单片机原理及基于单片机的嵌入式系统设计
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1 小巧灵活、成本低，易于产品化。它能方便的 组装成各种智能化的控制设备及各种智能仪器 仪表。
2 面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各 类控制任务，因而能获得最佳的性能价格比。
3 抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣 的环境条件下都能可靠地工作。
4 可以很方便地实现多机和分布控制。使整个控 制系统的效率和可靠性大为提高。
如何实现？
最简单的方法是，我们需要一个器件，该器件支 持以下功能：
(1)内含微处理器，有自己的机器语言，可以按需 编程
(2)有并行接口，可以外接数据输入、存储器、液 晶显示模块等
(3)有串口，可以连接GSM模块 (4)有外部中断输入接口 (5)内置定时/计数器 (6)内部拥有程序运行所需的寄存器与存储器
成绩评定
笔试（开卷：教材与手写笔记，60） 平时成绩（10） 上机考试（20） 实验报告（10）
第一章 单片机概述
问题引入
假设要设计一个阵列式电场传感器的测量系统， 实现以下功能:
(1)多个传感器的数据采集 (2)本地存储 (3)空间电场分布分析 (4)液晶（LCD）屏显示 (5)通过GSM模块采用短消息与后台主机通信 (6)按键决定通信时机
存储器一般分为随机读写存储器（RAM） 和只读存储器（ROM）。
随机存取存储器（RAM－Random Access Memory）：简称随机存储器或读写存储器。 是一种既能写入又能读出数据的存储器。但 当机器断电或关机时，存储器中存储的信息 会立即消失。
只读存储器（ROM－Read Only Memory）： 是计算机内部一种只能读出数据信息而不能 写入信息的存储器。但当机器断电或关机时， 只读存储器中的信息不会丢失。
单片机原理及基于单片机的 嵌入式系统设计
蔡方凯 主 编
中国水利水电出版社
课程内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章
单片机概述（2学时） MCS-51单片机的结构和原理（6学时） MCS-51指令系统（4学时） 汇编语言程序设计（4学时） MCS-51单片机中断系统（4学时） 定时器与计数器（4学时） 串行接口通信（4学时） 并行I/O接口扩展及其应用（2学时） 嵌入式系统概述（2学时） 基于单片机的嵌入式接口设计（4学时）
对51单片机而言，将程序存储到程序程序器中则相 对复杂，必须利用51单片机芯片厂家提供的专用设备 （烧写器）来完成，市场上有专门的单片机烧写器销 售。烧写器实际上就是完成对程序存储器的写操作。 利用烧写器可以将用户程序的机器码存储到单片机中。
1.2.2 如何将程序从程序存储器中取出
1 最基本的计算机组成 2 存储器 3 如何从程序存储器中取程序数据
按照“程序存储，程序控制”的方式工作， 微机必须解决以下几个问题：
1、如何将程序的机器码存储到程序存储器中？
2、如何将程序的机器码从程序存储器中取出？
3、当CPU完成从程序存储器中读出程序的机器 码后，如何执行该语句？
1.2.1 如何将程序机器码烧写到程序存储器中
对于普通PC而言，其程序存放在硬盘中，此时面临 的问题就是将文件、程序内容写入硬盘，在Windows 操作系统中提供了图形化的操作环境，读者不必了解 对硬盘的写操作原理，仅需要按“保存”按钮或“保 存”菜单就可以很方便的完成该操作。
这个器件可由单片机承担
1.1 微型计算机系统结构
运算器 数据
输入
存储器
输出
指令wk.baidu.com
控制器
功能模块
数据信号线
控制信号线
1.2 微型计算机工作过程
微机的工作过程按照“程序存储，程序控制”的方 式工作。
程序存储是指用户根据实际应用需要将程序编写完 毕，并将程序的机器码存放在存储器中。
程序控制是指CPU内的控制器按照用户程序中的指 令顺序，从存储器中取出指令，并分析指令的功能， 进而发出各种控制信号，指挥计算机中的各类部件来 执行该指令。这种通过取指令、分析指令、执行指令 的操作重复执行，直到完成程序中的全部指令操作为 止。
1 最基本的计算机组成
一台简单的计算机通常包括三个主要的子系统，中
央处理单元（CPU）、存储系统（用来存储CPU正在执
行的程序和数据）、输入/输出子系统（如键盘、显
示等）
地址线
CPU
数据线 控制
存储系统
Ｉ／Ｏ 子系统
2 存储器
一个存储器元件有多个存储单元，每个 单元存储固定长度的二进制值，不同的存 储器芯片，其存储单元的数量和大小也不 相同，存储器芯片存储容量大小由单元数 乘以每个单元的位数确定。
内存条
CPU
多板机
主板
单板机
输入输出接口 芯片
CCPPU芯U片
定时计数器 芯片
内存条
存储器芯片
印 刷 电
A/D、D/A 芯片
路 板
单片机
存储器
CPU
I / O口
时钟电路 控制电路
定时器
晶 片
单 硅
1.4 单片机发展趋势
1 低功耗CMOS化 2 微型单片化 3 主流与多品种共存
1.5 单片机特点
3 如何从程序存储器中取程序数据
◆ 在CPU能够执行某条指令之前，它必须 将这条指令从存储器中取出来，CPU从程序 存储器中取程序数据的具体操作过程
第一步： AR←PC
◆ CPU发出读信号，延迟一定时间后从数据 总线上取数据存入DR，同时PC加1
第二步： DR←（M）， PC←PC＋1
◆若读入的是操作码，则送入IR分析、执行，若是操 作数，则根据上次读入的操作码执行时所发出的控制 信号做相应存储或处理
第三步： 对读入的数据做相应处理
1.3 单片机发展历史
1971年intel公司研制成功世界上第一台4位微 处理器；
1973年intel公司研制成功8080 8位微处理器;
1976年intel公司推出MCS-48系列8位单片机;
80年代初在MCS-48单片机基础上推出MCS-51 系列单片机。
计算机系统通常由多块印刷电路板制成：
1.6 主要单片机厂商
Intel公司：
8048、8051（8位）；8096（16位）；80960（32位）。 Motorola公司： MC-6801（8位）；68H16（16位）；68HC332（32位）。 另外日本NEC公司；荷兰Philips公司等
由于8位单片机基本能满足目前大多数应用系统的 要求，所以目前8位单片机仍是应用主流。
2 面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各 类控制任务，因而能获得最佳的性能价格比。
3 抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣 的环境条件下都能可靠地工作。
4 可以很方便地实现多机和分布控制。使整个控 制系统的效率和可靠性大为提高。
如何实现？
最简单的方法是，我们需要一个器件，该器件支 持以下功能：
(1)内含微处理器，有自己的机器语言，可以按需 编程
(2)有并行接口，可以外接数据输入、存储器、液 晶显示模块等
(3)有串口，可以连接GSM模块 (4)有外部中断输入接口 (5)内置定时/计数器 (6)内部拥有程序运行所需的寄存器与存储器
成绩评定
笔试（开卷：教材与手写笔记，60） 平时成绩（10） 上机考试（20） 实验报告（10）
第一章 单片机概述
问题引入
假设要设计一个阵列式电场传感器的测量系统， 实现以下功能:
(1)多个传感器的数据采集 (2)本地存储 (3)空间电场分布分析 (4)液晶（LCD）屏显示 (5)通过GSM模块采用短消息与后台主机通信 (6)按键决定通信时机
存储器一般分为随机读写存储器（RAM） 和只读存储器（ROM）。
随机存取存储器（RAM－Random Access Memory）：简称随机存储器或读写存储器。 是一种既能写入又能读出数据的存储器。但 当机器断电或关机时，存储器中存储的信息 会立即消失。
只读存储器（ROM－Read Only Memory）： 是计算机内部一种只能读出数据信息而不能 写入信息的存储器。但当机器断电或关机时， 只读存储器中的信息不会丢失。
单片机原理及基于单片机的 嵌入式系统设计
蔡方凯 主 编
中国水利水电出版社
课程内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章
单片机概述（2学时） MCS-51单片机的结构和原理（6学时） MCS-51指令系统（4学时） 汇编语言程序设计（4学时） MCS-51单片机中断系统（4学时） 定时器与计数器（4学时） 串行接口通信（4学时） 并行I/O接口扩展及其应用（2学时） 嵌入式系统概述（2学时） 基于单片机的嵌入式接口设计（4学时）
对51单片机而言，将程序存储到程序程序器中则相 对复杂，必须利用51单片机芯片厂家提供的专用设备 （烧写器）来完成，市场上有专门的单片机烧写器销 售。烧写器实际上就是完成对程序存储器的写操作。 利用烧写器可以将用户程序的机器码存储到单片机中。
1.2.2 如何将程序从程序存储器中取出
1 最基本的计算机组成 2 存储器 3 如何从程序存储器中取程序数据
按照“程序存储，程序控制”的方式工作， 微机必须解决以下几个问题：
1、如何将程序的机器码存储到程序存储器中？
2、如何将程序的机器码从程序存储器中取出？
3、当CPU完成从程序存储器中读出程序的机器 码后，如何执行该语句？
1.2.1 如何将程序机器码烧写到程序存储器中
对于普通PC而言，其程序存放在硬盘中，此时面临 的问题就是将文件、程序内容写入硬盘，在Windows 操作系统中提供了图形化的操作环境，读者不必了解 对硬盘的写操作原理，仅需要按“保存”按钮或“保 存”菜单就可以很方便的完成该操作。
这个器件可由单片机承担
1.1 微型计算机系统结构
运算器 数据
输入
存储器
输出
指令wk.baidu.com
控制器
功能模块
数据信号线
控制信号线
1.2 微型计算机工作过程
微机的工作过程按照“程序存储，程序控制”的方 式工作。
程序存储是指用户根据实际应用需要将程序编写完 毕，并将程序的机器码存放在存储器中。
程序控制是指CPU内的控制器按照用户程序中的指 令顺序，从存储器中取出指令，并分析指令的功能， 进而发出各种控制信号，指挥计算机中的各类部件来 执行该指令。这种通过取指令、分析指令、执行指令 的操作重复执行，直到完成程序中的全部指令操作为 止。
1 最基本的计算机组成
一台简单的计算机通常包括三个主要的子系统，中
央处理单元（CPU）、存储系统（用来存储CPU正在执
行的程序和数据）、输入/输出子系统（如键盘、显
示等）
地址线
CPU
数据线 控制
存储系统
Ｉ／Ｏ 子系统
2 存储器
一个存储器元件有多个存储单元，每个 单元存储固定长度的二进制值，不同的存 储器芯片，其存储单元的数量和大小也不 相同，存储器芯片存储容量大小由单元数 乘以每个单元的位数确定。
内存条
CPU
多板机
主板
单板机
输入输出接口 芯片
CCPPU芯U片
定时计数器 芯片
内存条
存储器芯片
印 刷 电
A/D、D/A 芯片
路 板
单片机
存储器
CPU
I / O口
时钟电路 控制电路
定时器
晶 片
单 硅
1.4 单片机发展趋势
1 低功耗CMOS化 2 微型单片化 3 主流与多品种共存
1.5 单片机特点
3 如何从程序存储器中取程序数据
◆ 在CPU能够执行某条指令之前，它必须 将这条指令从存储器中取出来，CPU从程序 存储器中取程序数据的具体操作过程
第一步： AR←PC
◆ CPU发出读信号，延迟一定时间后从数据 总线上取数据存入DR，同时PC加1
第二步： DR←（M）， PC←PC＋1
◆若读入的是操作码，则送入IR分析、执行，若是操 作数，则根据上次读入的操作码执行时所发出的控制 信号做相应存储或处理
第三步： 对读入的数据做相应处理
1.3 单片机发展历史
1971年intel公司研制成功世界上第一台4位微 处理器；
1973年intel公司研制成功8080 8位微处理器;
1976年intel公司推出MCS-48系列8位单片机;
80年代初在MCS-48单片机基础上推出MCS-51 系列单片机。
计算机系统通常由多块印刷电路板制成：
1.6 主要单片机厂商
Intel公司：
8048、8051（8位）；8096（16位）；80960（32位）。 Motorola公司： MC-6801（8位）；68H16（16位）；68HC332（32位）。 另外日本NEC公司；荷兰Philips公司等
由于8位单片机基本能满足目前大多数应用系统的 要求，所以目前8位单片机仍是应用主流。