[工学]《单片机原理与嵌入式系统设计》
单片机原理及应用系统设计
单片机原理及应用系统设计单片机原理及应用系统设计单片机（Microcontroller，简称MCU）是集成了微处理器、存储器、输入/输出接口及其他功能模块的一种集成电路芯片，其内部包含了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、串口、ADC/DAC、中断控制器等多个功能模块，可用于控制系统、数据采集、嵌入式系统、家用电器、汽车电子等许多领域中。
单片机的组成结构主要包括中央处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM、EEPROM）、输入/输出接口（I/O）、时钟/定时器、中断/外部中断、串口通信、模拟输入/输出等模块。
其中，中央处理器是单片机的“心脏”，它执行单片机内部各种指令，进行逻辑运算、算术运算等操作；存储器用来存储程序和数据，ROM主要存储程序代码，RAM用来存储程序运行时所需的数据和临时变量；输入/输出接口是单片机和外部设备（如LED、LCD、继电器等）的链接带，通过输入输出接口可以实现单片机对外部设备的控制和监测；时钟/定时器用来产生精确定时信号，对于实时控制、时间测量、定时定量控制等应用非常重要；中断/外部中断是单片机的一种高效机制，在单片机运行过程中，如碰到紧急事件需要优先处理，可以启用中断机制，优先处理中断程序；串口通信用来实现单片机与另一台设备之间的通信功能，是单片机进行通信应用中较常用的接口；模拟输入/输出可实现单片机对外部采集信号的转换。
单片机的应用系统设计是单片机在应用领域中所体现出来的具体项目，包括了硬件和软件两个方面的内容。
硬件设计主要包括单片机的选型、外设的选择、电源设计、信号输入/输出设计等；软件设计则主要是对单片机进行编程，构造出相应的应用程序，实现对硬件系统的控制。
单片机在嵌入式系统中应用非常广泛，包括家用电器、工业自动化、汽车电子、医疗器械、安防监控等多个领域。
在家用电器中，单片机能够实现家电的自动控制、显示、调节等多种功能，如洗衣机控制、空调控制、电磁灶控制、电子钟表控制等；在工业自动化中，单片机的功能应用更为广泛，应用于生产线的控制、物流系统的管理、环保系统的监测、电子银行等多个领域；在汽车电子中，单片机的功能主要体现在行车电子控制系统、车载音响、泊车雷达系统等方面，具有多种控制、监测、显示、操作等功能；在医疗器械领域中，单片机主要应用于病人监测、给药控制、设备控制等多个方面，通过单片机系统的运行，实现对病情的掌控；在安防监控领域中，单片机系统具备事件监测、报警输出、视频监视等多种功能，使得安防系统可以实现更加精确、高效、智能的控制。
嵌入式系统设计单片机原理与应用
嵌入式系统设计单片机原理与应用嵌入式系统是指以微处理器、微控制器或数字信号处理器为基础，集成了一些特定功能模块的计算机系统。
而单片机作为一种常见的嵌入式系统核心芯片，在各个领域的应用非常广泛。
本文将探讨嵌入式系统设计中单片机的原理和应用。
1. 单片机的定义与特点单片机是一种集成电路芯片，它集中了处理器、存储器和输入输出设备等功能模块，并且完全存储在单个芯片上。
相比于传统的计算机系统，单片机具有体积小、功耗低、价格便宜等特点，同时还具备易于编程和应用灵活的优势。
2. 单片机的工作原理单片机的工作原理是通过处理器核心来执行程序指令，与外部设备进行通信，并控制系统的各个功能模块。
它通常由中央处理器单元（CPU）、存储器、IO口和定时器等组成。
其中，CPU负责对指令进行解码和执行，存储器用于存储程序和数据，IO口用于与外部设备进行数据交互，定时器则提供时钟和计时功能。
3. 单片机的应用领域嵌入式系统设计中的单片机在各个领域均有应用，以下是一些常见的领域及其应用案例：3.1 汽车电子现代汽车中，单片机被广泛应用于引擎控制、转向控制、车载娱乐系统等。
它们通过单片机实现数据采集、处理控制以及与驾驶员的交互。
3.2 家电在家电领域，单片机被用于冰箱、空调、洗衣机等电器的控制和管理。
它们通过单片机实现对温度、湿度等环境参数的感知，并根据用户的需求进行相应的控制。
3.3 工业自动化工业自动化是单片机应用的重要领域之一。
单片机通过控制各种传感器和执行器，实现对生产过程的监控和控制。
例如，单片机可以用于控制流水线的自动化生产、机械臂的运动控制等。
3.4 医疗器械在医疗器械领域，单片机被广泛应用于血压计、血糖仪、体温计等设备中。
通过单片机的运算和控制，这些设备可以提供准确可靠的数据，并实现对患者病情的监测与诊断。
4. 单片机的开发工具与语言在进行单片机应用开发时，我们通常需要使用一些开发工具和编程语言。
以下是一些常见的开发工具和编程语言：4.1 开发工具常用的单片机开发工具包括Keil、IAR Embedded Workbench、MPLAB等。
单片机原理与嵌入式系统设计课后答案
7．嵌入式系统主要有哪些特点？
答： （1）嵌入式系统通常及其注重成本 （2）嵌入式系统通常对实时性有要求 （3）嵌入式系统一般采用 EOS 或 RTOS （4）嵌入式系统软件故障造成的后果较通用计算机更为严重 （5）嵌入式系统多为低功耗系统 （6）嵌入式系统经常在极端恶劣的环境下运行 （7）嵌入式系统的系统资源与通用计算机相比是非常少的 （8）嵌入式系统通常在 ROM 中存放所以程序的目标代码 （9）嵌入式系统可采用多种类型的处理器和处理器体系结构 （10）嵌入式系统需要有专用开发工具和方法进行设计 （11）嵌入式系统处理器包含专用调试电路
门在应用时输出端需要外接一个上拉负载电阻到电源。通过选择合适的电阻和电源电压，既 可以保证输出的高、低电平合乎要求，又可使输出端三极管的负载电流不会过大。OC 门的 输出端如果不接上拉负载电阻到电源，三极管的集电结则没有反偏，不能实现相应的逻辑关 系。
如同 TTL 电路中的 OC 门那样，CMOS 门的输出电路结构也可以做成漏极开路的形式。 称为漏极开路的门电路（OD 门），在 CMOS 电路中，这种输出电路结构经常用在输出缓冲/
12．OC 门在单片机系统中主要作用是什么？
答： （1）OC 门在单片机系统中主要有两个作用：线与和作为驱动器。几个 OC 门的输出端
连在一起，输出可以实现与的功能（F=F1F2…Fn）。 （2）OC 门在单片机系统中，还常常作为控制执行机构。利用 OC 门可以控制一些较大
电流的执行机构。
13．请列出优先编码器与普通编码器之间的区别。
解：
二进制
十六进制 十进制
10010111 1101101
97
6D
151
109
101111 2F 47
单片机嵌入式系统原理及应用答案
具有强开放性，现在有大约数千种专门为palm os编写的应用程序，从程序内容上看，小到个人管理、游戏，大到行业解决方案，palm os无所不包。在丰富的软件支持下，基于palm os的掌上电脑功能得以不断扩展。
操作系统的节能功能。在palm os的应用程序中，如果没有事件运行，则系统设备进入半休眠（doze）的状态；如果应用程序停止活动一段时间，则系统自动进入休眠（sleep）状态。
精简的模块化操作系统
多硬件平台支持
支持有线和无线的网络连接
稳健的实时性支持
丰富的多媒体和多语言支持
强大的开发工具
3) palm os:
3com公司产品，专门为掌上电脑开发的32位的嵌入式操作系统
占有非常小的内存，基于palm os编写的应用程序占用的空间也非常小（通常只有几十kb）
palm提供了串行通信接口和红外线传输接口，利用它可以方便地与其它外部设备通信、传输数据
从狭义上讲，我们更加强调那些使用嵌入式微处理器构成独立系统，具有自己操作系统，具有特定功能，用于特定场合的嵌入式系统。本书所谓的嵌入式系统是指狭义上的嵌入式系统。
根据ieee（国际电气和电子工程师协会）的定义：嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”（原文为devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。
六是数量不同。嵌入式系统的数量远大于通用计算机系统的数量。因为一个通用计算系
统中至少包括数十个嵌入式系统。更别说其它的嵌入式系统了。
17、常见的嵌入式操作系统有哪些，各自有什么特点
嵌入式专业单片机原理与应用设计课程的构建方案
嵌入式专业单片机原理与应用设计课程的构建方案摘要：嵌入式专业是一门综合性较强的专业，其专业领域涉及军事、工业分析、工业测控、汽车电子与消费类电子、计算机与电子技术通信、工业自动化、现代智能产品等多个领域，其研究方向从广义上说包括软件和硬件两个方向，一般情况下在基础教育中，两个方面的内容都是缺一不可的，而单片机是一门软硬件结合的基础课程，因此在嵌入式的学习中，学习单片机课程的必要的，从专业地位上说单片机课程起这举足轻重的作用。
那么如果在嵌入式专业中合理的构建单片机原理与应用设计课程呢，怎样才能发挥它在专业中的最大作用呢，我们经过研究设计并开发了其课程构建的方案。
关键词：单片机原理与应用设计；嵌入式；课程中图分类号：tp3-4 文献标识码：a 文章编号：1007-9599 （2012）18-0000-02嵌入式专业是一门综合性较强的专业，其专业领域涉及军事、工业分析、工业测控、汽车电子与消费类电子、计算机与电子技术通信、工业自动化、现代智能产品等多个领域，其研究方向从广义上说包括软件和硬件两个方向，一般情况下在基础教育中，两个方面的内容都是缺一不可的，而单片机是一门软硬件结合的基础课程，因此在嵌入式的学习中，学习单片机课程的必要的，从专业地位上说单片机课程起这举足轻重的作用。
那么如果在嵌入式专业中合理的构建单片机原理与应用设计课程呢，怎样才能发挥它在专业中的最大作用呢，我们经过研究设计并开发了其课程构建的方案。
1 确立好课程在专业中的性质及作用课程性质决定了课程在专业中的教学方向，课程作用决定了课程在专业中的地位及重要性。
就嵌入式专业而言，我们认为嵌入式专业主要是培养具备嵌入式系统的开发与设计能力、嵌入式系统测试与维护能力的嵌入式系统开发、产品测试、技术支持等方面的高素质技能型专门人才。
其构成的专业岗位群包括嵌入式系统开发岗位、嵌入式软件开发岗位、嵌入式系统检测维护岗位。
在通过对嵌入式专业职业岗位群的分析中，我们发现这些职业岗位中都离不开单片机的身影，因此在针对专业的人才需求分析和任职要求分析及职业能力分析后，我们确定单片机原理与应用设计课程是嵌入式系统开发等课程的前修课程，是必须学习的初级入门课程。
单片机嵌入式系统原理及应用答案
单片机嵌入式系统原理及应用答案单片机嵌入式系统原理及应用答案：单片机嵌入式系统是指将单片机作为核心组件，通过集成外设和软件系统来构建控制系统或智能设备。
其原理是通过单片机芯片的处理能力和可编程性，实现对外设的控制和数据处理，从而实现特定功能。
在嵌入式系统中，单片机作为控制核心，通常集成了中央处理器(CPU)、存储器、输入输出(I/O)接口和定时器等功能模块。
这些功能模块可以通过编程控制来完成各种任务，如控制外设的状态、读取输入信号、执行算法等。
单片机嵌入式系统具有以下特点和优势：1. 小型化：单片机芯片集成度高，体积小，适合应用在小型设备中。
2. 低功耗：单片机通常采用低功耗设计，适合长时间运行或使用电池供电的设备。
3. 易于开发：单片机通常使用高级语言进行编程，开发工具和资源丰富，易于快速开发和调试。
4. 成本低：单片机芯片成本低廉，适合大规模生产和广泛应用。
5. 实时性强：单片机具有快速响应和实时控制的能力，适用于对时间要求较高的应用场景。
单片机嵌入式系统在各个领域都有广泛的应用，如家用电器、工业控制、通信设备、汽车电子等。
以下是一些常见的应用场景：1. 智能家居：通过单片机嵌入式系统控制家电设备，实现远程控制、定时控制等功能。
2. 工业自动化：使用单片机嵌入式系统实现对工业设备的控制和监测，提高生产效率和质量。
3. 智能交通：通过单片机嵌入式系统实现对交通信号灯、道路监控等的控制和管理，提高交通流量和安全性。
4. 医疗设备：使用单片机嵌入式系统实现对医疗仪器的控制和数据处理，提供精准的医疗服务。
5. 智能电子设备：如智能手机、智能手表等，通过单片机嵌入式系统实现对各种传感器、通信模块的控制和数据处理，提供丰富的功能和用户体验。
总之，单片机嵌入式系统具有强大的控制能力和广泛的应用领域，可以在各种智能设备和控制系统中发挥重要作用。
MCS51单片机原理及嵌入式系统应用2007年版课程设计
MCS51单片机原理及嵌入式系统应用2007年版课程设计一、课程设计背景MCS51单片机是一种广泛使用的嵌入式系统芯片，它具有体积小、功能丰富、易于编程等特点。
因此，MCS51单片机在工业控制、电子设备、通信等领域得到广泛应用。
为了培养学生的嵌入式系统设计能力，提高学生的实践能力，本课程设计旨在让学生深入了解MCS51单片机的原理，学习其编程技术，掌握嵌入式系统的设计和应用。
二、课程设计目标本课程设计的主要目标是：•理解MCS51单片机的基本原理和结构；•掌握MCS51单片机的编程技术，包括指令系统、寄存器、中断等；•运用MCS51单片机设计和实现简单的嵌入式系统，如LED灯控制、温度测量、蜂鸣器控制等。
三、课程设计内容3.1 原理部分1.MCS51单片机概述–单片机的定义和历史–MCS51单片机的特点和应用范围2.MCS51单片机的硬件结构–CPU、存储器、I/O控制器、定时器等模块–内存映射和端口地址3.MCS51单片机的指令系统–指令结构和格式–常用指令介绍4.MCS51单片机的中断系统–中断的概念和原理–中断的类型和优先级–编程实现中断处理程序3.2 编程部分1.MCS51单片机的汇编语言–汇编语言的概述和特点–MCS51单片机的汇编语言语法2.MCS51单片机的编程工具–Keil C51集成环境–编译、烧录和调试技术3.MCS51单片机的编程实践–简单的LED灯控制–温度测量和显示–蜂鸣器的控制和实现四、课程设计要求1.学生需主动参与课程设计过程，积极探索MCS51单片机的原理和编程技术；2.学生需按时提交实验报告，并在班级或教师指导下进行课程设计展示；3.学生可以结合自身兴趣和实际需求，开发嵌入式系统应用，如智能家居、智能车载、工业自动化等，实现MCS51单片机技术的应用。
五、实验器材和设备1.MCS51单片机开发板2.LED灯、电阻、电容、温度传感器等元器件3.Keil C51集成环境软件六、课程设计评价本课程设计评价主要从以下几个方面考虑：1.设计的难度是否适合本课程水平；2.报告和展示是否清晰明了，实验结果是否准确；3.学生在课程设计过程中的主动性和创新性。
单片机设计参考文献(一)2024
单片机设计参考文献（一）【引言】单片机（Microcontroller Unit，MCU）设计是嵌入式系统中的重要组成部分，具有广泛的应用领域。
为了帮助开发者深入理解和掌握单片机设计的基本原理和方法，本文将介绍一些相关的参考文献，以供读者参考和借鉴。
【概述】本文所选取的单片机设计参考文献包括理论基础、电路设计、编程开发以及应用实例等方面，力求覆盖单片机设计的全面内容。
【正文】1. 理论基础1.1 《单片机原理与应用》（作者：肖明）：介绍单片机设计的基本理论知识，包括单片机的结构、工作原理、指令系统以及中断机制等。
1.2 《嵌入式系统设计：单片机设计篇》（作者：谭浩强）：深入讲解单片机设计的基本原理和方法，包括程序开发、硬件设计和软硬件协同设计等方面。
1.3 《单片机C语言编程——基于STM32》（作者：黄豆豆）：详细介绍了单片机C语言编程的基本流程和技巧，包括寄存器配置、外设驱动和中断处理等内容。
1.4 《嵌入式系统接口与实时操作系统》（作者：彭崇胜）：全面介绍嵌入式系统的接口技术和实时操作系统的原理，对于单片机设计的接口选择和实时任务调度具有重要指导意义。
1.5 《单片机原理与实践》（作者：郭大海）：通过一系列实例讲解单片机设计的实践过程，包括硬件电路设计、软件程序开发和系统调试等方面的内容。
2. 电路设计2.1 《单片机应用技术实践》（作者：梁家柱）：详细介绍单片机应用中的电路设计方法和技巧，包括外设接口设计、时钟电路设计和电源电路设计等方面。
2.2 《单片机与单片机系统设计（第二版）》（作者：钱庆邦）：系统地介绍单片机硬件设计的基本原理和方法，包括微控制器的选择、外设接口设计和信号调节电路设计等内容。
2.3 《嵌入式系统开发与单片机原理应用实验教程》（作者：王景川）：通过一系列实验来锻炼学生的电路设计和调试能力，包括数码管显示、按键输入和LED控制等实例。
2.4 《51单片机实验设计与应用》（作者：罗展浩）：通过一系列实验和应用讲解单片机的电路设计和实现，内容涵盖了数码管显示、按键输入和温度测量等方面。
单片机与嵌入式系统原理及应用
单片机与嵌入式系统原理及应用
单片机（Microcontroller）是一种集成了处理器核心、内存、输入输出设备和定时器等功能的单芯片微型计算机系统。
它具有体积小、功耗低、可靠性高、价格低廉等特点，广泛应用于工业控制、仪器仪表、电子设备、通信设备等领域。
单片机的工作原理是通过内部运算、存储和控制等部件实现对外部输入信号进行处理和响应。
一般来说，单片机的主要组成部分包括：中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出设备（GPIO）、定时器、串行通信接口（UART、SPI、I2C等）等。
这些部件通过总线连接在一起，形成一个完整的嵌入式系统。
在应用方面，单片机可以用于各种嵌入式系统的设计和开发。
例如，可以利用单片机实现智能家居系统，通过对温度、湿度等环境参数进行监测和控制，实现自动化管理。
此外，单片机还可以应用于汽车电子系统，实现车载娱乐、导航、气囊控制等功能。
另外，单片机还广泛用于工业自动化、医疗设备、仪器仪表等领域。
总之，单片机是嵌入式系统中的重要组成部分，具有广泛的应用前景。
通过合理的设计和编程，单片机可以实现对电子设备的控制和管理，为各种应用领域带来便利和创新。
单片机与嵌入式系统原理及应用pdf
单片机与嵌入式系统原理及应用pdf1. 单片机是什么？单片机是一种高度集成的微处理器，包含了处理器、存储器、I/O 接口、时钟等各种功能模块，具有处理数据和控制外设等功能。
与传统的计算机相比，单片机的体积小、功耗低、成本低且易于集成和嵌入设备中，因此在嵌入式系统中得到了广泛的应用。
2. 嵌入式系统是什么？嵌入式系统是一种针对特定功能的计算机系统，通常嵌入于各种消费电子产品、工业自动化设备、交通信号灯、智能家居等各种设备中。
与传统的计算机相比，嵌入式系统具有实时性、少量数据存储和处理能力、低功耗、小体积等优点。
3. 单片机在嵌入式系统中的应用单片机普遍应用于嵌入式系统中，下面分别介绍单片机在几个典型应用领域中的应用。
3.1. 智能家居智能家居是指利用嵌入式系统和Internet of Things（物联网）技术，将家里各种设备通过无线网络互联起来，实现远程控制和智能化管理。
单片机作为智能家居中的核心控制器，负责各种传感器的数据采集、分析、网络通信和设备控制等功能。
3.2. 工业自动化工业自动化是指利用现代技术实现生产线自动化和工业控制的技术。
单片机在工业自动化中广泛应用于PLC、DCS和SCADA等控制系统中。
单片机负责控制各种执行机构，如传送带、机器人等设备的动作，并处理生产数据和监测设备状态等功能。
3.3. 智能交通智能交通是指利用嵌入式系统和物联网技术实现交通设备的网络化和智能化。
单片机在智能交通中应用广泛，如自动售票机、电子警察等设备。
单片机负责采集、处理和传输各种交通信息，例如车辆信息、路况信息和违章信息等。
3.4. 医疗设备医疗设备是指利用现代科技实现医疗治疗、监测和诊断的设备。
单片机在医疗设备中应用广泛，如心电图、血压监测器等设备。
单片机负责采集、处理和分析各种医疗数据，并通过显示屏、存储器等设备来实现医疗诊断和治疗。
4. 结论单片机作为嵌入式系统中的核心控制器，广泛应用于各种应用领域。
单片机与嵌入式系统原理及设计 教学大纲
教学大纲：一、概述1. 单片机与嵌入式系统的定义和基本概念2. 单片机与嵌入式系统在现代科技中的重要性和应用领域3. 本课程的学习目标和意义二、单片机基础知识1. 单片机的基本结构和工作原理2. 单片机的内部结构和功能模块3. 单片机的发展历程和现状三、嵌入式系统设计原理1. 嵌入式系统的概念和特点2. 嵌入式系统的硬件和软件设计原理3. 嵌入式系统在实际项目中的应用案例分析四、单片机与嵌入式系统的编程技术1. 单片机和嵌入式系统的常见编程语言和开发工具2. 单片机和嵌入式系统的编程技术和调试方法3. 单片机和嵌入式系统的编程案例和实践经验共享五、实践项目设计与实施1. 基于单片机和嵌入式系统的实际项目设计原则2. 基于单片机和嵌入式系统的实际项目开发流程和关键技术3. 基于单片机和嵌入式系统的实际项目案例分析和展示六、总结与展望1. 本课程的学习收获和成果展示2. 单片机与嵌入式系统的未来发展趋势和应用前景3. 对单片机与嵌入式系统的个人观点和思考结语：通过本课程的学习，学员将深入了解单片机与嵌入式系统的原理和设计，掌握相关的编程技术和实践经验，为今后的科技创新和工程项目提供坚实的技术支持和理论基础。
希望学员能够在未来的学习和工作中，将所学知识应用到实际项目中，不断提升自己的专业能力和创新思维，为社会发展和科技进步做出更大的贡献。
单片机与嵌入式系统正成为当今科技领域中最为重要的技术之一。
随着科学技术的发展和应用领域的不断拓展，对单片机与嵌入式系统的需求也日益增加。
本课程将致力于系统地介绍单片机与嵌入式系统的基础知识、设计原理、编程技术以及实践项目的设计与实施，旨在帮助学员全面了解该领域的知识，并掌握相关的技能和经验。
在概述部分，我们将深入探讨单片机与嵌入式系统的定义和基本概念，包括其在现代科技中的重要性和应用领域等内容。
通过概述部分的学习，学员将了解到单片机与嵌入式系统在各个领域中的广泛应用，以及学习本课程的目标和意义。
单片机原理及基于单片机的嵌入式系统设计蔡方凯电子教案 第8章下载-支持高清免费浏览-max文档
例8.2 单片机接口电路如图8.2所示，要求编程实现当开关K0～ K3为低电平时，对应的D0～D3点亮
图8.2 例8.2电路原理图
例8.2 源程序
MAIN:
MOV ORL MOV SWAP MOV LJMP
A,#0FH P1,A A,P1 A P1,A MAIN
总结
若想实现对四个并行I/O口（P0~P3）的 任意一个引脚的读端口引脚操作，都必须对该 端口对应引脚的锁存器置位。并行I/O口的输 入功能的特点正是由于并行I/O口为准双向IO 口造成的。但是对用户而言，通用并行I/O口 和准双向并行I/O口作为输出使用是没有区别 的，作为输入使用仅需要多增加一条指令（即 端口锁存器赋值语句）
8.4.3 对片外RAM的读写操作 时序
图8-10 对片外RAM的读写操作时序
8.4.4 6264和51单片机的接口 设计
图8-11 6264和51单片机的接口电路
8.2 准双向并行I/O的使用
MCS－51四个并行I/O端口具有输入和输出两种 功能，共有三种操作方式：输出数据方式、读端口数 据方式和读端口引脚方式
8.2.1 准双向并行I/O口的输出
功能
并行I/O口的输出方式是指并行I/O作为输出引脚使用， CPU通过一条数据操作指令实现将输出数据送到端口引脚线。 准双向并行I/O口的输出功能与通用I/O口使用方法相同，即用户 可以通过编程改变I/O口的输出电平变化。因此凡是端口操作指 令都能实现改变端口引脚线上电平状态。例如如下指令均可实 现在并行I/O输出数据。
8.3 并行I/O的扩展
MCS-51单片机I/O接口扩展方法通常采用下面三种方法： ◆ 利用缓冲器或锁存器实现I/O接口扩展，通常选用74系 列的138、244、245、373、377等常用芯片实现I/O扩展。 ◆ 利用可编程芯片8255、8155等，利用程序对芯片进行设 置，软硬件结合实现对I/O接口的扩展。 ◆ 串行扩展方法，利用MCS-51单片机串行口同步移位寄 存器工作方式进行I/O接口扩展。
单片机本科基础教材
单片机本科基础教材
以下是一些单片机本科基础教材的推荐。
1. 《单片机原理与应用》（孟浩编著）：这本教材是国内单片机教育领域的经典教材之一，全面介绍了单片机的原理和应用，内容详实，逻辑清晰。
适合单片机的初学者使用。
2. 《51单片机原理与应用》（黄永珍编著）：这本教材是针
对51单片机的原理和应用进行介绍的，包括基本原理、汇编
语言程序设计、接口技术、外设应用等内容。
适合学习51单
片机的同学使用。
3. 《ARM微控制器与嵌入式系统设计》（刘焕勇、金久龙编著）：这本教材介绍了ARM微控制器的原理和应用，包括ARM的基本结构、汇编语言编程、外设应用等内容。
适合学
习ARM相关内容的同学使用。
4. 《嵌入式系统设计教程》（韩德海编著）：这本教材是面向单片机和嵌入式系统设计的教程，包括单片机的原理、嵌入式系统设计方法和实践等内容。
适合综合学习单片机和嵌入式系统设计的同学使用。
5. 《嵌入式系统设计与开发技术》（陈向平编著）：这本教材介绍了嵌入式系统的基本概念、硬件设计和软件开发技术，包括单片机原理、嵌入式操作系统、嵌入式软件开发等内容。
适合学习嵌入式系统设计的同学使用。
以上教材是一些经典的单片机和嵌入式系统基础教材，具体选择可以根据自己的学习需求和教学内容来决定。
在学习过程中，也可以结合实践项目进行学习，提高对单片机的实际应用能力。
嵌入式单片机原理及应用书
嵌入式单片机是一种集成了处理器、存储器、输入输出接口和其他外设的微型计算机系统，通常被用于控制和监测各种电子设备和系统。
以下是一些嵌入式单片机原理及应用书的推荐：
1. 《嵌入式系统设计与开发》（作者：黄宏成）：本书详细介绍了嵌入式系统的设计和开发过程，包括单片机的选择、系统架构设计、软件开发和调试等方面。
2. 《嵌入式系统原理与实践》（作者：李春晖）：本书介绍了嵌入式系统的基本原理和实践技术，包括单片机的硬件结构、嵌入式操作系统、驱动程序开发等方面。
3. 《ARM Cortex-M3/M4嵌入式系统设计与开发》（作者：李春晖）：本书介绍了ARM Cortex-M3/M4系列单片机的基本原理和应用技术，包括系统架构设计、软件开发和调试等方面。
4. 《STM32嵌入式系统设计与开发》（作者：李春晖）：本书介绍了STM32系列单片机的基本原理和应用技术，包括系统架构设计、软件开发和调试等方面。
5. 《嵌入式系统设计与开发实例教程》（作者：李春晖）：本书通过实例介绍了嵌入式系统的设计和开发过程，包括单片机的选择、系统架构设计、软件开发和调试等方面。
MCS51单片机原理及嵌入式系统应用课程设计
MCS51单片机原理及嵌入式系统应用课程设计介绍MCS51单片机是最为常见的嵌入式系统设计所使用的微控制器之一。
它是英特尔公司在20世纪80年代推出的，迄今为止已经发展成为了一款非常成熟的产品。
MCS51单片机以其稳定性、极低的功耗和易编程性获得了众多用户的青睐。
本文将介绍MCS51单片机的基本原理及其在嵌入式系统中的应用，并针对该单片机进行一项课程设计。
MCS51单片机的基本原理MCS51单片机采用Harvard结构，包含CPU、ROM、RAM、I/O等功能模块。
其中，CPU部分包含运算单元、控制单元和状态寄存器等模块，用于控制单片机的整体操作。
ROM模块是单片机的存储器，用于存放程序代码；RAM模块则用于存放程序中的变量、堆栈等信息。
I/O模块则用于和外部环境进行通讯，使单片机能够进行输入输出操作。
MCS51单片机的主频通常为12MHz，能够满足绝大多数嵌入式应用的要求。
与此同时，该单片机还支持多种外设接口，例如UART、SPI、I2C等，方便用户在设计过程中进行数据通讯。
MCS51单片机在嵌入式系统中的应用MCS51单片机被广泛应用于嵌入式系统领域，如智能家居、工控设备、汽车电子等。
其优点在于操作简单、体积小、功耗低、价格便宜等。
以下将介绍该单片机在智能家居领域中的应用。
智能家居的功能构成智能家居通常包含以下功能：环境监测、智能控制、安防监测、人机交互等。
MCS51单片机在智能家居中通常被用于实现智能控制功能和人机交互功能。
智能家居的智能控制智能家居的智能控制功能包括电力控制、温度控制、照明控制等。
MCS51单片机可以实现对这些设备的控制，从而实现对智能家居的远程控制。
该单片机还可以嵌入温度和湿度传感器，实现对环境的监测，并在出现异常情况时自动采取相应的措施。
智能家居的人机交互智能家居的人机交互主要包括语音识别、手势识别、液晶显示等。
MCS51单片机可以实现对这些功能的支持，从而使得智能家居的使用更加方便。
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2. 计算机主要技术指标
• 字长： CPU并行处理二进制的数据位数
8位机、16位机、32位机和64位机。
• 内存容量：内存存储单元数
容量单位：1K=210=1024，1M=220=1KK 8K、64K、16M、64M。
• 运算速度：CPU处理速度
时钟频率、主频、每秒运算次数 6MHz、12MHz、24MHz、100MHz、300MHz。
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在高档8位单片机的基础上，单片机功能进一步得到提高， 近年来推出了超8位单片机。如Intel公司的8X252、UPI45283C152，Zilog公司的Super8，Motorola公司的MC68HC等， 它们不但进一步扩大了片内ROM和RAM的容量，同时还增加了 通信功能、DMA传输功能以及高速I/O功能等。自1985年以来， 各种高性能、大存储容量、多功能的超8位单片机不断涌现，它 们代表了单片机的发展方向，在单片机应用领域发挥着越来越大 的作用。
面向测控对象，嵌入到实际应用系统中， 实现嵌入式应用的计算机称之为嵌入式 计算机系统，简称嵌入式系统 (Embedded System)。
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从总体上说，通用计算机系统主要用于数 值计算、信息处理，兼顾控制功能，而 嵌入式计算机系统主要用于控制领域， 兼顾数据处理。(一般人不察觉是计算 机)
(4)电讯方面 手机、调制解调器、智能线路运行控制、程控电话
交换机等。 •
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(5)导航控制方面 鱼雷制导控制、智能武器装置、导弹控制、航天导
航系统、电子干扰系统等。 (6)数据处理方面 图形终端、复印机、硬盘驱动器、磁带机、打印机
、打字机等。 (7)汽车方面
点火控制、变速控制、防滑刹车、排气控制、节能 控制、保安控制、冷气控制、汽车报警控制、测 试设备等。
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1.2.4计算机知识
微处理器 运算器
1. 微型计算(CP机U) 组成控结制器构
微型计算机 （主机）
存储器 (内存)
RAM ROM
输入/输出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC…) (I/O接口)
硬件
总线 (AB、D020/12/14
单片机原理及嵌入式系 统设计
Principles of Microcontroller and embedded system design
讲授：张虎
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MCU的基本含义是： 在一块芯片上集成了中央处理单元
(CPU),存储器（RAM/ROM等）、定时 器／计数器及多种输入输出（I/0） 接口的比较完整的数字处理系统。
4位单片机主要用于家用电器、电子玩具等。
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随着集成电路工艺水平的提高，在1978年到1983年期间集 成度提高到几万只管/片，因而一些高性能的8位单片机相继问世。 例如，1978年摩托罗拉公司的MC6801系列，齐洛格(Zilog)公司 的Z8系列，1979年NEC公司的μPD78XX系列，1980年Intel公司 的MCS-51系列。这类单片机的寻址能力达64 KB，片内ROM容 量达4~8 KB，片内除带有并行I/O口外，还有串行I/O口，甚至某 些还有A/D转换器功能。因此，把这类单片机称为高档8位单片 机。
• 单片机为工业测控而设计，又称微控制器。具有三高优势(集成 度高、可靠性高、性价比高)。
• 主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通 讯设备、家用电器等。 特别适合于嵌入式微型机应用系统。
• 单片机开发系统有单片单板机和仿真器。实现单片机 • 应用系统的硬、软件开发。
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8×52系列
8032
8052
8752
8952 8KB 256B 3×16 6
8×C252系列 80C232 80C252 87C252 89C252 8KB 256B 3×16 7
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80C51与8051的比较
（1）MCS-51系列芯片采用HMOS工艺，而80C51芯片则采用 CHMOS工艺。CHMOS工艺是COMS和HMOS的结合，
外围设备
外部设备 辅助设备
输入设备(键盘、扫描仪、语音识别仪…) 输出设备(显示器、打印机、绘图仪、…) 辅助存储器(磁带、磁盘、光盘)
电源电路 时钟电路
系统软件(操作系统，编辑、编译程序，故障诊断,监控程序…) 应用软件(科学计算，工业控制，数据处理…) 程序设计语言(机器语言、汇编语言、高级语言)
201206/1位2/14单片机可用于高速复杂的控制系统。
4．32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。由于控制领域对32位单片机需求并不十分迫 切，所以32位单片机的应用并不很多。
需要提及的是，单片机的发展虽然按先后顺序经历了4位、 8位、16位的阶段，但从实际使用情况看，并没有出现推陈出新、 以新代旧的局面。4位、8位、16位单片机仍各有应用领域，如4 位单片机在一些简单家用电器、高档玩具中仍有应用，8位单片 机在中、小规模应用场合仍占主流地位，16位单片机在比较复 杂的控制系统中才有应用。
（2）80C51芯片具有COMS低功耗的特点。例如8051芯片的 功耗为630mW,而80C51的功耗只有120mW。
（3）80C51在功能增加了待机和掉电保护两种工作方式，以 保证单片机在掉电情况下能以最低的消耗电流维持。
（4）此外，在80C51系列芯片中，内部程序存储器除了ROM 型和EPROM型外，还有E2PROM型，例如89C51就有4KB E2PROM。并且随着集成技术的提高，80C51系列片内程序存 储器的容量也越来越大，目前已有64KB的芯片了。另外，许 多80C51芯片还具有程序存储器保密机制，以防止应用程序泄 密或被复制。
在一个综合系统中，会出现通用计算机系 统与嵌入式计算机系统的结合，各自扮 演不同的角色，共同完成系统任务.
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（2）单片机与嵌入式系统的关系 嵌入式系统是面向测控对象，嵌入到实际应用系统中的
计算机系统的统,称嵌入式系统通常有 工控机、通用CPU模块、嵌入式微处理器(Embedded
运算器、控制器、存储器、输入设备 、输出设备五部分组成，只不过这些 都集成在一块芯片上，这种结构使得 单片机成为具有独特功能的计算机。
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单片机以其较高的性能价格比、灵活性等 特点，在嵌入式微控制系统中具有十分 重要的地位。
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1.1.2嵌入式系统的含义
(1)嵌入式系统的由来 计算机是应数值计算的要求而诞生的。 直到20世纪70年代，电子计算机在数字
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1.2.3单片机发展概况
• 20世纪70年代：1975年 4位单片机 TMS-1000 • 1976-1978 初级8位单片机 Intel MCS-48 系列 • 20世纪80年代：高档8位单片机 Intel MCS-51系列：
• -51子系列：8031/8051/8751 • -52子系列：8032/8052/8752
Processor）和嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller）。 前两者是基于通用计算机系统，即将通用计算机系统用 于测控对象。 后两者是基于芯片形态的计算机系统，其中嵌入式微处 理器是在通用CPU基础上发展，增加满足测控对象 要求的外围接口电路，用于测控领域。
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三总线
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• 总线有三种: 数据总线DB（Data Bus）, 地 址总线 AB（Address Bus）和控制总线 CB(Control Bus）
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计算机技术在两个重要领域
通用计算机领域和嵌入式(Embedded)计
算机领域都获得的极其重要的进展. 单片机只是一块芯片. 但包含了计算机的基本组成单元，仍由
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由于单片机有嵌入式应用的专用体系结构与 指令系统，而且具有体积小、可靠性高等 特点，又具有各种各样的型号，可以满足 不同的需求，实际应用时，开发者可根据 具体要求选用最佳型号的单片机嵌入到应 用系统中。
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1.2单片机简介
1.2.1 单片机
单片机：将微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路和相应实时控 制器件集成在一块芯片上，称其为单片微型计算机，简称单片 机。
计算、逻辑运算与推理，信息处理以及 实际控制方面表现出非凡能力后，在通 信、测控、数据传输等领域，人们对计 算机技术给予更大的期待。
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主要表现在
直接面向控制对象；嵌入到具体的应用体 中，而不以计算机的面貌出现；能在现 场可靠地运行；体积小，应用灵活；突 出控制功能,特别是对外部信息的捕捉 与丰富的1/O功能等。把满足海量高速 数值计算的计算机称为通用计算机系统 ，而
1. 2.2单片机的主要应用领域 (1)工业方面 实时控制、物理量的检测与处理、工业机器人、
数控机床、过程控制、教学控制、智能传感器 、数据传送、分布式控制等。 (2)仪器仪表方面 智能仪器仪表、医疗器械、色谱仪、示波器智 能测厚仪等。
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(3)民用方面 电子玩具、电子字典、记事薄、高级电子游戏机 、录像机、电冰箱、洗衣机、抽湿机、消毒柜、 照相机、空调机、电风扇、防盗控制、彩电、音 响等。
• 低功耗型80C31高性能型80C252廉价型89C2051/1051
• 20世纪90年代:高档单片机, DSP
• 32位单片机 ARM
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1．4位单片机阶段 自1975年美国德克萨斯仪器公司首次推出4位单片机TMS1000后，各个计算机生产公司竞相推出4位单片机。例如美国国 家半导体公司(National Semiconductor)的COP402系列，日本电 气公司(NEC)的μPD75XX系列，美国洛克威尔公司(Rockwell)的 PPS/1系列，日本松下公司的MN1400系列，富士通公司的MB88 系列等。