单片机课件第1章

1.1.1 嵌入式系统的概念
基本概念
嵌入式计算机系统是面对测控对象 嵌入式计算机系统是 面对测控对象 ， 嵌入到应用系统中的 面对测控对象， 计 算 机 系 统 的 统 称 ， 简 称 嵌 入 式 系 统 (Embedded System) 。 通用计算机系统主要满足 海量、 高速数值处理 通用 计算机系统主要满足 海量 、 高速 数值处理 ， 兼顾控制 计算机系统主要满足海量 数值处理， 功能； 嵌入式计算机系统主要满足测控对象的 控制功能 计算机系统主要满足测控对象的控制 功能， 功能 ； 嵌入式 计算机系统主要满足测控对象的 控制 功能 ， 兼顾数值处理。 兼顾数值处理。
单片机的发展趋势
CMOS化——单片机将具有更低的功耗、更低的电压 CMOS化——单片机将具有更低的功耗、更低的电压。 单片机将具有更低的功耗 电压。 高性能化——精简指令集 RISC)结构。 精简指令集( 高性能化——精简指令集(RISC)结构。 高可靠性——提高单片机的抗电磁干扰能力 高可靠性——提高单片机的抗电磁干扰能力 。 大容量化——扩大片内存储器容量 扩大片内存储器容量。 大容量化——扩大片内存储器容量。 多功能化——把众多的各种外围功能器件集成在片内 把众多的各种外围功能器件集成在片内， 多功能化——把众多的各种外围功能器件集成在片内， 如模/数转换器、 模转换器、 如模/数转换器、数/模转换器、液晶显示驱动器 等。 串行扩展技术—— SPI、 Microwire、 Wire等串 串行扩展技术—— SPI、I2C、Microwire、1-Wire等串 行总线的引入， 可以使单片机的引脚设计得更少， 行总线的引入 ， 可以使单片机的引脚设计得更少 ， 单 片机系统结构更加简化。 片机系统结构更加简化。
1.1.3 单片机的特点、分类及发展趋势
单片机的主要特点
集成度高 控制功能强 可靠性高 低功耗、 低功耗、低电压 外部总线丰富 功能扩展性强 体积小、 体积小、成本低 性价比高
单片机的分类
按单片机数据处理位数 按单片机数据处理位数来划分 位数来划分 4位单片机 8位单片机 16位单片机 16位单片机 32位单片机 32位单片机 按单片机适用范围 适用范围来划分 按单片机适用范围来划分 通用型单片机 专用型单片机 按单片机并行总线 并行总线来划分 按单片机并行总线来划分 总线型单片机（ AT89C 总线型单片机（如AT89C51 ） 非总线型单片机（ AT89C 非总线型单片机（如AT89C2051 ）
1.2.2 通信设备的应用
单片机与通信技术相结合促使通信设备的智能控制水平大 大提高，广泛应用于通信的各个领域。例如：调制解调器、 大提高，广泛应用于通信的各个领域。例如：调制解调器、 传真机、复印机、打印机、移动电话机、固定电话机等 传真机、复印机、打印机、移动电话机、固定电话机等。 例如，传统的电话机只能实现简单的拨号、响铃、通话等 例如，传统的电话机只能实现简单的拨号、响铃、 功能，使用单片机后，可以开发出来电显示、 功能，使用单片机后，可以开发出来电显示、存储电话号 码、时钟显示、免提、重拨、声控等功能。功能更多的无 时钟显示、免提、重拨、声控等功能。 绳电话机、录音电话机、 绳电话机、录音电话机、可视电话机等多功能电话机也已 走进人们的生活。 走进人们的生活。
嵌入式系统的分类 工业控制计算机。 工业控制计算机。 CPU、 存储器、 I/O接口电路和总线接口等组装在一 将 CPU 、 存储器 、 I/O 接口电路和总线接口等组装在一 块主机板（即微机主板） 块主机板 （ 即微机主板 ） 。 各种适配板卡插在主机板的扩 展槽上并与电源、 硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内， 展槽上并与电源、软/硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内， 再配上系统软件， 再配上系统软件 ， 就构成了一台完整的微型计算机系统 简称系统机） （简称系统机）。 通用CPU模块 模块。 通用CPU模块。
学习重点和难点
不同数制之间的转换和有符号数的加减法运算。 不同数制之间的转换和有符号数的加减法运算。 微型计算机执行程序的过程。 微型计算机执行程序的过程。
第1章 基础知识
1.1 嵌入式系统与单片机 1.2 单片机的应用 1.3 计算机运算基础 1.4 微型计算机的结构与原理 本章小结 习题
1.1 嵌入式系统与单片机
1.2 单片机的应用
1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 智能仪器的应用 通信设备的应用 家用电器的应用 工业控制的应用
1.2.1 智能仪器的应用
单片机用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，可以提高 单片机用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化， 测量的自动化程度和精度；简化仪器仪表的硬件结构， 测量的自动化程度和精度；简化仪器仪表的硬件结构，减 小体积，提高其性价比。例如：温度智能控制仪表、 小体积，提高其性价比。例如：温度智能控制仪表、医用 仪表、汽车电子设备、数字示波器等 仪表、汽车电子设备、数字示波器等。 例如，在普通模拟示波器的基础上用单片机进行改造而成 例如， 的数字存储示波器，克服了普通模拟示波器的缺点， 的数字存储示波器，克服了普通模拟示波器的缺点，并增 加了许多功能，如可以显示大量的预触发信息， 加了许多功能，如可以显示大量的预触发信息，可以长期 贮存波形， 贮存波形，可以在打印机或绘图仪上制作硬拷贝以供编制 文件使用， 文件使用，可以将采集的波形和操作人员手工或示波器全 自动采集的参考波形进行比较， 自动采集的参考波形进行比较，波形信息可用数学方法进 行处理。 行处理。
第1章 基础知识
（课时：6 （课时：6学时）
教学目的
了解单片机的分类和发展历史。 了解单片机的分类和发展历史。 了解单片机的特点及应用。 了解单片机的特点及应用。 掌握计算机中常用的数制和码制。 掌握计算机中常用的数制和码制。 掌握微型计算机的基本结构与基本原理。 掌握微型计算机的基本结构与基本原理。
ENIAC （“埃尼阿克”）
ENIAC 是 电 子 管 计 算 机，时钟频率仅有 100 KHz ， 但 能 在 1秒钟的时间内 秒钟的时间内 完 成 5000 次 加 法 运算。 运算。
电子计算机技术的发 展，相继经历了五 个时代： 个时代： 电子管计算机； ﹡电子管计算机； 晶体管计算机； ﹡晶体管计算机； 集成电路计算机； ﹡集成电路计算机； ﹡大规模集成电路计 算机； 算机； ﹡超大规模集成电路 计算机。 计算机。
嵌入式微处理器(Embedded Processor)。 嵌入式微处理器(Embedded Processor)。 嵌 入 式 微 控 制 器 (Embedded Microcontrollers)。 Microcontrollers)。 嵌入式微控制器是嵌入式系统概念广泛使用后 是嵌入式系统概念广泛使用后， 嵌入式微控制器 是嵌入式系统概念广泛使用后 ， 给传统单片机定位的称呼。 给传统单片机定位的称呼。 单片机是经典的嵌入式系统 是经典的嵌入式系统， 单片机 是经典的嵌入式系统 ， 它具有唯一的专门 为嵌入式应用设计的体系结构与指令系统 。 国内外公认的标准体系结构是Intel 的 MCS国内外公认的标准体系结构是 Intel的 MCS-51 已被许多厂家作为基核， 系列， 其中8051已被许多厂家作为基核 系列 ， 其中 8051已被许多厂家作为基核 ， 发展了 许多兼容系列， 所有这些系列都统称为80C51系 许多兼容系列 ， 所有这些系列都统称为 80C51 系 列。
嵌入式计算机系统与通用计算机系统的主要区别 嵌入式系统最显著的特点是面对工控领域的测控对象 嵌入式 系统最显著的特点是面对工控领域的测控对象 。 控 系统最显著的特点是面对工控领域的测控对象。 制对象对嵌入式计算机系统采集、处理、控制的速度 速度要求 制对象对嵌入式计算机系统采集 、 处理 、 控制的 速度 要求 有限的 而对控制方式 控制能力的要求是无限的 控制方式与 的要求是无限 是有限的，而对控制方式与控制能力的要求是无限的。 为了实现海量高速数值计算，通用计算机系统对计算机运 为了实现海量高速数值计算 ， 通用计算机 系统对计算机运 速度的要求是无限的 而对计算机的控制功能 的要求是无限 控制功能的要求是 行 速度 的要求是 无限 的 ， 而对计算机的 控制功能 的要求是 有限的 有限的。 在数字信号处理(DSP)领域的嵌入式系统也要求高速处理 数字信号处理(DSP)领域的嵌入式系统也要求高速处理 领域的嵌入式系统也要求高速 能力， 多媒体技术的外设管理领域的通用计算机系统也 能力 ， 在 多媒体技术 的外设管理领域的通用计算机系统也 要求良好的控制能力 但两者存在本质的差别。 控制能力， 本质的差别 要求良好的控制能力，但两者存在本质的差别。
1.1.2 单片机技术的发展
第一阶段(1974—1976)——初始阶段 第一阶段(1974—1976)——初始阶段。以4位单片机为主，功能比较简 初始阶段。 单片机为主， 1974年美国Fairchild公司生产的第一台单片机 年美国Fairchild公司生产的第一台单片机F 单。如1974年美国Fairchild公司生产的第一台单片机F8，采用双片形 功能简单。 式，功能简单。 第二阶段(1976—1978)——探索阶段 单芯片形式，低档8 单片机。 探索阶段。 第二阶段(1976—1978)——探索阶段。单芯片形式，低档8位单片机。 1976年美国Intel公司生产的MCS-48系列单片机 年美国Intel公司生产的MCS 系列单片机， 如1976年美国Intel公司生产的MCS-48系列单片机，这是第一台完全的 8 位单片机。MCS-48 的推出是在工控领域的探索， 此后， 各种 8 位单片 位单片机。MCS-48的推出是在工控领域的探索 此后，各种8 的推出是在工控领域的探索， 机纷纷应运而生。 机纷纷应运而生。 第三阶段(1978—1982)——完善阶段 提高电路的集成度，增加8 完善阶段。 第三阶段(1978—1982)——完善阶段。提高电路的集成度，增加8位单 片机的功能。 Intel公司在MCS-48基础上推出了完善的高档8 公司在MCS 基础上推出了完善的高档 片机的功能 。 如 Intel 公司在 MCS-48 基础上推出了完善的 高档 8 位 单片 机系列MCS 51。 MCS机系列MCS-51。 第四阶段(1982—1990) ——巩固和发展阶段 巩固发展 巩固和发展阶段。 发展8 单片机、 第四阶段 (1982—1990) —— 巩固和发展阶段 。 巩固 发展 8 位 单片机 、 推出16 单片机、向微控制器发展， 16位 推出16 位单片机、向微控制器发展， 强化了智能控制器的特征 。 如 ADC、DAC、PWM、WDT、DMA集成到单片机 将ADC、DAC、PWM、WDT、DMA集成到单片机 。 第五阶段(1990至今 ——全面发展阶段 适合不同领域要求的单片机， 至今) 全面发展阶段。 第五阶段(1990至今) ——全面发展阶段。适合不同领域要求的单片机， 如各种高速 大存储容量、强运算能力的 高速、 16位 32位 如各种高速、 大存储容量 、 强运算能力 的8 位/16 位 /32 位通用型单片 还有用于单一领域的廉价的专用型单片机。 专用型单片机 机，还有用于单一领域的廉价的专用型单片机。