单片机第1章
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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。
单片机原理及应用第1章 电路基本概念和基本定律
20 10 + 20V
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22
电路与 模拟电 子技术
实际电流源(非理想电流源)
I
Is R0
U
斜率G0
U
0
I
伏安关系
I I S G0U 或 U R0 I S R0 I
G0 越小，R0越大，直线越垂直，越接近理想电流源
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23
电路与 模拟电 子技术
长江大学
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电路与 模拟电 子技术
举 例 1.5.3
已知US1=6V，US2=4V，R1=4，R2= R3=2，求电流和 电压Uab。
I1
R1
R2
+ U S1 -
a
U S1 6 I1 I 2 A 1A R1 R2 4 2
U ab R2 I 2 U S 2 I 3 R3 [2 (1) 4 0]V 2V
U ac [3 10 (7)]V 44V
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电路与 模拟电 子技术
1.6 电路的工作状态
S + I S 1R 2 R F1L R1 R1 R1 S1 S2 F2 S2 R2
开路 短路
R0 R 0 R0 + R0 US + + - U+ US S US
电位、电位差
电位：单位正电荷在电场中某一点具有的电位能。用 “V ” 表示，与参考点有关（参考点电位为零 ）。单位： 伏
A点电位：VA= VAO B点电位： VB= VBO
O A B
电位差：两点电位之差。UAB=VA-VB （实际上是两点间电压） 参考点不同，电位不同，但电位差相同。
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；
整理课件
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。
整理课件
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
《单片机原理及应用》第1章 绪论.
上午11时26分58秒
图1广-2东松单山片职业机技术内学部院课结件制构作组示意图
1. 3 单片机的发展过程与应用领域 1.3.1 单片机的发展过程
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。
D0 100 D1 101 ... Dm 10m n
(Di 10i ) im
例如，十进制数47.25按权展开为：
47.25=4×101+7×100+2×10-1+5×10-2
上午11时26分58秒
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1.1.1 数制及其转换
1.二进制数及其转换
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1.1.3 原码、反码、补码
结论1
三种编码的最高位为符号位，“0”表示正，“1” 表示负。
对于正数，三种编码的表示方法相同。 对于负数，三种编码的符号位均为1，数值部分 不同。 8位二进制数的原码、反码和补码所能表示的数
值范围是不完全相同的。
1.1.1 数制及其转换
2.十六进制数及其转换
（1）十六进制数的特点
每一位是0~9、A~F中的一个数码，基数是16 运算规则：逢十六进一，借一当十六
（2）十六进制数的转换
十六进制数 二进制数：一拉四法。 二进制数 十六进制数：四合一法。 十六进制数与十进制数间的转换类似于二进制
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1.1.4 BCD码和字符的ASCII码
计算机只能识别“0”和“1”两个符号， 而计算机处理的信息却有多种形式，例 如数字、标点符号、运算符号、各种命 令、文字和图形等。要表示这么多的信 息并识别它们，必须对这些信息进行编 码。计算机中根据信息对象不同，编码 的方式也不同。常见的码制有BCD码和 ASCII码等。
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。
单片机原理及应用第1章 概述
整理课件
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。
整理课件
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。
整理课件
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。
整理课件
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。
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。
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。
第一章 单片机概述
智能控制
◆
实时工业控制
单片机还可以用于各种物理量的采集与控 制。电流、电压、温度、液位、流量等物理 参数的采集和控制均可以利用单片机方便地 实现。在这类系统中，利用单片机作为系统 控制器，可以根据被控对象的不同特征采用 不同的智能算法，实现期望的控制指标，从 而提高生产效率和产品质量。典型应用如机 床控制、电机转速控制、温度控制、自动生 产线等 。
单片机应用
汽车电子
◆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可以发挥巨大的作用。 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。
单片机应用
1.4 单片机系统的开发过程
通常开发一个单片机系统可按以下几个步骤进行。
(1) 明确系统设计任务，完成单片机及其外围电路的选型工 作。 (2) 运用PROTEL、POWERPCB等软件设计系统原理图和PCB板， 经仔细检查PCB板后送工厂制作。 (3) 完成器件的安装焊接。 (4) 根据硬件设计和系统要求编写应用程序。 (5) 在线调试软硬件。
三种应用形态的比较 ：
系统机（多板机）
单板机
单片机
系统机（桌面应用）属于通用计算机，主要应 用于数据处理、办公自动化及辅助设计。 单片机（嵌入式应用）属于专用计算机，主要 应用于智能仪表、智能传感器、智能家电、智能 办公设备、汽车及军事电子设备等应用系统。
单片机体积小、价格低、可靠性高，其非凡的 嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独 特的优势。
单片机在工业上的应用
数控车床
◆分布式系统的前端模块
在较复杂的工业系统中，经常要采用 分布式测控系统完成大量的分布参数的采 集。在这类系统中，采用单片机作为分布 式系统的前端采集模块，系统具有运行可 靠，数据采集方便灵活，成本低廉等一系 列优点。
◆
实时工业控制
单片机还可以用于各种物理量的采集与控 制。电流、电压、温度、液位、流量等物理 参数的采集和控制均可以利用单片机方便地 实现。在这类系统中，利用单片机作为系统 控制器，可以根据被控对象的不同特征采用 不同的智能算法，实现期望的控制指标，从 而提高生产效率和产品质量。典型应用如机 床控制、电机转速控制、温度控制、自动生 产线等 。
单片机应用
汽车电子
◆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可以发挥巨大的作用。 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。
单片机应用
1.4 单片机系统的开发过程
通常开发一个单片机系统可按以下几个步骤进行。
(1) 明确系统设计任务，完成单片机及其外围电路的选型工 作。 (2) 运用PROTEL、POWERPCB等软件设计系统原理图和PCB板， 经仔细检查PCB板后送工厂制作。 (3) 完成器件的安装焊接。 (4) 根据硬件设计和系统要求编写应用程序。 (5) 在线调试软硬件。
三种应用形态的比较 ：
系统机（多板机）
单板机
单片机
系统机（桌面应用）属于通用计算机，主要应 用于数据处理、办公自动化及辅助设计。 单片机（嵌入式应用）属于专用计算机，主要 应用于智能仪表、智能传感器、智能家电、智能 办公设备、汽车及军事电子设备等应用系统。
单片机体积小、价格低、可靠性高，其非凡的 嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独 特的优势。
单片机在工业上的应用
数控车床
◆分布式系统的前端模块
在较复杂的工业系统中，经常要采用 分布式测控系统完成大量的分布参数的采 集。在这类系统中，采用单片机作为分布 式系统的前端采集模块，系统具有运行可 靠，数据采集方便灵活，成本低廉等一系 列优点。
第1讲单片机基础知识
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
微型计算机系统
微型计算机系统
CPU
输 入 设 备
输 入 接 口 电 路
运算器 控制器
存储器 硬件系统
输 出 接 口 电 路
硬件系统 —— 构成微机 的实体和装置
输 出 设 备 软
+
件 系 统
软件系统——微机系统所 使用的各种程序的总称
第1章 单片机基础知识
计算机的分类
1.1 概述 什么是单 片机？
单片微型控制器。 Chip Microcontroller
单片机是把微型计算机的各个功能部件（中 央处理器 CPU 、随机存取存储器 RAM 、只读存 储器ROM、I/O接口、定时器/计数器以及串行通 信接口等）集成在一块芯片上，构成一个完整的 计算机 。
微型计算机系统
CPU
输 入 设 备
输 入 接 口 设 备
运算器 控制器
输 出 接 口 设 备
输 出 设 备
软
+
件 系 统
存储器
硬件系统
单片微型计算机是指集成在一个芯片上的微型计算机， 简称单片机 —— 单片机实质上就是一个芯片
单片机应用系统的组成
单片机应用系统的组成如图1.6所示。单片机应用系统是 以单片机为核心，再加上接口电路及外设等硬件电路和软件， 就构成了单片机应用系统。因此，单片机应用系统的设计人 员必须从硬件和软件角度来研究单片机，这样才能研究 和开发出单片机应用系统和产品。
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表1-1 80C51系列单片机分类表
芯片型号 分类 总 线 型 基 本 型 80C31 80C51 87C51 存储器类型及字节数/B 片内其他功能单元数量
单片机第1章计算机基础知识PPT课件
函数的概念和作用
函数是实现特定功能的代 码块，可以重复使用，提 高代码的可重用性和可维 护性。
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C语言基础
C语言的基本语法
包括变量定义、数据类型、运算符、控制结构等。
C语言的输入输出函数
如printf()和scanf()函数，用于在单片机程序中实现输入输出功能。
C语言的指针和数组
指针和数组是C语言中的重要概念，用于处理数据和内存地址。
单片机开发中的数据类型与运算符
单片机中的数据类型
01
包括整型、浮点型、字符型等，用于表示不同类型的数据。
按规模
超级计算机、服务器、工作站、个人电脑
计算机的应用领域
数据处理
企业管理、财务管 理等。
辅助设计
CAD、CAE等。
科学计算
气象预报、地质勘 探等领域。
自动控制
工业生产线的控制、 交通指挥等。
人工智能
机器翻译、智能机 器人等。
02
单片机基础知识
单片机的定义与特点
总结词：概述
详细描述：单片机是一种集成计算机硬件和软件的微型计算机系统，具有体积小 、功耗低、可靠性高等特点。
调试器
用于在单片机运行时实时监测和调试 的工具。
单片机开发流程
需求分析
明确单片机应用的功 能需求。
硬件设计
根据需求选择合适的 单片机和外围电路。
软件编程
使用C语言等编程语 言编写程序代码。
编译调试
将代码编译成可在单 片机上运行的二进制 文件，并进行调试。
测试验收
对单片机系统进行全 面测试，确保满足设 计要求。
单片机第1章计算机基础知识 ppt课件
• 计算机基础知识概述 • 单片机基础知识 • 单片机开发环境与工具 • 单片机编程语言与开发基础
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
《单片机原理及应用》课件第1章 单片机基础知识
—属于微型机的一种 —具有一般微型机的基本组成和功能
AB—地址总线; CB—控制总线; DB—数据总线
1.1.1 单片机的基本概念
单片机在应用时通常处于被控系统的核心地位并融 入其中，即以嵌入的方式使用。为了强调其“嵌入” 的特点，也常常将单片机称为嵌入式微控制器 （Embedded Micro-Controller Unit，EMCU）。
单片形成阶段
1976年，Intel推出MCS-48列单片机 ： 8位CPU、1KB ROM、64B RAM、27根I/O线和1个8位 定时器/计数器。 特点：存储器容量较小，寻址范围小(不大于4KB)， 无串行接口，指令系统功能不强。
10
1.2.1 单片机的发展历史
性能完善提高阶段
1980年，Intel推出MCS-51系列单片机： 8位CPU、4KB ROM、128B RAM、4个8位并行口、1个 全双工串行口、2个16位定时器/计数器。寻址范围 64KB，并有控制功能较强的布尔处理器。
“微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。
12
1.2.1 单片机的发展历史
微控制器化完善阶段
近期推出的单片机产品，内部集成有高速I/O口、 ADC、PWM、WDT等部件，并在低电压、低功耗、串行 扩展总线、控制网络总线和开发方式（在系统可编 程，ISP）等方面都有了进一步的增强。
特点：单片机的综合品质（如成本、性能、体系结构 、开发环境、供应状态）有了长足的进步。
15
1.3.1 MCS-51系列单片机-80C51系列单片机
Atmel公司，AT89系列，Flash存储器技术 Philips公司，80C552系列，含ADC 华邦公司，W78C51系列，高速低价 ADI公司，ADµC8xx系列，高精度ADC LG公司，GMS90/97系列，低压高速 Maxim公司，DS89C420系列，高速（50MIPS） Cygnal公司，C8051F系列，高速SOC
AB—地址总线; CB—控制总线; DB—数据总线
1.1.1 单片机的基本概念
单片机在应用时通常处于被控系统的核心地位并融 入其中，即以嵌入的方式使用。为了强调其“嵌入” 的特点，也常常将单片机称为嵌入式微控制器 （Embedded Micro-Controller Unit，EMCU）。
单片形成阶段
1976年，Intel推出MCS-48列单片机 ： 8位CPU、1KB ROM、64B RAM、27根I/O线和1个8位 定时器/计数器。 特点：存储器容量较小，寻址范围小(不大于4KB)， 无串行接口，指令系统功能不强。
10
1.2.1 单片机的发展历史
性能完善提高阶段
1980年，Intel推出MCS-51系列单片机： 8位CPU、4KB ROM、128B RAM、4个8位并行口、1个 全双工串行口、2个16位定时器/计数器。寻址范围 64KB，并有控制功能较强的布尔处理器。
“微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。
12
1.2.1 单片机的发展历史
微控制器化完善阶段
近期推出的单片机产品，内部集成有高速I/O口、 ADC、PWM、WDT等部件，并在低电压、低功耗、串行 扩展总线、控制网络总线和开发方式（在系统可编 程，ISP）等方面都有了进一步的增强。
特点：单片机的综合品质（如成本、性能、体系结构 、开发环境、供应状态）有了长足的进步。
15
1.3.1 MCS-51系列单片机-80C51系列单片机
Atmel公司，AT89系列，Flash存储器技术 Philips公司，80C552系列，含ADC 华邦公司，W78C51系列，高速低价 ADI公司，ADµC8xx系列，高精度ADC LG公司，GMS90/97系列，低压高速 Maxim公司，DS89C420系列，高速（50MIPS） Cygnal公司，C8051F系列，高速SOC
第1章 单片机8051基础知识
计算机科学与技术系
外部时钟源
1.1 单片机的典型结构
外部事件计数
振荡器和时序 OSC
程序存储器 4KBROM
数据存储器 256B RAM/SFR
2×16位 定时器/计数器
89C51 CPU 64KB 总线 扩展控制器 内中断 外中断 控制 并行口 图 1-1 AT89S51/S52的基本组成功能框图 串行通信 可编程全双工 串行口
2.低128字节RAM ·通用工作寄存器区 ·位寻址区 ·用户RAM区 3．高128字节用户RAM区 为特殊功能寄存器SFR AT89S52有256字节 4．片外数据存储器的结构及操作 片外数据存储器和外围扩展电路统一编址，可寻址范围为64 KB。 片外数据存储器寻址空间的数据传送使用专门的MOVX指令。片外数据存储器只能 和累加器A交换数据，通过地址指针DPTR或工作寄存器Ri间接寻址。
计算机科学与技术系
第1章 单片机8051硬件基础知识
教学目的：了解80C51系列单片机的内部结构、工作 原理 、存储器结构、基本电路、内部资源等硬件 内容。
教学重点:1.内部主要组成及工作原理 ； 2.存储器结构特点； 3.I/O 的复用结构及应用特点； 4.时序及复位电路的作用。 教学难点： 1.特殊功能寄存器的作用； 2.堆栈及堆栈指针的作用; 3.单片机内部资源（定时器、中断、串行口）
1.3
单片机的存储器
1.3．1 存储器结构和地址空间
FFFF 64KB RAM (I/O) 89S51片内存储器 0FFF 100 FF 00 片外数据存储器 FF 80 7F 00
计算机科学与技术系 数据和程序 分开的结 构，称为 哈弗结构
FFFF 64KB ROM 1000 0FFF
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第1章 单片机基础知识概述
单片机的发展趋势是高集成度、高性能、低功耗
单片机（SCM）→微控制器（Micro Controller Unit）
Single Chip Microcomputer
Micro Controller Unit
8位的51内核单片机仍然是目前主流机型。
第1章 单片机基础知识概述
位 半字节 字 节 字 节
字节
字（双字节）
第1章 单片机基础知识概述
强调 ： 1、字节的表示不可与二进制数的表示相混淆。例如，不 应将二进制数“1010B”理解为“1010字节”； 2、千字节的表示为“KB”，1KB=1024B。例如，64KB = 1024B×64 = 65536B。
第1章 单片机基础知识概述
有符号 数有3种编码形式：原码、反码和补码。 基本规律： 正数的原码、反码和补码都是相同的，而负数的原码、 反码和补码各有不同。 （1）原码Leabharlann 定义：有符号数的原始表示法。
如8位二进制原码的表示范围为： 1111 1111B～0111 1111B（-127～+127）。
其中1000 0000B与0000 0000B分别表示-0和+0。
3、怎样学习单片机
教学目标——掌握单片机原理与应用系统设计技能 需要具备——单片机硬件、软件、接口、开发工具 四方面知识
硬件系统
软件系统
接口系统 开发工具
各组成部分既相对独立，又相互交叉。
第1章 单片机基础知识概述
硬件系统（RAM，I/O，T/C，INT，UART）
存储器 输入/输出单元 定时/计数器
DFC8H 13163 15 162 12 161 8 160
其中，16为基数，0～15为各位加权数，其一般表达式为：
NH hn 1 16n 1 hn 2 16n 2 h1 161 h0 160
第1章 单片机基础知识概述
2.数制转换
第1章 单片机基础知识概述
开发工具——PROTEUS单片机仿真软件
第1章 单片机基础知识概述
开发工具—— Keil集成开发环境软件
Keil C51简介
Keil C51是51单片机软件开 发的C语言和汇编语言环境，可 以进行纯软件仿真；也可以与 Proteus软件联合进行仿真。
第1章 单片机基础知识概述
汽车电控系统中的单片机应用
第1章 单片机基础知识概述
2. 为什么要学单片机？
• 单片机属于高新技术领域，是机电产品智能化 的重要途径，可实现产品的升级换代。
• 单片机应用领域宽，单片机技能人才社会需求 广泛，具有很好的就业前景。 • 单片机知识与具体专业技术相结合可产生更大 的创造力和发展潜力。
第1章 单片机基础知识概述
第1章 单片机基础知识概述
当有符号数用补码表示时，可以把减法运算转换为加法运算。
如：123-125=[123]补+[-125]补
01111011B + 10000011B = 11111110B 10000010B（-2）
好处：CPU中无需设置硬件减法器，从而可简化其硬件结构。
第1章 单片机基础知识概述
仿真运行效果
第1章 单片机基础知识概述
教材介绍 第1章 单片机基础知识概述 第2章 MCS-51单片机结构及原理 第3章 单片机的汇编语言与程序设计 第4章 单片机的C51语言 第5章 单片机的中断系统 第6章 单片机的定时器/计数器 第7章 单片机的串行通信技术 第8章 单片机接口技术 第9章 单片机应用系统的设计与开发 附录 实验指导
第1章 单片机基础知识概述
（3）补码 定义：正数的补码与其原码相同；负数的补码为：符号位不 变，原码的数值部分各位取反，末位加1（即反码加1）。 如 0000 0100B 1000 0100B 0000 0100B 1111 1100B
负数的补码还可通过“模”计算得到，即负数X的补码等于模 与X绝对值的差值： [X]补=模-|X| “模”是指一个计量系统的计数范围。如8位二进制数的模 为28=256。则-4的补码为： [-4]补=256-4=252=1111 1100B
第1章 单片机基础知识概述
1.数制
单片机常用的数制有十进制、二进制、十六进制。 1、十进制数，ND 符号集：0～9； 规则：逢十进一；十进制数的后缀为D但可省略；十进制 数可用加权展开式表示，例如：
1234 1 103 2 102 3 101 4 100
其中，10为基数，0～9为各位加权数，其一般表达式为：
单片机与嵌入式系统
授课教师：李杰 Email: lijie_hdu@
第1章 单片机基础知识概述
1.1 单片机概述 1.2 单片机学习的预备知识 1.3 Proteus应用简介
第1章 单片机基础知识概述
1.1 单片机概述 1.2 单片机学习的预备知识 1.3 Proteus应用简介
第1章 单片机基础知识概述
ND dn 1 10n 1 dn 2 10n 2 d1 101 d0 100
第1章 单片机基础知识概述
2、二进制数，NB
符号集：0、1； 规则：逢二进一；二进制数的后缀为B且不可省略；二 进制数可用加权展开式表示，例如：
1101 B 1 23 1 2 2 0 21 1 2 0
第1章 单片机基础知识概述
工业计算机（Industrial Personal Computer） PC→ 电气加固、机械加固，并配置各种接口板卡 → IPC（工控机）→ 嵌入到大型对象系统中（实现智能化）
船舶驾驶室集中控制台
自动配料控制系统
电站锅炉控制系统
第1章 单片机基础知识概述
众多小型对象系统（如家电、仪器、工控单元…）无法使 用IPC， 需要发展一类特殊的嵌入式计算机系统。
第1章 单片机基础知识概述
（2）十六进制转换成十进制
转换规则：按十六进制表达式展开，按十进制运算求和。
例如： DFC8H 13163 15162 12161 8 160 57288
第1章 单片机基础知识概述
(3) 二进制与十六进制数之间的转换 转换规则：
从低位起由右到左，每4位二进制数对应1位十六进制数。 例如：
发展方向: CPU速度不断提升，存储容量不断扩大
386 486
Pentium Ⅳ Pentium
Conroe II
第1章 单片机基础知识概述
个人计算机（Personal Computer）
CPU+存储器+主板+显卡+声卡+网卡+显示器+鼠标+键盘… 基本功能部件
接口部件
外部设备
支持它的软件五花八门，应有尽有
考试问题 ★ 期末考试（70%） （学院统一组织的开卷考试） ★ 平时作业、点名（30%）
第1章 单片机基础知识概述
1.1 单片机概述 1.2 单片机学习的预备知识 1.3 Proteus应用简介
第1章 单片机基础知识概述
1.2 单片机学习的预备知识
1、数制定义——2、10、16进制数的概念
2、数制转换——2、10、16进制数的换算 3、有符号数——2进制负数的表示方法 4、位-字节-字——2进制基本概念 5、ASCII码——字符的2进制表示方法 6、BCD码——10进制数的2进制表示方法 7、基本逻辑门电路 ——与、或、非、与非
4. 位—字节—字
位 (bit)：二进制数中的一位，其值不是“1”，就是“0”。
字节 (byte)：一个8位的二进制数为一个字节，可用大写B 表示，例如256字节→256B。 字 (word)：51单片机的字由2个字节组成，16位字长。 半字节：4位二进制
例如：1000 1110 1100 1011B = 8E CDH
第1章 单片机基础知识概述
分支二：嵌入式计算机系统 （Embedded Computer System）
ECS——能嵌入到对象体系中，以实现对象体系智 能化为目的的一类专用计算机系统。 技术要求：必须满足对象体系的物理、电气和环 境以及产品成本等要求。 发展方向: 与对象系统密切相关的嵌入性能、控制 能力与控制可靠性 。
中断系统 串行通信
第1章 单片机基础知识概述
软件系统
汇编语言程序
C51语言程序
第1章 单片机基础知识概述
接口系统（LED，KEY，A/D，D/A，I/O扩展）
数码管
键盘
模数转换 数模转换 可编程接口
键盘电路
第1章 单片机基础知识概述
单片机本身无开发能力，必须借助开发工具开发应用软件。
单片机实验箱
（最后一组不足时左边添0凑齐4位）
记忆：
1010B = 0AH
1101B = 0DH
1011B = 0BH
1100B = 0CH
1110B = 0EH
1111B = 0FH
第1章 单片机基础知识概述
(4)十进制整数转换成二、十六进制整数
转换规则：“除基取余”。十进制整数不断除以转换进制 基数，直至商为0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。
第1章 单片机基础知识概述
单片计算机（Single Chip Microcomputer） SCM——将通用微计算机基本功能部件集成在一块芯片 上构成的一种专用微计算机系统。
应用：SCM硬件+SCM软件+少量外围电路→嵌入式微 机系统+被控对象→微电脑控制产品
第1章 单片机基础知识概述
单片机的发展： 从1976年起，Intel公司先后推出MCS-48（4位）、 MCS-51 （8位）和MCS-96（16位）3大系列单片机。 迄今为止，世界各地厂商已相继研制出大约50个系列300 多个品种的单片机产品。