微机原理与应用
南京航空航天大学机电学院 授课教师 : 张 臣 Tel: 84891678 [1**********] :[email protected]
1
《微机原理与应用》课件
教材及参考资料
张毅刚主编，单片机原理及应用，高等教育 出版社，2010版
马家辰等编， MCS51单片机原理及接口技术， 哈尔滨工业大学出版社，2002年 何宏等编，单片机原理与接口技术，国防工业出 版社，2006年 李朝青主编，单片机学习辅导测验及解答讲义， 北京航空航天大学出版社，2003年
2014-10-11
张臣
2
《微机原理与应用》课件
课程的主要教学内容
理论部分 单片机的硬件结构 单片机的软件 单片机的接口设计 单片机的开发过程
2014-10-11
实训部分
实例教学
张臣
3
《微机原理与应用》课件
教学安排
共48学时，(理论教学40学时，实验8学时) 绪论+数的运算基础 4学时 第二章 硬件基础 4学时 第三章 指令系统 6学时 第四章 汇编语言 6学时 第五章 中断系统 4学时
2014-10-11
张臣
4
《微机原理与应用》课件
教学安排
第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 复习 定时器 串行口 存储器扩展 IO扩展 显示器键盘 4学时 2学时 5学时 3学时 2学时 2学时(额外）
8学时
张臣 5
单片机实验
2014-10-11
《微机原理与应用》课件
考核方式(考试+作业+实验+出勤）
2014-10-11
张臣
6
《微机原理与应用》课件
课程特点
课程内容:学习计算机硬件、软件的工作原 理与相关知识。 课程特点:理论与实际联系非常紧密的课程, 课程内容更新极快。
内容多，学时少，进度快，难度 大，应用广
2014-10-11 张臣 7
《微机原理与应用》课件
给同学的几点建议
学习的精髓在于交流、借鉴和发展 抓住教学过程中的环节 上课 作业 实验 收获与时间成正比 请及时反馈意见，以便教学相长
2014-10-11
张臣
8
《微机原理与应用》课件
绪 论
计算机的分类、发展及应用 单片微型计算机的概念 单片微型计算机的发展和应用
2014-10-11
张臣
9
《微机原理与应用》课件
§0-1 计算机的分类与发展
1946，ENIAC 1946-1958，电子管计算机 1958-1964，晶体管计算机 1964-1971，集成电路计算机 1971-大规模集成电路计算机 1981- 第五代人工智能计算机 越来越大:小→中→大→巨 越来越小:微型化
2014-10-11 张臣 10
《微机原理与应用》课件
第一台计算机 - ENIAC
1946年,美国宾夕法尼亚大学研制 运算速度 5000次/秒， 功耗150kw/h，占地170m2 ,造价100万美元。
2014-10-11 张臣 11
《微机原理与应用》课件
冯·诺依曼思想
提出了“程序存储”和“二进制运算”的思想， 构建了计算机由
运算器、控制器、存储器、输 入设备和输出设备组成的经典结构。
2014-10-11
张臣
12
《微机原理与应用》课件
Intel 4004 微处理器
1971年1月，INTEL公司与日本商业通讯公司合 作研制台式计算器时，将原始方案的十几个芯 片压缩成三个集成电路芯片。
程序存储器 数据存储器
运算器、控制器 和寄存器
2014-10-11 张臣 13
《微机原理与应用》课件
微型计算机的发展和摩尔定律
Gordon E. Moore， Intel公司的 创始人之一
2014-10-11
芯片的容量每18到24 个月增加一倍
张臣 14
《微机原理与应用》课件
1. 微机的基本概念
微处理器：运算器和控制器(CPU)等集成在一块芯片 微处理机：CPU+存储器 微型计算机：微处理器+存储器+I/O接口+总线 微型计算机系统：微型计算机+外部设备+软件
2014-10-11
张臣
15
《微机原理与应用》课件
2. 微机系统
微型计算机 （主机）
微处理器 (CPU) 存储器 (内存)
运算器 控制器 RAM ROM
输入/输出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC…) (I/O接口) 总线 (AB、DB、CB) 外部设备 输入设备(键盘、扫描仪、语音识别仪…) 输出设备(显示器、打印机、绘图仪、…) 辅助存储器(磁带、磁盘、光盘) 电源电路 时钟电路
硬件
微型计算机系统
软件
2014-10-11
外围设备 辅助设备
系统软件(操作系统，编辑、编译程序，故障诊断,监控程序…) 应用软件(科学计算，工业控制，数据处理…) 程序设计语言(机器语言、汇编语言、高级语言) 16 张臣
《微机原理与应用》课件
3. 微机的形态
多板机 单板机 单片机
2014-10-11
张臣
17
《微机原理与应用》课件
① 多板机
将CPU、存储器、I/O接口电路和总线接口等组 装在一块主机板（即微机主板）上，
通过系统总线和其 它多块外设适配板 卡连接键盘、显示 器等设备。 工业PC机 也属于 多板机。
2014-10-11
张臣
18
《微机原理与应用》课件
② 单板机
将CPU、存储器、I/O接口及部分I/O设 备安装在一个印刷线路板上，称为单 板机（Z80）
2014-10-11
张臣
19
《微机原理与应用》课件
③ 单片机
将CPU、存储器、I/O接口电路及定时/计 数器等集成在一块硅芯片中的微型计算机。 称为单片微型计算机。 Single chip microcomputer: 单片机 MCU:Microcontroller: 微控制器 Embedded MCU：嵌入式控制器
2014-10-11 张臣 20
《微机原理与应用》课件
单片机的优势
13片IC组成的数字钟
2014-10-11 张臣
单片IC（单片机）电子钟
21
《微机原理与应用》课件
§0-2 单片机的发展和应用
单片机的发展
单片机的发展
仙童公司F8 Intel的MCS-48 Intel的MCS-51 Zilog的Z80 Intel的MCS-96 IntelMCS-196
2014-10-11
张臣
ARM
22
《微机原理与应用》课件
§0-2
单片机的发展和应用 1.单片机的发展
时间 阶段 芯片 CPU ROM (bit) (KB) 8 1 RAM I/O 定时/计 中断 数器 (B) 64 串口
1974~ F8 初级阶段 1976 + 3851 1976~ 低性能 MCS-48 1978 阶段 1978~ 性能完善 MCS-51 阶段 现在 1982~ 微控制器 MCS-96 现在 化阶段
2014-10-11
8 8 16
1 4 8
64
8*3
8*1 16*2 16*2
2 5 8
--1 1
128 8*4 232 8*5
8路10位ADC，1路PWM，高速I/O
张臣 23
《微机原理与应用》课件
2. 单片机种类及典型单片机产品
Intel公司的MCS51系列单片机
代表就是8051单片机，8位的单片机，另外 Intel公司还推出了8096单片机，这是一种16位 单片机。这种单片机的特点是通常要12个时钟 周期完成一条指令。
microchip的PIC系列
PIC 16C系列和17C系列8位单片机, CPU采用 RISC(精简指令集)结构，分别仅有33,35,58条 指令，采用Harvard双总线结构，运行速度快， 低工作电压，低功耗,较大的输入输出直接驱 动能力，价格低，一次性编程，小体积。
张臣 24
2014-10-11
《微机原理与应用》课件
2. 单片机种类及典型单片机产品
ATMEL公司的AVR系列单片机
主要分为tinyavr、at90、atmega这三个系 列 AVR单片机采用增强的RISC结构,使其具有 高速处理能力,在一个时钟周期内可执行复 杂的指令,每MHz可实现1MIPS(million instructions per second)的处理能力(相当于 一个时钟周期完成一条指令)。AVR单片机 工作电压为2.7~6.0V,可以实现耗电最优化。
2014-10-11 张臣 25
《微机原理与应用》课件
2. 单片机种类及典型单片机产品
Motorola单片机
:8位机M6805,M68HC05系列,8位增强型 M68HC11,M68HC12 , 16位机M68HC16, 32位机M683XX 。
Winbond公司的单片机
华邦公司的W77,W78系列8位单片机的脚位和 指令集与8051兼容, 但每个指令周期只需要4个 时钟周期,速度提高了三倍,工作频率最高可达 40MHz.
2014-10-11
张臣
26
《微机原理与应用》课件
2. 单片机种类及典型单片机产品
MSP430单片机
美国德州仪器开发的16位单片机，采用精 简指令， 超低功耗的混合型单片机。
2014-10-11
张臣
27
《微机原理与应用》课件
2. 单片机种类及典型单片机产品
与IntelMCS51兼容的主流机型有： ATMEL公司
融入Flash存储器技术的AT89C51系列
Philips公司
80C51、80C552系列
华邦公司
W78C51、W77C51高速低价系列
2014-10-11
张臣
28
《微机原理与应用》课件
2.单片机种类及典型单片机产品
ADI公司
ADμC8xx高精度ADC系列
LG公司
GMS90/97低压高速系列
Maxim公司
DS89C420高速（50MIPS）系列
Cygnal公司
C8051F系列高速SOC单片机
2014-10-11
张臣
29
《微机原理与应用》课件
3. MCS51系列单片机
什么是MCS－51系列单片机 MCS－51是指由美国INTEL公司生产的一
系列高性 能8位单片机的总称，也就是我们平常讲的51系列单 片机。这一系列单片机包括了许多品种，如8031， 8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早 最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础 上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于 用8051来称呼MCS－51系列单片机 。
2014-10-11 张臣 30
《微机原理与应用》课件
3. MCS51系列单片机
基本型 8031/8051/8751 增强型 8032/8052/8752 低功耗型 80C31/80C51/ 87C51 专用型 8044/8744 超8位型 80C552/ 87C552/ 83C552 片内闪烁存储器型 89C51
2014-10-11
张臣
31
《微机原理与应用》课件
51系列单片机的功能特性
芯片 80C31 80C51 87C51 89C51 80C32 80C52 87C52 89C52 I/O口 4x8b 4x8b 4x8b 4x8b 4x8b 4x8b 4x8b 4x8b 定时/计数器 中断 2x16b 2x16b 2x16b 2x16b 2x16b 2x16b 2x16b 2x16b 5 5 5 5 6 6 6 6 串口 1 1 1 1 1 1 1 1 片内RAM 128B 128B 128B 128B 256B 256B 256B 256B 片内ROM 无 4kB掩膜ROM 4kBEPROM 4kBFlash 无 8kB掩膜ROM 8kBEPROM 8kBFlash
2014-10-11
张臣
32
《微机原理与应用》课件
4. 单片机的应用特点
体积小：基本功能部件满足要求 可靠性高：适应温度范围宽，易采取电磁屏蔽 功能强：实时响应速度； 使用方便：硬件设计简单；提供开发具资料 性能价格比高：电路板小；接插件少 易产品化：研制周期短
2014-10-11
张臣
33
《微机原理与应用》课件
5. 单片机的应用领域
智能仪器仪表 实时工业控制
单片机应 用领域
办公自动化
机电一体化产品
家用电器
2014-10-11
张臣
34
《微机原理与应用》课件
单片机的应用举例
单相电子式 复费率电表
2014-10-11
张臣
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《微机原理与应用》课件
单片机的应用举例
智能水表
2014-10-11
张臣
36
《微机原理与应用》课件
6. 单片机的发展趋势
单片机的高性能化
单片机的发展速 度很快，其发展 趋势主要表现在 以下四个方面：
存储器大容量化 外围电路内装化 工艺上的提高
2014-10-11
张臣
37
《微机原理与应用》课件
推荐网站
http://www.zlgmcu.com http://www.mcu51.com http://www.mcustudy.com http://www.mcustudio.com http://www.cbeis.zju.edu.cn/microchip/index.htm http://www.laogu.com http://www.01mcu.net (下载medwin）mcu.net/
2014-10-11 张臣 38
《微机原理与应用》课件
公共邮箱： [email protected] 密码：123456789 o 请不要改密码，谢谢！
2014-10-11 张臣 39
微机原理与应用
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《微机原理与应用》课件
教材及参考资料
张毅刚主编，单片机原理及应用，高等教育 出版社，2010版
马家辰等编， MCS51单片机原理及接口技术， 哈尔滨工业大学出版社，2002年 何宏等编，单片机原理与接口技术，国防工业出 版社，2006年 李朝青主编，单片机学习辅导测验及解答讲义， 北京航空航天大学出版社，2003年
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课程的主要教学内容
理论部分 单片机的硬件结构 单片机的软件 单片机的接口设计 单片机的开发过程
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实训部分
实例教学
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教学安排
共48学时，(理论教学40学时，实验8学时) 绪论+数的运算基础 4学时 第二章 硬件基础 4学时 第三章 指令系统 6学时 第四章 汇编语言 6学时 第五章 中断系统 4学时
2014-10-11
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教学安排
第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 复习 定时器 串行口 存储器扩展 IO扩展 显示器键盘 4学时 2学时 5学时 3学时 2学时 2学时(额外）
8学时
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单片机实验
2014-10-11
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考核方式(考试+作业+实验+出勤）
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课程特点
课程内容:学习计算机硬件、软件的工作原 理与相关知识。 课程特点:理论与实际联系非常紧密的课程, 课程内容更新极快。
内容多，学时少，进度快，难度 大，应用广
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给同学的几点建议
学习的精髓在于交流、借鉴和发展 抓住教学过程中的环节 上课 作业 实验 收获与时间成正比 请及时反馈意见，以便教学相长
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绪 论
计算机的分类、发展及应用 单片微型计算机的概念 单片微型计算机的发展和应用
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§0-1 计算机的分类与发展
1946，ENIAC 1946-1958，电子管计算机 1958-1964，晶体管计算机 1964-1971，集成电路计算机 1971-大规模集成电路计算机 1981- 第五代人工智能计算机 越来越大:小→中→大→巨 越来越小:微型化
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第一台计算机 - ENIAC
1946年,美国宾夕法尼亚大学研制 运算速度 5000次/秒， 功耗150kw/h，占地170m2 ,造价100万美元。
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冯·诺依曼思想
提出了“程序存储”和“二进制运算”的思想， 构建了计算机由
运算器、控制器、存储器、输 入设备和输出设备组成的经典结构。
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Intel 4004 微处理器
1971年1月，INTEL公司与日本商业通讯公司合 作研制台式计算器时，将原始方案的十几个芯 片压缩成三个集成电路芯片。
程序存储器 数据存储器
运算器、控制器 和寄存器
2014-10-11 张臣 13
《微机原理与应用》课件
微型计算机的发展和摩尔定律
Gordon E. Moore， Intel公司的 创始人之一
2014-10-11
芯片的容量每18到24 个月增加一倍
张臣 14
《微机原理与应用》课件
1. 微机的基本概念
微处理器：运算器和控制器(CPU)等集成在一块芯片 微处理机：CPU+存储器 微型计算机：微处理器+存储器+I/O接口+总线 微型计算机系统：微型计算机+外部设备+软件
2014-10-11
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2. 微机系统
微型计算机 （主机）
微处理器 (CPU) 存储器 (内存)
运算器 控制器 RAM ROM
输入/输出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC…) (I/O接口) 总线 (AB、DB、CB) 外部设备 输入设备(键盘、扫描仪、语音识别仪…) 输出设备(显示器、打印机、绘图仪、…) 辅助存储器(磁带、磁盘、光盘) 电源电路 时钟电路
硬件
微型计算机系统
软件
2014-10-11
外围设备 辅助设备
系统软件(操作系统，编辑、编译程序，故障诊断,监控程序…) 应用软件(科学计算，工业控制，数据处理…) 程序设计语言(机器语言、汇编语言、高级语言) 16 张臣
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3. 微机的形态
多板机 单板机 单片机
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《微机原理与应用》课件
① 多板机
将CPU、存储器、I/O接口电路和总线接口等组 装在一块主机板（即微机主板）上，
通过系统总线和其 它多块外设适配板 卡连接键盘、显示 器等设备。 工业PC机 也属于 多板机。
2014-10-11
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② 单板机
将CPU、存储器、I/O接口及部分I/O设 备安装在一个印刷线路板上，称为单 板机（Z80）
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③ 单片机
将CPU、存储器、I/O接口电路及定时/计 数器等集成在一块硅芯片中的微型计算机。 称为单片微型计算机。 Single chip microcomputer: 单片机 MCU:Microcontroller: 微控制器 Embedded MCU：嵌入式控制器
2014-10-11 张臣 20
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单片机的优势
13片IC组成的数字钟
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单片IC（单片机）电子钟
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§0-2 单片机的发展和应用
单片机的发展
单片机的发展
仙童公司F8 Intel的MCS-48 Intel的MCS-51 Zilog的Z80 Intel的MCS-96 IntelMCS-196
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ARM
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§0-2
单片机的发展和应用 1.单片机的发展
时间 阶段 芯片 CPU ROM (bit) (KB) 8 1 RAM I/O 定时/计 中断 数器 (B) 64 串口
1974~ F8 初级阶段 1976 + 3851 1976~ 低性能 MCS-48 1978 阶段 1978~ 性能完善 MCS-51 阶段 现在 1982~ 微控制器 MCS-96 现在 化阶段
2014-10-11
8 8 16
1 4 8
64
8*3
8*1 16*2 16*2
2 5 8
--1 1
128 8*4 232 8*5
8路10位ADC，1路PWM，高速I/O
张臣 23
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2. 单片机种类及典型单片机产品
Intel公司的MCS51系列单片机
代表就是8051单片机，8位的单片机，另外 Intel公司还推出了8096单片机，这是一种16位 单片机。这种单片机的特点是通常要12个时钟 周期完成一条指令。
microchip的PIC系列
PIC 16C系列和17C系列8位单片机, CPU采用 RISC(精简指令集)结构，分别仅有33,35,58条 指令，采用Harvard双总线结构，运行速度快， 低工作电压，低功耗,较大的输入输出直接驱 动能力，价格低，一次性编程，小体积。
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2. 单片机种类及典型单片机产品
ATMEL公司的AVR系列单片机
主要分为tinyavr、at90、atmega这三个系 列 AVR单片机采用增强的RISC结构,使其具有 高速处理能力,在一个时钟周期内可执行复 杂的指令,每MHz可实现1MIPS(million instructions per second)的处理能力(相当于 一个时钟周期完成一条指令)。AVR单片机 工作电压为2.7~6.0V,可以实现耗电最优化。
2014-10-11 张臣 25
《微机原理与应用》课件
2. 单片机种类及典型单片机产品
Motorola单片机
:8位机M6805,M68HC05系列,8位增强型 M68HC11,M68HC12 , 16位机M68HC16, 32位机M683XX 。
Winbond公司的单片机
华邦公司的W77,W78系列8位单片机的脚位和 指令集与8051兼容, 但每个指令周期只需要4个 时钟周期,速度提高了三倍,工作频率最高可达 40MHz.
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2. 单片机种类及典型单片机产品
MSP430单片机
美国德州仪器开发的16位单片机，采用精 简指令， 超低功耗的混合型单片机。
2014-10-11
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2. 单片机种类及典型单片机产品
与IntelMCS51兼容的主流机型有： ATMEL公司
融入Flash存储器技术的AT89C51系列
Philips公司
80C51、80C552系列
华邦公司
W78C51、W77C51高速低价系列
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2.单片机种类及典型单片机产品
ADI公司
ADμC8xx高精度ADC系列
LG公司
GMS90/97低压高速系列
Maxim公司
DS89C420高速（50MIPS）系列
Cygnal公司
C8051F系列高速SOC单片机
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3. MCS51系列单片机
什么是MCS－51系列单片机 MCS－51是指由美国INTEL公司生产的一
系列高性 能8位单片机的总称，也就是我们平常讲的51系列单 片机。这一系列单片机包括了许多品种，如8031， 8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早 最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础 上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于 用8051来称呼MCS－51系列单片机 。
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3. MCS51系列单片机
基本型 8031/8051/8751 增强型 8032/8052/8752 低功耗型 80C31/80C51/ 87C51 专用型 8044/8744 超8位型 80C552/ 87C552/ 83C552 片内闪烁存储器型 89C51
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51系列单片机的功能特性
芯片 80C31 80C51 87C51 89C51 80C32 80C52 87C52 89C52 I/O口 4x8b 4x8b 4x8b 4x8b 4x8b 4x8b 4x8b 4x8b 定时/计数器 中断 2x16b 2x16b 2x16b 2x16b 2x16b 2x16b 2x16b 2x16b 5 5 5 5 6 6 6 6 串口 1 1 1 1 1 1 1 1 片内RAM 128B 128B 128B 128B 256B 256B 256B 256B 片内ROM 无 4kB掩膜ROM 4kBEPROM 4kBFlash 无 8kB掩膜ROM 8kBEPROM 8kBFlash
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4. 单片机的应用特点
体积小：基本功能部件满足要求 可靠性高：适应温度范围宽，易采取电磁屏蔽 功能强：实时响应速度； 使用方便：硬件设计简单；提供开发具资料 性能价格比高：电路板小；接插件少 易产品化：研制周期短
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5. 单片机的应用领域
智能仪器仪表 实时工业控制
单片机应 用领域
办公自动化
机电一体化产品
家用电器
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单片机的应用举例
单相电子式 复费率电表
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单片机的应用举例
智能水表
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6. 单片机的发展趋势
单片机的高性能化
单片机的发展速 度很快，其发展 趋势主要表现在 以下四个方面：
存储器大容量化 外围电路内装化 工艺上的提高
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推荐网站
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