第1章单片机
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
第一章单片机概述1.1微机的产生与发展1.1.1 微机的发展微型计算机自出现以来，便以其集成度高、功能强、体积小、功耗低、价格廉、灵活方便等一系列优点，广泛应用于国防、航空航天、海洋、地质、气候、教育、经济、日常生活的各个领域，并发挥着巨大的作用。
自第一台微型计算机MCS-4诞生后，一直到现在，微型计算机的发展非常迅速，对于微型计算机的发展，一般以字长和典型的微处理器芯片作为划分标志，将微型计算机的发展划分为五个阶段。
第一个阶段(1971年～1973年)主要是字长为4位的微型机和字长为8位的低档微型机。
这一阶段的典型微处理器有：世界上第一个微处理器芯片4004，以及随后的改进版4040，它们都是字长为4 位的。
在随后的第二年，Intel又研制出了字长为8位的处理器芯片8008，集成度和性能都有所提高。
第一代微型机就采用了PMOS工艺，基本指令时间约为10～20μS，字长为4位或8位，指令系统比较简单，运算功能较差，速度较慢，系统结构仍然停留在台式计算机的水平上，软件主要采用机器语言或简单的汇编语言，其价格低廉。
第二个阶段（1974年～1978年）主要是字长为8位的中、高档微型机。
这一阶段典型的微处理器芯片有：Intel公司的I8080、I8085，Motorola公司的M6800等。
第二代微型机的特点是采用NMOS工艺，集成度提高1～4倍，运算速度提高10～15倍，基本指令执行时间约为1～2μS，指令系统比较完善，已经具有典型的计算机系统结构以及中断DMA等控制功能，寻址能力也有所增强，软件除采用汇编语言外，还配有BASIC、FORTRAN、PL/M等高级语言及其相应的解释程序和编译程序，并在后期开始配上操作系统。
第三个阶段（1979年～1985年）主要是字长为16位的微型机。
这一阶段典型的微处理器芯片有：Intel公司的8086/8088/80286，Motorola公司的M68000等。
第三代微型机的特点是采用HMOS工艺，基本指令时间约为0.05μS，从各个性能指标评价，都比第二代微型机提高了一个数量级，已经达到或者超过中、低档小型机的水平。
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。
第1章单片机简介
玻璃壳
簧片
簧片
触点
N S
惰性气体
N S
ON
OFF
OFF
ON
5.2 干簧管测试原理
N S
N S
匀速旋转
干簧管测试仪单片机系统的面板
单片机
＋5V
5.3 干簧管测试仪电路原理图与印制板图
电路原理图（PROTEL绘制）
2.1 单片机的应用特点
● 单片机主要为工业测控而设计，又称微控制器（Microcontroller)，具有高集成度、高可靠性、高性价比的特点。 ● 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。
2.3 单片机的发展趋势
★ 程序存储器和数据存储器分开的原因？
① 指令和数据分开存放，分开调取，不会相互混淆； ② 程序存储器和数据存储器使用不同工艺。程序存储器烧录后，运行时内容不改变，要求掉电保持，一般用ROM实现，集成度高，造价低；数据存储器运行时才赋值，一般用RAM实现，造价相对较高； ③ 程序存储器和数据存储器的宽度可以不一致，在CPU字长较短时，可实现单字节指令，提高单片机的可靠性； ④ 程序存储器和数据存储器可使用不同的总线，实现真正的流水作业； ⑤ 单片机面向测控领域，通常情况下，需要较大容量的程序存储器和较少的数据存储器，提高性价比。
印制板图（PROTEL软件绘制）
5.4 编写单片机软件并调试
常用51单片机开发工具软件 Keil uVision
印制板图1 (采用PROTEL软件绘制)
印制板图2 (采用PROTEL软件绘制)
编写单片机软件并调试
常用51单片机开发工具软件 Keil uVision
第1章 51单片机的基础知识
第1章 51单片机的基础知识51单片机是一种广泛应用的嵌入式微控制器，具有强大的功能和灵活性。
在学习和使用51单片机之前，了解其基础知识是至关重要的。
本章将介绍51单片机的基础知识，包括硬件结构、寄存器、指令集和编程语言。
1.1 51单片机的硬件结构51单片机的硬件结构是指其内部的组成部分和外部连接。
51单片机包含中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O)口、定时器/计数器、串行通信口等功能模块。
这些功能模块共同协作，完成各种任务。
1.1.1 中央处理器(CPU)51单片机的中央处理器是核心部件，负责执行指令、控制程序运行和处理数据。
51单片机采用哈佛结构，将程序存储器和数据存储器分开。
它包含一个8位的累加器(A)和一个指令寄存器(IR)，用于指令的执行。
1.1.2 存储器51单片机的存储器包括程序存储器和数据存储器。
程序存储器用于存储程序指令，可以是内部存储器或外部存储器。
数据存储器用于存储程序运行中产生的数据，包括RAM和ROM。
1.1.3 输入/输出(I/O)口51单片机具有一定数量的I/O口，用于与外部设备进行数据交互。
输入口用于接收外部信号，输出口用于发送数据或控制外部设备。
它们可以是并行口或串行口，根据需要进行配置。
1.1.4 定时器/计数器定时器/计数器是51单片机的重要组成部分，用于产生定时延迟和计数脉冲。
定时器可以设置为定时模式或计数模式，定时器中断可用于实现时间控制和精确计时。
1.1.5 串行通信口串行通信口是51单片机与外部设备进行串行通信的接口，常用的有UART和SPI。
它们通过串行传输数据，实现与外部设备的数据交换和通信。
1.2 51单片机的寄存器51单片机具有一组特殊功能寄存器，用于配置和控制其各项功能。
这些寄存器负责存储和传输数据，执行各种功能操作。
常见的寄存器包括通用寄存器、状态寄存器、特殊功能寄存器等。
1.2.1 通用寄存器通用寄存器是用于存储临时数据的寄存器，包括8个存储器编号，分别为R0 - R7。
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。
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
单片机第1章
学习方法
第1章 单片机基础知识概述
1.1 单片机概述 1.2 单片机学习的预备知识 1.3 Proteus应用简介
第1章 单片机基础知识概述
1.2 单片机学习的预备知识
1、数制定义——2、10、16进制数的概念
2、数制转换——2、10、16进制数的换算 3、有符号数——2进制负数的表示方法 4、位-字节-字——2进制基本概念 5、ASCII码——字符的2进制表示方法 6、BCD码——10进制数的2进制表示方法 7、基本逻辑门电路 ——与、或、非、与非
第1章 单片机基础知识概述
1. 什么是单片机？
——从微型计算机技术的两大 发展分支谈起
第1章 单片机基础知识概述
分支一：通用微型计算机系统 （Universal microComputer System ）
UCS——为满足众多普通应用场合需要而发展的一类 个人计算机系统 技术要求: 高速计算 + 海量存储
第1章 单片机基础知识概述
单片机的发展趋势是高集成度、高性能、低功耗
单片机（SCM）→微控制器（Micro Controller Unit）
Single Chip Microcomputer
Micro Controller Unit
8位的51内核单片机仍然是目前主流机型。
第1章 单片机基础知识概述
5. BCD码
Binary Coded Decimal——用二进制代码表示的十进制数，称 为“二进码十进数ห้องสมุดไป่ตู้或“二/十进制代码”。 可以用4位二进制数表示1位十进制数
8421BCD码
第1章 单片机基础知识概述
用一个字节表示两个十进制的数——压缩的BCD码：
如 1000 0111B 表示十进制的87 用一个字节仅表示一位十进制的数——非压缩的BCD码： 如 0000 0111B 表示十进制的7
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。
第1章 MCS-51单片机结构
第1章 MCS-51单片机结构
1.2.2
外部数据存储器
用于存放随机读写的数据。 外部I/O口地址影像区。 MCS-51单片机的外部数据存储器和外部I/O口实行统一编址 ， 并使用相同的RD WR作选通控制信号，均使用 MOVX 指令访 问。 MCS-51 单片机最多可扩展64KB外部数据存储器
1.2.3 内部数据储存器
MCS-51仅能实现两个8位二进 制数的算术逻辑运算！
第1章 MCS-51单片机结构
2. 控制器
（1）组成： 定时与控制部件，复位电路，程序计数器 （PC），指令寄存器、指令译码器，数据指针 （DPTR）,堆栈指针（SP）等 （2）作用：产生计算机所需的时序，控制程序自动执行。
外RAM, EPROM, 外I/O CPU
第1章 MCS-51单片机结构
程序存储器中的几个特殊地址的使用：
地址
0000H 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H
用途
复位操作后的程序入口 外部中断0服务程序入口 定时器0中断服务程序入口 外部中断1服务程序入口 定时器1中断服务程序入口 串行口中断服务程序入口
串行口中断入口 T1中断入口 T0中断入口 中断入口 INT1
在8051/8751/89C51 片内，分别内置最低地 址空间的4KB ROM/EPROM程序储存器（内部程序储 存器），而在8031片内，则无内部程序储存器， 必须外部扩展EPROM。MCS-51单片机中64KB内、外 程序储存器的地址是统一编排的。
第1章 MCS-51单片机结构
8031单片机无内部程序存储器，地址从0000H～ EA 应始终接地， FFFFH都是外部程序存储空间。 对于内部有ROM的单片机（51、52系列） ， EA 引脚接高电平，使程序从内部ROM开始执行。当PC 值超出内部ROM的容量时，会自动转向外部程序存 储器空间。外部程序存储器地址空间为1000H～ FFFFH。 访问程序存储器使用MOVC指令。 单片机执行程序时由PC 指示地址, 复位时PC内 容为0000H, 由此, 程序必须从0号单元开始存放.
第一章 单片机概述
◆
实时工业控制
单片机还可以用于各种物理量的采集与控 制。电流、电压、温度、液位、流量等物理 参数的采集和控制均可以利用单片机方便地 实现。在这类系统中，利用单片机作为系统 控制器，可以根据被控对象的不同特征采用 不同的智能算法，实现期望的控制指标，从 而提高生产效率和产品质量。典型应用如机 床控制、电机转速控制、温度控制、自动生 产线等 。
单片机应用
汽车电子
◆机电一体化产品
机电一体化产品是集机械技术、微电子技 术、自动化技术和计算机技术于一体，具有 智能化特征的各种机电产品。单片机在机电 一体化产品的开发中可以发挥巨大的作用。 典型产品如机器人、数控机床、自动包装机 、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复 印机等。
单片机应用
1.4 单片机系统的开发过程
通常开发一个单片机系统可按以下几个步骤进行。
(1) 明确系统设计任务，完成单片机及其外围电路的选型工 作。 (2) 运用PROTEL、POWERPCB等软件设计系统原理图和PCB板， 经仔细检查PCB板后送工厂制作。 (3) 完成器件的安装焊接。 (4) 根据硬件设计和系统要求编写应用程序。 (5) 在线调试软硬件。
三种应用形态的比较 ：
系统机（多板机）
单板机
单片机
系统机（桌面应用）属于通用计算机，主要应 用于数据处理、办公自动化及辅助设计。 单片机（嵌入式应用）属于专用计算机，主要 应用于智能仪表、智能传感器、智能家电、智能 办公设备、汽车及军事电子设备等应用系统。
单片机体积小、价格低、可靠性高，其非凡的 嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独 特的优势。
单片机在工业上的应用
数控车床
◆分布式系统的前端模块
在较复杂的工业系统中，经常要采用 分布式测控系统完成大量的分布参数的采 集。在这类系统中，采用单片机作为分布 式系统的前端采集模块，系统具有运行可 靠，数据采集方便灵活，成本低廉等一系 列优点。
单片机应用技术--第一章
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1.1 单片机的发展及应用
具有I2C和SPI串行口总线端口，有利于单片机串行总线扩 充外围器件。常用的PIC系列单片机特性如表1-3所示。 由于单片机的种种优点和特性，其应用领域无所不至，无论 是工业部门、民用部门和家用等领域，处处可以见到它的身 影。主要应用于以下几个方面： （1）在智能仪表中的应用 这是单片机应用最多、最活跃的领域之一。在各类仪器仪表 中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化水平 和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高性价比。 （2）在工业方面的应用
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1.1 单片机的发展及应用
3. Motorola公司MC68HC系列单片机 MC68HC系列单片机是Motorola公司推出的8位单片机， 其型号庞大，但是同一系列单片机的CPU均相同，指令系统 相同。它与51系列单片机不兼容，程序指令也不相同。其单 片机的型号命名方法如下：
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1.1 单片机的发展及应用
MC68HC系列单片机的性能指标见表1-2所示。其中PWM 为脉冲宽度调制功能。 4. Microchip（微芯）公司的PIC系列单片机 PIC单片机是由美国Microchip（微芯）公司推出的8位高 性能单片机，该系列单片机是首先采用RISC结构的单片机 系列。PIC的指令集只有35条指令，四种寻址方式。同时指 令集中的指令多为单字节指令。指令总线和数据总线分离， 允许指令总线宽于数据总线，即指令线为14位，数据线为8 位。PIC有的型号单片机只有8个引脚，为世界上最小的单 片机。PIC单片机的主要特点是：精简了指令集，使得指令 少，执行速度快。同时，功耗低，驱动能力强，有的型号还
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第1讲单片机基础知识
微型计算机硬件结构 ——常见的微机外形
台式微机
立式微机
便携式微机
微型计算机系统
微型计算机系统
CPU
输 入 设 备
输 入 接 口 电 路
运算器 控制器
存储器 硬件系统
输 出 接 口 电 路
硬件系统 —— 构成微机 的实体和装置
输 出 设 备 软
+
件 系 统
软件系统——微机系统所 使用的各种程序的总称
第1章 单片机基础知识
计算机的分类
1.1 概述 什么是单 片机？
单片微型控制器。 Chip Microcontroller
单片机是把微型计算机的各个功能部件（中 央处理器 CPU 、随机存取存储器 RAM 、只读存 储器ROM、I/O接口、定时器/计数器以及串行通 信接口等）集成在一块芯片上，构成一个完整的 计算机 。
微型计算机系统
CPU
输 入 设 备
输 入 接 口 设 备
运算器 控制器
输 出 接 口 设 备
输 出 设 备
软
+
件 系 统
存储器
硬件系统
单片微型计算机是指集成在一个芯片上的微型计算机， 简称单片机 —— 单片机实质上就是一个芯片
单片机应用系统的组成
单片机应用系统的组成如图1.6所示。单片机应用系统是 以单片机为核心，再加上接口电路及外设等硬件电路和软件， 就构成了单片机应用系统。因此，单片机应用系统的设计人 员必须从硬件和软件角度来研究单片机，这样才能研究 和开发出单片机应用系统和产品。
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表1-1 80C51系列单片机分类表
芯片型号 分类 总 线 型 基 本 型 80C31 80C51 87C51 存储器类型及字节数/B 片内其他功能单元数量
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
《单片机原理及应用》课件第1章 单片机基础知识
AB—地址总线; CB—控制总线; DB—数据总线
1.1.1 单片机的基本概念
单片机在应用时通常处于被控系统的核心地位并融 入其中，即以嵌入的方式使用。为了强调其“嵌入” 的特点，也常常将单片机称为嵌入式微控制器 （Embedded Micro-Controller Unit，EMCU）。
单片形成阶段
1976年，Intel推出MCS-48列单片机 ： 8位CPU、1KB ROM、64B RAM、27根I/O线和1个8位 定时器/计数器。 特点：存储器容量较小，寻址范围小(不大于4KB)， 无串行接口，指令系统功能不强。
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1.2.1 单片机的发展历史
性能完善提高阶段
1980年，Intel推出MCS-51系列单片机： 8位CPU、4KB ROM、128B RAM、4个8位并行口、1个 全双工串行口、2个16位定时器/计数器。寻址范围 64KB，并有控制功能较强的布尔处理器。
“微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。
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1.2.1 单片机的发展历史
微控制器化完善阶段
近期推出的单片机产品，内部集成有高速I/O口、 ADC、PWM、WDT等部件，并在低电压、低功耗、串行 扩展总线、控制网络总线和开发方式（在系统可编 程，ISP）等方面都有了进一步的增强。
特点：单片机的综合品质（如成本、性能、体系结构 、开发环境、供应状态）有了长足的进步。
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1.3.1 MCS-51系列单片机-80C51系列单片机
Atmel公司，AT89系列，Flash存储器技术 Philips公司，80C552系列，含ADC 华邦公司，W78C51系列，高速低价 ADI公司，ADµC8xx系列，高精度ADC LG公司，GMS90/97系列，低压高速 Maxim公司，DS89C420系列，高速（50MIPS） Cygnal公司，C8051F系列，高速SOC
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
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第1章 单片机综述
参考资料：
单片机C语言程序设计实训100例－－基于
AVR PROTEUS仿真
主编：彭伟
基于AVR的Biblioteka 片嵌入式系统原理与实践应用主编：马潮
任课教师：徐纲
学时：48（理论32+实验16）
成绩比例： 平时成绩 10% 实验成绩 30% 卷面成绩 60%
（题库出题）
第1章 单片机综述
（3）CPU，存储器，I/O 口通过AB，DB，CB三总线 交换信息 （4）外设通过I/O口芯片与机器内各部件交换信息。
3．单片机是集成了组成微机的CPU、存储器、I/O口 以及其它辅助电路的大规模集成电路芯片。
单片机的特点：
1）小巧灵活、成本低、易于产品化。能组装成各 种智能式测控设备及智能仪器仪表。
2）可靠性好，应用范围广。由于单片机的各种功 能部件都集成在一个芯片上，特别是存储器也集 成在芯片内部；布线短，数据大都在芯片内部传 送，不易受到外部的干扰，增强了抗干扰能力， 使系统运行更可靠。能适应各种恶劣的环境，这 是其他机种无法比拟的。
3）速度快 单片机由于主要用于工业控制方面， 一般都需要较大的程序存储器，用以固化已调好 的控制程序；而数据存储器的容量相对较小，主 要用来存放少量的随机数据。小容量随机存储器 直接装在单片机内部，可使数据传送速度加快。
4）易扩展，很容易构成各种规模的应用系统，控 制功能强 单片机的逻辑控制功能很强，指令系 统有各种控制功能指令，可以对逻辑功能比较复 杂的系统进行控制。
5）具有通讯功能，可以很方便地实现多机和分布 式控制，形成控制网络和远程控制。
1.3 嵌入式系统
1.3.1嵌入式系统的定义与特点 1、嵌入式系统的定义
1.4 AVR单片机简介
ATMEL公司为美国的爱特梅尔公司，是全球著名 的半导体公司之一，以生产高性能、低功耗、非易 失性存储器和数字集成电路而著称。
20世纪90年代初，ATMEL公司率先把MCS-51内核 与其擅长的Flash（闪存）技术相结合，推出了轰动 业界的AT89系列单片机。1997年，推出了全新配置 的精简指令集系列单片机，简称AVR。
3、嵌入式系统的种类与发展
嵌入式系统按形态可分为设备级（工控机）、板级 （单板、模块）和芯片级（MCU、SoC）。 嵌入式应用对计算机系统的要求：（1）可靠性高： 防止控制失误（2）物理空间有限：要嵌入到对方 体系中；（3）强大的I／O管理、驱动能力：（4） 要和外围电路、功能单元打交道；（5）足够的应 用软件：符合对象管理、控制要求的应用软件。
内容提要
使用C语言开发嵌入式系统，是今后单片机发展的 主要方向。本章对嵌入式系统从定义、特点、分类 及其与单片机的关系等几个方面进行阐述。并介绍 了AVR单片机的特点、系列产品和应用特点。
1.1 微机发展史简介
微 机 系 统 的 核 心 部 件 为 CPU ， 从 CPU 的 发 展 、 演变过程可显现微机系统的发展过程。其发展历 程主要经历了，第一代、第二代、第三代、第四 代、第五代、第六代。
嵌入式系统应定义为“嵌入到对象体系中的专用 计算机系统”。嵌入性、专用性与计算机系统是 嵌入式系统的3个基本要素。对象系统则是指嵌入 式系统所嵌入的宿主系统。
2、嵌入式系统的特点
（1）与嵌入性相关的特点：由于是嵌入到对 象系统中，必须满足对象系统的环境要求，如 物理环境、电气环境、成本等要求。 （2）与专用性相关的特点： 软、硬件的裁剪 性。满足对象要求的最小软、硬件配置等。 （3）与计算机系统相关的特点： 嵌入式系统 必须是能满足对象系统控制要求的计算机系统。 与前面两个特点相呼应，这样的计算机必须配 置与对象相应的接口电路。
ISP:In system Program 在线编程 JTAG:在线测试接口 UART:通用异步收发报机 SPI:同步串行接口 WDT:Watch Dog看门狗 Risc:精简指令集计算机 Cisc复杂指令集计算机 PWM:Pulse Width Modulation 脉宽调制 SOC： System on Chip 片上系统 OSC：Oscillate 振荡器
几年来，AVR单片机已形成系列产品，其中 Attiny，AT90及Atmega分别对应低、中、高档产品。 根据用户的不同需要，现已推出了30多种型号，引 脚为8～64脚，价格从几元到上百元人民币，内部配 置也大不相同，但其基本结构和编程方法是一样的。
精简指令集RISC: Reduced Instruction Set
我 国 于 1974 年 开 始 研 制 微 处 理 器 。 1977 年 研制出DSJ－050（INTEL8080）随后我国微机的 研制和发展加快。1位、4位、16、32位相继涌现， 目前已经有各种型号产品。
1.2 单片机与微机
1．计算机硬件由五部分组成：运算器、控制器、存 储器、输入设备、输出设备。 2．微机的特点： （1）运算器和控制器集成在一个芯片上，称之为CPU 芯片 （2）存储器由半导体存储器芯片组成。
1.4.1 AVR单片机的主要特点
AVR单片机吸取了PIC及 8051单片机的优点，同时还 做了一些重大改进，其主要的优点如下： 1、片内集成可擦写10000次以上的Flash程序存储器
FLASH memory : 闪 存 。 它 也 是 一 种 非 易 失 性 的 内 存 ， 属 于 EEPROM的改进产品。它的最大特点是必须按块(Block)擦除(每 个区块的大小不定，不同厂家的产品有不同的规格)，而 EEPROM则可以一次只擦除一个字节(Byte)。目前“闪存”被广 泛用在PC机的主板上，用来保存BIOS程序，便于进行程序的升 级。其另外一大应用领域是用来作为硬盘的替代品，具有抗震、 速度快、无噪声、耗电低的优点，