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
行通信呢?
图1-1单片机结构框图
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除了前面看到的资源外，现在有些单片机中还 集成了A/D、D/A、脉宽调制器PWM、计数器捕 获比较逻辑PCA、高速I/O口、看门狗定时器等功 能部件。 因而，单片机的功能越来越强，使其适 用范围越来越广。
美国Microchip公司生产。
AVR 高速嵌入式单片机 美国ATMEL公司生产。
C8051F系列单片机（SoC的典型代表）美国Silicon Labs 公司生产。
ARM系列32位单片机（嵌入式的典型代表）英国ARM 公司生产。
凌阳 16位单片机 （集成了语音功能 ）台湾凌阳公司
生产。
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常用的单片机各自特点 AVR产品非常齐全，分低挡的ATtiny系列、中
目前，通常把嵌入式系统概念的重点放在“系统” （即操作系统）上，把嵌入式系统看作能够运行操 作系统的软件和硬件的综合体。硬件由高性能的微 处理器及其外围的接口电路组成，软件由实时操作 系统和运行在其上的应用软件构成。
嵌入式系统的核心是嵌入式处理器。 整理课件
什么是嵌入式处理器 ？
嵌入式处理器是为完成特殊应用而设计的“特殊 目的”处理器。
嵌入式系统是“以应用为中心，已计算机技术为基 础，软件和硬件可裁减，适应应用系统对功能、可 靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机 系统”
嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并 使其紧密耦合在一起计算机系统。
前者从技术的角度来定义，整理后课件者是从系统的角度来定义。
嵌入式系统是外延性很广的名词，凡是与产品结 合在一起具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入 式系统。
现在的单片机已经突破了原来“single chip microcomputer”的传统内涵，能准确反映 其设计思想、具有长远技术眼光的称呼应为“嵌 入式微控制器MCU”。
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二、 嵌入式系统概念
IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义：
嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和 车间运行的装置” 国内普遍的定义：
嵌入式微处理器目前主要有 Aml86／88、 386EX、SC．400、Power PC、68000、MIPS、 ARM系列等
2 、嵌人式微控制器 (MCU，Microcontroller Unit)
嵌入式微控制器又称单片机，一般以某一种微 处理器内核为核心，芯片内部集成ROM／EPROM、 RAM、总线、定时／计数器、WatchDog、I／0、 串行口、脉宽调制输出、A／D、D／A、 FlashRAM、EEPROM等各种必要功能模块。
ARM的速度非常快，它具有比较强的事务管 理功能，可以用来跑界面以及应用程序等，其优 势主要体现在控制方面整，理课件
嵌入式处理器可分为以下几类： 1、嵌入式微处理器(EMPU，Embedded
Microprocessor Unit) 嵌入式微处理器的基础是通用计算机的CPU，一般
都是32位以上的处理器，具有较高的性能，价格较高。
为满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器与 标准CPU相比，在工作温度范围、抗干扰能力及可靠 性等方面做了各种增强。整理课件
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AVR 8-Bit MCU的最大特点
与其它8-Bit MCU相比，AVR 8-Bit MCU最大的特点是：
·哈佛结构，具备1MIPS / MHz的高速运行处理能力；
·超功能精简指令集（RISC），具有32个通用工作寄存器，
克服了如8051 MCU采用单一ACC进行处理造成的瓶颈现象；
·快速的存取寄存器组、单周期指令系统，大大优化了目标代
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ARM准确来讲不是单片机，是一种处理器的IP核。 英国ARM公司开发出处理器结构后向其他芯片
厂商授权制造，芯片厂商可以根据自己的需要进行 结构与功能的调整，因此实际中使用的ARM处理器 有很多种类，主要有三星、飞利浦、ATMEL、 INTEL制造的几大类，功能与使用上均不相同
ARM处理器核还可以嵌入其他专用芯片中作 为中央处理单元使用，例如飞利浦的MP3解码芯片 就是采用ARM7核心的。
DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计， 使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行 速度也较高。
在数字滤波、FFT（快速傅里叶变换）、谱分析等 方面，DSP算法正在大量进入嵌入式领域，DSP应用正 从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能，过渡到采 用嵌入式DSP处理器。
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推动嵌入式DSP处理器发展的一个重要因素是嵌 入式系统的智能化。
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SoC可分为通用和专用两类
SoC按指令集来划分主要分为： x86系列(如SiS550) 、 ARM 系列(如OMAP) 、 M IPS系列(如Au1500 ) 类指令系列(如M 3Core)等 每一类各有千秋，国内研制开发主要基于后两者,
如中科院计算所中科SoC (基于龙芯核,兼容M IPSⅢ 指令集) 、北大众志(定义少许特殊指令) 、方舟2号 (自定义指令集) 、国芯C3 Core (继承M3 Core)等
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（3）按构成单片机芯片的半导体工艺分类
HMOS高密度短沟道MOS（Metal Oxide Semiconductor）工艺CHMOS（高性能CMOS）工艺， 即互补金属氧化物的HMOS（High-Performance MOS） 工艺两大类。
CHMOS是CMOS和HMOS的结合，除保持了 HMOS的高速度和高密度的特点之外，还具有CMOS低 功耗的特点。芯片型号中带有C的是采用了CHMOS工 艺的。
SoC就是在一个硅片上实现一个更为复杂的系 统，其最大特点是实现了软/硬件的无逢结合。
SoC称为片上系统，意指它是一个产品，是有专 用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软 件的全部内容。除个别无法集成的器件外，整个嵌 入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片上，使 应用系统电路板非常简洁，对减少体积、功耗，提 高可靠性等非常有利。
AVR与51、PIC单片机相比具有下列优点
1、在相同的系统时钟下AVR运行速度最快； 2、可以反复烧写、支持在ISP在线编程(烧写) 3、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，使电路设计变得非常简单
4、IO口作输出时都可输出很强的高、低电平，作输 入时可以是高阻抗或者带上拉电阻；
例如：各种带有智能逻辑的消费类产品、生物信息 识别终端、带有加解密算法的键盘、ADSL接入、实 时语音压解系统、虚拟现实显示等。
这类智能化算法一般都是运算量较大，特别是 矢量运算、指针线性寻址等较多，而这些正是DSP 处理器的长处所在。
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4、 片上系统（System on Chip, SoC)
六、常用单片机简介 INTEL公司将MCS51的核心技术卖给了很多公
司，这些公司都做以8051为核心的单片机，功能或 多或少有些改变，以满足不同的需求。
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目前常用的单片机有
AT89C51（52）、 AT89S51（52）美国ATMEL公
司生产。
STC 89C51（52）
深圳宏晶公司生产。
PIC 单片机
第一章 单片机概述
一、何谓单片机
能够工作的计算机包含哪几部分？ CPU RAM、ROM 连接外设的串行、并行I/O口电路 振荡器、时钟电路等 中断系统 定时器/计数器
单片机把计算机 的这些基本部件 集成在一块芯片 上，所以称为单 片（单芯片）机
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由单片机的组成可见：
单片机只需和适当的软件及外设相结合，便可成为一个单片机控制
8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机 是在8051基础上进行功能的增、减、改变而来，人们 习惯用8051来称呼MCS51系列单片机。
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五、51子系列和52子系列 51系列又可分为 51子系列和52子系列， 前者
是基本型，后者是强化型，强化体现在片内ROM、 RAM容量和定时/计数器、中断源数量等方面。
·大部分AVR片上资源丰富：带E2PROM，PWM，RTC，
SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT
等；
·大部分AVR除了有ISP功能外，还有IAP功能，方便升级或
销毁应用程序。
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3、 嵌人式DSP处理器 (EDSP，Embedded Digital Signal Processor)
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PIC 单片机的三个主要特点：
1、采用了哈佛双总线结构，可以对程序和数据同 时进行访问,提高了数据吞吐率。程序和数据总线可 以采用不同的宽度。
2、采用双指令流水线结构,当一条指令被执行时,允许 下一条指令同时被取出,这样就实现了单周期指令。
3、 所有寄存器,包括I/O口，定时器和程序计数器等 都采用RAM结构形式，而且都只需要一个指令周期就 可以完成访问和操作。
（2）按指令集分类
CISC(复杂指令集)结构的单片机 RISC（精简指令集）结构的单片机 采用CISC结构的单片机数据线和指令线分时复用。
采用RISC结构的单片机数据线和指令线分离，即所 谓哈佛结构。这使得取指令和取数据可同时进行， 执行效率更高，速度亦更快。
属于CISC结构的单片机有Intel8051系列、Atmel 的AT89系列、 Pilips的PCF80C51系列、Motorola的 M68HC系列和Winbond(华邦)W78系列等。
档的AT90S系列、高档的ATmega系列，都支持ISP 在线编程 ，可反复擦写。
51单片机有少部分型号支持ISP在线编程，如 AT89S51、AT89S52等。
PIC单片机重视产品的性能与价格比，从低到高有 几十个型号，可以满足各种需要。它也是部分支持 ISP，但很多型号是OPT一次性烧写的 。
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5、片内具有丰富实用的资源，如A/D、D/A，丰富 的中断源、SPI、USART、TWI通信口、PWM等；
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6、片内采用了先进的数据加密技术，大大的提高了 破解的难度；
7、片内FLASH空间大、品种多，引脚少的有8脚， 多的有64脚等各种封装
8、部分芯片的引脚兼容51系列，代换容易，如 ATtiny2313兼容AT89C2051， ATmega8515/162兼容AT89S51等
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微控制器的片上资源一般比较丰富，适合于控 制，因此称其为微控制器。微控制器是目前嵌入式系 统工业的主流。
和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点 是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、 可靠性提高。
嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较 有代表性的包括 MCS51/96系列、AVR、PIC、 MC68系列等。