第一章 单片机概述
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第1章单片机概述
第1章 单片机概述1.1 单片机的概念1.1.1 单片机的定义单片机的全称是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer，SCM），也称为微控制器（Micro-Controller Unit，MCU），它是将中央处理单元（Central Processing Unit，CPU）、数据存储器RAM（Random Access Memory，随机读写存储器）、程序存储器ROM（Read Only Memory，只读存储器）以及I/O（Input/Output，输入/输出）接口集成在一块芯片上，构成的一个计算机系统，其组成框图如图1.1所示。
单片机可用下面的“表达式”来表示：单片机 = MPU+ROM+RAM+I/O+功能部件图1.1 单片机的组成框图1.1.2 单片机的诞生单片机诞生于20世纪70年代末，具有代表性的事件是1976年Intel公司推出了MCS-48单片机系列的第一款产品：8048。
这款单片机在一个芯片内集成了超过17000个晶体管，包含一个CPU，1KB的EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory，可擦可编程只读存储器），64字节的RAM，27个I/O端口和一个8位的定时器。
8048很快就成为了控制领域的工业标准，它们起初被广泛用来替代诸如洗衣机或交通灯等产品中的控制部分。
1980年，Intel公司在MCS-48的基础上推出了MCS-51系列的第一款单片机8051，这款单片机的功耗、大小和复杂程度都比8048提高了一个数量级。
8051集成了超过60000个晶体管，拥有4KB的ROM，128B的RAM，32个I/O端口，一个串行通信接口和两个16位的定时器。
经过三十多年的发展，MCS-51系列单片机已经形成了一个规模庞大、功能齐全、资源丰富的产品群。
单片机原理与应用技术·2·1.1.3 单片机的应用领域单片机在我们的日常生活和工作中无处不在、无处不有：家用电器中的微波炉、洗衣机、电饭煲、豆浆机、电子秤；住宅小区的监控系统、电梯智能化控制系统；汽车电子设备中的ABS、GPS、ESP、TPMS；医用设备中的呼吸机，各种分析仪，监护仪，病床呼叫系统；公交汽车、地铁站的IC卡读卡机、滚动显示车次和时间的LED点阵显示屏；电脑的外设，如键盘、鼠标、光驱、打印机、复印机、传真机、调制解调器；计算机网络的通信设备；智能化仪表中的万用表、示波器、逻辑分析仪；工厂流水线的智能化管理系统，成套设备中关键工作点的分布式监控系统；导弹的导航装置，飞机上的各种仪表等。
第1章 单片机概述
目录第 1 章概述 (1)1.1 单片机的应用领域 (2)1.2 AVR单片机及其主要特点 (3)1.3 单片机的发展历史 (4)1.4 单片机的发展趋势 (6)1.5 AVR系列单片机简介 (8)第 1 章概述单片机是一种超大规模集成电路芯片。
把具有数据处理功能的微处理器(CPU)，具有数据存储功能的程序存储器(只读存储器，ROM)和数据存储器(可读可写存储器，RAM)，具有与外界交换数据功能的输入输出接口电路(I/O口)集成在同一块芯片上就构成了一个基本的单片机，为方便应用，一般还把一些常用的外围器件也集成到同一块芯片上，常见的外围器件有定时计数器（T/C），各种串行通信接口(RS232异步串行接口,SPI接口,一总线接口，I2C总线接口等)，脉宽调制电路(PWM)，模拟信号多路切换器及模数转换器（A/D）等，实际上单片机就是一个单芯片的计算机系统。
单片机中的微处理器CPU在时钟脉冲产生的时间序列信号控制下，从第一条指令开始一步一步地执行预先写入在只读程序存储器(ROM)中的程序，在程序的控制下，通过各种输入输出接口与外界（或集成在内部的外围器件）交换信息，完成各种既定的任务。
输入信息一般有传感器，按键，开关，定时器，串行接口等信号，输出信息一般用于控制继电器，屏幕，电机，开关，串行接口等，程序执行过程中产生的中间数据则存放在CPU寄存器和数据存储器(RAM)中，实际上，单片机的任务就是在时序信号控制下，逐条执行程序指令，与外界交换跟踪信息，单片机硬件至少有CPU，ROM，RAM，I/O，工作时还要有一个可以产生时序的时钟信号。
一个简单的例子就是程序控制的洗衣机，厂家把各种洗衣的定时程序预先写入到单片机的只读程序存储器ROM里，单片机的输入接口与传感器（水位传感器，称重传感器，温度传感器，混浊度传感器等），按键，开关相连，输出接口与洗衣机电机，电磁阀门，显示器，指示灯等执行设备相连，洗衣机运行时，CPU在时钟控制下，一步一步地执行预先写入的程序，通过不断查询的方式或外部器件主动要求的中断方式读取输入接口信息，如根据混浊度传感器获得是否换水的信息，根据水位传感器获得水位信息，根据使用人员对按键的操作获得应执行那段程序（毛毯或丝绸）的信息，然后根据程序预定的处理方法对输入数据进行分析处理，获得控制输出接口的数据，如电磁阀的开关，电机的正反转，显示器显示的内容等数据，把这些数据送到输出接口控制相应的执行设备运行，完成洗衣任务。
第一章-单片机概述
89C51 4kB EEPROM 128字节
80C32
无
256字节
52
80C52 8kB掩膜ROM 256字节
系
列
87C52 8kB EPROM 256字节
89C52 8kB EEPROM 256字节
2x16位
5
2x16位
5
2x16位
5
2x16位
5
3x16位
6
3x16位
6
3x16位
6
3x16位
6
第一章 单片机概述
第一章 单片机概述
3、家用电器
1. 智能冰箱 2．智能饭煲 3．智能食品配料机
可以这样说，现在的家用电 器基本上都采用了单片机控 制，从电饭褒、洗衣机、电 冰箱、空调机、彩电、其他 音响视频器材、再到电子秤 量设备，五花八门，无所不 在。
第一章 单片机概述
4、计算机网络和通信领域
•手机 •电话机 •程控交换机 •楼宇自动通信呼叫系统 •列车无线通信 •日常工作中随处可见的 移动电话
第一章 单片机概述
1.1 单片机的名称
中央处理机 CPU
随机存储器 RAM
只读存储器 ROM
中断系统
定时器/计数器
I/O
单片微型计算机 SCMC
微控制器 MCU 嵌入式微控制器 EMCU
第一章 单片机概述
第一章 单片机概述
第一章 单片机概述 ➢ 单片机与单片机系统 ➢ 单片机的程序设计语言 ➢单片机的仿真开发
电池分析仪
麻醉信息管理系统
第一章 单片机概述
➢ 单片机典型应用案例
出租汽车计价器
按键
8051
显示
产生中断 中断服务子程序
第1章 单片机概述
MCS-51系列以及80C51系列单片机有多种类型， MCS-51系列以及80C51系列单片机有多种类型， 但 系列以及80C51系列单片机有多种类型 掌握好MCS-51的基本型（8031、8051、8751或80C31、 掌握好MCS-51的基本型（8031、8051、8751或80C31、 MCS 的基本型 80C51、87C51）是十分重要的。 80C51、87C51）是十分重要的。 它们是具有MCS-51内核的各种型号单片机的基础， 它们是具有MCS-51内核的各种型号单片机的基础， MCS 内核的各种型号单片机的基础 也是各种增强型 扩展型等衍生品种的核心。 各种增强型、 也是各种增强型、扩展型等衍生品种的核心。
在下述的各个领域广泛的应用： 在下述的各个领域广泛的应用： 1. 工业自动化 2. 智能仪器仪表 3．消费类电子产品 4. 通讯 5．武器装备 6．终端及外部设备控制 7．多机分布式系统 MCS-51系列单片机 1.6 MCS-51系列单片机 20世纪80年代后期:Intel公司以专利的形式把 20世纪80年代后期:Intel公司以专利的形式把 世纪80年代后期 8051内核技术转让给厂家 内核技术转让给厂家。 8051内核技术转让给厂家。
70年代问世。 世纪70年代问世 已广泛应用在： 已广泛应用在： 工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用 工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、 电器、电力电子、机电一体化设备等方面。 电器、电力电子、机电一体化设备等方面。 1.1 什么是单片机 在半导体硅片上集成了微处理器(CPU)，存储器 在半导体硅片上集成了微处理器(CPU)， (CPU) (RAM、ROM、EPROM)和各种输入、输出接口。 (RAM、ROM、EPROM)和各种输入、输出接口。 和各种输入
第一章 单片机概述
Zilog Z-8
(3) DSP (公司)
Rockwell 650X•••
第一章
单片机概述
1.2 单片机的发展 1.2.1 单片机的发展概述
1.2.2
资源配置 子系列
MCS-51单片机系列
片内 片内 ROM RAM 无 ROM EPROMEEPROM 容量 容量 片内ROM形式 8951 8952 4KB 8KB 128B 256B 中 定时器/ 断 计数器 源 2*16 3*16 5 6
第一章
1.1
控制器
单片机概述
电子管
单片机的概念
运算器
单片机
晶体管 集成电路 大规模、超大 规模集成电路 甚大规模集成 电路
CPU
存储器
输入/输出设备
发展方向： 1.高速度、大容量、高性能 2.体积小、价格廉、稳定可靠
第一章
1.1
单片机概述
单片机的概念
1.1.1
单片机的名称
一片芯片相当于一个计算机系统 国内通称 单片机
5. 军事装备方面
第一章
1.1
单片机概述
单片机的概念
1.2 单片机的发展 1.2.1 单片机的发展概述
1946 第一台计算机诞生 当前： (1) MCS-51、MCS-96系列发展。 (2) PIC (Microchip公司)
1971 第一个微处理器诞生 1976 MCS-48(8位) 1980 MCS-51(8位) 1983 MCS-96(16位) 80年代末 Motorola 680X
嵌入式
微控制器
Single Chip MicroComputer
国际通称 微控制器 Micro Control Unit
Embed
(3) DSP (公司)
Rockwell 650X•••
第一章
单片机概述
1.2 单片机的发展 1.2.1 单片机的发展概述
1.2.2
资源配置 子系列
MCS-51单片机系列
片内 片内 ROM RAM 无 ROM EPROMEEPROM 容量 容量 片内ROM形式 8951 8952 4KB 8KB 128B 256B 中 定时器/ 断 计数器 源 2*16 3*16 5 6
第一章
1.1
控制器
单片机概述
电子管
单片机的概念
运算器
单片机
晶体管 集成电路 大规模、超大 规模集成电路 甚大规模集成 电路
CPU
存储器
输入/输出设备
发展方向： 1.高速度、大容量、高性能 2.体积小、价格廉、稳定可靠
第一章
1.1
单片机概述
单片机的概念
1.1.1
单片机的名称
一片芯片相当于一个计算机系统 国内通称 单片机
5. 军事装备方面
第一章
1.1
单片机概述
单片机的概念
1.2 单片机的发展 1.2.1 单片机的发展概述
1946 第一台计算机诞生 当前： (1) MCS-51、MCS-96系列发展。 (2) PIC (Microchip公司)
1971 第一个微处理器诞生 1976 MCS-48(8位) 1980 MCS-51(8位) 1983 MCS-96(16位) 80年代末 Motorola 680X
嵌入式
微控制器
Single Chip MicroComputer
国际通称 微控制器 Micro Control Unit
Embed
新课本_整理_第1章_单片机概述
第一章 单片机概述
学习目标
1.掌握嵌入式系统、微控制器、单片机、编程器、 仿真器等基本概念。 2.掌握单片机应用系统开发的基本流程。 3.了解单片机的主要特点、发展趋势、应用范围、 各种机型的选择方法和利用网站查阅单片机资料 的方法。
2013-7-28
-2-
主要内容
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 单片机的概念 单片机的发展 单片机的应用 单片机应用系统的开发 单片机应用系统的开发调试模式 本课程的性质和任务
2013-7-28
-15-
智能仪器仪表举例
温度控制表
交直流电压电 流表 智能热量表
2013-7-28 -16-
机电一体化产品
机电一体化产品是集机械技术、微电子技术、 自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征 的各种机电产品。 单片机在机电一体化产品的开发中具有广泛应 用。典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、 点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机等。
2013-7-28 -4-
几种常用单片机的外形
2013-7-28
-5-
1.2
单片机的发展
单片机的发展历史 单片机的发展趋势 常用单片机分类 MCS-51系列单片机的简介
2013-7-28
-6-
1.2.1 单片机的发展历史
第一阶段（1976－1978）：单片机起步阶段。
第二阶段（1978－1982）：单片机完善阶段。
主要内容
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 单片机的概念 单片机的发展 单片机的应用 单片机应用系统的开发 单片机应用系统的开发调试模式 本课程的性质和任务
2013-7-28
学习目标
1.掌握嵌入式系统、微控制器、单片机、编程器、 仿真器等基本概念。 2.掌握单片机应用系统开发的基本流程。 3.了解单片机的主要特点、发展趋势、应用范围、 各种机型的选择方法和利用网站查阅单片机资料 的方法。
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主要内容
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 单片机的概念 单片机的发展 单片机的应用 单片机应用系统的开发 单片机应用系统的开发调试模式 本课程的性质和任务
2013-7-28
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智能仪器仪表举例
温度控制表
交直流电压电 流表 智能热量表
2013-7-28 -16-
机电一体化产品
机电一体化产品是集机械技术、微电子技术、 自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征 的各种机电产品。 单片机在机电一体化产品的开发中具有广泛应 用。典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、 点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机等。
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几种常用单片机的外形
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1.2
单片机的发展
单片机的发展历史 单片机的发展趋势 常用单片机分类 MCS-51系列单片机的简介
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1.2.1 单片机的发展历史
第一阶段（1976－1978）：单片机起步阶段。
第二阶段（1978－1982）：单片机完善阶段。
主要内容
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 单片机的概念 单片机的发展 单片机的应用 单片机应用系统的开发 单片机应用系统的开发调试模式 本课程的性质和任务
2013-7-28
第1章_单片机概述
1.3.1 Intel公司MCS-51系列单片机 1.3.2 Atmel公司MCS-51系列兼容单片机 1.3.3 Philips公司MCS-51系列兼容单片机
Logo
第1章 单片机概述
1.3.4 Dallas公司MCS-51系列兼容单片机 1. 高速单片机 2. 安全单片机 1.3.5 Winbond公司MCS-51系列兼容单片机 台湾省Winbond(华邦)公司是亚洲半导体公司的杰出代 表，在国际上也享有较高的声誉。其生产的MCS-51系列 兼容单片机独具特色。其MCS-51系列兼容单片机分为： 标准系列，宽电压系列，Turbo-51系列，工业温度范围 系列，监控专用单片机。
1.2.2 单片机的发展趋势
Logo
第1章 单片机概述
1.2.1 单片机的发展概况 (1) (2) (3) 大容量化 高性能化 小容量/低价格化
(4)
外围电路内装化
1.2.2 单片机的发展趋势
Logo
第1章 单片机概述
1.3
常用MCS-51单片机及兼容机简介
目前，在国内市场上，Intel公司生产的MCS-51系列单片机已经比 较少见，取而代之的是其他公司生产的MCS-51系列兼容单片机。这 些公司主要有美国的Dallas、AMD、Atmel、ADI公司，荷兰的 Philips公司，德国的Siemens公司，日本的NEC公司，韩国的LG公 司以及我国台湾省的华邦(Winbond)公司等。
Logo
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第1章 单片机概述
1.2
单片机的历史与发展
自1971年微处理器研制成功后不久，就出现了单片机发展非 常繁荣的局面。单片机根据其基本操作处理的位数可以分为： 1位单片机、4位单片机、8位单片机、16位单片机和32位单片 机。单片机经过30多年的发展，如今已经形成一个规格齐全、 品种繁多的大家族，单片机的潜力越来越被人们所重视。特 别是当前采用CMOS工艺制成的各种单片机，由于低功耗、使 用的温度范围大、抗干扰能力强，能满足一些特殊应用场合 的要求，更加扩大了单片机的应用范围，也进一步促进了单 片机性能的发展。1.2.1 单片机的发展概况
第一章单片机概述
控制器
微机计算机系统的硬件组成框图
打印机，显示器。
一个完整的计算机系统包括硬件系统和 软件系统两大部分。
为使计算机正常工 作而设置的命令
软件系统定义：
软件系统是指计算机所使用的各种程序的集合。
程序是指指令的有序集合，是人们
为使计算机完成某一特定任务而编 排的一系列指令。 指令是规定计算机完成某种操作 的命令，它用二进制码表示，存 于存储器中。
入
输 出
器
FFFFH
电
路
CB
读/写控制电路 请点击鼠标!
存储器的写操作过程
存储单元
0000H 地 0001H 输
址
AB 0000H 译 码
0002H
入
输 出 DB 34 H
器
FFFFH
电
路
请点击鼠标!
CB 写信号 读/写控制电路
存储器的写操作过程
存储单元
0000H 0 0 1 1 0 1 0 0 地 0001H 输
MEM（存储装置）中存放；开始执行程序时先把第一
条指令的地址送到PC中，程序的的执行过程就是各条 指令的执行过程。一条指令的执行过程一般包括取指 阶段（从MEM中取出的指令的操作码送到CPU中的IR） 和执行阶段（IR—ID---PLD产生和各种控制信号，完 成指令所规定的操作）。
是具有完整运算及控制功能的计算机。
微处理器(CPU)
包括
存储器
接口适配器（输入输出接口电路）
输入/输出（I/O）设备。
04:26
一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件 系统两大部分。
一个完整的计算机系统包括硬件系统和
软件系统两大部分。
组成计算机的物理 实体
第1章单片机概述
1、微型计算机硬件结构 ——常见的微机外形
台式微机
立式微机
便携式微机
微型计算机硬件结构 ——冯.诺依曼结构
输入 设备
输出 设备
I/O设备
主存储器 主机
运算器 控制器 CPU
计算机系统通常由多块印刷电路板制成：
内存条
CPU
主板
多板机
单片机
单片机是将计算机主机 (CPU、内存和I/O接 口 等集成在一小块硅片上的微型机，所以称作 单片微型计算机。
5.低电压、低功耗
? 工作电压：一般在 3～6V范围内工作，有的已能在 1.2V 或0.9V电压下工作。几乎所有的单片机都具有省电运行 方式。
区分几个概念
? CPU: Central Processing Unit ? MCU: Microcontroller Unit ? DSP: Digital Signal Processing ? DSPs: Digital Signal Processors
单片机的分类（按用途）
（1）通用型单片机 （2）专用型单片机
2. 存储器的发展
? 加大存储器容量。 片内 RAM 256B ，片内外扩 RAM (ERAM)2KB，ROM容量从4K、16K、32K到64K。
? 片内 EPROM采用 E2PROM或Flash存储器。 编程和擦 除完全是电气实现。编程和擦除速度快，可以使用通用 的编程器脱机编程，也可在线编程（ ISP：In-System Program）。
第1章 单片机概述
1.1 什么是单片机 1.2 单片机的历史及发展概况 1.3 8 位单片机的主要生产厂家和机型 1.4 单片机的发展趋势 1.5 单片机的应用 1.6 MCS-51 系列单片机 1.7 单片机的开发与开发工具
台式微机
立式微机
便携式微机
微型计算机硬件结构 ——冯.诺依曼结构
输入 设备
输出 设备
I/O设备
主存储器 主机
运算器 控制器 CPU
计算机系统通常由多块印刷电路板制成：
内存条
CPU
主板
多板机
单片机
单片机是将计算机主机 (CPU、内存和I/O接 口 等集成在一小块硅片上的微型机，所以称作 单片微型计算机。
5.低电压、低功耗
? 工作电压：一般在 3～6V范围内工作，有的已能在 1.2V 或0.9V电压下工作。几乎所有的单片机都具有省电运行 方式。
区分几个概念
? CPU: Central Processing Unit ? MCU: Microcontroller Unit ? DSP: Digital Signal Processing ? DSPs: Digital Signal Processors
单片机的分类（按用途）
（1）通用型单片机 （2）专用型单片机
2. 存储器的发展
? 加大存储器容量。 片内 RAM 256B ，片内外扩 RAM (ERAM)2KB，ROM容量从4K、16K、32K到64K。
? 片内 EPROM采用 E2PROM或Flash存储器。 编程和擦 除完全是电气实现。编程和擦除速度快，可以使用通用 的编程器脱机编程，也可在线编程（ ISP：In-System Program）。
第1章 单片机概述
1.1 什么是单片机 1.2 单片机的历史及发展概况 1.3 8 位单片机的主要生产厂家和机型 1.4 单片机的发展趋势 1.5 单片机的应用 1.6 MCS-51 系列单片机 1.7 单片机的开发与开发工具
单片机01第一章概述
为了适应物联网应用的需求，单片机需要具备低功耗、高性能、高集成度等特点，同时还需要支持多 种通信协议和安全机制，以确保数据传输的可靠性和安全性。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
时钟信号的频率决定了单片机的工作速度。不 同单片机的时钟频率可能有所不同，但通常都 在数兆赫兹至数百兆赫兹之间。
时钟电路通常由石英晶体振荡器和相关电路组 成，以确保提供稳定、准确的时钟信号。
03 单片机的编程语言
汇编语言
01
汇编语言是一种低级语言，与硬件紧密相关，可以直接控制硬 件。
02
汇编语言具有高效性，能够直接访问内存和寄存器，适用于对
使用高级语言编程可以降低开发难度， 提高开发效率，但可能会牺牲一些性 能。
04 单片机的开发环境
Keil软件
01
是一款由德国Keil公司开发的集成开发环境（IDE），
专为单片机开发而设计。
02
提供了一个完整的工具链，包括编译器、链接器、调
试器和仿真器等，支持多种单片机型号和开发语言。
03
界面友好，易于使用，适合初学者和经验丰富的开发
低功耗设计
随着环保意识的增强，低功耗设计已成为单片机发展的必然 趋势。低功耗单片机在延长产品使用寿命、降低能耗、减少 散热等方面具有显著优势，尤其在便携式设备和物联网领域 的应用前景广阔。
低功耗设计涉及芯片架构优化、电源管理、动态电压调节等 多方面技术，需要单片机厂商在硬件和软件层面进行深入研 究与创新。
性能要求较高的场合。
汇编语言可移植性差，不同的单片机需要不同的汇编语言。
03
C语言
C语言是一种中级语 言，介于汇编语言和 高级语言之间。
C语言具有较好的可 读性和可维护性，易 于学的单片机 上使用相同的C语言 代码。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
时钟信号的频率决定了单片机的工作速度。不 同单片机的时钟频率可能有所不同，但通常都 在数兆赫兹至数百兆赫兹之间。
时钟电路通常由石英晶体振荡器和相关电路组 成，以确保提供稳定、准确的时钟信号。
03 单片机的编程语言
汇编语言
01
汇编语言是一种低级语言，与硬件紧密相关，可以直接控制硬 件。
02
汇编语言具有高效性，能够直接访问内存和寄存器，适用于对
使用高级语言编程可以降低开发难度， 提高开发效率，但可能会牺牲一些性 能。
04 单片机的开发环境
Keil软件
01
是一款由德国Keil公司开发的集成开发环境（IDE），
专为单片机开发而设计。
02
提供了一个完整的工具链，包括编译器、链接器、调
试器和仿真器等，支持多种单片机型号和开发语言。
03
界面友好，易于使用，适合初学者和经验丰富的开发
低功耗设计
随着环保意识的增强，低功耗设计已成为单片机发展的必然 趋势。低功耗单片机在延长产品使用寿命、降低能耗、减少 散热等方面具有显著优势，尤其在便携式设备和物联网领域 的应用前景广阔。
低功耗设计涉及芯片架构优化、电源管理、动态电压调节等 多方面技术，需要单片机厂商在硬件和软件层面进行深入研 究与创新。
性能要求较高的场合。
汇编语言可移植性差，不同的单片机需要不同的汇编语言。
03
C语言
C语言是一种中级语 言，介于汇编语言和 高级语言之间。
C语言具有较好的可 读性和可维护性，易 于学的单片机 上使用相同的C语言 代码。
第01章单片机概述
电压等。
❖ 6.TI公司的单片机
德州仪器TI公司推出的MSP430F14X系列单片机是低功耗Flash型16位 RISC指令集单片机。它采用冯·诺伊曼结构，具有丰富的外围接口，性 价比极高。
❖ 7.ARM公司单片机
ARM公司成立于1990年。由于ARM内核具有功耗低，成本低等显著优 点，因此获得了众多半导体厂家和整机厂商的大力支持，在32位嵌入式 应用领域获得了巨大的成功，在低功耗，低成本的嵌入式应用领域确立 了市场领先地位。
比较高档的单片机都具有通信接口，为单片机在计 算机网络与通信设备中的应用创造了很好的条件。
1.5常用单片机简介
❖ 1.Intel公司系列单片机
MCS-48、 MCS-51 、MCS-96三个系列。存储器采用哈佛结构，即程 序存储器和数据存储器独立寻址。
❖ 2.Philips公司单片机
与MCS-51兼容，片内有I2C总线，A/D转换器等丰富的外围接口。 PHILIPS单片机独特的创造是具有I2C总线，这是一种集成电路和集成电 路之间的串行通信总线。也可用于多机通信。
单片机的基本概念
单片机，就是把中央处理器CPU（Central Processing Unit）、存储器（Memory）、定时器/计数器、中断、输 入/输出I/0（Input/Output）接口电路等功能部件集成在 一块集成电路芯片上的微型计算机，如下图所示。单片机 常被作为控制部件嵌入在应用系统中，所以也被称为嵌入 式微控制器或嵌入式单片微机。
单片机的发展
单片机自诞生以来，发展迅速，应用广泛。先后 经历了4位机、8位机、16位机和32位机几个有代表 性的发展阶段。
❖ 1．4位单片机
自1975年美国德克萨斯仪器公司首次推出4位单片机TMS1000后，各个计算机生产公司竟相推出4位单片机。
❖ 6.TI公司的单片机
德州仪器TI公司推出的MSP430F14X系列单片机是低功耗Flash型16位 RISC指令集单片机。它采用冯·诺伊曼结构，具有丰富的外围接口，性 价比极高。
❖ 7.ARM公司单片机
ARM公司成立于1990年。由于ARM内核具有功耗低，成本低等显著优 点，因此获得了众多半导体厂家和整机厂商的大力支持，在32位嵌入式 应用领域获得了巨大的成功，在低功耗，低成本的嵌入式应用领域确立 了市场领先地位。
比较高档的单片机都具有通信接口，为单片机在计 算机网络与通信设备中的应用创造了很好的条件。
1.5常用单片机简介
❖ 1.Intel公司系列单片机
MCS-48、 MCS-51 、MCS-96三个系列。存储器采用哈佛结构，即程 序存储器和数据存储器独立寻址。
❖ 2.Philips公司单片机
与MCS-51兼容，片内有I2C总线，A/D转换器等丰富的外围接口。 PHILIPS单片机独特的创造是具有I2C总线，这是一种集成电路和集成电 路之间的串行通信总线。也可用于多机通信。
单片机的基本概念
单片机，就是把中央处理器CPU（Central Processing Unit）、存储器（Memory）、定时器/计数器、中断、输 入/输出I/0（Input/Output）接口电路等功能部件集成在 一块集成电路芯片上的微型计算机，如下图所示。单片机 常被作为控制部件嵌入在应用系统中，所以也被称为嵌入 式微控制器或嵌入式单片微机。
单片机的发展
单片机自诞生以来，发展迅速，应用广泛。先后 经历了4位机、8位机、16位机和32位机几个有代表 性的发展阶段。
❖ 1．4位单片机
自1975年美国德克萨斯仪器公司首次推出4位单片机TMS1000后，各个计算机生产公司竟相推出4位单片机。
单片机--第1章 概述
1.2单片微机的应用 单片微机的应用
按照所使用单片微机的类型不同， 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。 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， 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（ 、 、 ） 串行通信总线（ 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。 ） 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、 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。 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， 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， 口用。 作为 口用。在掩膜用户程序时，还可要求将这些 I/O口改造 口改造 成具有各种驱动能力的 I/O口。 口 非总线方式的应用系统（ 非总线方式的应用系统（如 80C51系列中的 83C751、 系列中的 、 87C751，83C752、WC752，Motorola 的MC68HC05系列中的 ， 、 ， 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， 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 可提供更多的用户 口 最少。 最少。
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。
第1章单片机概述
在半导体硅片上集成了微处理器(CPU)， 在半导体硅片上集成了微处理器(CPU)，存 (CPU) 储器(RAM、ROM)和各种输入、输出接口。 储器(RAM、ROM)和各种输入、输出接口。 (RAM 和各种输入
具有一台计算机的属性。也称为： 具有一台计算机的属性。也称为： 一台计算机的属性 • 微控制器 MCU(MicroController Unit) MCU(MicroController • 嵌入式控制器EMCU(Embedded MicroController Unit) 嵌入式控制器EMCU(Embedded EMCU 我国，习惯使用“单片机”这一名称。 我国，习惯使用“单片机”这一名称。
MCS-51发展近况: MCS-51发展近况: 发展近况
•正因为MCS-51优越的性能和完善的结构，导致后来的许多厂商多 正因为MCS-51优越的性能和完善的结构， 正因为MCS 优越的性能和完善的结构 沿用或参考了其体系结构，有许多世界大的电气商丰富和发展了 沿用或参考了其体系结构， MCS-51单片机 单片机， PHILIPS、Dallas、ATMEL， MCS-51单片机，像PHILIPS、Dallas、ATMEL，以及我国的台湾 WINBOND等著名的半导体公司都推出了兼容MCS-51的单片机产品 等著名的半导体公司都推出了兼容MCS 的单片机产品。 WINBOND等著名的半导体公司都推出了兼容MCS-51的单片机产品。 •近年来C51获得了飞速的发展，C51的发源公司INTEL由于忙于开 近年来C51获得了飞速的发展，C51的发源公司INTEL由于忙于开 近年来C51获得了飞速的发展 的发源公司INTEL PC及高端微处理器而无精力继续发展自己的单片机 及高端微处理器而无精力继续发展自己的单片机， 发PC及高端微处理器而无精力继续发展自己的单片机，而由其它 厂商将其发展，最典型的是PHILIPS ATMEL公司 PHILIPS公司主 PHILIPS和 公司， 厂商将其发展，最典型的是PHILIPS和ATMEL公司，PHILIPS公司主 要是改善其性能，在原来的基础上发展了高速I/O I/O口 A/D转换器 转换器， 要是改善其性能，在原来的基础上发展了高速I/O口，A/D转换器， PWM(脉宽调制)、WDT等增强功能，并在低电压、微功耗、扩展串 PWM(脉宽调制) WDT等增强功能，并在低电压、微功耗、 脉宽调制 等增强功能 行总线(I2C)和控制网络总线(CAN)等功能加以完善。 (I2C)和控制网络总线(CAN)等功能加以完善 行总线(I2C)和控制网络总线(CAN)等功能加以完善。 •近年来我国大陆也有多家公司推出兼容51的产品，比较为人所熟 近年来我国大陆也有多家公司推出兼容51的产品， 近年来我国大陆也有多家公司推出兼容51的产品 知的是宏晶公司的STC系列， STC系列 知的是宏晶公司的STC系列，因为可以方便的通过串口下载固化代 码以及中文资料比较丰富，STC系列51单片机逐渐成为国内单片机 系列51 码以及中文资料比较丰富，STC系列51单片机逐渐成为国内单片机 初学者的首选。 初学者的首选。
第一章 单片机概述
23
第一章 单片机概述
3. AT89S51的主要工作特性
AT89S51单片机是一种低功耗、具有在线 编程Flash程序存储器的单片机。 所谓在线编程指的是允许单片机芯片在不 离开电路板或不离开设备的情况下，实现 固化和擦除操作 在线编程为单片机用户在研发和使用带来 了极大的方便。
24
第一章 单片机概述
INT0 /P3.2 INT1/P3.3
引脚排列 除P1.0口 和P1.1口 有所不同 外，其它 均相同。
T0/P3.4 T1/P3.5
WR/P3.6 RD/P3.7
XTAL2 XTAL1 GND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
18
第一章 单片机概述
1.2.2 标准型AT89系列单片机的 基本特性
标准型AT89系列单片机包括AT89C51、 AT89C52、AT89S51和AT89S52。
19
第一章 单片机概述
1. AT89C51的主要工作特性
l8031CPU； l4KB的快速擦写Flash存储器，用于程序存储，可 擦写次数为1000次； l256B的RAM，其中高128B字节地址被特殊功能 寄存器SFR占用； l32根可编程I/O线； l2个可编程16位定时器； l具有6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断 系统； l一个数据指针DPTR；
AT89C1051U单片机的引脚排列
AT89C1051U 1 20 2 19 3 18 4 17 5 16 6 15 7 14 8 13 9 12 10 11
第一章 单片机概述
3. AT89S51的主要工作特性
AT89S51单片机是一种低功耗、具有在线 编程Flash程序存储器的单片机。 所谓在线编程指的是允许单片机芯片在不 离开电路板或不离开设备的情况下，实现 固化和擦除操作 在线编程为单片机用户在研发和使用带来 了极大的方便。
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第一章 单片机概述
INT0 /P3.2 INT1/P3.3
引脚排列 除P1.0口 和P1.1口 有所不同 外，其它 均相同。
T0/P3.4 T1/P3.5
WR/P3.6 RD/P3.7
XTAL2 XTAL1 GND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
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第一章 单片机概述
1.2.2 标准型AT89系列单片机的 基本特性
标准型AT89系列单片机包括AT89C51、 AT89C52、AT89S51和AT89S52。
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第一章 单片机概述
1. AT89C51的主要工作特性
l8031CPU； l4KB的快速擦写Flash存储器，用于程序存储，可 擦写次数为1000次； l256B的RAM，其中高128B字节地址被特殊功能 寄存器SFR占用； l32根可编程I/O线； l2个可编程16位定时器； l具有6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断 系统； l一个数据指针DPTR；
AT89C1051U单片机的引脚排列
AT89C1051U 1 20 2 19 3 18 4 17 5 16 6 15 7 14 8 13 9 12 10 11
第1章 单片机概述
第1章 概 述
3．16位单片机阶段 16位单片机阶段 1983年Intel公司推出的MCS-96系列， 1983年Intel公司推出的MCS-96系列， 公司推出的MCS 系列 1987年Intel公司又推出的80C96， 1987年Intel公司又推出的80C96，美国国家半 公司又推出的80C96 导体公司推出的HPC16040 NEC公司推出的 HPC16040和 公司推出的783XX 导体公司推出的HPC16040和NEC公司推出的783XX 系列等。 系列等。 如：MCS-96系列的集成度为12万只管/片，片内 MCS-96系列的集成度为12万只管/ 系列的集成度为12万只管 含16位CPU、8 KB ROM、232字节RAM、5个8位并行 16位CPU、 ROM、232字节RAM、 字节RAM I/O口 个全双工串行口、 16位定时器 位定时器/ I/O口、4个全双工串行口、4个16位定时器/计数 级中断处理系统。 高速输入/输出(HSIO) (HSIO)、 器、8级中断处理系统。 高速输入/输出(HSIO)、 脉冲宽度调制(PWM)输出、 (PWM)输出 脉冲宽度调制(PWM)输出、特殊用途的监视定时器 (Watchdog)等等 等等。 (Watchdog)等等。
第1章 概 述
第 1章 概 述
1.1 单片机的基本概念 1.2 单片机的发展概况 1.3 单片机的特点及应用 1.4 常用单片机系列介绍
第1章 概 述
1.1 单片机的基本概念
图1.1 微机组成结构框图
第1章 概 述
图1.2 单片机组成框图
第1章 概 述
单板机： 微处理器(CPU) (CPU)、 (1) 单板机：将微处理器(CPU)、 存储器、I/O接口电路以及简单的输入 存储器、I/O接口电路以及简单的输入 组装在一块印刷电路板上 /输出设备组装在一块印刷电路板上， 输出设备组装在一块印刷电路板上， 称其为单板微型计算机，简称单板机。 称其为单板微型计算机，简称单板机。
第一章单片机概述
. 智能化仪器仪表 . 适时工业控制 . 计算机智能终端 . 通信设备 . 导航系统 . 家用电器
的内部结构
时钟电路 ROM RAM 定时/计数器
CPU
中断控制
T0 64KB总线 T1 扩展控制器
串行口
INT0 INT 1
的结构方块图
并行 接口
串行 接口
地址寄存 器
驱动器 锁存器
总 体 结 构 框 图
P2口 地址总线
单片机的硬件特性
1. 集成度高; 2. 、（，无）、（） 3. 个位定时计数器、个位并行口、全双工并行口 . 系统结构简单、使用方便、模块化; . 可靠性高（达 小时无故障）； . 功能强、速度快（执行最长指令只需 ） ； . 属工业品（比商用品可靠、比军用品价廉） 。
单片机的应用
数据总线送； ③， ④ 分析指令，完成指令功能 ⑤ 按以上步骤执行下一条指令。
存储器 指令 指令 指令 指令 ▪ ▪ ▪
CPU
计算机的工作过程
① 的指令地址放到地址总线； ② 按地址从存储器中取出指令，
数据总线送； ③， ④ 分析指令，完成指令功能 ⑤ 按以上步骤执行下一条指令。
存储器
指令
指令
指令
PSEN ALE EA RST
寄存器
指
定时 令
及寄
控制
存 器
1
暂存
暂存
P1锁存器 P1驱动器
驱动器 锁存器
*
*
*
*
中断、串行口、定时器
程序地址 寄存器
缓冲器
P3锁存器 P3驱动器
中央处理单元
地址寄存 器
驱动器 锁存器
驱动器 锁存器
寄存器
暂存
的内部结构
时钟电路 ROM RAM 定时/计数器
CPU
中断控制
T0 64KB总线 T1 扩展控制器
串行口
INT0 INT 1
的结构方块图
并行 接口
串行 接口
地址寄存 器
驱动器 锁存器
总 体 结 构 框 图
P2口 地址总线
单片机的硬件特性
1. 集成度高; 2. 、（，无）、（） 3. 个位定时计数器、个位并行口、全双工并行口 . 系统结构简单、使用方便、模块化; . 可靠性高（达 小时无故障）； . 功能强、速度快（执行最长指令只需 ） ； . 属工业品（比商用品可靠、比军用品价廉） 。
单片机的应用
数据总线送； ③， ④ 分析指令，完成指令功能 ⑤ 按以上步骤执行下一条指令。
存储器 指令 指令 指令 指令 ▪ ▪ ▪
CPU
计算机的工作过程
① 的指令地址放到地址总线； ② 按地址从存储器中取出指令，
数据总线送； ③， ④ 分析指令，完成指令功能 ⑤ 按以上步骤执行下一条指令。
存储器
指令
指令
指令
PSEN ALE EA RST
寄存器
指
定时 令
及寄
控制
存 器
1
暂存
暂存
P1锁存器 P1驱动器
驱动器 锁存器
*
*
*
*
中断、串行口、定时器
程序地址 寄存器
缓冲器
P3锁存器 P3驱动器
中央处理单元
地址寄存 器
驱动器 锁存器
驱动器 锁存器
寄存器
暂存
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我国在1958 1958年研制成功第一台 电子管计算机
第一代 电子管计算机 第二代 晶体管计算机
19461946-1957 19581958-1964
低级语言 高级语言 操作系统 数据库、网络 数据库、
第三代 中、小型集成电路计算机 1964-1972 1964第四代 超大规模集成电路计算机 1972-现在 1972-
占地170平方米 占地170平方米， 平方米， 重达30多吨 重达30多吨
缺点是存储容量太 小，基本上不能存 储程序， 储程序，只能依靠 线路连接的方法
•单片机的发展由来 计算机的技术发展史 单片机的发展由来----计算机的技术发展史 单片机的发展由来 1.始于微型机时代的嵌入式应用 1.始于微型机时代的嵌入式应用
•
单片机的发展由来----嵌入式系统的两种应用模式 单片机的发展由来 嵌入式系统的两种应用模式 3.嵌入式系统应用的高低端 3.嵌入式系统应用的高低端
低端应用：基于8位单片机，实现最底层 电子系统应用。 嵌入式系统 高端应用：基于32位嵌入式处理器,主要 在网络、通信、多媒体等方面的应用。
•
单片机应用领域 ⒈用图象传感器测量线才系统 ⒉卫星电视的串口模拟SPI、I2C的应用，如雷达录取的数据 传送 ⒊直接与AD芯片配合进行各种数据传感器配合 ⒋利用单片机与PC机的232通讯进行控制，单片机为控制对 象 IC PC ⒌通过IC卡、单片机、PC机构成的各种收费系统 ⒍通过单片机控制各种步进电机完成工控任务系统 ⒎通过单片机控制各种电慈设备完成工控任务系统（如程控 交换系统） ⒏可应用在电机的变频技术上的控制领域中 ⒐各种测量工具如水位尺，它在水文上的应用很普及 ⒑大型指针钟控制器，主要根据时间控制电机带动指针 ⒒电子配料控制仪，基于小型生产的自动或半自动控制，如 控制上料、搅拌等
•
单片机的主要厂商及产品
Atmel
Microchip
Microchip(中国) Microchip(中国) 中国
Philips
Texas Instruments(TI 德州仪器) 德州仪器)
东芝单片机
Freescale(原 原 Motorola现在为 现在为 飞思卡尔) 飞思卡尔
Holtek(盛群) Holtek(盛群) 盛群
•
单片机的发展由来----嵌入式系统的定义与特点 单片机的发展由来 嵌入式系统的定义与特点 ３.嵌入式系统的种类与发展： 嵌入式系统的种类与发展： •按形态可分为设备级（工控机）、板级（单板、模块）、芯片 级（MCU、SoC）。 •主要技术发展方向是满足嵌入式应用要求，不断扩展对象系统 控制要求的外围电路（如ADC、DAC、PWM、日历时钟、电源 监测、程序运行监测电路等），形成满足对象系统要求的应用 系统。 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Winbond(华邦) Winbond(华邦) 华邦
Scenix单片 单片 机
Keil Software
Zilog
NEC单片机 单片机
Fujitsu
富士通
EPSON
威利姆
周立功单片机
三星单片机
双龙电子
STC(宏晶科技) STC(宏晶科技) 宏晶科技
•
单片机的主要厂商及产品 8051单片机 单片机: 单片机 最早由Intel公司推出的8051/31类单片机也是世界上用量 最大的几种单片机之一。8051单片机最早由Intel公司推出,由 于Intel公司在嵌入式应用方面将重点放在186、386、奔腾等与 PC类兼容的高档芯片的开发上，8051类单片机主要由Philips、 三星、华邦等公司接产。这些公司都在保持与8051单片机兼容 的基础上改善了8051许多特性(如时序特性)。提高了速度、降 低了时钟频率，放宽了电源电压的动态范围，降低了产品价格。 使得以8051为内核的MCU系列单片机在世界上产量最大,应用 也最广泛,有人推测8051可能最终形成事实上的标准MCU芯片。
•
单片机的发展由来----嵌入式系统的独立发展道路 单片机的发展由来 嵌入式系统的独立发展道路 2.单片机的技术发展史 2.单片机的技术发展史
单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC 三大阶段。 •SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段。 •MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段。 •SoC即片上系统（System On Chip）阶段。单片机是嵌入式系统 的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用 系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形 成了SoC化趋势。
２０世纪７０年代计算机 ２０世纪７０ 世纪７０年代计算机
•单片机的发展由来 计算机的技术发展史 单片机的发展由来----计算机的技术发展史 单片机的发展由来 1.始于微型机时代的嵌入式应用 1.始于微型机时代的嵌入式应用 嵌入式计算机系统－－ 嵌入式计算机系统－－
将微型机嵌入到一个对象体系中， 将微型机嵌入到一个对象体系中，实现对象体系的智能化控制
•
单片机的主要厂商及产品 Microchip单片机 单片机: 单片机 Microship单片机是市场份额增长最快的单片机。它的主 单片机是市场份额增长最快的单片机。 单片机是市场份额增长最快的单片机 要产品是PIC 16C系列和 系列和17C系列 位单片机，CPU采用 系列8位单片机 采用RISC 要产品是 系列和 系列 位单片机， 采用 结构， 条指令， 结构，仅33条指令，运行速度快，且以低价位著称，一般单 条指令 运行速度快，且以低价位著称， 片机价格都在一美元以下。 单片机没有掩膜产品， 片机价格都在一美元以下。Microship单片机没有掩膜产品， 单片机没有掩膜产品 全部是OTP器件，Microship强调节约成本的最优化设计，适 器件， 强调节约成本的最优化设计， 全部是 器件 强调节约成本的最优化设计 于用量大、档次低、价格敏感的产品。根据2007.04.20 业界知 于用量大、档次低、价格敏感的产品。根据 名市场调查机构Gartner Dataquest 公布 公布Microchip Technology 名市场调查机构 Inc.（美国微芯科技公司）勇夺 年全球8位单片机销售额 （美国微芯科技公司）勇夺2006年全球 位单片机销售额 年全球 冠军。 冠军。
•
单片机的发展由来----嵌入式系统的定义与特点 单片机的发展由来 嵌入式系统的定义与特点 １.嵌入式系统的定义： 嵌入式系统的定义：
----“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”。“嵌 入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统 的三个基本要素。
２. 嵌入式系统的特点： 嵌入式系统的特点： •面向控制对象，嵌入到应用系统中的结构形态。必须满足如物 理环境（小型）、电气环境（可靠）、成本（价廉）等要求。 •突出控制功能。计算机必须配置有与对象系统相适应的接口电 路，有突出控制功能的指令系统（I/O控制、位操作等），软、 硬件的可裁剪性；满足不同对象要求的最小软、硬件配置等。
第一章 单片机概述
• • • • 单片机的发展由来 单片机的主要应用领域 单片机主要厂商及产品 单片机的发展方向
•单片机的发展由来 计算机的技术发展史 单片机的发展由来----计算机的技术发展史 单片机的发展由来 1.始于微型机时代的嵌入式应用 1.始于微型机时代的嵌入式应用 按所采用的电子元件 按所采用的电子元件划分 电子元件划分
新一代 人工智能型的计算机、 神经网络计算机、 人工智能型的计算机、 神经网络计算机、 生物计算机等
计算机软件 发展情况
•单片机的发展由来 计算机的技术发展史 单片机的发展由来----计算机的技术发展史 单片机的发展由来 1.始于微型机时代的嵌入式应用 1.始于微型机时代的嵌入式应用 第一代计算机： 1946、美国、 第一代计算机：ENIAC 1946、美国、电子管 莫奇利和 埃克特（ENIAC，直译名为“电子数字积分计算机” 埃克特（ENIAC，直译名为“电子数字积分计算机” ）
•单片机的发展由来 计算机的技术发展史 单片机的发展由来----计算机的技术发展史 单片机的发展由来 ２.现代计算机技术的两大分支
高速、海量的数值计算 通用计算机系统
嵌入式计算机系统
对象的智能化控制能力
•单片机的发展由来 计算机的技术发展史 单片机的发展由来----计算机的技术发展史 单片机的发展由来 3.两大分支发展的里程碑 3.两大分支发展的里程碑
•
单片机的主要厂商及产品
ATMEL公司： 公司： 公司 系列单片机外， 单片机,是增强型RISC 除51系列单片机外，ATMEL的AVR单片机 系列单片机外 的 单片机 内载Flash的单片机,芯片上的Flash存储器附在用户的产品中,可 随时编程,再编程,使用户的产品设计容易,更新换代方便.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的处理能 力.AVR单片机工作电压为2.7~6.0V,可以实现耗电最优化.AVR 的单片机广泛应用于计算机外部设备,工业实时控制,仪器仪表, 通讯设备,家用电器,宇航设备等各个领域。
•
单片机应用领域 ⒓用定时器和捕获功能进行某一系统的检测。可提供报警、 控制等。如水位控制、温度控制，全自动洗衣机等 ⒔电子称重计 ⒕教学用仪器、医疗仪器 ⒖由单片机构成的霓虹灯控制器 ⒗在刚的热处理中采用热磁仪测量 ⒘各种金属探伤仪器 ⒙矿山生产智能监测仪 ⒚煤矿的产煤计数器 20.汽车安全系统 21.智能玩具 22.用超声波测量江河水位 23.交流电监测仪 24.消防系统报警监测仪 25.各类水表、电表 等等
•
单片机的发展由来----嵌入式系统的独立发展道路 单片机的发展由来 嵌入式系统的独立发展道路 1.单片机开创了嵌入式系统独立发展道路 ： 1.单片机开创了嵌入式系统独立发展道路 •嵌入式系统必须走独立发展道路。这条道路就是芯片化道路。 •在探索单片机的发展道路时，有过两种模式，即“Σ模式”与 “创新模式”。“Σ模式”本质上是通用计算机直接芯片化的模 式，它将通用计算机系统中的基本单元进行裁剪后，集成在一 个芯片上，构成单片微型计算机；“创新模式”则完全按嵌入 式应用要求设计全新的，满足嵌入式应用要求的体系结构、微 处理器、指令系统、总线方式、管理模式等。 。
第一代 电子管计算机 第二代 晶体管计算机
19461946-1957 19581958-1964
低级语言 高级语言 操作系统 数据库、网络 数据库、
第三代 中、小型集成电路计算机 1964-1972 1964第四代 超大规模集成电路计算机 1972-现在 1972-
占地170平方米 占地170平方米， 平方米， 重达30多吨 重达30多吨
缺点是存储容量太 小，基本上不能存 储程序， 储程序，只能依靠 线路连接的方法
•单片机的发展由来 计算机的技术发展史 单片机的发展由来----计算机的技术发展史 单片机的发展由来 1.始于微型机时代的嵌入式应用 1.始于微型机时代的嵌入式应用
•
单片机的发展由来----嵌入式系统的两种应用模式 单片机的发展由来 嵌入式系统的两种应用模式 3.嵌入式系统应用的高低端 3.嵌入式系统应用的高低端
低端应用：基于8位单片机，实现最底层 电子系统应用。 嵌入式系统 高端应用：基于32位嵌入式处理器,主要 在网络、通信、多媒体等方面的应用。
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单片机应用领域 ⒈用图象传感器测量线才系统 ⒉卫星电视的串口模拟SPI、I2C的应用，如雷达录取的数据 传送 ⒊直接与AD芯片配合进行各种数据传感器配合 ⒋利用单片机与PC机的232通讯进行控制，单片机为控制对 象 IC PC ⒌通过IC卡、单片机、PC机构成的各种收费系统 ⒍通过单片机控制各种步进电机完成工控任务系统 ⒎通过单片机控制各种电慈设备完成工控任务系统（如程控 交换系统） ⒏可应用在电机的变频技术上的控制领域中 ⒐各种测量工具如水位尺，它在水文上的应用很普及 ⒑大型指针钟控制器，主要根据时间控制电机带动指针 ⒒电子配料控制仪，基于小型生产的自动或半自动控制，如 控制上料、搅拌等
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单片机的主要厂商及产品
Atmel
Microchip
Microchip(中国) Microchip(中国) 中国
Philips
Texas Instruments(TI 德州仪器) 德州仪器)
东芝单片机
Freescale(原 原 Motorola现在为 现在为 飞思卡尔) 飞思卡尔
Holtek(盛群) Holtek(盛群) 盛群
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单片机的发展由来----嵌入式系统的定义与特点 单片机的发展由来 嵌入式系统的定义与特点 ３.嵌入式系统的种类与发展： 嵌入式系统的种类与发展： •按形态可分为设备级（工控机）、板级（单板、模块）、芯片 级（MCU、SoC）。 •主要技术发展方向是满足嵌入式应用要求，不断扩展对象系统 控制要求的外围电路（如ADC、DAC、PWM、日历时钟、电源 监测、程序运行监测电路等），形成满足对象系统要求的应用 系统。 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Winbond(华邦) Winbond(华邦) 华邦
Scenix单片 单片 机
Keil Software
Zilog
NEC单片机 单片机
Fujitsu
富士通
EPSON
威利姆
周立功单片机
三星单片机
双龙电子
STC(宏晶科技) STC(宏晶科技) 宏晶科技
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单片机的主要厂商及产品 8051单片机 单片机: 单片机 最早由Intel公司推出的8051/31类单片机也是世界上用量 最大的几种单片机之一。8051单片机最早由Intel公司推出,由 于Intel公司在嵌入式应用方面将重点放在186、386、奔腾等与 PC类兼容的高档芯片的开发上，8051类单片机主要由Philips、 三星、华邦等公司接产。这些公司都在保持与8051单片机兼容 的基础上改善了8051许多特性(如时序特性)。提高了速度、降 低了时钟频率，放宽了电源电压的动态范围，降低了产品价格。 使得以8051为内核的MCU系列单片机在世界上产量最大,应用 也最广泛,有人推测8051可能最终形成事实上的标准MCU芯片。
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单片机的发展由来----嵌入式系统的独立发展道路 单片机的发展由来 嵌入式系统的独立发展道路 2.单片机的技术发展史 2.单片机的技术发展史
单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC 三大阶段。 •SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段。 •MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段。 •SoC即片上系统（System On Chip）阶段。单片机是嵌入式系统 的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用 系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形 成了SoC化趋势。
２０世纪７０年代计算机 ２０世纪７０ 世纪７０年代计算机
•单片机的发展由来 计算机的技术发展史 单片机的发展由来----计算机的技术发展史 单片机的发展由来 1.始于微型机时代的嵌入式应用 1.始于微型机时代的嵌入式应用 嵌入式计算机系统－－ 嵌入式计算机系统－－
将微型机嵌入到一个对象体系中， 将微型机嵌入到一个对象体系中，实现对象体系的智能化控制
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单片机的主要厂商及产品 Microchip单片机 单片机: 单片机 Microship单片机是市场份额增长最快的单片机。它的主 单片机是市场份额增长最快的单片机。 单片机是市场份额增长最快的单片机 要产品是PIC 16C系列和 系列和17C系列 位单片机，CPU采用 系列8位单片机 采用RISC 要产品是 系列和 系列 位单片机， 采用 结构， 条指令， 结构，仅33条指令，运行速度快，且以低价位著称，一般单 条指令 运行速度快，且以低价位著称， 片机价格都在一美元以下。 单片机没有掩膜产品， 片机价格都在一美元以下。Microship单片机没有掩膜产品， 单片机没有掩膜产品 全部是OTP器件，Microship强调节约成本的最优化设计，适 器件， 强调节约成本的最优化设计， 全部是 器件 强调节约成本的最优化设计 于用量大、档次低、价格敏感的产品。根据2007.04.20 业界知 于用量大、档次低、价格敏感的产品。根据 名市场调查机构Gartner Dataquest 公布 公布Microchip Technology 名市场调查机构 Inc.（美国微芯科技公司）勇夺 年全球8位单片机销售额 （美国微芯科技公司）勇夺2006年全球 位单片机销售额 年全球 冠军。 冠军。
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单片机的发展由来----嵌入式系统的定义与特点 单片机的发展由来 嵌入式系统的定义与特点 １.嵌入式系统的定义： 嵌入式系统的定义：
----“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”。“嵌 入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统 的三个基本要素。
２. 嵌入式系统的特点： 嵌入式系统的特点： •面向控制对象，嵌入到应用系统中的结构形态。必须满足如物 理环境（小型）、电气环境（可靠）、成本（价廉）等要求。 •突出控制功能。计算机必须配置有与对象系统相适应的接口电 路，有突出控制功能的指令系统（I/O控制、位操作等），软、 硬件的可裁剪性；满足不同对象要求的最小软、硬件配置等。
第一章 单片机概述
• • • • 单片机的发展由来 单片机的主要应用领域 单片机主要厂商及产品 单片机的发展方向
•单片机的发展由来 计算机的技术发展史 单片机的发展由来----计算机的技术发展史 单片机的发展由来 1.始于微型机时代的嵌入式应用 1.始于微型机时代的嵌入式应用 按所采用的电子元件 按所采用的电子元件划分 电子元件划分
新一代 人工智能型的计算机、 神经网络计算机、 人工智能型的计算机、 神经网络计算机、 生物计算机等
计算机软件 发展情况
•单片机的发展由来 计算机的技术发展史 单片机的发展由来----计算机的技术发展史 单片机的发展由来 1.始于微型机时代的嵌入式应用 1.始于微型机时代的嵌入式应用 第一代计算机： 1946、美国、 第一代计算机：ENIAC 1946、美国、电子管 莫奇利和 埃克特（ENIAC，直译名为“电子数字积分计算机” 埃克特（ENIAC，直译名为“电子数字积分计算机” ）
•单片机的发展由来 计算机的技术发展史 单片机的发展由来----计算机的技术发展史 单片机的发展由来 ２.现代计算机技术的两大分支
高速、海量的数值计算 通用计算机系统
嵌入式计算机系统
对象的智能化控制能力
•单片机的发展由来 计算机的技术发展史 单片机的发展由来----计算机的技术发展史 单片机的发展由来 3.两大分支发展的里程碑 3.两大分支发展的里程碑
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单片机的主要厂商及产品
ATMEL公司： 公司： 公司 系列单片机外， 单片机,是增强型RISC 除51系列单片机外，ATMEL的AVR单片机 系列单片机外 的 单片机 内载Flash的单片机,芯片上的Flash存储器附在用户的产品中,可 随时编程,再编程,使用户的产品设计容易,更新换代方便.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的处理能 力.AVR单片机工作电压为2.7~6.0V,可以实现耗电最优化.AVR 的单片机广泛应用于计算机外部设备,工业实时控制,仪器仪表, 通讯设备,家用电器,宇航设备等各个领域。
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单片机应用领域 ⒓用定时器和捕获功能进行某一系统的检测。可提供报警、 控制等。如水位控制、温度控制，全自动洗衣机等 ⒔电子称重计 ⒕教学用仪器、医疗仪器 ⒖由单片机构成的霓虹灯控制器 ⒗在刚的热处理中采用热磁仪测量 ⒘各种金属探伤仪器 ⒙矿山生产智能监测仪 ⒚煤矿的产煤计数器 20.汽车安全系统 21.智能玩具 22.用超声波测量江河水位 23.交流电监测仪 24.消防系统报警监测仪 25.各类水表、电表 等等
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单片机的发展由来----嵌入式系统的独立发展道路 单片机的发展由来 嵌入式系统的独立发展道路 1.单片机开创了嵌入式系统独立发展道路 ： 1.单片机开创了嵌入式系统独立发展道路 •嵌入式系统必须走独立发展道路。这条道路就是芯片化道路。 •在探索单片机的发展道路时，有过两种模式，即“Σ模式”与 “创新模式”。“Σ模式”本质上是通用计算机直接芯片化的模 式，它将通用计算机系统中的基本单元进行裁剪后，集成在一 个芯片上，构成单片微型计算机；“创新模式”则完全按嵌入 式应用要求设计全新的，满足嵌入式应用要求的体系结构、微 处理器、指令系统、总线方式、管理模式等。 。