第1章 单片机概述

根据用途来分类
1．嵌入式微控制器MCU（Micro Controller Unit） 2．嵌入式微处理器MPU（Micro Processor Unit） 4．嵌入式片上系统SoC（System on Chip）
3．嵌入式数字信号处理器DSP（Digital Signal Processor）

嵌入式微控制器MCU
内置温度传感器、定时器、可编程数字交叉开关和64个通
用I/O口、电源监测、看门狗、多种类型的串行接口（两 个UART、SPI）等。一片芯片就是一个“测控”系统。
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1.4
单片机的应用领域
1）．工业检测与控制 工业过程控制、智能控制、设备控制、数据采集和传输、 测试、测量、监控等。 2）．仪器仪表
单片机的使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化
单片机原理及应用
自动化系
考试分数构成：
卷面：60% 实验：20% 平时：20%

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第 1章
单片机概述
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内容概要


介绍单片机基础知识、发展历史、应用领域及发展趋势。
8位单片机的主流机型，较大市场份额的MCS-51系列单片
机及其兼容的单片机（统称为51系列单片机）

初步了解嵌入式处理器：单片机，数字信号处理器 （DSP）、嵌入式微处理器
在现代化的武器装备中，如飞机、军舰、坦克、导弹、鱼
雷制导、智能武器装备、航天飞机导航系统，都有单片机 嵌入其中。
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6）．各种终端及计算机外部设备
计算机网络终端（如银行终端）以及计算机外部设备（如 打印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等）中都 使用了单片机作为控制器。 7）．汽车电子设备 已经广泛地应用在各种汽车电子设备中，如汽车安全系统、 汽车信息系统、智能自动驾驶系统、卫星汽车导航系统、 汽车紧急请求服务系统、汽车防撞监控系统、汽车自动诊
由于能运行实时多任务操作系统，所以能处理复杂的系统管 理任务和处理工作。因此，在移动计算平台、媒体手机、工
业控制和商业领域（例如，智能工控设备、ATM机等）、电子
商务平台、信息家电（机顶盒、数字电视）、军事等。
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嵌入式DSP处理器
DSP（Digital Signal Processor)，非常擅长于 高速实现各种数字信号处理运算（如数字滤波、 FFT、 频谱分析等）。由于硬件结构和指令的特殊设计， 使其能够高速完成各种数字信号处理算法，正在大 量进入嵌入式领域。
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1.1
什么是单片机
一片半导体硅片集成：中央处理单元（CPU）、存 储器（RAM、ROM）、并行I/O、串行I/O、
定时器/计数器、中断系统、系统时钟电路及系统
总线的微型计算机。 具有微型计算机的属性，被称为 单片微型计算机，简称单片机。
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单片机主要应用于测控领域。通常是处于
测控系统的核心地位并嵌入其中，所以国际上
高计算速度
嵌入式：嵌入控制系统（设备）中，完
成逻辑处理和工业控制
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1.2
单片机的特点 单片机是集成电路技术与微型计算机技术高速发展的
产物。体积小、价格低、应用方便、稳定可靠，因此，给
工业自动化等领域带来了一场重大革命和技术进步。 由于体积小，很容易地嵌入到系统之中，以实现各
种方式的检测、计算或控制。
国内最常见、最通用的一个定义是：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。

现实中的嵌入式系统

嵌入式系统示例 ——汽车控制系统
前车门控 制系统 后车门控 制系统 尾灯控制 系统 所有的控 制系统都 是一个完 整的嵌入 式系统
结构，减小体积而易于携带和使用，加速仪器仪表向数字 化、智能化、多功能化方向发展。
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3）．消费类电子产品
洗衣机、电冰箱、空调机、电风扇、电视机、微波炉、加 湿机、消毒柜等。嵌入了单片机后，功能和性能大大提高， 并实现智能化、最优化控制。 4）．通讯 在调制解调器、各类手机、传真机、程控电话交换机、信 息网络及各种通讯设备中，单片机也已经得到广泛应用。 5）．武器装备
通常把单片机称为嵌入式控制器EMCU （Embedded MicroController Unit），或微控 制器MCU（MicroController Unit）。 我国习惯于使用“单片机”这一名称。
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单片机是计算机技术发展史上的一个 重要里程碑，标志着计算机正式形成通 用计算机系统和嵌入式计算机系统两大 分支。 通用计算机：完成海量数据的计算，提
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第四阶段（1983年～现在）：8位单片机巩固发展及16位单
片机、32位单片机推出阶段。 20世纪90年代单片机制造业大发展时期，Mortorola、 Intel、ATMEL、德州仪器（TI）、Microchip、NEC、 飞利浦、Zilog等公司开发一大批性能优越的单片机，极
大推动单片机的应用。
16位典型产品Intel公司的MCS-96系列单片机。而32 位单片机除了具有更高的集成度外，其数据处理速度比16
位单片机提高许多，性能比8位、16位单片机更加优越。
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1.3.2
单片机的发展趋势 单片机的发展趋势将是ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ大容量、高性能化，外围电
路内装化等方面发展。为满足不同用户的要求，各公司竞
相推出能满足不同需要的产品。 1．CPU的改进
嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是德州仪器 （Texas Instruments）的TMS320系列和Motorola的 DSP56000 系列。
嵌入式片上系统SOC

片上系统System On Chip(SOC)，其核心思想是把整个电子系 统全部集成在一个芯片中。根据系统的固件特性和功能要求， 把各种通用处理器内核及各种外围功能部件模块作为SOC设计 公司的标准库，成为VLSI设计中的标准器件，用VHDL等语言
嵌入式微控制器又称单片机，它是将整个计算机系统集 复位 看门狗 晶振 成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内 部件 部件 部件 核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、 定时器 I/O 定时/计数器、WatchDog、 I/O、串行口、脉宽调制输出、 CPU核 部件 部件 A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能和外设。 中断 SRAM ROM 微微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上 部件 部件 部件 外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制器。 嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代 表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300、数目 众多ARM芯片等。目前MCU占嵌入式系统约70％的市场份额。

常见的嵌入式操作系统
——嵌入式Linux
ucLinux（微控制器领域的linux）是一个完全符 合GNU/GPL公约的操作系统，完全开放代码。 适用于没有虚拟内存或内存管理单元(MMU)的处理器， 例如ARM7TDMI。它通常用于具有很少内存或Flash的 嵌入式系统。它保留了Linux的大部分优点：稳定、良
好的移植性、优秀的网络功能、完备的对各种文件系
统的支持、以及标准丰富的API等。

常见的嵌入式操作系统
——Win CE
Windows CE是微软开发的一个开放的、可升级的32位 嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作， Win CE具有模块化、结构化和基于Win32应用程序接口以 及与处理器无关等特点。
和VFD（荧光显示器）。
（2）有些单片机设置了一些特殊的串行I/O功能，为构成分 布式、网络化系统提供方便条件。
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4．低功耗化
CMOS化，功耗小，配置有等待状态、睡眠状态、关闭状态 等工作方式。消耗电流仅在µA或nA量级，适于电池供电的 便携式、手持式的仪器仪表以及其它消费类电子产品。 5．外围电路内装化 众多外围电路全部装入片内，即系统的单片化是目前发展 趋势之一。例如，美国Cygnal公司的C8051F020 8位单片 机，片上集成有8通道A/D、两路D/A、两路电压比较器，
由于单片机本身就是一个微型计算机，因此只要在单 片机的外部适当增加一些必要的外围扩展电路，就可以灵 活地构成各种应用系统，如工业自动检测监视系统、数据 采集系统、自动控制系统、智能仪器仪表等。
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1.3
单片机的发展历史
大致分为4个阶段：
第一阶段（1974年～1976年）：单片机初级阶段。
1974年12月，仙童公司推出了8位的F8单片机，实际上只包 括了8位CPU、64B RAM和2个并行口。 第二阶段（1976年～1978年）：低性能单片机阶段。 1976年Intel的MCS-48单片机（8位）极大地促进了单片
（1）增加CPU数据总线宽度。例如，各种16位单片机和32位
单片机，数据处理能力要优于8位单片机。另外，8位单片 机内部采用16位数据总线，其数据处理能力明显优于一般 8位单片机。 （2）采用双CPU结构，以提高数据处理能力。
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2．存储器的发展
（1）片内程序存储器普遍采用闪烁（Flash）存储器。可不 用外扩展程序存储器，简化系统结构。 （2）加大存储容量。目前有的单片机片内程序存储器容量 可达128KB甚至更多。 3．片内I/O的改进 （1）增加并行口驱动能力，以减少外部驱动芯片。有的单 片机可以直接输出大电流和高电压，以便能直接驱动LED
描述，存储在器件库中。

用户只需定义整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交
给半导体器件厂商制作样品。

避免大量PCB板设计及板级的调试工作。
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