单片微型计算机基础知识

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2)低功耗现在新的单片机功耗越来越小，特别是很多单片机都提出
了多种工作设置方式，包括等待、暂停、睡眠、空闲、节电等工作方式。扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工作是当今单片机发展的目标之一。目前，一般单片机都可在3. 3~ 5. 5 V的条件下工作，一些厂家甚至生产出可以在2. 2~6V 条件下工作的单片机。
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1.1 单片机的发展情况
4.单片机的发展趋势 1)微型化芯片集成度的提高为单片机的微型化提供了可能。早期单
片机大量使用双列直插式封装，随着贴片工艺的出现，单片机也大量采用了各种符合贴片工艺的封装方式，大大减小芯片的体积，为嵌入式系统提供了可能。
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1.1 单片机的发展情况
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1.1 单片机的发展情况
3.微控制器化阶段 1982年，Intel公司推出MCS-96系列单片机。该系列单片机
在芯片内集成有:16位CPU, 8KB程序存储器(ROM)、232 B数据存储器(RAM)、5个8位并行接口、1个全双工串行接口、2 个16位定时/计数器。寻址范围最大为64K,片上还有8路10位 ADC , 1路PWM ( D/A)输出及高速I/)部件等。此阶段单片机的主要特点是: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。至此，“微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。
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1.1 单片机的发展情况
近年来，许多半导体了商以MCS-51系列单片机的8051为内核，将许多测控系统中的接口技术、可靠性技术及先进的存储器技术及工艺技术集成至单片机中，生产出了多种功能强大、使用灵活的新一代8051系列单片机。
随着微电子设计技术及计算机技术的不断发展，单片机产品和技术日新月异。单片机产品近况可以归纳为以下两个方面。
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1.1 单片机的发展情况
嵌入式计算机系统，是作为其他系统的组成部分使用的。由于通用计算机系统有限的可靠性、较高的价位及庞大的身躯，限制了其在嵌入式系统的广泛应用，尤其限制了以嵌入式计算机系统作为核心控制产品的发展。单片机以较小的体积、现场运行环境的高可靠性满足了许多对象的嵌入式应用要求。在嵌入式系统中，单片机是最重要也是应用最多的智能核心器件。
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1.1 单片机的发展情况
3)智能化产品现代工业产品的一个重要发展趋势是不断提高其智能化程
度，而智能化的提高离不开单片机。传统的机电产品与单片机结合后，可简化产品结构、升级产品功能、并实现控制智能化。单片机与机械技术相结合，称为机电一体化，是机械工业的发展方向。单片机在家电产品上更是得到了普遍应用，出现了程控洗衣机、电脑空调机等。为提高汽车的动力性、经济性、舒适性、稳定性以及减少污染排放，汽车上都大量使用了单片机。
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1.1 单片机的发展情况
1.1.2单片机发展历程及产品近况
自从1975年美国德克萨斯仪器公司(TI公司)的第一个单片机TMS－1000问世以来，迄今为止单片机技术已成为计算机技术的一个独特分支，在众多领域尤其是在智能化仪器仪表、检测和控制系统中有着广泛的应用。
单片机技术发展十分迅速，产品种类也非常多。纵观整个单片机技术的发展过程，可以分为以下3个主要阶段。
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1.1 单片机的发展情况
2.性能完善提高阶段 1980年，Intel公司推出MCS-51系列单片机。该系列单片机
在芯片内集成有:8位CPU , 4KB程序存储器(ROM)、128 B数据存储器(RAM)、4个8位并行接口、1个全双工串行接口、2 个16位定时/计数器，寻址范围为64 K，并集成有控制功能较强的布尔处理器(完成位处理功能)。此阶段单片机的主要特点是:结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出。现在，MCS-51已成为公认的单片机经典机种。
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1.1 单片机的发展情况
3)高速化早期MCS-51单片机的典型时钟频率为12MHz，目前西门
子公司的C500系列单片机的(与MCS-51兼容)时钟频率为 36MHz; EMC公司的EM78系列单片机的时钟频率高达 40MHz;现在已有更快的32位、100MHz的单片机产品出现。 4)集成更多资源当前在单片机内部已集成了越来越多的部件，这些部件包括一些常用的电路，例如，定时器、比较器、A/D转换器、 D/A转换器、串行通信接口、Watchdog看门狗电路、LCD控制器、局部网络控制模块。
1.1.3单片机的应用及发展趋势
1.单片机的应用领域单片机的应用极为广泛，已深入到国民经济的各个领域，
对各行业的技术改造和产品的更新换代起着积极的推动作用。单片机的应用领域主要有以下几个方面。
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1.1 单片机的发展情况
1)生产自动化自动化生产不但能够降低劳动强度，而且可以提高经济效
益、改善产品质量，广泛应用于机械、汽车、电子、石油、化工、食品等工农业生产领域。自动化生产线、机械手、数控机床等自动化生产设备都能由单片机实现其智能化的自动控制功能。 2)实时测控测控系统的工作环境往往比较恶劣，干扰繁杂，并且要求实时测量控制，如工业窑炉的温度、酸度、化学成分的测量和控制等。单片机工作稳定、可靠，抗干扰能力强，体积小，使用灵活，适用于各种恶劣环境，最宜承担测控工作。
第1章单片微型计算机基础知识
1.1 单片机的发展概况 1.2 计算机中数的表示方法 1.3 计算机语言
1.1 单片机的发展情况
1.1.1什么是单片机
随着大规模、超大规模集成电路技术的发展和计算机微型化的需要，把微型计算机的基本功能部件:中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口、定时器/计数器、中断系统等多种资源集成在一个半导体芯片上，使得一块集成电路芯片就能构成一个完整的微型计算机，这种集成电路芯片被称为单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)，简称单片机。由于它的结构及功能均是按照工业控制要求设计的，所以其确切的名称应是单片微控制器。
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1.1 单片机的发展情况
3.单片机应用系统由单片机及其外围接口部件组成的单片机系统称为单片机
应用系统，其可以应用于不同的场合。具备工业测控功能的单片机应用系统，如图1-1所示。以下简要说明图中主要部分的作用。
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1.1 单片机的发展情况
通过传感器把被控对象的物理量转换成标准的模拟电量。如把温度转换成标准直流电流输出。该输出经滤波器滤除掉输入通道的干扰信号，然后将送入多路采样器。多路采样开关分时地对多个模拟量进行采样、保持，使A/D转换器能将某时刻的模拟量转换成相应的数字量，然后将该数字量输入单片机。单片机对输入的数据进行运算处理后，输出相应的数字量，经D/A转换器转换为模拟量，该模拟量经保持器控制相应的执行机构，对被控对象的相关参数进行调节，从而控制被调参数的物理量，使之按给定规律变化。
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1.1 单片机的发展情况
1) 8051系列单片机产品繁多，主流地位已经形成通用微型计算机计算速度的提高主要体现在CPU位数的提
高(16位、32位、64位)，而单片机更注重的是产品的可靠性、经济性和嵌入性。所以，单片机CPU位数的提高需求并不十分迫切。而多年来的应用实践已经证明，8051的系统结构合理、技术成熟。因此，许多单片生产了商倾力于提高8051单片机产品的综合功能，从而形成了8051的主流产品地位。近年来推出与8051兼容的主要产品有:
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1.1 单片机的发展情况
(1) ATMEL公司融入Flash存储器技术推出的AT89系列单片机。
(2) Philips公司推出的80C51, 80C552系列高性能单片机。 (3)华邦公司推出的W78C51 , W77C51系列高速低价单片机。 (4) ADI公司推出的ADuC8xx系列高精度ADC单片机。 (5) LG公司推出的DMS90/97系列低压高速单片机。 (6) MAXIM公司推出的D589C420高速(50 MIPS)单片机。 (7) Cygnal公司推出的C8051 F系列高速SOC单片机等。
1.1 单片机的发展情况
2)在线应用在线应用就是以单片机代替常规模拟或数字控制电路，使
其成为测控系统的一部分，在被控对象工作过程中实行实时检测，并实时控制。在线应用为实时测控提供了可能和方便。 3)嵌入式应用单片机在应用时通常装入到各种智能化产品之中，所以又称嵌入式微控制器(Embedded Micro Controller Unit EMCU。单片机应用系统就是典型的嵌入式系统。
2.单片机的应用特点 1)面向控制的应用由于单片机内部采用了微控制技术，其结构及功能均按自
动控制的要求设计，因而主要应用于控制领域。微控制技术从根本上改变了传统的控制系统设计思想，它通过对单片机编程的方法代替由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，是对传统控制方式的一次革命。
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1.1 单片机的发展情况
4)智能化仪表用单片机改造、设计制造仪器仪表，大大促进了仪表向数
字化、智能化、多功能化、综合化和柔性化方向发展，并能同时提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减小体积。 5)信息通信技术网络中各计算机之间的通信联系，计算机与其外围设备(键盘、打印机、传真机、复印机等)之间的协作都有单片机的参与。
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1.1 单片机的发展情况
6)科学研究小到实验测控台，大到卫星、运载火箭，单片机都在其中
发挥着极其重要的作用。 7)国防现代化在各种军事装备、管理通信系统中，单片机得到了广泛的
应用。例如，数字化部队的武器、通信等装备都大量应用了单片机。
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1.1 单片机的发展情况
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1.1 单片机的发展情况
目前，单片机正朝着高性能和多品种的方向发展，但由于 MCS-51系列的8位单片机仍能满足绝大多数应用领域的需要，所以以MCS-51系列为主的8位单片机，现在及以后的相当一段时期内仍然将占据单片机应用市场的主导地位。
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1.1 单片机的发展情况
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Fra Baidu bibliotek.1 单片机的发展情况
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1.1 单片机的发展情况
2)非8051结构单片机不断推出，给用户提供了更为广泛的选择空间
在8051及其兼容产品流行的同时，一些单片机芯片生产了商也推出了一些非8051结构的产品，影响较大的有:
(1) Intel公司推出 MCS-96系列16位单片机。 (2) Microchip公司推出 PIC系列RISC单片机。 (3) TI公司推出MSP430F系列16位低电压、低功耗单片机。 (4) ATMEL公司推出AVR系列RISC单片机。
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1.1 单片机的发展情况
在单片机的结构设计上，它的硬、软件系统及I/O接口控制能力等方面都有独到之处，具有较强而有效的功能。从其组成、逻辑功能上来看，单片机都具备了微机系统的基本部件。但是需要指出的是，单片机毕竟还只是一个芯片，只有在配置了应用系统所需的接口芯片、输入/输出设备等，才可以构成实用的单片机应用系统。
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1.1 单片机的发展情况
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。该系列单
片机早期产品在芯片内集成有:8位CPU , 1 KB程序存储器 (ROM)、64B数据存储器(RAM) ,27根I/O线和1个8位定时/计数器。此阶段单片机的主要特点是:在单个芯片内完成了CPU、存储器、I/O接口、定时/计数器、中断系统、时钟等部件的集成。但存储器容量较小，寻址范围小(不大于4 K)，无串行接口，指令系统功能不强。