 R30、R31 组成)三个 16 位的寄存 目前较多的单片机采用改进的哈佛结构, 如 组成)、Z(由作的具体时间,例如现在各公司广泛用的员工 器来完成数据指针的功能。在 51 系列中,所有Microchip 公司的 PIC16 芯片的程序指令是 14考勤打卡机,有些网页的登陆同时记下用户的 的逻辑运算都必须在 A 中进行;而 AVR 却可以 位宽度, 而数据是 8 位宽度。 另外,现在单片登陆时间等。要达到这个目的,就要给系统配 在任两个寄存器之间进行,省去了不少麻烦,这机采用一种三核(TriCore)置实时时钟,一边根据时钟提供的时间,按时操 些比 51 系列强。结构,这是种建立在一块片上的系统概念上的作或记录。当然生产实时时钟可以用软件实 3.3 PIC结构。三核是:数据和程序存储器核,控制器和 现,但最方便的还是用时钟芯片,常用的时钟芯 DSP 核和外围用户专用电路 ASIC。这种单片 PIC 单片机系列是美国微芯公司(Micro- 片又并行和串行两种形式。 机最大特点是把 DSP 和微控制器同时做在一个ship)的产品,是当前市场份额增长最快的单片看门狗是监视程序正常运行的一种定时 科技咨询导报 Science and Technology Consulting Herald 8 2007 NO.27 Science and Technology Consulting Herald I T 技 术 一种基于程序域分析的软件测试方法 郑剑 廖列法 (江西理工大学信息工程学院 江西赣州 341000) 摘 要:随着软件技术的发展软件测试技术越来越被人们所重视,本文首先对域测试方法进行了描述并以一个实例的方式全面的介绍了 如何来使用该测试方法, 实践证明该方法在实际应用中取得了很好的效果。 关键词:域测试 等价类 软件测试 文献标识码:A 文章编号:1673-0534(2007)09(c)-0009-01中图分类号:TP311.5 它为不变else直接、有效地选择测试值的办法, 1 概述 z=-x-y; 随着计算机科学技术的不断发展,计算机 量边界提供测试模型,并可为几乎所有其它测 在这里如果要将 x,y 的每种情况都代入 及软件不断的在国民经济中得到应用,随之而 试 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 样式选择测试值。域测试方法的思路 进行测试,其测试代价将是无穷的,因为这里来的是软件的可靠性不断的受到人们的关注,是,首先要对一个被测代码的所有可能输入做 作为保证软件可靠性的重要手段,软件测试起一个划分。划分其实就是将一个被测代码的x,y,所以在这里为了减少测试用例,我们就可着不可替代的作用。软件测试是对软件功能、 所有可能输入按照一定的规则分成一系列的 以采用域分析的方法,将 x 和 y 的值分别分成 [3]设计和实现的最终审定, 其方法可以分为两 中 子集。划分的方法有多种,在此我们采用了两类情况,最后将它们进行就可以得到四个 类:基于 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 的功能测试方法和基于程序的结等价类的方法。该方法的思想是将集合分成子集,他们分别是{(x,y)|x>=0,y>=0},{(x,[1] 构测试方法。功能测试以软件规范为依据 一个个的等价的类,如果该划分中的一个值通 y)|x<0,y>=0},{(x,y)|x<0,y<0},{(x,y)|x> 选取测试数据, 其正确性依赖于规范的正确 =0,y<0}, 为了更直观的研究可以见图一所 过测试(或没通过),那么,该划分中其它所有值 性。结构测试则根据程序的内部结构设计测都通过(或没通过)。通过这种划分后就可以 示。四个有底文的区域为四个子域,也即是四试用例。 其实无论采取哪一种测试策略,设计很大程度的减少测试事例的产生。经验表明 个等价类。 在产生测试数据的时候我们只需 测试边界条件通常是出问题的地方,因此,当一个要从四 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 都是测试阶段最关键的技术问题,理想情等价类是一个区间时,就常选中等价类边界上个子域和每个边界值上分别选取一个代表数况下,测试所有可能的输入,将提供程序行为 的值作为测试事例,因此这种选择值的方法又 值共八个测试事例代入程序中即可以实现对 [2]中提到 最完全的信息,但这是不可能的。在称为边界值分析。本文在选择值的时候就是程序的完全测试,可见通过这种域分析测试的 的通过三条边的长度来判定三角形的类型的采用这种边界值的方法。方法可以取得很好的效果。例子中,如果要对类 Triangle 进行测试,按一 24 小时,每年 365 天不停的测试,将 个人每天3 域分析4 结论[2] 要花大约317 年多的时间。因此如何来选择测在文献中,根据测试代码的情况不同列 域分析的软件测试方法在生成测试事例 试值是一个非常值得研究的方向。举了四种域故障模型:平移边界,倾斜边界,丢 的时候可以产生很好的效果,特别适合用在在 基本数据类型: 如整型、浮点型、串型和布 失边界,外加边界。一个用域分析开发的域测 2 域测试方法的描述试包一般包括如下四个部分:尔型。但对复杂数据类型象对类的抽象分类[2] 域的测试用法源于域的数学定义,是一 1)对所有输入变量(边界)标识限制;方面的研究还有待进一步的完善。 2)对每个边界中的每个变量选择测试值;系列被函数接受的输入值的集合。域分析是 3)对边界中没有给出的变量选择测试值;参考文献 4)将输出值和这些输入输入确定期望的结 [1] 郑人杰,计算机软件测试技术[M],北京:清 果进行比较。华大学出版社,1992. 在此为了说明该种方法,我们以一段计算[2] Robert V.Binder 著,华庆一等译, 面向对 表达式z=|x|+|y|的值的代码为例来进行说明, 象系统的测试[M].人民邮电出版社,2001. x,y 都为实数。 [3] Glenford J.Myers., The art of soft- 其中 If (x>=0 && y>=0)ware testing[M]. New York:John Wiley sons, 1979.z=x+y; else if (x>=0 && y<0) z=x-y; else if (x<0 && y>=0) 图 1域故障模型 z=y-x; 器。它的定时时间固定不编, 一旦定时时间和数量上都有很大的发展单片机从功能到形态术学院. 到, 就会产生中断或产生溢出脉冲, 使系统复 都有了飞速的发展。在发展出新一代单片机 [3] 窦振中编著.单片机外围器件实用 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 .北 也在不断扩充着各种功能, 如 A/D 、 位,为了不然系统复位,我们可以在运行的程序的同时,京航空航天大学出版社. [4] 中,插入对看门狗定时器的清零指令,不时对它 PWA 、高速 I/O 口、PCA 计数器捕获比较 / 李朝青编著.单片机原理及接口技术.北京 清零刷新。这样溢出就不会发生。在许多单比较逻辑等。这不仅大大提高了单片机的功航空航天大学出版社. 能,而且使系统的总体结构也大大简化了。片机内部就有看门狗电路。如 AT8951 以及[5] 今春林,邱慧芳,张皆喜编著.AVR 系列单Microchip 公司的 PIC 系列产品等。如果单片 片机 C 语言编程与应用实例.清华大学出 参考文献机内部没有看门狗电路,可以用片内多余的定版社. [1] 主编余永权.世界流行单片机技术手册.北 时器通过软件自行构成。也可选用集成电[6] 陈立周,陈宇编.单片机原理及其应用.机 路 。 近年来,新型单片机内的接口,无论从类 械工业出版社.京航空航天大学出版社. [2] 邝小磊.单片机应用技术综述.佛山科学技 型 科技咨询导报 Science and Technology Consulting Herald 9
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