第01讲单片机绪论
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《单片机原理及应用》第1章 绪论.
上午11时26分58秒
图1广-2东松单山片职业机技术内学部院课结件制构作组示意图
1. 3 单片机的发展过程与应用领域 1.3.1 单片机的发展过程
单芯片微机形成阶段
1976年，Intel公司推出了MCS-48系列单片机 。 8位CPU、1K字节ROM、64字节RAM、27根 I/O线和1个8位定时/计数器。
D0 100 D1 101 ... Dm 10m n
(Di 10i ) im
例如，十进制数47.25按权展开为：
47.25=4×101+7×100+2×10-1+5×10-2
上午11时26分58秒
广东松山职业技术学院课件制作组
1.1.1 数制及其转换
1.二进制数及其转换
上午11时26分58秒
广东松山职业技术学院课件制作组
1.1.3 原码、反码、补码
结论1
三种编码的最高位为符号位，“0”表示正，“1” 表示负。
对于正数，三种编码的表示方法相同。 对于负数，三种编码的符号位均为1，数值部分 不同。 8位二进制数的原码、反码和补码所能表示的数
值范围是不完全相同的。
1.1.1 数制及其转换
2.十六进制数及其转换
（1）十六进制数的特点
每一位是0~9、A~F中的一个数码，基数是16 运算规则：逢十六进一，借一当十六
（2）十六进制数的转换
十六进制数 二进制数：一拉四法。 二进制数 十六进制数：四合一法。 十六进制数与十进制数间的转换类似于二进制
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广东松山职业技术学院课件制作组
1.1.4 BCD码和字符的ASCII码
计算机只能识别“0”和“1”两个符号， 而计算机处理的信息却有多种形式，例 如数字、标点符号、运算符号、各种命 令、文字和图形等。要表示这么多的信 息并识别它们，必须对这些信息进行编 码。计算机中根据信息对象不同，编码 的方式也不同。常见的码制有BCD码和 ASCII码等。
单片机课件第一章 绪论
单片机原理与应用技术
仪器系
地质宫328
邱春玲
Why?
第一章 绪论
从单片机到微控制器 单片机的定义和特点 单片机的发展 单片机的应用
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， 构成了一个单片微型计算机，简称为单片机 (Single chip microcomputer)。
• 基本型、增大内部存储器的基本型 、低功耗基 本型、可编程计数阵列（PCA）型 、A/D型、 DMA型、多并口型。 • 8051（片内4KB ROM，2个C/T，UART….） • 8751（片内4kb EPROM….) • 8031（片内无EPROM…..) • 89C51（片内4kb flashROM….) • 51系列及其衍生产品:USB接口、CAN控制器 • 其它：96系列、AVR系列、PIC系列… • 16位MSP430、 32位ARM系列
• 特点: 集成度高、体积小、可靠性高。 有优异的性能价格比。 控制功能强。 低功耗。
单片机的技术发展史
• 单片机的探索阶段：MCS-48的推出 • 单片机的完善阶段：典型的是MCS-51
完善的外总线 CPU外围功能单元的SFR的集中管理模式 体现工控特性的位地址空间、位寻址方式、位操作
• 单片机向微控制器发展阶段：如MCS-96
ADC、WDT、PWM、高速I/O等测控单元集成
• 微控制器全面发展阶段
高速型、低功耗型、大寻址范围、小型廉价的专用
单片机的应用
源自单片机在智能仪器仪表中的应用 单片机在工业测控中的应用 单片机在日常生活及家电中的应用 单片机在计算机网络与通信技术中的 应用 在其它方面的应用
仪器系
地质宫328
邱春玲
Why?
第一章 绪论
从单片机到微控制器 单片机的定义和特点 单片机的发展 单片机的应用
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， 构成了一个单片微型计算机，简称为单片机 (Single chip microcomputer)。
• 基本型、增大内部存储器的基本型 、低功耗基 本型、可编程计数阵列（PCA）型 、A/D型、 DMA型、多并口型。 • 8051（片内4KB ROM，2个C/T，UART….） • 8751（片内4kb EPROM….) • 8031（片内无EPROM…..) • 89C51（片内4kb flashROM….) • 51系列及其衍生产品:USB接口、CAN控制器 • 其它：96系列、AVR系列、PIC系列… • 16位MSP430、 32位ARM系列
• 特点: 集成度高、体积小、可靠性高。 有优异的性能价格比。 控制功能强。 低功耗。
单片机的技术发展史
• 单片机的探索阶段：MCS-48的推出 • 单片机的完善阶段：典型的是MCS-51
完善的外总线 CPU外围功能单元的SFR的集中管理模式 体现工控特性的位地址空间、位寻址方式、位操作
• 单片机向微控制器发展阶段：如MCS-96
ADC、WDT、PWM、高速I/O等测控单元集成
• 微控制器全面发展阶段
高速型、低功耗型、大寻址范围、小型廉价的专用
单片机的应用
源自单片机在智能仪器仪表中的应用 单片机在工业测控中的应用 单片机在日常生活及家电中的应用 单片机在计算机网络与通信技术中的 应用 在其它方面的应用
《单片机原理及应用技术(第4版_李全利)》电子课件 第1章绪论
借助开发机完成： 排除硬件故障和软件错误 程序固化到程序存储器芯片中。
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指令的表示形式
指令是让单片机执行某种操作的命令，按一定的 顺序以二进制码的形式存放于程序存储器。如：
0000 0100B
04H
04H:累加器A的内容加1，难记！ INC A，记忆容易。称为符号指令。
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1.3 单片机的特点及应用领域
1.3.1 单片机的特点
突出的控制性能 可靠性较高，CPU、存储器及I/O接口集成在片内， 数据传送不易受环境条件的影响；控制功能强，位 控能力独特，集成有ADC、PWM、WDT等部件。
优秀的嵌入品质 价格低（批量产品）；品种多（应用广泛）引脚少 体积小（印制板减较小），产品结构灵活精巧。
普通高等教育“十一五”国家级规划教 材
单片机原理及应用技术
( 第4 版)
主编 李全利
课程特点：
实践性强，旨在应用 硬件、软件结合紧密
学习方法：
课前预习，课后复习 软硬兼顾，上机实践 广阅书刊，用好网络
2020/4/2
2
第1章 绪论
1.1 电子计算机概述 1.2 单片机的发展过程及产品近况 1.3 单片机的特点及应用领域 1.4 单片机应用系统开发过程 实践1 熟悉µVision开发平台
2020/4/2
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微型计算机的应用形态
桌面应用 CPU芯片
I/O接口芯片
2020/4/2
存储器芯片
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输 出 设 备
输入设备
嵌入式应用
输出设备
CPU、存储 器和I/O接口 集成于同一
芯片
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单片机第1章绪论PPT课件
特点：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 。
2020/10/9
14
性能提高阶段
近年来，不断有单片机新品出现。如ATMEL公司推出 的单片机AT89C51RD2： 8位CPU；64K字节ROM(有ISP能力）；256字节RAM+1K 字节的XRAM+2K字节EEPROM；1个全双工串行口；3个 16位定时/计数器；7个中断源，4个优先级；硬件看 门狗等。
特点：存储器容量小，寻址范围小（不大于4K）， 无串行接口，指令系统功能不强。
2020/10/9
13
结构成熟阶段
1980年，Intel推出MCS-51系列单片机： 8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1 个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围 64K，并有控制功能较强的布尔处理器。
单片机原理与接口技术
（第2版）
课程特点：
实践性强，旨在应用 硬件、软件结合紧密
学习方法：
课前预习，课后复习 软硬兼顾，上机实践 广阅书刊，用好网络
2020/10/9
2
第1章 绪论
1.1 电子计算机概述 1.2 单片机的发展过程及产品近况 1.3 单片机的特点及应用领域 1.4 单片机应用系统开发过程 1.5 µVision 集成开发环境简介
特点：控制性能优异、种类繁多。 “微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。
2020/10/9
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1.2.2 单片机产品近况
80C51兼容产品：80C51主流地位已形成，与其兼 容的主要产品有：
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
2020/10/9
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性能提高阶段
近年来，不断有单片机新品出现。如ATMEL公司推出 的单片机AT89C51RD2： 8位CPU；64K字节ROM(有ISP能力）；256字节RAM+1K 字节的XRAM+2K字节EEPROM；1个全双工串行口；3个 16位定时/计数器；7个中断源，4个优先级；硬件看 门狗等。
特点：存储器容量小，寻址范围小（不大于4K）， 无串行接口，指令系统功能不强。
2020/10/9
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结构成熟阶段
1980年，Intel推出MCS-51系列单片机： 8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1 个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围 64K，并有控制功能较强的布尔处理器。
单片机原理与接口技术
（第2版）
课程特点：
实践性强，旨在应用 硬件、软件结合紧密
学习方法：
课前预习，课后复习 软硬兼顾，上机实践 广阅书刊，用好网络
2020/10/9
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第1章 绪论
1.1 电子计算机概述 1.2 单片机的发展过程及产品近况 1.3 单片机的特点及应用领域 1.4 单片机应用系统开发过程 1.5 µVision 集成开发环境简介
特点：控制性能优异、种类繁多。 “微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。
2020/10/9
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1.2.2 单片机产品近况
80C51兼容产品：80C51主流地位已形成，与其兼 容的主要产品有：
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
第一章 MCS-51单片机绪论
在8052的基础上，采用 CHMOS工艺，并将 MCS-96系列中的一些I/O部件如：高速输入/输 出、A/D转换器、脉冲宽度调制、看门狗定时器 等移植进来构成新一代 MCS-51产品，功能介于 MCS-51和 MCS-96之间。目前此类单片机在我 国已得到了较广泛的使用。
随着半导体存储器制造技术和大规模集成电路 制造技术的发展，片内带有闪烁(Flash)存储器的 单片机在我国已得到广泛的应用。
P0～ P3
并
行
CP U
ห้องสมุดไป่ตู้并串
行
I/ O
I/ O
接
接
口
存储 器
口
TXD RXD
单片机的分类
通用单片机 具有比较丰富的内部资源，性 能全面且适应性强，可满足多 种应用需求。
专用单片机
是为特定产品或某种测控应用 而专门进行设计的。系统结构 最简，软硬件资源利用最优， 可靠性以及经济成本也最佳， 具有十分明显的综合优势。
AT89C51含有4KB闪烁存储器，时钟频率高达 20MHz，与MCS-51的指令系统和引脚完全兼容。 闪烁存储器允许在线(+5V)电擦除、电写入或使 用编程器对其重复编程。此外，89C51还支持由 软件选择的两种掉电工作方式，非常适于电池供 电或其它要求低功耗的场合。
MCS-51系列单片机配置一览表
MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类： ⑴ 基本型
典型产品：8031/8051/8751 ⑵ 增强型
典型产品：8032/8052/8752 ⑶ 低功耗型
典型产品：80C31/87C51/80C51
⑷ 专用型 典型产品：8044/8744
⑸ 超8位型 典型产品：80C552/87C552/83C552
80C51单片机教程 第一章 绪论解析资料PPT课件
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已知一个负数的补码求其真值的方法 是：对该补码求补（符号位不变，数值 位取反加1）即得到该负数的原码（符 号位+数值位），依该原码可知其真值。 如：有一数
补码为：1010 1011B； 求补得：1101 0101B； 真值为：-55H。
16
补码的优点是可以将减法运算转换为加法 运算，同时数值连同符号位可以一起参加运 算。这非常有利于计算机的实现。如：
45H-55H= -10H，用补码运算时表示为： [45H]补+[-55H]补= [-10H]补
结果1111 0000B为补码，求补得到原码为：
1001 0000B，真值为 -001 0000B（即 -
10H）。
17
可见，采用反码时，“0”有2种表示方式，即有 “+0”和“-0”之分，单字节表示范围是： +127~ -127；而采用补码时，“0”只有一种表示 方式，单字节表示的范围是：+127 ~ -128。
8
部分自然数的3种进制表示
9
1.1.2 编码 一、字符的二进制编码----ASCII码
采用美国标准信息交换码（American Standard Code for Information Interchange， 即ASCII码）。
10
二、二进制编码的十进制数----BCD码
用二进制码表示十进制数的代码称为BCD码。 常用的8421BCD码如表所示：
14
三、补码
在计算机中，带符号数的运算均采用补码。 正数的补码与其原码相同；负数的补码为其 反码末位加1。如：
★正数 +100 0101B，反码为 0100 0101B，补 码为0100 0101B；（45H）
★负数 - 101 0101B，反码为1010 1010B，补 码为1010 1011B。（ABH）
已知一个负数的补码求其真值的方法 是：对该补码求补（符号位不变，数值 位取反加1）即得到该负数的原码（符 号位+数值位），依该原码可知其真值。 如：有一数
补码为：1010 1011B； 求补得：1101 0101B； 真值为：-55H。
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补码的优点是可以将减法运算转换为加法 运算，同时数值连同符号位可以一起参加运 算。这非常有利于计算机的实现。如：
45H-55H= -10H，用补码运算时表示为： [45H]补+[-55H]补= [-10H]补
结果1111 0000B为补码，求补得到原码为：
1001 0000B，真值为 -001 0000B（即 -
10H）。
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可见，采用反码时，“0”有2种表示方式，即有 “+0”和“-0”之分，单字节表示范围是： +127~ -127；而采用补码时，“0”只有一种表示 方式，单字节表示的范围是：+127 ~ -128。
8
部分自然数的3种进制表示
9
1.1.2 编码 一、字符的二进制编码----ASCII码
采用美国标准信息交换码（American Standard Code for Information Interchange， 即ASCII码）。
10
二、二进制编码的十进制数----BCD码
用二进制码表示十进制数的代码称为BCD码。 常用的8421BCD码如表所示：
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三、补码
在计算机中，带符号数的运算均采用补码。 正数的补码与其原码相同；负数的补码为其 反码末位加1。如：
★正数 +100 0101B，反码为 0100 0101B，补 码为0100 0101B；（45H）
★负数 - 101 0101B，反码为1010 1010B，补 码为1010 1011B。（ABH）
《单片机原理及应用技术》(第3版 李全利)电子教案：第1章绪论
十进制数 0 1 2 3 4
BCD码 0000B 0001B 0010B 0011B 0100B
十进制数 5 6 7 8 9
BCD码 0101B 0110B 0111B 1000B 1001B
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1.1.3 计算机中带符号数的表示
原码、机器数及其真值
原码：数的值用其绝对值表示，最高位作为符号位 机器数：数在计算机内的表示形式 真值：数本身
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 （高职高专教育）
单片机原理及应用技术
（第3版）
主编 李全利
课程特点：
实践性强，旨在应用 硬件、软件结合紧密
学习方法：
课前预习，课后复习 软硬兼顾，上机实践 广阅书刊，用好网络
2020/4/2
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第1章 绪论
1.1 数制与编码的简单回顾 1.2 电子计算机概述 1.3 单片机的发展过程及产品近况 1.4 单片机的特点及应用领域 1.5 单片机应用系统开发过程 1.6 µVision 集成开发环境简介
输入设备
存储器
输出设备
控制器
运算器
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电子计算机经历了五个年代
电子管计算机 晶体管计算机 集成电路计算机 大规模集成电路计算机 超大规模集成电路计算机
结构仍然没有突破冯·诺依曼提出的计算机的经 典结构框架。
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1.2.2 微型计算机的组成及其应用形态
微处理器
1971年1月， INTEL公司将：
运算器 控制器 一些寄存器 集成在一个芯片 上----微处理器
4004微处理器
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微型计算机
微 处 理 器
单片机原理 第一章绪论.
四、MCS-51系列单片微机
• 生产厂家：Intel • 主要产品：8051、80C51、8751、8031、
8052、8032等
• 特点：八位单片微机，引脚及指令系统兼 容
• 支持厂商：ATmel，Philip,东芝，三星， 华邦等
单片机原理及应用
北京化工大学 信息科学与技术学院 主讲教师：林伟国
E-mail: linwg@,cn
课程内容
• 硬件结构 • 指令系统 • 外部功能扩展 • 编程技术 • 应用基础
第一章 绪论
一、什么是单片机
利用大规模集成电路技术将计算机的 主要部件，如：CPU、存储器、定时/计 数器、I/O接口等，集成在一块芯片上， 构成芯片级的微型计算机，称单片微型 计算机。
二、特点
1) 功能全 2) 体积小，成本低 3) 可度范围宽： 工业级：-40~+85OC 军事级：-65~+125OC
三、应用
• 工业方面：电机控制、工业机器人、过程 控制
• 仪器仪表：智能仪表 • 民用方面：家用电器、掌上电脑、IC卡 • 军事装置：导弹控制、智能武器装置 • 通讯技术
单片机知识点
第一章、绪论单片机定义：把CPU、寄存器、RAM/ROM、I/O接口等电路集成在一块集成电路芯片上，构成一个完整的微型计算机。
单片机特点：体积小、功耗低、性价比高；数据大都在片内传送，抗干扰能力强，可靠性高；结构灵活,应用广泛。
单片机发展趋势：数据位长1——>4——〉8-->16--〉32位；CPU处理能力和速度不断提高；增大片内RAM和ROM容量；增加片内I/O口和功能模块种类和数量；扩大对外部RAM/IO 口和程序存储器寻址能力；缩小体积，降低功耗。
单片机应用：控制应用：应用范围广泛，从实时性角度可分为离线应用和在线应用。
软硬件结合：软硬件统筹考虑，不仅要会编程，还要有硬件的理论和实践知识.应用现场环境恶劣：电磁干扰、电源波动、冲击震动、高低温等环境因素的影响。
要考虑芯片等级选择、接地技术、屏蔽技术、隔离技术、滤波技术、抑制反电势干扰技术等。
应用空间大：工业自动化、仪器仪表、家用电器、信息和通信产品、军事装备、物联网等领域。
第三章：MCS—51单片机结构与原理3。
1 MCS—51单片机的物理结构及逻辑结构51单片机的引脚定义：P0、P1、P2、P3（输入输出口）；RST（复位）/ VPD(后备电源引入端）；EA (读内/外ROM控制）/Vpp(编程电压）；ALE（地址低8位锁存）/ PROG(编程脉冲)；PSEN （外部ROM读选通信号)；XTAL1、XTAL2 （外接晶振端）Vcc （+5v电源）；Vss （地)逻辑结构--51单片机的系统结构图（教材P26）51单片机基本组成：一个8位微处理器CPU；数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR；内部程序存储器ROM；两个定时/计数器，用以对外部事件进行计数,也可用作定时器;四个8位可编程的I/O（输入/输出）并行端口;一个串行端口，用于数据的串行通信;中断控制系统;内部时钟电路。
MCS-51单片机的CPU：运算器:由8位算术逻辑运算单元ALU（Arithmetic Logic Unit）、8位累加器ACC（Accumulator)、8位寄存器B、程序状态字寄存器PSW（Program Status Word)、8位暂存寄存器TMP1和TMP2等组成。
1.单片机绪论
编写， 程序编 写验证
第二部分：准备知识
• 1.模拟电路的基本知识以及其常用放大电路和比较器电路的设计； • 2.数字电路的基本知识以及常用数字芯片的介绍；（data sheet数据手册，厂商生成
一块新的芯片，而这个起到说明说的作用。） • 3.C语言的基本知识以及本教程所需的C语言介绍；
第三部分：单片机基础篇------内部资源的了解
第五部分：知识补充
• 1.利用Altium Designer 10绘制PCB的教程； • 2.驱动能力的问题以及驱动电路的讲解； • 3.电子元器件的选型方法。
1.4课程结构
• 1.课程准备知识
• 2.Proteus仿真
编程
• 片机是什么？
• 2.单片机系统是什么？
第四部分：单片机常见的外部资源
• 1.外部数字芯片的时序讲解以及模拟； • 2.16*2阵列式LCD的驱动时序； • 3.极域max232TTLT转RS232芯片的串口通信设计； • 4.总线的概念（单总线和i2c总线） • 5.基于单线式温度传感器DS18B20的温度测试器的程序设计； • 6.基于i2c总线的E2PROM数据读写程序； • 7.数模转换器ADC的概念以及程序设计； • 8.模数转换器DAC的概念以及程序设计；
考 • 学习线路：8位机入门、32位机深入、必要时钻研Linux等优秀操作系统
1.3教学大纲
• 第一部分：绪论 • 对单片机在感性层面的讲解，同时介绍单片机的应用，以及学习方法和知识点的准
备，为后续讲解做出准备。 • 1.认识单片机； • 2.常用软件的安装：proteus、keil等等
仿真， 起到逻 辑验证 的好处
• 1.单片机内部资源的详细讲解；（MCU） • 2.利用I/O端口点亮第一个LED灯； • 3.延时函数以及流水灯的设计； • 4.7段LED数码管的驱动； • 5.单片机的输入程序-----以按键和键盘扫描成像为例； • 6.定时/计数器的讲解，并且设计一个1分钟的定时/计数器； • 7.外部中断；
第1章 单片机概述 ppt课件
22
1.7 各种衍生品种的8051单片机 1.7.1 STC系列单片机 1.7.2 C8051F×××单片机 1.7.3 ADµC812单片机11 1.7.4 华邦W77系列、W78系列单片机
1.8 PIC系列单片机与AVR系列单片机 1.8.1 PIC系列单片机 1.8.2 AVR系列单片机
1.9 其他的嵌入式处理器简介 1.9.1 嵌入式DSP处理器 1.9.2 嵌入式微处理器
1.4 单片机的应用
软硬件结合、体积小，容易嵌入到各种应用系统中。得到广
泛应用。
PPT课件
1414
1．工业检测与控制
主要应用：工业过程控制、智能控制、设备控制、数据采集 和传输、测试、测量、监控等。在工业自动化的领域中， 机电一体化技术将发挥愈来愈重要的作用，在这种集机械、 微电子和计算机技术为一体的综合技术（如机器人技术） 中，单片机发挥着非常重要的作用。
PPT课件
88
1.2 单片机的发展历史
单片机按其处理的二进制位数主要分为：4位单片机、8位单 片机、16位单片机和32位单片机。
发展大致分为4个阶段。
第一阶段（1974年～1976年）：单片机初级阶段。因工艺限 制，单片机采用双片的形式而且功能比较简单。1974年12 月，仙童公司推出了8位的F8单片机，实际上只包括了8位 CPU、64B RAM和2个并行口。
第二阶段（1976年～1978年）：低性能单片机阶段。1976年
Intel的MCS-48单片机（8位）极大地促进了单片机的变革
PPT课件
99
和发展，1977年GI公司推出了PIC1650，但这个阶段仍处于 低性能阶段。
第三阶段（1978年～1983年）：高性能单片机阶段。1978年， Zilog公司推出Z8单片机，1980年，Intel公司在MCS-48系 列基础上推出MCS-51系列，Mortorola推出6801单片机。 使单片机的性能及应用跃上新的台阶。
前言第一章单片机概述
控制单片机各个部分的功能。
输入/输出接口
并行输入输出接口
连接单片机和外部设备，实现数 据的输入和输出。
串行通信接口
实现单片机与外部设备的串行通 信。
时钟电路
晶体振荡器
产生时钟信号，控制单片机的运行速 度。
定时器/计数器
在时钟信号的控制下，实现定时或计 数功能。
04 单片机的编程语言
汇编语言
01
单片机概述
目 录
• 前言 • 单片机简介 • 单片机的基本组成 • 单片机的编程语言 • 单片机的开发环境 • 单片机的发展趋势与未来展望
01 前言
编写目的
介绍单片机的概念、 发展历程和应用领域。
为后续深入学习单片 机打下基础。
帮助读者了解单片机 的基本原理和特点。
背景知识
01
02
03
微处理器
IAR Embedded Workbench
高效的编译器
IAR
Embedded
Workbench的编译器具有
高效、可靠的特点，能够
生成优化的代码。
强大的调试器
IAR
Embedded
Workbench的调试器功能
强大，支持多种调试工具
和调试方法。
易于使用的界面
IAR
Embedded
Workbench的界面设计简
03 单片机的基本组成
中央处理器
运算器
进行算术和逻辑运算，处理数据。
控制器
控制单片机各部分协调工作，是单片机的指挥中心。
指令寄存器
存储从内存中取得的指令。
程序计数器
存储下一条要执行的指令的地址。
存储器
程序存储器
用于存储程序和表格。
输入/输出接口
并行输入输出接口
连接单片机和外部设备，实现数 据的输入和输出。
串行通信接口
实现单片机与外部设备的串行通 信。
时钟电路
晶体振荡器
产生时钟信号，控制单片机的运行速 度。
定时器/计数器
在时钟信号的控制下，实现定时或计 数功能。
04 单片机的编程语言
汇编语言
01
单片机概述
目 录
• 前言 • 单片机简介 • 单片机的基本组成 • 单片机的编程语言 • 单片机的开发环境 • 单片机的发展趋势与未来展望
01 前言
编写目的
介绍单片机的概念、 发展历程和应用领域。
为后续深入学习单片 机打下基础。
帮助读者了解单片机 的基本原理和特点。
背景知识
01
02
03
微处理器
IAR Embedded Workbench
高效的编译器
IAR
Embedded
Workbench的编译器具有
高效、可靠的特点，能够
生成优化的代码。
强大的调试器
IAR
Embedded
Workbench的调试器功能
强大，支持多种调试工具
和调试方法。
易于使用的界面
IAR
Embedded
Workbench的界面设计简
03 单片机的基本组成
中央处理器
运算器
进行算术和逻辑运算，处理数据。
控制器
控制单片机各部分协调工作，是单片机的指挥中心。
指令寄存器
存储从内存中取得的指令。
程序计数器
存储下一条要执行的指令的地址。
存储器
程序存储器
用于存储程序和表格。
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单片机与PC的不同之处在于 其将CPU、ROM和RAM三部 分，通过内部总线连接在一起， 集成于一块芯片上。
1.1 单片机
1.1.2 单片机的发展历史及产品近况 1、51系列单片机的诞生
① 第一阶段(1974-1976)单板机的产 生：单板机是单片机的前身。风 靡我国上世纪80年代，由北京工 业大学研发、生产的TP801单板 机就是以Z80为内核设计的。有代 表性的还有美国Fairchild (仙童)公 司的F8系列。 ② 第二阶段(1976-1978) 单片机的 低性能阶段：最早的单片机是由 美国INTEL（英特尔）公司1976 年推出的MCS-48系列，其早已 经退出历史舞台。
1.2 单片机开发所需软硬件介绍
1.2.1 关于keil C51及其集成开发环境keil μ Vision3 Keil C51是德国Keil software公司开发的用于51系列单片机 的C51语言开发软件。具有Windows风格的可视化操作界面 (见图1-5)；支持汇编语言、C51语言以及两者混合编程等多 种方式的单片机设计；能够完成51系列单片机以及和51系列 兼容的绝大部分类型单片机的程序设计和仿真。
1.3 数字电路基础
1.3.1 二进制的逻辑运算
4、“同或”运算 “同或”运算是实现“必须相同，否则就没有”这种逻辑关 系的一种运算，其逻辑运算符为“⊙”。其运算规则如下： 0⊙0=1，1⊙0=0，0⊙1=0，1⊙1=1。 5、“异或”运算 “异或”运算通常用符号"⊕"表示，“必须相异,否则就没 有”。其运算规则为：0⊕0=0， 0⊕1=1，1⊕0=1， 1⊕1=0 ，即两个逻辑变量相异，输出才为1。
1.1 单片机
1.1.4 单片机的课程地位及其学习方法 学习单片机的目的：成为一个实用的研发工程师。
大学生第二课堂：“全国大学生电子设计大赛”、“挑战杯 全国大学生课外学术科技作品竞赛和创业计划大赛”、“全 国大学生智能汽车大赛”等赛事。 51系列单片机经过多年的发展，图书、资料丰富，相应的网 站多、答疑解惑都比较容易。初学者选择51系列单片机开始， 是非常明智的选择。近两年比较典型51单片机芯片是 AT89C(S)51和宏晶公司的STC89C51芯片。
1.1 单片机
1.1.4 单片机的课程地位及其学习方法 2、单片机的学习方法 ① 51系列单片机是初学者的最佳选择 一般来说本科生能够 熟练除51外的另外一种 单片机或熟悉ARM就已 经很优秀了，其他留在 工作或研究生阶段学 习是比较现实的。
图1-3 嵌入式硬件技 术体系图
1.2 单片机开发所需软硬件介绍
1946年2月15日，第一 台电子数字计算机问世
1.1 单片机
1.1.2 单片机的发展历史及产品近况
③ 第三阶段(1978-1983)单片机的基本发展阶段：这一时期 INTEL公司的8031单片机因为简单可靠、性能良好获得了很 大的好评。此后INTEL公司发展出了MCS-51系列单片机系 统，“MCS”代表了INTEL公司的产品。 MCS-51系列单片机的产品典范是8051单片机。INTEL公司 以专利转让或技术交换的形式把8051的内核技术转让给了世 界许多半导体芯片厂家，如ATMEL、Philips（飞利浦）、 LG、ADI。这些厂家生产的兼容机与8051的内核结构与指令 系统相同，并在此基础上不断完善其性能，形成了后来称作 “8051系列单片机”的庞大体系 从1983年至今，8位51系列单片机不断自我发展、长盛不衰。 这时8位单片机追求更低的功耗，从而8051系列中的大部分 产品已经发展成为80C51，其字符“C“表示了单片机内部集 成电路工艺的CMOS化，其功耗更低。 CMOS:互补金属氧化物半导体，电压控制的一种放大器件;
1.4 数制与编码的简单回顾
1.4.1数制
十进制是人们生活中普遍使用的计数制。在十进制中，数用 0、1、…、9这10个符号来描述。计数规则是逢十进一。 二进制是在计算机系统中使用的计数制。在二进制中，数用 0、l这两个符号来描述。计数规则是逢二进一。二进制运算 规则简单，便于物理实现；但书写冗长，不便于人们阅读和 记忆。 二进制数的位可以表示为0或1这两个值。生活中开关的通与 断，指示灯的亮与灭，电动机的启与停都可以用它来描述和 控制。
1.2 单片机开发所需软硬件介绍
1.2.3编程器和下载软件
图1-7 下载(烧写)软件界面
1.3 数字电路基础
1.3.1 二进制的逻辑运算 1、“与”运算 “与”运算是实现“必须都有，否则就没有”这种逻辑关系 的一种运算。逻辑与通常用符号“×”或“∧”或“· ”来表示。 逻辑乘法运算规则如下： 0∧0=0，0∧1=0， 1∧0=0， 1∧1=1。 其运算符号如图1-12所示。
TTL电平、CMOS电平、RS232电平区别
一般说来，CMOS电平比TTL电平有着更高的噪声容限。 （一）、TTL电平标准，电源采用5V
输出 L： <0.8V ； H：>2.4V。 输入 L： <1.2V ； H：>2.0V TTL器件输出低电平要小于0.8V，高电平要大于2.4V。输入，低 于1.2V就认为是0，高于2.0就认为是1。于是TTL电平的输入低 电平的噪声容限就只有(0.8-0)/2=0.4V，高电平的噪声容限为(52.4)/2=1.3V。 （二）、CMOS电平标准 输出 L： <0.1*Vcc ； H：>0.9*Vcc。 输入 L： <0.3*Vcc ； H：>0.7*Vcc. 由于CMOS电源采用12V，则输入低于3.6V为低电平，噪声容限 为1.8V，高于8.4V为高电平，噪声容限高为1.8V。比TTL有更高 的噪声容限。 （三）、RS232标准 逻辑1的电平为-3～-15V，逻辑0的电平为+3～+15V，注意电平 的定义反相了一次。
1.1 单片机
3、单片机与计算机(PC)的区别 单片机采用12M晶振速度？ PC采用3G晶振速度？ 从本质上讲，单片机和PC属 于同祖同宗，单片机追求的是 满足特定功能的基础上，体积 要足够小，终极目标是将尽量 多的外设集成到芯片内部；而 计算机则追求的主要是高速运 算、海量存储，对体积没有显 著要求。
（a）双列直插DIP封装
（b）贴片式封装
1.1 单片机
2、单片机的应用领域 单片机的应用领域十分广泛，如智能仪表 (各类检测仪表、数字电压表、数字示波器)、 家用电器（洗衣机、空调等）、军事装置 （夜视仪、导航仪）、实时工业控制(电镀 生产线、工业机器人)。 单片机在系统中主要起到测量和控制的作用。 各种机械装置一旦用上了单片机，就能使得 产品升级换代，并会将其名称冠以“微电脑 控制”、“智能型”标志。 右侧的仪表是水体化合物分析仪器，其能够 实现在线检测水体中氨氮及亚硝氮等化合物 的含量。是单片机和分析化学原理相结合的 跨学科成果。
1.3 数字电路基础
1.3.1 二进制的逻辑运算 2、“或”运算 “或”运算是实现“只要其中之一有就有”这种逻辑关系的 一种运算。逻辑加法通常用符号“+”或“∨”来表示。逻辑加 法运算规则如下：0∨0=0， 0∨1=1，1∨0=1，1∨1=1。
1.3 数字电路基础
1.3.1 二进制的逻辑运算 3、“非”运算 “非”运算是实现“求反”这种逻辑关系的一种运算。0的 反是1，1的反是0。其运算符号如图1-14所示。
第1章 绪论
目录 1.1 单片机概述
1.2 单片机开发所需软硬件介绍
1.3 数字电路基础
1.4 数制与编码的简单回顾
1.1 单片机概述
1.1.1 单片机的概念 1、单片机 “单片机”的称呼由英文名称“Single Chip Microcomputer” 直接翻译而来，缩写为SCM。 所谓单片机就是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路 技术把具有数据处理能力的CPU、存储器（数据存储器RAM 和程序存储器ROM）、中断系统、定时/计数器及各种输入输 出接口电路等集成到一块芯片上构成的一个小而完善的计算机 系统。 单片机是一个芯片级的电脑。 以下是深圳宏晶公司出品的STC89系列单片机
1.1 单片机
1.1.2 单片机的发展历史及产品近况
4、16位和32位高档单片机的推出 20世纪90年代初，随着工业控制领域要求的提高，各大公司 都开始推出16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广 泛的应用。但TI(美国德州仪器)公司出品的MSP430系列以 其超低功耗的特性在仪器仪表及手持设备领域占有绝对优势。 进入21世纪，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位， 并且进入主流市场，其中ARM7是典型代表。 总之，目前市场以8位低端和32位高端单片机齐头并进的形 式存在、发展。8位单片机的性能得到了飞速提高，处理能 力比起20世纪80年代提高了数百倍，其主要应用在工业控制 领域。32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代 中期的个人电脑CPU，主要应用在高端智能通信设备领域。 据统计，我国的单片机年容量已达1-3亿片，且每年以大约 16%的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到 1%。
单片机的开发过程包括硬件电路设计、程序编写(编辑)、编译、 仿真调试、烧写(烧录、固化、下载)等过程。 程序的编辑是指利用C语言或汇编语言在个人电脑上完成程 序的书写过程，一般的文本编辑器例如word及windows自带 的文本编辑器都可以提供程序书写环境。但其由于不具备语 法错误识别功能，因此开发者一般都选用专用的单片机程序 编辑软件。 编译是指将编程语言翻译成单片机能够识别的二(十六)进制 代码的过程。 烧写是指把编译好的二(十六)进制代码下载到单片机程序存 储器ROM的过程。 仿真调试包括软件仿真和硬件仿真，是指程序不可能一次编 写成功，需要借助专业的软、硬件仿真调试工具，利用单步、 断点、运行到光标处等功能实现对程序中各变量中3.2 数字电路中“0”与“1”的定义 单片机是一种数字集成芯片，数字电路中只有两种电平：高 电平和低电平。常用的逻辑电平有TTL、CMOS、RS-232 等。 单片机、74LS系列逻辑芯片采用TTL电平信号：+5V等价于 逻辑1，0V等价于逻辑0。当然这是理想状态，实际电压小于 0.4V即认为是低电平，电压高于2.4V即认为是高电平(实际 单片机工作在输入和输出状态高低电平范围略有差别)。 74HC系列和CD4000逻辑芯片一般采用CMOS逻辑电平。
1.1 单片机
1.1.2 单片机的发展历史及产品近况 1、51系列单片机的诞生
① 第一阶段(1974-1976)单板机的产 生：单板机是单片机的前身。风 靡我国上世纪80年代，由北京工 业大学研发、生产的TP801单板 机就是以Z80为内核设计的。有代 表性的还有美国Fairchild (仙童)公 司的F8系列。 ② 第二阶段(1976-1978) 单片机的 低性能阶段：最早的单片机是由 美国INTEL（英特尔）公司1976 年推出的MCS-48系列，其早已 经退出历史舞台。
1.2 单片机开发所需软硬件介绍
1.2.1 关于keil C51及其集成开发环境keil μ Vision3 Keil C51是德国Keil software公司开发的用于51系列单片机 的C51语言开发软件。具有Windows风格的可视化操作界面 (见图1-5)；支持汇编语言、C51语言以及两者混合编程等多 种方式的单片机设计；能够完成51系列单片机以及和51系列 兼容的绝大部分类型单片机的程序设计和仿真。
1.3 数字电路基础
1.3.1 二进制的逻辑运算
4、“同或”运算 “同或”运算是实现“必须相同，否则就没有”这种逻辑关 系的一种运算，其逻辑运算符为“⊙”。其运算规则如下： 0⊙0=1，1⊙0=0，0⊙1=0，1⊙1=1。 5、“异或”运算 “异或”运算通常用符号"⊕"表示，“必须相异,否则就没 有”。其运算规则为：0⊕0=0， 0⊕1=1，1⊕0=1， 1⊕1=0 ，即两个逻辑变量相异，输出才为1。
1.1 单片机
1.1.4 单片机的课程地位及其学习方法 学习单片机的目的：成为一个实用的研发工程师。
大学生第二课堂：“全国大学生电子设计大赛”、“挑战杯 全国大学生课外学术科技作品竞赛和创业计划大赛”、“全 国大学生智能汽车大赛”等赛事。 51系列单片机经过多年的发展，图书、资料丰富，相应的网 站多、答疑解惑都比较容易。初学者选择51系列单片机开始， 是非常明智的选择。近两年比较典型51单片机芯片是 AT89C(S)51和宏晶公司的STC89C51芯片。
1.1 单片机
1.1.4 单片机的课程地位及其学习方法 2、单片机的学习方法 ① 51系列单片机是初学者的最佳选择 一般来说本科生能够 熟练除51外的另外一种 单片机或熟悉ARM就已 经很优秀了，其他留在 工作或研究生阶段学 习是比较现实的。
图1-3 嵌入式硬件技 术体系图
1.2 单片机开发所需软硬件介绍
1946年2月15日，第一 台电子数字计算机问世
1.1 单片机
1.1.2 单片机的发展历史及产品近况
③ 第三阶段(1978-1983)单片机的基本发展阶段：这一时期 INTEL公司的8031单片机因为简单可靠、性能良好获得了很 大的好评。此后INTEL公司发展出了MCS-51系列单片机系 统，“MCS”代表了INTEL公司的产品。 MCS-51系列单片机的产品典范是8051单片机。INTEL公司 以专利转让或技术交换的形式把8051的内核技术转让给了世 界许多半导体芯片厂家，如ATMEL、Philips（飞利浦）、 LG、ADI。这些厂家生产的兼容机与8051的内核结构与指令 系统相同，并在此基础上不断完善其性能，形成了后来称作 “8051系列单片机”的庞大体系 从1983年至今，8位51系列单片机不断自我发展、长盛不衰。 这时8位单片机追求更低的功耗，从而8051系列中的大部分 产品已经发展成为80C51，其字符“C“表示了单片机内部集 成电路工艺的CMOS化，其功耗更低。 CMOS:互补金属氧化物半导体，电压控制的一种放大器件;
1.4 数制与编码的简单回顾
1.4.1数制
十进制是人们生活中普遍使用的计数制。在十进制中，数用 0、1、…、9这10个符号来描述。计数规则是逢十进一。 二进制是在计算机系统中使用的计数制。在二进制中，数用 0、l这两个符号来描述。计数规则是逢二进一。二进制运算 规则简单，便于物理实现；但书写冗长，不便于人们阅读和 记忆。 二进制数的位可以表示为0或1这两个值。生活中开关的通与 断，指示灯的亮与灭，电动机的启与停都可以用它来描述和 控制。
1.2 单片机开发所需软硬件介绍
1.2.3编程器和下载软件
图1-7 下载(烧写)软件界面
1.3 数字电路基础
1.3.1 二进制的逻辑运算 1、“与”运算 “与”运算是实现“必须都有，否则就没有”这种逻辑关系 的一种运算。逻辑与通常用符号“×”或“∧”或“· ”来表示。 逻辑乘法运算规则如下： 0∧0=0，0∧1=0， 1∧0=0， 1∧1=1。 其运算符号如图1-12所示。
TTL电平、CMOS电平、RS232电平区别
一般说来，CMOS电平比TTL电平有着更高的噪声容限。 （一）、TTL电平标准，电源采用5V
输出 L： <0.8V ； H：>2.4V。 输入 L： <1.2V ； H：>2.0V TTL器件输出低电平要小于0.8V，高电平要大于2.4V。输入，低 于1.2V就认为是0，高于2.0就认为是1。于是TTL电平的输入低 电平的噪声容限就只有(0.8-0)/2=0.4V，高电平的噪声容限为(52.4)/2=1.3V。 （二）、CMOS电平标准 输出 L： <0.1*Vcc ； H：>0.9*Vcc。 输入 L： <0.3*Vcc ； H：>0.7*Vcc. 由于CMOS电源采用12V，则输入低于3.6V为低电平，噪声容限 为1.8V，高于8.4V为高电平，噪声容限高为1.8V。比TTL有更高 的噪声容限。 （三）、RS232标准 逻辑1的电平为-3～-15V，逻辑0的电平为+3～+15V，注意电平 的定义反相了一次。
1.1 单片机
3、单片机与计算机(PC)的区别 单片机采用12M晶振速度？ PC采用3G晶振速度？ 从本质上讲，单片机和PC属 于同祖同宗，单片机追求的是 满足特定功能的基础上，体积 要足够小，终极目标是将尽量 多的外设集成到芯片内部；而 计算机则追求的主要是高速运 算、海量存储，对体积没有显 著要求。
（a）双列直插DIP封装
（b）贴片式封装
1.1 单片机
2、单片机的应用领域 单片机的应用领域十分广泛，如智能仪表 (各类检测仪表、数字电压表、数字示波器)、 家用电器（洗衣机、空调等）、军事装置 （夜视仪、导航仪）、实时工业控制(电镀 生产线、工业机器人)。 单片机在系统中主要起到测量和控制的作用。 各种机械装置一旦用上了单片机，就能使得 产品升级换代，并会将其名称冠以“微电脑 控制”、“智能型”标志。 右侧的仪表是水体化合物分析仪器，其能够 实现在线检测水体中氨氮及亚硝氮等化合物 的含量。是单片机和分析化学原理相结合的 跨学科成果。
1.3 数字电路基础
1.3.1 二进制的逻辑运算 2、“或”运算 “或”运算是实现“只要其中之一有就有”这种逻辑关系的 一种运算。逻辑加法通常用符号“+”或“∨”来表示。逻辑加 法运算规则如下：0∨0=0， 0∨1=1，1∨0=1，1∨1=1。
1.3 数字电路基础
1.3.1 二进制的逻辑运算 3、“非”运算 “非”运算是实现“求反”这种逻辑关系的一种运算。0的 反是1，1的反是0。其运算符号如图1-14所示。
第1章 绪论
目录 1.1 单片机概述
1.2 单片机开发所需软硬件介绍
1.3 数字电路基础
1.4 数制与编码的简单回顾
1.1 单片机概述
1.1.1 单片机的概念 1、单片机 “单片机”的称呼由英文名称“Single Chip Microcomputer” 直接翻译而来，缩写为SCM。 所谓单片机就是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路 技术把具有数据处理能力的CPU、存储器（数据存储器RAM 和程序存储器ROM）、中断系统、定时/计数器及各种输入输 出接口电路等集成到一块芯片上构成的一个小而完善的计算机 系统。 单片机是一个芯片级的电脑。 以下是深圳宏晶公司出品的STC89系列单片机
1.1 单片机
1.1.2 单片机的发展历史及产品近况
4、16位和32位高档单片机的推出 20世纪90年代初，随着工业控制领域要求的提高，各大公司 都开始推出16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广 泛的应用。但TI(美国德州仪器)公司出品的MSP430系列以 其超低功耗的特性在仪器仪表及手持设备领域占有绝对优势。 进入21世纪，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位， 并且进入主流市场，其中ARM7是典型代表。 总之，目前市场以8位低端和32位高端单片机齐头并进的形 式存在、发展。8位单片机的性能得到了飞速提高，处理能 力比起20世纪80年代提高了数百倍，其主要应用在工业控制 领域。32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代 中期的个人电脑CPU，主要应用在高端智能通信设备领域。 据统计，我国的单片机年容量已达1-3亿片，且每年以大约 16%的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到 1%。
单片机的开发过程包括硬件电路设计、程序编写(编辑)、编译、 仿真调试、烧写(烧录、固化、下载)等过程。 程序的编辑是指利用C语言或汇编语言在个人电脑上完成程 序的书写过程，一般的文本编辑器例如word及windows自带 的文本编辑器都可以提供程序书写环境。但其由于不具备语 法错误识别功能，因此开发者一般都选用专用的单片机程序 编辑软件。 编译是指将编程语言翻译成单片机能够识别的二(十六)进制 代码的过程。 烧写是指把编译好的二(十六)进制代码下载到单片机程序存 储器ROM的过程。 仿真调试包括软件仿真和硬件仿真，是指程序不可能一次编 写成功，需要借助专业的软、硬件仿真调试工具，利用单步、 断点、运行到光标处等功能实现对程序中各变量中3.2 数字电路中“0”与“1”的定义 单片机是一种数字集成芯片，数字电路中只有两种电平：高 电平和低电平。常用的逻辑电平有TTL、CMOS、RS-232 等。 单片机、74LS系列逻辑芯片采用TTL电平信号：+5V等价于 逻辑1，0V等价于逻辑0。当然这是理想状态，实际电压小于 0.4V即认为是低电平，电压高于2.4V即认为是高电平(实际 单片机工作在输入和输出状态高低电平范围略有差别)。 74HC系列和CD4000逻辑芯片一般采用CMOS逻辑电平。