单片机第1章 概述

网络化
随着计算机应用的深入，特别是家用计算机越来越普及，一方 面希望众多用户能共享信息资源，另一方面也希望各计算机之间 能互相传递信息进行通信。 计算机网络是现代通信技术与计算机 技术相结合的产物。计算机网络己在现代企业的管理中发挥着越 来越重要的作用，如银行系统、商业系统、交通运输系统等。
智能化
1.2单片微机的应用
按照所使用单片微机的类型不同，单片微机应用系统结 构可分成总线方式和非总线方式。 在总线方式的应用系统中，单片微机都具有完善的外部 扩展总线，如并行总线（AB、DB、CB）、串行通信总线（如 UART），通过这些总线可方便地扩展外围单元、外设接口等。 采用总线方式的应用系统多属较复杂的工控系统、智能仪表、 监测系统，或满足这些应用而构成的多机与网络系统。总线方 式的单片微机在不使用外部并行总线时，外部并行总线引脚可 作为I/O口用。在掩膜用户程序时，还可要求将这些 I/O口改造 成具有各种驱动能力的 I/O口。
大、超大规模集成电路（LSI、VLSI） 计算机时代（从1971~今）
进入20世纪60年代后，微电子技术发展 迅猛。在1967年和1977年，分别出现了大 规模集成电路和超大规模集成电路，并立 即在电子计算机上得到了应用。由大规模 和超大规模集成电路组装成的计算机，就 被称为第四代电子计算机（微型计算机）。
中、小规模集成电路集成电路计算机时代 （从 1965~1970年）
集成电路的发明和应用标志着计算机进入了第三 代，由于采用集成电路，计算速度提高到几十万次， 甚至上千万次，内存容量达几百K，结构实现了积木化， 磁芯存储器被大规模集成电路的半导体存储器取代。因 而一台大型机就成为一个计算中心，中间为中央处理机， 左边为打印机，右边是内存储器和外存储器，桌上的终 端设备可对存储器的信息作检查或更改，并有控制整个 计算机系统的功能。 计算机开始普及到商业管理领域， 自动控制行业和科学单位等。
1.3.4 单片机与嵌入式系统
1.嵌入式系统的定义与分类 把嵌入到对象系统中以实现对象系统智能化控制的计算 机，称为嵌入式计算机系统。因此，嵌入式系统是将一个计 算机嵌入到对象系统中去，这个计算机就成为系统的一部分。 “嵌入性”、“专用性”、与“计算机系统”是嵌入式计 算机系统的3个基本要素。只要具备其三要素的计算机系统， 都可称为.嵌入式系统。 单片机最能满足嵌入式应用的要求，因为它有专门为嵌 入式应用设计的体系结构和指令系统。 2.单片机与嵌入式系统应用 嵌入式系统目前在应用数量上远远超过了一般的通用计 算机。单片机已经成为人类社会进入全面智能化时代不可或 缺的工具。
1.4 80C51系列单片机
1.4.1 80C51系列单片机的发展
80C51系列单片机包括了 Intel公司发展MCS－51系 列的新一代产品，如 8XC152、80C51FA/FB、80C5lGA/GB 石XC451、8XC452，还包括了 Phlips、Siemens、ADM、 OKI、ATMEL等公司以80C51为核心推出的大量各具特色、 与MCS－51兼容（指令兼容、总线兼容和引脚兼容）的单片 微机。 80C51系列单片微机是在MCS－51的HMOS基础上发 展起来的，它们具有CHMOS结构。 80C51系列单片微机保留了MCS－51单片微机的所有特 性，内部组成基本相同。80C51系列单片微机增设了两种可以 用软件进行选择的低功耗工作方式：空闲方式和掉电方式。
未来的计算机将以超大规模集成电路为基础，向 巨型化、微型化、网络化与智能化的方向发展。
巨型化
巨型化是指计算机的运算速度更高、存储容量更大、功 能更强。目前正在研制的巨型计算机其运算速度可达每秒千 万亿次。
微型化
微型计算机已进入仪器、仪表、家用电器等小型仪器设 备中，同时也作为工业控制过程的心脏，使仪器设备实现 “智能化”。随着微电子技术的进一步发展，笔记本型、掌 上型等微型计算机必将以更优的性能价格比受到人们的欢迎。
T0
T1
RAM CPU 振荡电路
X1 X2
ROM
定时计数器
并行口
P0 P1 P2 P3
串行口
TXD RXD
中断系统
INT0 INT1
MCS - 51系列单片机的基本结构图
T0
T1
RAM CPU 振荡电路
X1 X2
ROM
定时计数器
并行口
P0 P1 P2 P3
串行口
TXD RXD
中断系统
INT0 INT1
（3） 高性能 为了提高速度和执行效率，在单片微机中开始使用 RISC（精简指令）体系结构、并行流水线操作和DSP（数 字信号处理）等的设计技术，使单片微机的指令运行速度 得到大大提高，其电磁兼容等性能明显地优于同类型的微 处理器，现指令速度已达到100MIPS（百万条指令/秒）。 还有加强了位处理功能、中断和定时控制功能。 （4）混合信号集成化 在单片微机中尽可能多的把应用系统中所需要的存储器、 各种功能的I/O口都集成在一块芯片内，即外围器件内装化， 如把LED、LCD或VFD显示驱动器集成在8位单片微机中， 如把A/D、D/A、乃至多路模拟开关和采样/保持器也集成在 单片微机芯片中，从而成为名副其实的单片微机。以实现 混合信号集成化 、功能多样化
（5） 推行串行扩展总线 推行串行扩展总线可以显著减少引脚数量，简化系统结 构。随着I2C、SPI等串行总线接口的接入，单片微机的串行接 口将普遍化、高速化，使得并行扩展接口技术日渐衰退，使得 单片机的引脚可以设计得更节约，使单片机系统结构更简化和 规范化。 （6） 小体积、低价格 （7） ISP及基于ISP的开发环境
按单片集成电路上包含晶体管数目 的规模（集成度）分为：
SSI(小规模集成电路)：晶体管数100个以下 MSI (中规模集成电路)：晶体管数100~3000个 LSI (大规模集成电路)：晶体管数3000~30000个（3 千~3万） VLSI (超大规模集成电路)：晶体管数 100000~100000000个（ 10万~1亿） ULSI (甚大规模集成电路)：晶体管数100000000个 以上（1亿） 可以预测：到2010年芯片的集成度将达到10亿 个晶体管
现代办公室中所使用的大量通信、信息产品，如绘图 仪、复印机、电话、传真机等，多数都采用了单片微机。 3．工业自动化领域的在线应用 如工业过程控制、过程监测、工业控制器及机电一体化 控制系统等，许多都是以单片微机为核心的单机或多机网络系 统。如工业机器人的控制系统是由中央控制器、感觉系统、行 走系统、擒拿系统等节点构成的多机网络系统。而其中每一个 小系统都是由单片微机进行控制的。 4. 智能仪器仪表与集成智能传感器领域
1.3.2 单片机的组成及特点
单片机是微型机的一个主要分支，单片机是一个 大规模集成电路芯片，其上集成有CPU、存储器、 I/O口(串行口、并行口)、其它辅助电路(如中断系统，
定时/计数器，振荡电路及时钟电路等)。
也可以说单片机在结构上的最大特点是把中央处理
器CPU、存储器、定时器/计数器、中断系统、串行口
非总线方式的应用系统（如 80C51系列中的 83C751、 87C751，83C752、WC752，Motorola 的MC68HC05系列中的 许多产品）省去了外部并行总线，可构成各种小封装芯片，有 限的引脚 可提供更多的用户I/O口，以使应用系统的芯片数量 最少。
采用非总线方式的应用系统多属小型控制器、测控单元、 单元仪表等。 以下大致介绍一些典型的应用领域和应用特点。 l ．家用电器领域 国内各种家用电器已普遍采用单片微机控制取代传统的控 制电路，做成单片微机控制系统，如洗衣机、电冰箱、空调机、 微波炉、电饭堡、电视机、录像机及其它视频音像设备的控制 器。 2．办公自动化领域 比如一台PC机可能嵌入了 10个单片微机，如控制键盘、 鼠标、显示器、CD-ROM、声卡、打印机、软/硬盘驱动器、调 制解调器等。
MCS - 51系列单片机的基本结构图
计算机 微机
2. 单片机的特点
控制功能强 抗干扰能力强，可靠性高 性能价格比高 扩张了多种串行口 系统扩展容易

1.3.3 单片机的发展趋势
今后的发展趋势不外乎在以下几个方面：
（1） 低功耗管理 全盘CMOS化趋势 单片微机采用二种半导体工艺生产，HMOS工艺即高 密度短沟道MOS工艺，具有高速度和高密度；CHMOS工艺 即互补金属氧化物的HMOS工艺，除具有HMOS的优点外， 还具有CMOS工艺的低功耗特点。如8051的功耗为630mw， 而80C51的功耗仅120mw。 从第三代单片微机起开始淘汰非CMOS工艺。目前， 数字逻辑电路和外围器件等都已普遍CMOS化。 （2） 更宽的工作电压范围 一般范围是3.3~5.5 V，有的到2.2~6 V，有的甚至降到1.8 V。
晶体管计算机时代（从1957~1964 ）
在20世纪50年代之前，计算机都采用电子管作元件。 电子管元件有许多明显的缺点。例如，在运行时产生的 热量太多，可靠性较差，运算速度不快，价格昂贵，体 积庞大，这些都使计算机发展受到限制。于是，晶体管 开始被用来作计算机的元件。晶体管不仅能实现电子管 的功能，又具有尺寸小，重量轻，寿命长，效率高，发 热少，功耗低等优点。使用了晶体管以后，电子线路的 结构大大改观，制造高速电子计算机的设想也就更容易 实现了。 用晶体管制造的计算机标志着计算机发展进入 了第二代。
单片微机是单片微型计算机SCMC（Single Chip
Micro Computer）的译名简称，在国内也常简称为 “ 单片微机” 或“单片机” 。它包括中央处理器 CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、中断系统、 定时器/计数器、串行口和I/O等等。 除了工业控制领域，单片微机在尖端武器、家用 电器、电子玩具、通信、高级音响、图形处理、语言 设备、机器人、计算机等各个领域迅速发展。 从1976年至今单片机应用广泛、发展迅猛。
和输入/输出接口电路集成在一块超大规模的集成电路