第1章单片机基础知识
第一章 单片机基础知识
第一章单片机入门知识概述1.1 单片机的发展历程单片机的应用在后PC时代得到了前所未有的发展，但对处理器的综合性能要求也越来越高。
综观单片机的发展，以应用需求为目标，市场越来越细化，充分突出以“单片”解决问题，而不像多年前以MCS51/96等处理器为中心，外扩各种接口构成各种应用系统。
单片机系统作为嵌入式系统的一部分，主要集中在中、低端应用领域（嵌入式高端应用主要由DSP、ARM、MIPS等高性能处理器构成），在这些应用中，目前也出现了一些新的需求，主要体现在以下几个方面：（1）以电池供电的应用越来越多，而且由于产品体积的限制，很多是用钮扣电池供电，要求系统功耗尽可能低，如手持式仪表、水表、玩具等。
（2）随着应用的复杂，对处理器的功能和性能要求不断提高。
既要外设丰富、功能灵活，又要有一定的运算能力，能做一些实时算法，而不仅仅做一些简单的控制。
（3）产品更新速度快，开发时间短，希望开发工具简单、廉价、功能完善。
特别是仿真工具要有延续性，能适应多种MCU，以免重复投资，增加开发费用。
（4）产品性能稳定，可靠性高，既能加密保护，又能方便升级。
1. 单片机技术的发展特点自单片机出现至今，单片机技术已走过了近20年的发展路程。
纵观20年来单片机发展历程可以看出，单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。
（1）单片机寿命长这里所说的长寿命，一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠地工作十年、二十年，另一方面是指与微处理器相比的长寿命。
随着半导体技术的飞速发展，MPU更新换代的速度越来越快，以386、486、586为代表的MPU，很短的时间内就被淘汰出局，而传统的单片机如68HC05、8051等年龄已有20岁以上，产量仍是上升的。
这一方面是由于其对相应应用领域的适应性，另一方面是由于以该类CPU为核心，集成以更多I/O功能模块的新单片机系列层出不穷。
单片机第一章第二章第三章
码的大小、执行效率，部分型号FLASH非常大，特别适用于使
用高级语言进行开发；
·作输出时与PIC的HI/LOW相同，可输出40mA（单一输
出），作输入时可设置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，具
备10mA-20mA灌电流的能力；
·片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、
启动延时等功能，外围电路更加简单，系统更加稳定可靠；
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属于RISC结构的有Microchip公司的PIC系列、 Atmel的AT90S系列、 Zilog的Z86系列、韩国三星 公司的KS57C系列4位单片机、台湾义隆的EM-78系 列等。
一般来说，控制关系较简单的小家电，可以采用 RISC型单片机；控制关系较复杂的场合，如通讯产品、 工业控制系统应采用CISC单片机。
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三、 单片机的特点、分类、及应用
1. 单片机的特点
（1）性价比高 （2）控制功能强 （3）高集成度、高可靠性、体积小 （4）低电压、低功耗
2. 单片机的分类
（1）按单片机内部程序存储器分类 片内无ROM型 片内带掩膜ROM（QTP）型、片内EPROM型、
片内一次可编写型（OTP型）和片内带Flash型等。 整理课件
（4）按单片机字长分类 4位、8位、16位、32位整理、课件和64位机
3. 单片机均可用单片机实现
四、MCS-51和8051、8031、89C51等的关系
MCS-51是指INTEL公司生产的一系列单片机的总称。
此系列包括好多品种，如8031，8051，8751， 8032，8052，8752等等。
系统。
单片机片内的各功能部件 通过内部总线相互连接，
集成在单片机内的这 些部件如何连接和进
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。
单片机原理及应用C语言版
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1.2.2 单片机的应用领域
单片机的应用范围十分广泛，主要的应用领 域有：
① 工业控制
②仪器仪表
③ 计算机外部设备与智能接口
④ 商用产品
⑤家用电器
⑥ 消费类电子产品
⑦ 通讯设备和网络设备
⑧ 儿童智能玩具
⑨ 汽车，建筑机械，飞机等大型机械设备
叫做单片微型计算机（Single Chip Microcomputer，SCM），简称单片机。
单片机为工业测控而设计，又称微控制器
(MCU)。
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1.1.2 单片机的发展历史
一 、4位单片机阶段
1975年美国德克萨斯仪器公司（TI）首次 推出4位单片机TMS-1000。
16位单片机可用于高速复杂的控制系统。
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四、32位单片机
近年来，各个计算机生产厂家已进入更 高性能的32位单片机研制、生产阶段。
应用于电子收款机、机顶盒、保安系统、 自动售货机、医疗系统、航空系统等。
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1.2 单片机的特点及应用领域
主要内容
1.2.1 单片机的特点 1.2.2 单片机的应用领域 1.2.3 单片机发展趋势
4位单片机主要用于家用电器、电子玩具等。
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二、 8位单片机阶段
1976-1978 初级8位单片机 Intel MCS48 系列
• 1978-1982 高档8位单片机 Intel MCS51系列：
• -51子系列：8031/8051/8751
单片机原理及应用第1章 概述
第1章 概 述 第四阶段是以嵌入式Internet为标志的嵌入式系统，这是 一个正在迅速发展的阶段。
目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外，但随 着Internet的发展和Internet技术与信息家电、工业控制 技术等结合日益密切，嵌入式设备与Internet的结合将 代表着嵌入式技术的真正未来。
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第1章 概 述
1.2 单片机的发展概况
1.2.1 数据总线位数的发展
1．4位单片机阶段
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竞相推出4位单片机。例如美国国 家半导体公司(National Semiconductor)的COP402系列，日本电 气公司(NEC)的μPD75XX系列，美国洛克威尔公司(Rockwell)的 PPS/1系列，日本松下公司的MN1400系列，富士通公司的MB88 系列等。
的接口电路设计技术。
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第1章 概 述
单片机与嵌入式系统
• 嵌入式系统定义
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础， 并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、 成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它 一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作 系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现 对其他设备的控制、监视或管理等功能。
(4) 单片机的外部扩展能力强。在内部的各种功能部分不能满 足应用需求时，均可在外部进行扩展(如扩展ROM、RAM，I/O 接口，定时器/计数器，中断系统等)，与许多通用的微机接口芯 片兼容，给应用系统设计带来极大的方便和灵活性。
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第1章 概 述
1.3.2 单片机的优点及应用
(1) 体积小，成本低，运用灵活，易于产品化，它能方便地 组成各种智能化的控制设备和仪器，做到机电一体化。
单片机基础知识
XTAL1和XTAL2。
有两种时钟产生方式：内部方式和外部 方式。
内部时钟方式
内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，通 过在XTAL1和XTAL2端外接石英晶体作为定时元件。 C1和C2典型值 通常选择30pF左右。 晶体的振荡频率 在1.2MHz～12MHz之 间。 某些高速单片机 芯片的时钟频率已 达10空间：
片内程序存储器； 片外程序存储器；
片内数据存储器；
片外数据存储器。
程序存储器（ROM）：用来存放程序和 始终要保留的数据。 数据存储器（RAM）：用来存放程序运 行中所需要的常数和变量。当然，全局 数据也可以放在RAM中。
程序存储器（ROM）
FFFFH
片外ROM
单片机（又称微控制器）是在一块硅 片上集成了各种部件的微型计算机。 这些部件包括中央处理器CPU、数据 存储器RAM、程序存储器ROM、定 时器/计数器T/C和多种I/O接口电路。
1.2 8051的内部结构
1.2.1 中央处理器
8051的中央处理器CPU由运算器和控制 逻辑构成，其中包括若干特殊功能寄 存器（SFR）。
8051片内ROM为掩膜型, 在制造芯片时已将应 用程序固化进去，使它具有了某种专用功能； 内部程序不能改写, 不便于实验和开发。如 在实验调试中使用8051, 需在片外扩展可改 写的EPROM。
8031片内没有ROM, 使用时需外接ROM。 8751具有片内EPROM, 固化的应用程序可以方 便地改写。
外部时钟方式
常用于多片 MCS-51单片 机同时工作。
（2）8051的基本时序周期
振荡周期：指振荡源的周期，若为内部产 生方式，则为石英晶体的振荡周期。
时钟周期：（称S周期）为振荡周期的两倍， 时钟周期＝振荡周期P1＋振荡周期P2。
单片机及控制-第一章单片机基础知识
关于逻辑高低电平： 1) 5V CMOS 、 HC 、 AHC 、 AC 中 ， 输 入 大 于 3. 5V 算 高 电 平 ， 输 入 小 于 1.5 V 算 低 电 平 ； 2) 5 V TTL 、 AB T 、 AHCT 、 HC T 、 ACT 中 ， 输 入 大 于 2 V 算 高 电 平 ， 输 入 小 于 0. 8V 算 低 电 平 ； 3) 3. 3V LV TTL 、 LV T 、 L VC 、 AL VC 、 LV 、 AL V T 中 ，输 入 大 于 2V 算高电平 | | 输 入 小 于 0. 8V 算 低 电 平 ；
【单片机的应用领域】 目前单片机渗透到我们生活的各个领域， 几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。 导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程 的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像 机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。 更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应 用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
AT89S52 具有以下标准功能：8K 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定 时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行 口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选 择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一 个中断或硬件复位为止。
单片机基础知识讲解
以及常数，表格等；而数据存储器则存放缓冲数据。 2.常用MCS-51單片機的存儲器結構 MCS-51单片机存储器的结构共有3部分，一是程序存储器，二是内部数据存储
，然后发出各种控制信号，完成一系列定时控制的微操作，用来控制单片机各 部分的运行。其中，有一些控制信号线能够简化应用系统的外围控制逻辑. 6.單片機CPU的時序 单片机执行的每一条指令都可以分解为若干基本的微操作，而这些微操作在时 间上都有极严格的先后次序，这些次序就是计算机的CPU时序.
第三章 单片机的存储器、寄存器及位地址空间
第三章 单片机的存储器、寄存器及位地址空间
5.單片機復位 单片机复位后，程序计数器PC的内容为0000H，所以系统必须从0000H单元开始
取指令来执行程序。0000H单元是系统的起始地址，一般在该单元存放一条绝 对跳转指令（LJMP），而用户设计的主程序，则从跳转后的地址开始安放. 6. MCS-51单片机内部数据存储器的设置 MCS-51单片机内部有128个字节的数据存储器，内部RAM编址为00H~7FH。MCS51对其内部的RAM存储器有很丰富的操作指令，方便了程序设计 7.单片机内部数据存储器的特点 工作寄存器和数据存储器是统一编址的，这是单片机内部存储器的主要特点 8.什么是堆栈以及MCS-51单片机的堆栈的设置 程序设计时，往往需要一个后进先出的RAM区，以保存CPU的现场。这种后进先 出的缓冲区，就称为堆栈。MCS-51单片的堆栈原则上设在内部RAM的任意区域 内，但是，一般设在31H~7FH的范围之间，栈顶的位置由栈指针SP指出.
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
1.1 单片机概述
第1章 单片机基础知识概述
随着单片机从早期的4位发展到8位、16位直至32位，单片 机的功能在不断增强，嵌入式应用能力也在不断提高。
然而，由于复杂系统的功能大都可以通过简单嵌入式系统 组合实现，而8位单片机以其价格低廉性能适中的特点， 已可满足简单嵌入式系统的要求。这表明，嵌入式应用领 域中大量需要的仍是8位单片机，在当前及以后的相当一 段时间内8位单片机仍将占据单片机应用的主导地位。
第1章 单片机基础知识概述
第二阶段：MCU（Micro Controller Unit）即微控制器阶段 ，其主要的技术发展方向是，不断推进在嵌入式系统中集 成各种外围电路与接口电路的能力，以满足智能化控制的 需求。在此阶段中，Philips公司以其在嵌入式应用方面的 强大实力，推出了基于MCS-51内核的微控制器系列产品 ，使单片机进入MCU阶段。
第1章 单片机基础知识概述
③ 低功耗。目前，市场上有一半以上的单片机产品已 CHMOS化，这类单片机具有功耗小的优点，许多单片机 已可以在2.2V电压下运行，有的能在1.2V或0.9V低电压 下工作，功耗为μW级。
④ 高性价比。随着单片机的应用越来越广泛，各单片 机厂家会进一步改进单片机的性能，从而增强产品的竞 争力。同时，价格也是各厂家竞争的一个重要方面。所 以，更高性价比的单片机会逐渐进入市场。
第1章 单片机基础知识概述
④ 汽车电子与航空航天电子系统。通常这些系统中的集中 显示系统、动力监测控制系统、自动驾驭系统、通信系统 及运行监视器（黑匣子）等，都是将单片机嵌入其中实现 系统功能。
第1章 单片机基础知识概述
⑤ 家用电器。单片机应用到消费类产品之中，能大大提高 它们的性价比，提高产品在市场上的竞争力。目前家用电 器几乎都是单片机控制的产品，例如，空调、冰箱、洗衣 机、微波炉、彩电、音响、家庭报警器及电子玩具等。
单片机知识点
第一章、绪论单片机定义：把CPU、寄存器、RAM/ROM 、I/O 接口等电路集成在一块集成电路芯片上，构成一个完整的微型计算机。
单片机特点：体积小、功耗低、性价比高；数据大都在片内传送，抗干扰能力强，可靠性高；结构灵活，应用广泛。
单片机发展趋势：数据位长1-->4-->8-->16-->32 位;CPU 处理能力和速度不断提高;增大片内RAM 和ROM 容量;增加片内I/O 口和功能模块种类和数量;扩大对外部RAM/IO 口和程序存储器寻址能力;缩小体积，降低功耗。
单片机应用：控制应用：应用范围广泛，从实时性角度可分为离线应用和在线应用。
软硬件结合：软硬件统筹考虑，不仅要会编程，还要有硬件的理论和实践知识。
应用现场环境恶劣：电磁干扰、电源波动、冲击震动、高低温等环境因素的影响。
要考虑芯片等级选择、接地技术、屏蔽技术、隔离技术、滤波技术、抑制反电势干扰技术等。
应用空间大：工业自动化、仪器仪表、家用电器、信息和通信产品、军事装备、物联网等领域。
第三章：MCS-51单片机结构与原理3.1 MCS-51 单片机的物理结构及逻辑结构51 单片机的引脚定义：P0、P1、P2、P3（输入输出口）；RST（复位）/ VPD（后备电源引入端）；EA （读内/ 外ROM 控制）/Vpp（编程电压）；ALE（地址低8 位锁存）/ PROG（编程脉冲）；PSEN （外部ROM 读选通信号）；XTAL1、XTAL2 （外接晶振端）Vcc （+5v 电源）；Vss （地）逻辑结构--51 单片机的系统结构图（教材P26）51 单片机基本组成：一个8 位微处理器CPU；数据存储器RAM 和特殊功能寄存器SFR；内部程序存储器ROM；两个定时/计数器，用以对外部事件进行计数，也可用作定时器；四个8 位可编程的I/O（输入/ 输出）并行端口；一个串行端口，用于数据的串行通信；中断控制系统；内部时钟电路。
单片机原理及应用知识点各章总结
单片机原理及应用知识点各章总结单片机原理及应用知识点各章总结第一章：单片机基础知识概述单片机是一种集成电路，包含中央处理器、存储器和输入输出设备。
它具有微型化、低功耗、可编程等特点，在现代电子设备中得到广泛应用。
该章节主要介绍了单片机的基本组成、工作原理和分类。
第二章：单片机内部结构单片机主要由中央处理器、内存和外设组成。
中央处理器负责指令执行和数据处理，内存用于存储程序和数据，外设用于与外界进行通信。
内部结构包括中央处理器的各个模块以及与之连接的总线和时钟。
第三章：单片机编程语言单片机编程语言包括汇编语言和高级语言。
汇编语言直接操作硬件，编程效率高；高级语言更易学习和使用，但运行效率相对低。
该章节介绍了常用的汇编语言指令和高级语言的编程方法。
第四章：单片机输入输出技术单片机输入输出技术是单片机与外界进行数据交换的重要方式。
该章节介绍了常见的输入输出方式，包括并行输入输出、串行输入输出、模拟输入输出和中断输入输出等。
同时介绍了GPIO口的工作原理和使用方法。
第五章：单片机中断技术中断技术是单片机实现多任务的一种重要方式。
该章节介绍了中断的概念、分类和工作原理。
同时介绍了中断优先级、中断屏蔽和中断向量表等相关知识。
还介绍了中断服务程序的编写方法和注意事项。
第六章：单片机定时器和计数器定时器和计数器是单片机中常见的计时和计数装置。
该章节介绍了定时器和计数器的工作原理和使用方法。
还介绍了定时器和计数器在实际应用中的常见用途，如延时、频率测量和PWM 控制等。
第七章：单片机串行通信接口串行通信接口是单片机与外界进行数据通信的一种常见方式。
该章节介绍了串行通信的基本概念和工作原理。
同时介绍了常用的串行通信协议，如UART、SPI和I2C等。
还介绍了串行通信在实际应用中的常见用途。
第八章：单片机模拟量输入输出模拟量输入输出是单片机处理模拟信号的一种重要方式。
该章节介绍了模拟量输入输出的基本概念和工作原理。
同时介绍了ADC和DAC等模拟量转换器的原理和使用方法。
单片机基础知识
▼F0 (PSW.5)可由用户定义的标志位。
PSW.7 PSW.6 PSW.5
CY AC F0 RS1 RS0 OV
PSW.0
P
▼RS1(PSW.4)、RS0(PSW.3)工作寄存器组选择位。
RS1，RS0 = 0 0 则选择了工作寄存器组 0 区
R0～R7分别代表00H ～07H单元。 RS1，RS0 = 0 1 则选择了工作寄存器组 1 区 R0～R7分别代表08H ～0FH单元。
5、MSP430系列
TI（德州仪器）公司推出的新型高性能单片机。 16位精简指令结构可确保运行速度、带FLASH 的微控制器可将功耗降低5倍、具有多种省电模 式、型号相当丰富。
五、 单片机的应用和应用系统结构
1、单片机的应用
◆智能仪器仪表
单片机用于各种仪器仪表， 一方面提高了仪器仪表的使用 功能和精度，使仪器仪表智能 化，同时还简化了仪器仪表的 硬件结构，从而可以方便地完 成仪器仪表产品的升级换代。 如各种智能电气测量仪表、智 能传感器等。
总
线
并行端口
串行端口
中断系统
P0 P1 P2 P3
TXD RXD
INT0 INT1
1、中央处理器CPU
CPU（Central Processing Unit）是计算机的核心部件,
它由运算器和控制器组成, 完成计算机的运算和控制功能。
运算器又称算术逻辑部件（ALU, Aithmctieal Logic
4、AVR系列
美国ATMEL公司推出的全新配置精简指令集 （RISC）的单片机系列。高速度、高保密性、低 功耗。
片内程序存储器采用Flash 大多数指令仅用1个晶振周期 采用C语言编程 CMOS工艺生产
第一章 单片机基础知识
第一章单片机基础知识单片机基础知识单片机（Microcontroller）是一种被广泛应用于电子设备中的微型计算机芯片，它集成了中央处理器（CPU）、存储器、输入输出端口及定时器等重要元件。
它的应用范围非常广泛，从简单的家电控制器到复杂的工控系统，无不离开单片机的应用。
一、单片机的起源及发展单片机的起源可以追溯到上世纪70年代早期，当时Intel公司推出了Intel 8048和Intel 8051，这两款单片机被视为单片机的奠基之作。
此后，各大芯片厂商纷纷推出了自己的单片机产品，并且随着技术的不断进步，单片机的功能和性能也得到了极大的提升。
二、单片机的组成单片机由CPU、存储器、输入输出端口和定时器等组成。
其中，CPU是单片机的核心部件，它负责执行指令和进行计算。
存储器主要用来存储程序指令和数据。
输入输出端口用于与外部设备进行数据交互。
定时器则负责计算时间和生成定时信号。
三、单片机的工作原理单片机以时钟信号驱动，指令按照一定的时序依次执行。
当单片机上电后，首先会复位，然后进入初始化程序，接着执行主程序。
单片机可以根据需要从输入端口读取数据，经过处理后再通过输出端口输出结果。
四、单片机的应用单片机广泛应用于各个领域，如家电控制、工控系统、汽车电子、医疗设备等。
以家电控制为例，我们可以通过单片机来实现空调的温度控制、洗衣机的程序控制、电视机的遥控功能等。
五、单片机的学习方法学习单片机需要掌握汇编语言和C语言编程。
首先，我们需要了解单片机的基本原理和功能，然后学习如何使用编译器和开发环境搭建单片机的开发环境。
接下来，可以通过编写简单的程序来加深对单片机的理解，并逐步掌握单片机的高级功能和应用。
六、单片机的发展趋势随着科技的不断进步，单片机的功能和性能将会不断提升。
未来，单片机将朝着低功耗、高性能和高可靠性的方向发展。
同时，随着物联网的兴起，单片机的应用也将会更加广泛。
七、总结单片机作为一种重要的电子元件，广泛应用于各种电子设备中。
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
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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
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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
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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。
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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1章 单片机基础知识95352631
2. 采用面向控制的指令系统。单片机有更强的逻辑控制 能力, 特别是单片机具有很强的位处理能力。
3. 单片机的I/O引脚通常是多功能的。 为解决实际引脚数
和需要的信号线的矛盾, 采用了引脚功能复用的方法, 引脚处 于何种功能, 可由指令来设置或由机器状态来区分。 4. 单片机的外部扩展能力很强。 在内部的各种功能部件不能 满足应用需求时, 均可在外部进行扩展(如扩展ROM、 RAM, I/O接口, 定时器/计数器, 中断系统等), 与许多通用的微机接口 芯片兼容, 给应用系统设计带来极大的方便。
特点是：片内面向测控系统外围电路增强， 使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控 系统及设备。 “微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。
1.1.3 单片机的发展趋势
从单片机30多年的发展历程可以看到, 单片机技术的发 展以微处理器技术及超大规模集成电路技术的发展为先导,
表现出以下技术特点。
1. 体系结构的变化 从体系结构上看, 单片机自诞生以来, 经历了从SCM到 MCU再到SOC的发展过程。8位单片机将是单片机的主流品 种，32位的RAM将在以后的应用中占领重要位置，16位的
T0
T1
时钟电路 ROM RAM 定时/计数器
内部总线 CPU
并行接口
串行接口
中断系统
P0 P1 P2 P3
TXD
RXD
INT0
INT1
图1.1 单片机结构框图
1.1.2
单片机的发展过程
单片机技术发展过程可分为三个主要阶段： 1.单芯片微机形成阶段 1976年，Intel公司推出了MCS-48系列单片 机 。8位CPU、1K字节ROM、64字节RAM、 27根I/O线和1个8位定时/计数器。 特点是：存储器容量较小，寻址范围小（不 大于4K），无串行接口，指令系统功能不强。
单片机及控制-第一章单片机基础知识
单片机及控制-第一章单片机基础知识单片机及控制第一章单片机基础知识在当今科技飞速发展的时代，单片机作为一种重要的微控制器，广泛应用于各个领域，从家用电器到工业自动化，从汽车电子到航空航天，都能看到单片机的身影。
那么，什么是单片机？它又是如何工作的呢？让我们一起来揭开单片机的神秘面纱，走进单片机的基础知识世界。
单片机，顾名思义，就是将计算机的主要功能部件集成在一块芯片上的微型计算机。
它通常包括中央处理器（CPU）、存储器（包括程序存储器和数据存储器）、输入/输出接口（I/O 接口）、定时器/计数器以及中断系统等。
这些部件协同工作，使得单片机能够完成各种复杂的控制任务。
中央处理器（CPU）是单片机的核心，它负责执行指令和进行数据运算。
就像人的大脑一样，指挥着整个系统的运行。
单片机的 CPU 虽然性能不如我们常见的个人电脑 CPU 那么强大，但它具有功耗低、体积小、成本低等优点，非常适合用于控制特定的设备和系统。
存储器是单片机用来存储程序和数据的地方。
程序存储器用于存放单片机运行所需的程序代码，数据存储器则用于存储运行过程中的临时数据。
程序存储器通常是只读存储器（ROM），如闪存（Flash），而数据存储器可以是随机存取存储器（RAM）。
输入/输出接口（I/O 接口）是单片机与外部世界进行交互的通道。
通过这些接口，单片机可以接收外部的输入信号，如传感器的检测信号，也可以向外输出控制信号，驱动执行机构工作。
例如，控制电机的转动、点亮 LED 灯等。
定时器/计数器在单片机中也起着重要的作用。
它们可以用于实现定时功能，比如定时发送数据、控制周期性的操作等。
计数器则可以用于对外部脉冲进行计数，实现测量、计数等功能。
中断系统则让单片机能够及时响应外部的紧急事件。
当有中断请求发生时，单片机可以暂停当前正在执行的任务，转而去处理中断服务程序，处理完后再返回原来的任务继续执行。
单片机的工作过程可以简单地描述为：首先，通过编程将所需的控制程序写入程序存储器。
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第1章 单片机基础知识
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 计算机的发展 计算机的组成及技术指标 8051单片机常用系列 单片机的应用 一个简单实例及单片机应用系统开发过程 数制及编码
1.7 常用数字电路
1.1 计算机的发展
1.1.1 通用计算机的发展
1946年2月15 日，第一台电 子数字计算机 问世，这标志 着计算机时代 的到来。 ENIAC
半导体存储器的分类
只读 存储器 ROM
掩模ROM 可编程PROM 可擦除EPROM 电可擦除E2PROM Flash快闪存储器
半导 体存 储器
双极型RAM 随机存储器 RAM MOS型RAM 动态DRAM 静态SRAM
电耦合器件CCD 串行存储器 磁泡存储器
只读存储器ROM ROM (Read Only Memory)通常不能由CPU任意写入， 只能被读取，称为只读存储器。常用于存放用户程序如监控 程序，停电后，所存信息不消失。程序写入需要专用设备。 只读存储器具有非易失性。 1）掩膜ROM 在制造过程中编程,只适合于大批量生产。 2）可编程ROM（PROM） 用独立的编程器写入，只能写入一次(OTP: One Time Programmable ROM)。 3）EPROM 电信号编程，紫外线擦除的只读存储器芯片。 4）E2PROM（ EEPROM） 电信号编程，电擦除。读写操作与RAM相似，写入速度 稍慢。断电后能够保存信息。 5）Flash ROM 又称闪烁存储器(Flash Memory )，简称闪存。电改写， 电擦除，读写速度快（70ns），读写次数多（1万次）。
1. 通用计算机的硬件组成
微处理器(CPU)、存储器与I/O接口电路组成微型计 算机。各部分通过地址总线（AB）、数据总线（DB） 和控制总线（CB）相连。
地址总线AB 数据总线DB 微 处 理 器 CPU 存储器 I/O接口 控制总线CB
I/O设备
微型计算机组成结构图
CPU(中央处理器) CPU (Central Processing Unit)包括运算器、 控制器和寄存器等。运算器也称为算术逻辑单元 (ALU: Arithmetic Logic Unit)。控制器（Control Unit）由指令寄存器、指令译码器和控制电路等组 成。控制器根据指令要求，对各部件发出控制信息， 使它们协调工作。CPU内部的寄存器用来存放经常 使用的数据。
PC机内存条: SDRAM( Synchronous DRAM), 512MB,1GB DDR( Double Data Rate) SDRAM，DDR2
半导体存储器的指标 （1） 存储器容量。Bit, Byte, 64KB。单片机一般 2KB~64KB， PC机目前可达2GB。 （2） 存取速度。 MOS型存储器存取周期一般为几十~几百 ns，双极性ECL电路可达10ns。
系统总线 计算机各部分硬件CPU、存储器、与I/O接口 通过系统总线(Bus) 相连接。系统总线是传送信 息的公用导线，一般有三组: 地址总线(AB: Address Bus),数据总线(DB: Data Bus),控制总 线(CB: Control Bus) 。 地址总线AB：传送CPU发出的地址信息，单向三 态，宽度有16根(64 KB)、20根(1 MB) 等。 数据总线DB: 传送数据信息，双向三态，宽度有8 位（8051）、16位（8086)等。 控制总线CB：传送控制信息，有的控制信号是输 入, 有的是输出。
1.1.3 单片机的发展趋势
CMOS化 低功耗化 低电压化 低噪声与高可靠性 大容量化 高性能化 小容量、低价格化 外围电路内装化 串行扩展技术
1.2 计算机的组成及技术指标
1.2.1 通用微型计算机的组成 微型计算机(简称微型机、微机、电脑)系统 (Microcomputer system )与一般计算机系统一样， 由硬件和软件两部分组成。
1971年1月，Intel公司的 特德·霍夫在与日本商业 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(IC)芯片。其中的两 个芯片分别用于存储程序 和数据，另一芯片集成了 运算器和控制器及一些寄 存器，称为微处理器（即 Intel 4004，4位字长）。 1972 年推出Intel 8080 微处理器（8位）。
目录
第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 第7章 单片机基础知识 8051单片机结构 8051单片机指令系统 汇编语言程序设计 并行输入输出接口及其应用 中断系统 定时器/计数器
第8章 串行通信接口 第9章 存储器扩展与接口技术 第10章 8051单片机C语言程序设计 第11章 单片机开发系统与集成开发环境 第12章 单片机应用系统设计 第13章 8051单片机新技术
低速场合采用4位单片机，高速场合采用16位、32位单片 机甚至DSP。大部分应用场合仍采用8位单片机。 Intel MCS-51 系列8位单片机，简称8051系列、51系列、 80C51系列。 8051系列单片机1980年由Intel公司推出，历久不衰。主 要用于中小系统场合。90年代Intel公司将8051内核的使用权 以专利形式转让给众多的集成电路制造商如Philips, Siemens, Atmel, TI, ADI等，发展出数百个品种的8051大家 族。8051已成为单片机领域的实际标准，成为主流机型与教 学首选机型。 8051 C 语言编程环境不断发展，可以采用实时多任务操 作系统。
软件和硬件是计算机系统不可分离的两个组成部分。没 有软件，计算机只是裸机而无法工作。 软件包括系统软件与应用软件。 系统软件包括操作系统(OS: Operating System)、各种 语言的汇编程序、解释程序、编译程序等。常用的操作系统 有Windows 、Linux 、 DOS、Unix等。 应用软件：解决各种实际问题的程序如电路板设计软件 Protel、杀毒软件KV2000等。
1.1.2 单片机的发展历程
单片机即单片计算机(Single Chip Computerห้องสมุดไป่ตู้：将中央处 理器(CPU)、随机读写存储器(RAM,Random Access Memory)、只读存储器(ROM, Read Only Memory)、定时器/ 计数器(Timer/Counter)以及输入/输出(Input/Output)接口电 路等计算机主要部件，集成在一块芯片上。 单片机(即集成在一块芯片上的计算机)主要用于控制领域， 目前国际上统称微控制器(Microcontroller)。 虽然单片机只 是一个芯片，但从组成与功能来看，具有计算机的特点。
Intel 4004微处理器
1974年-1978年出现了中高档微处理器。 Intel公司的8085 Motorola公司的M6809 Zilog公司的Z80微处理器 出现了微型计算机(Apple II—Rockwell R6502)。 1978年-1981年出现了16位微处理器。 Intel公司的8086 CPU, 29000个晶体管/片 Motorola公司的MC68000(32位) Zilog公司的Z8000(16位、32位)微处理器
微处理器 （CPU） 存储器 （内存）
运算器 控制器 寄存器
RAM ROM 并行、串行接口 定时器、A/D、D/A
主 机
输入/输出接口 （I/O接口） 总线 外部设备
硬件
输入设备 输出设备 辅助存储器
微型机系统
外围设备 电源电路 时钟电路 系统软件(包括程序设计语言) 应用软件 辅助设备
软件
微型计算机系统组成
I/O接口 计算机的外部输入/输出(I/O: Input/Output)设 备要通过I/O接口(Interface) 与CPU相连接。常用 的外设有键盘、鼠标、打印机、显示器、绘图仪等。 磁盘既是输入设备，又是输出设备，又称外存。单 片机的外设还可以是A/D、D/A、开关、继电器等。
2. 通用计算机机软件
个人计算机：IBM PC
1981年IBM (International Business Machines,国际商用机 器公司 )推出了IBM PC (Personal Computer,个人计算机 )， 最初采用8088 CPU， 主频4.77 MHz，随后采用8086/80286 CPU 。开辟了个人计算机普及和发展的新纪元。 1985年-1993年出现了32位高档微处理器。 Intel公司的80386 DX、80486微处理器（CPU） 1993年后，出现了第五代高档微处理器：Pentium (奔腾)。 随后出现了P2,P3,P4微处理器。电脑进入寻常百姓家庭。目 前，奔4 CPU,主频可达3GHz。 多核，64位CPU ，多媒体技术。
存储器可以分为随机读写存储器(RAM)和只读存储器 (ROM)。 RAM (Random Access Memory)可被CPU随机读写，又称 为读写存储器，用于存放用户程序与数据，但停电后， 所存信息消失。 ROM (Read Only Memory)通常不能由CPU任意写入，只能 被读取，称为只读存储器。常用于存放用户程序如监控 程序，停电后，所存信息不消失。程序写入需要专用设 备。
计算机的发展：电子管、晶体管、集成电路、超 大规模集成电路等几代。 分类：巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机 五大类。 微型计算机1970年代研制成功。 微处理器(Microprocessor)通常称为CPU (中央处 理单元, Central Processing Unit)，是将运算器 和控制器集成在一个很小的硅片上制成的集成电 路。微型计算机(Microcomputer)则是由微处理 器、内存和输入输出接口电路组成的计算机。
1974年美国仙童(FAIRCHILD)公司生产了第一片单片机 F8。 目前单片机生产厂家：Intel , Motorola, TI, Philips, Zilog, Rockwell, NEC, Siemens, Hitachi, Toshiba, Atmel等。 单片机分类：4位、8位、16位、32位单片机。 单片机产量：1995年30亿片， 2000年60亿片，年增长率 15%。 单片机常用系列： Intel MCS-51 8位 单片机。 Intel MCS-96 16位单片机 。 Motorola MC68系列， 8位、16位单片机。 TI MSP430系列16位低功耗单片机。 Microchip的PIC系列RISC单片机。