第一章单片机原理及应用

主要产品
8048 8051 8096 80C552 83C552 MC68HC05 89C51 89C52 PIC16C55/16C56 Z86C06/C21 GMS97C65
最常用的8051单片 机
单片机开发系统
常单用片单机片系 机统烧图录例器
1.6 单片机的应用与选择
一、单片机的特点
（1）小巧灵活、成本低、易于产品化，能方便地组 成各种智能化控制设备和仪器，做到机电一体化。
32
3
32 3
32
3
16 0 0 ?
?
16 0 0 0 ?
16 0 0 2 ?
87C51
4KB 128B 12? 24 32
2
15 0 0 3
√
80C32
?
256B 12? 24 32
3
16 0 0 ?
√
80C52
8KB 256B 12? 24 32
3
16 0 0 1
√
87C52
8KB 256B 12? 24 32
(MHz) 线 计数器 口 源 通道 通道 位 方式
8031AH
?
128B 12
8051AH 4KB 128B 12
8751BH 4KB 128B 12
32
2
32
2
32
2
15 0 0 ?
?
15 0 0 0 ?
15 0 0 2 ?
8032AH
?
256B 12
8052AH 8KB 256B 12
8752BH 8KB 256B 12
87C51GB 8KB 256B 12,16 48
3
1 15 10 8 3
√
单片机主要生产厂家及产品
公司
Intel公司 Philips Motorala ATMEL MicroChip Zilog LG
典型产品系列
MCS-48 MCS-51 MCS-96 与MCS-51 兼容：P87 P89 MC68系列 与MCS-51 兼容 AT89XX PIC165X系列 Z8系列 GMS97CXX
? 3）高效。引入进程的管理调度系统，使系统运行更 加高效。在传统的单片机开发中大多是基于中断的前 后台技术，对多任务的管理有局限性。
? 2、硬件方面 ? 现在的8位单片机技术硬件发展的也非常得快，也
出现了许多功能非常强大的单片机。但是与 32ARM 相比还是有些差距吧。 ? ARM芯片大多把 SDRAM,LCD 等控制器集成到片 子当中。在 8位机，大多要进行外扩。
单片机原理及应用
2020年4月24日
2010年平均每人每天要接触多 达351个甚至更多个微控制器。
数据来源：SEMICO
单片机技术的应用遍布国民经济与人民生活的各个领域
2020年4月24日
课程性质、目的和任务
工科电类专业计算机应用课程之一，工科学 生应用计算机硬件知识、汇编语言程序设计 和电路理论进行综合设计的工程应用课程。
学习和掌握
? MCS-51系列单片机基本组成和工作原理 ? 单片机小系统的外围设计和软件编写 ? 能独立完成简单单片机系统的开发工作
涉及内容
? MCS-51的基本硬件结构 ? 指令系统 ? 汇编语言程序设计 ? 定时/计数器 ? 中断系统 ? 串行口 ? 存储器 ? 接口设计
单片机的作用
工业控制、智能仪表、通信系统、 数据采集、智能家电等应用
故障分散、资源共享 ) 系列化、标准化 ─ 多分支发展系列化，各种计算机硬、
软件标准化便于兼容和升级 智能化 ─ 模拟人类大脑思维和交流方式，多种处理能力
二、计算机的系统组成
电子计算机是模仿人脑部分功能的一种工具，故俗 称“电脑”。设想一下：人用算盘来计算 2436+37484569 的过程，把算盘记为 R，则计算过程为：
（2）可靠性高、适用的温度范围宽 （3）易扩展、控制功能强 （4）指令系统相对简单，较易掌握 （5）抗干扰能力强 （6）可以方便地实现多机和分布式控制，使整个 控制系统的效率和可靠性大为提高。
面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类 控制任务，因而能获得最佳的性能价格比。
二、单片机的应用领域
(1) 工业控制。单片机可以构成各种工业控制系统、 数据采集系统等。如数控机床、自动生产线控 制、电机控制、温度控制等。
自动控制
单片机
数字逻辑电路
电路理论 微机原理
C语言
对单片机学习建议
1 对非计算机专业，学习本课程目的在于 应用单片机，学习原理主要是了解如何用
2 单片机是一块需编程的电路IC芯片 学习要硬件与软件兼顾，二者相结合
3 单片机是实践性较强的课程 通过大量的编程和实验才能真正单片机的应用
第一章 单片微型计算机概述及预备知识
1、单片机的发展历史
第一阶段（1974~1976 ）： 单片机采用双片形式，即需另加其它外围电路才能构
成完整的微型计算机。 eg:仙童公司的 F8+3851
第二阶段（1976~1978 ）： 低性能的单片机阶段。单片机由一片芯片构成，性能
低。eg: MCS-48(Intel) ；8048，8035(I/O少，存贮 器容量小 )；
单片机一般又称为微控制器 Microcontroller Unit，（区 别于微处理器 Microprocessor Unit）, 单片机因为几乎都 应用于专用的嵌入式系统，所以又被称为嵌入式微控制器。 而微处理器则有我们熟知用于PC机的Intel Pentium等，也 有用于嵌入式系统的MIPS、Power PC等。
运算器、控制器、存贮器、输入 /输出设备是计算 机赖以工作的物质基础，称为 硬件。
当然只有硬件，而没有必要的程序，则计算机什么 也干不了的，计算机中的程序称为 软件。
指令——执行某种操作的命令。 程序——完成某种功能的一组指令。 程序设计 ——编制解题程序的过程。
三、 单片机的发展历史和发展趋势
目前生产单片机的厂商主要有Intel公司、Motorola公司、
Philips公司、ATMEL公司、WinBond公司、Microchip公司、
AMD公司、Zilog公司等，产品型号规格众多，性能各具特色。
型号
ROM/ RAM 时钟速度 I/O 定时器/ 串行 中断 PCA A/D 保密 省电
EPROM
图：世界微控制器分类市场的变化
贸易总额 96.6亿美元 93.5亿美元 103.9亿美元 122.8亿美元
19%
23%
27%
31%
30%
29%
28%
27%
45%
43%
6%
6%
2001
2002
数据来源：IC INSIGHTS
40%
5% 2003
37%
5% 2004
32位机 16位机 8位机 4位机
2、单片机的发展趋势
复位 时钟 电源
ROM
RAM
单
片
机 串行接口 并行接口
A/D BUS
D/A
微机与单片机的区别：
? 微型计算机：微处理器(CPU)、存储器、I/O 接口电路由总线有机地连接在一起的整体，称 为微型计算机。
? 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。
? 总的来说，单片机是个微控制器， ARM显然已经 是个微处理器了。
Leabharlann Baidu
1.1 单片机的发展历史和发展趋势 1.2 计算机的数制和码制及其数制间转换 1.3 计算机中数的表示方法 1.4 计算机的二进制数运算 1.5 常用的单片机产品 1.6 单片机的应用与选择
一、计算机的发展概况
电子计算机是一种能够高速而精确地进行数据处理 的机器。计算机的发展分为四个时代：
第一代计算机是电子管时代 1946年美国宾夕法尼亚大学发明的 ENIAC，用了
第四代计算机是大规模、超大规模集成电路时代 1971年IBM370 主要存贮器为半导体存贮器
电子计算机发展趋势
微型化 ─ 便携式、低功耗、高性价比 巨型化 ─ 尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、高
速度 网络化 ─ 网络计算机和信息高速公路 多机系统─ 大型设备、生产流水线集中管理 (独立控制、
1、0 R 2、2436 R
3、(R)+3748 R
4、(R）- 4569 R 5、记录（R）结果 6、停止计算
若用电子计算机模拟上述解题过程，计算机 必须具 备以下条件： 1、机器内必须有相当于算盘的 运算器； 2、为了保存和记录原始数据、解题程序和运算的中 间结果，机器内必须有容量足够大的 存贮器； 3、必须按照解题程序指挥、控制各个部件协同工作 的控制器 ； 4、必须具备将数据和程序送入机器内部的 输入设备 和给出计算结果的 输出设备。
（一） CPU功能的增强 a、双CPU提高处理能力。 b、增加数据总线宽度。
NEC ?PD—7800系列，内部采用 16位数据总线。
c、采用流水线结构。指令以队列形式出现在 CPU中。 d、串行总线。 SPI、I2C
用三条数据总线代替 8位数据总线，减少引线，降低 成本。
（二）内部资源增多 a、加大存贮容量。
单片机和 ARM的区别
? 1、软件方面
? 这应该是最大的区别了。引入了操作系统。为什么引 入操作系统？有什么好处嘛？
? 1）方便。主要体现在后期开发，即在操作系统上直 接开发应用程序。不像单片机一样一切都要重新写。 前期的操作系统移植工作，还是要专业人士来做。
? 2）安全。这是LINUX的特点。LINUX的内核与用户 空间的内存管理分开，不会因为用户的单个程序错误 而引起系统死掉。这在单片机的软件开发中没见到过。
(7)其它方面：汽车电子、航空航天电子等，特 别适合于嵌入式微型机应用系统。
三、单片机应用系统的结构
1、基本系统
单片机+输入/输出 复位 设备无扩展的 ROM，
RAM，I/O等。
时钟
单
输入输出设备
片
机
2、扩展系统
单片机内部资源有限，要求较高的单片机系统需外扩 展ROM 、RAM、I/O ，甚至 A/D、D/A 等。
3
16 0 0 3
√
80C54 16KB 256B 12? 24 32
3
16 0 0 1
√
87C54 16KB 256B 12? 24 32
3
16 0 0 3
√
87C58 32KB 256B 12? 24 32
3
16 0 0 3
√
80C51GB ?
256B 12,16 48
3
1 15 10 8 ?
√
第三阶段 （1978~ ）： 高性能单片机阶段。 CPU、并行口、串行口、定时器、
RAM、ROM、A/D、多级中断处理， RAM、ROM容 量大，I/O种类数量多，寻址范围大。
eg: MCS-51 —8031、Motorona —6801、Zilog— Z8
第四阶段 （1982~ ） 8位单片机巩固发展及 16位单片机推出。 eg: MCS-51 —8031 ， MCS-96—8096（8098）
b、片内 EPROM 开始EEPROM 化。鉴于 EEPROM 中数 据写入后就能永久保存，因此，有的单片机将它 作为片内 RAM 使用，有的甚至作片内通用寄存器。
c、I/O数量、能力增强 （驱动能力，传输速度、控制能力 ）
（三）外围电路内装化
（四）低功耗化
（五）信息保密性
1.5 常用的单片机产品
微机组成结构框图
单片机组成框图
新概念介绍：
嵌入式系统（Embedded System）
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件 硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积及 功耗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 密耦合在一起的计算机系统。术语“嵌入式”反映了这些系 统通常是更大系统中的一个完整的部分，称为嵌入的系统。 嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统。
(2) 仪器仪表。如智能仪器、医疗器械、数字示波 器等。
(3) 计算机外部设备与智能接口。如图形终端机、 传真机、复印机、打印机、绘图仪、磁盘/磁带 机、智能终端机等。
(4)商用产品。如自动售货机、电子收款机、电 子秤等。
(5)家用电器。如微波炉、电视机、空调、洗衣 机、录像机、音响设备等。
(6)计算机网络与通信产品：交换机、HUB。
18800只电子管， 150平方米、30t、100kw、运算速
度为5000次/秒。
第二代计算机是晶体管时代 1957年美国研制了第一台晶体管计算机 TRANSACS-
1000；主存贮器为磁芯存贮器，辅存贮器为磁盘、软件 已开始使用高级程序设计语言和操作系统 。
第三代计算机是中、小规模集成电路时代 1964年IBM推出的IBM360