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；
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
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
单片机的概念及单片机的种类
第二十一页，共36页。
第1章 概 述 2) MSP430单片机 MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)公司1996年开
始推向市场的一种16位单片机，采用精简指令集，是一种 超低功耗的混合型单片机。MSP430系列单片机的主要特点 是，具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发 手段。
3) 辅助功能类 辅助功能类硬件包括：A/D(模/数转换)和D/A(数/模转换， 通常采用PWM形式)等部件。这类部件根据芯片的配置不同 不一定集成在单片机芯片上，需要用户根据使用要求 选择。
第六页，共36页。
第1章 概 述 2. 软件部分 与微型计算机的运行原理相似，单片机系统的运行也
需要软件系统的支持，但是由于处理任务的不同，其复杂 程度相对较低。根据单片机软件所要实现的功能，可以将 软件划分为管理程序和应用程序两类。
第十一页，共36页。
第1章 概 述 1. 军用级 运行温度(wēndù)范围为 -50℃～+125℃，适用于军用
品要求苛刻的应用环境，芯片的价格比较昂贵。例如Intel 公司的MCS-51系列单片机MD80C51FB。型号以MD表示开 头的，M代表军品，D代表直插封装。
第十二页，共36页。
第1章 概 述 2. 商业级 运行温度范围为0℃～＋70℃，主要限于机房、办公及
第九页，共36页。
第1章 概 述 单片机的开发过程涉及3项内容，即编程、纠错和仿真。
一般采用PC机内安装的集成开发环境(IDE)软件进行开发调 试。在集成开发环境内可以实现文本编程、编译纠错和仿真 运行。其中仿真的形式又可以分为(fēn wéi)两种，即软件仿 真和硬件仿真。软件仿真不必连接硬件应用系统，仿真结果 在开发环境中模拟的单片机构造中得到体现；硬件仿真需要 与用户控制系统配合，以集成开发环境的输出替代用户系统 中原有的单片机，仿真过程真实、实时性强。另一种较新的 开发形式采用具有ISP(In-System Programming，在系统可编 程)功能的单片机，利用下载程序开发单片机系统。
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
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。
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202价0/9/比30 单片机。
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基于ARM核的32位单片机
ARM ( Advanced RISC Machine )是一种通用的32位RISC处理器。 32位是指处理器的外部数据总线是32位的，与8位和16位的相同主频 处理器相比性能更强大。
MCS-51系列及与之兼容的80C51系列单片机 Atmel公司的AVR系列 Microchip公司的PIC系列 Motorola公司的单片机 TI公司MSP430系列单片机 基干ARM核的32位单片机
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MCS-51系列及与之兼容的80C51系列单片机
MCS-51系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的高性 能单片机。
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Microchip公司的PIC系列
Microchip单片机是市场份额增长最快的单片机。它 的主要产品是PIC系列8位单片机，它的CPU采用了精 简指令集(RISC)结构的嵌入式微控制器，其高速度、 低电压、低功耗、大电流LCD驱动能力和低价位OTP 技术等都体现出单片机产业的新趋势。
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Atmel公司的AVR系列
AVR系列单片机是1997年Atmel公司为了充分发 挥其Flash的技术优势，而推出的全新配置的精简 指令集(Reduced Instruction Set Computer ，简称 RISC)单片机。该系列单片机一进入市场，就以其 卓越的性能而大受欢迎。通过这几年的发展，AVR 单片机已形成系列产品，其Attiny系列、AT90S系 列与Atmega系列分别对应为低、中、高档产品(高 档产品含JTAG ICE仿真功能)。
由于Motorola单片机产品以前主要是以掩膜为主，不太适
20合20/9于/30教学，所以没有被选做教学用机型。
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TI公司MSP430系列单片机
TI公司MSP430系列单片机是超低功耗Flash型单片机，有 “绿色微控制器(Green MCUs)”称号，是目前单片机业界所 有内部集成闪速存储器(Flash ROM)产品中功耗最低的，消 耗功率仅为其他闪速微控制器(Flash MCUs)的1/5。在3V工 作电压下其耗电电流低于350μA/MHz，待机模式仅为 1μA/MHz，具有5种节能模式。
该系列产品的工作温度范围为-40oC～85oC，可满足工业 应用要求。
MSP430 微控制器可广泛地应用于煤气表、水表、电子电
度表、医疗仪器、火警智能探头、通信产品、家庭自动化产
品、便携式监视器及其他低耗能产品。由于MSP430微控制
器的功耗极低，可设计出只需一块电池就可以使用长达10年
的仪表应用产品。MSP430 Flash系列的确是不可多得的高性
Motorola单片机特点之一是在同样速度下所用的ห้องสมุดไป่ตู้钟频率 较Intel类单片机低很多，因而使得高频噪声低，抗干扰能力 强，更适合用于工控领域及恶劣的环境。Motorola 8位单片 机过去的策略是以掩膜为主，最近推出了OTP计划以适应单 片机发展新趋势。在32位机上，M.CORE在性能和功耗方面 都胜过ARM7。
PIC 8位单片机产品共有3个系列，即基本级、中级 和高级。用户可根据需要选择不同档次和不同功能的 芯片。
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Motorola公司的单片机 (现在的飞思卡尔公司)
Motorola公司是世界上最大的单片机厂商，该公司的特点 是品种全、选择余地大、新产品多，在8位机方面有68HC05 和升级产品68HC08，68HC05有30多个系列，200多个品种， 产量已超过20亿片。8位增强型单片机68HC11也有30多个品 种，年产量在1亿片以上。升级产品有68HC12。16位机 68HC16也有10多个品种。32位单片机的683XX系列也有几 十个品种。
单片机实物图1
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单片机实物图(2)
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单片机芯片 AT89C51 AT89S51 AT89S52 AT89C2051
双列直插式DIP40 (Dual In-line Package)封装
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单片机实物图(3)
塑料扁平式PQFP/TQFP
(Plastic Quad Flat Package)封装
章单片机基础知识
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内容
1.1 单片机概述 1.2 微型计算机系统组成 1.3 微型计算机的运算基础知识
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1.1 单片机概述
1.1.1 什么是单片机?
单片机是指在一块半导体芯片上，集成了微处理 器、存储器、输入/输出接口、定时器/计数器以 及中断系统等功能部件，构成一台完整的微型计 算机。
带引线的塑料芯片封装
PLCC44(Plastic Leaded Chip Carrier)
单片机芯片STC89C52
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1.1.2 单片机与微型计算机的关系
计算机的发展经历了从电子管、晶体管、集成电路到大规 模集成电路四代的演变。微型计算机属于第四代计算机。
微型计算机的发展以微处理器的发展为特征，主要表现： 芯片集成度的提高(从最初的约2000个晶体管/片发展到目 前的几百万个晶体管/片)； 处理器位数的增加（从4位增加到64位）； 时钟频率的加快(从1MHz到约几个GHz)； 价格的逐渐降低等方面。
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1.1.2 单片机与微型计算机的关系
微型计算机有两个主要发展方向： 一是向高速度、高性能、大容量的高档微型计算 机方向发展； 二是向稳定可靠、小而廉、能适应各种控制领域 需要的单片机方向发展。
单片机是微型计算机发展的一个重要分支！
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1.1.3 常用的单片机系列
型号：8051、8751、8031、8032、8052等。
其中8051是最典型的产品，其它单片机都是在8051的基础 上进行功能的增、减改变而来的，所以人们习惯于用8051来 称呼MCS-51系列单片机。
20世纪80年代中期Intel公司将MCS-51的核心技术授权给 了很多其他公司，如：Atmel、Philips、STC、Siemens、 Winbond等，这些厂商生产的芯片是MCS-51系列的兼容产 品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机，这些单 片机的系统结构与8051相同，并且都采用CHMOS工艺，因 而常用80C51系列来称呼它们。