第01讲单片机绪论

1.2 单片机开发所需软硬件介绍
硬件仿真和软件仿真 软件仿真是指在不存在实际的单片机应用系统硬件电路的情 况下，我们可以用上位机仿真软件(即能够实现仿真功能的上 位机应用软件，如KEIL仿真器)对单片机应用系统的软件部 分进行调试。 硬件仿真是用硬件仿真器或其他替代方法对一个实际的单片 机应用系统的软件和硬件部分进行调试，它能真实地反映实 际的单片机应用系统存在的问题。
（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。
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
1.2.3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
1.1.2 单片机的发展历史及产品近况 3、AVR、PIC进入8位机主流市场 目前8位单片机市场上占有率高的除了采用复杂指令集(CISC) 的51系列(111条指令)，还有AVR和PIC(Peripheral Interface Controller)系列单片机。 其中AVR单片机是1997年美国Atmel公司挪威设计中心的A 先生与V先生共同研发出的，所以就简称AVR，其第三个字 母R代表了该芯片CPU的精简指令(RISC)结构。 PIC单片机是美国Microchip(微芯)公司的产品，PIC单片机 CPU亦属精简指令结构，分别有33、35、58条指令。其种 类多，芯片抗干扰能力强，也是可以和51系列单片机抗衡的 单片机。 其他如Motorola(摩托罗拉)单片机、Scenix(西门子)单片机、 EPSON(爱普生)等诸多公司的单片机也在8位单片机市场占 有自己的位置。
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
1.3 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。
1.4 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
1.2.1 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 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。
1Leabharlann Baidu1 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。
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间结果的 监测。
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。
1.3 数字电路基础
1.3.2 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
1.1.4 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
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%。
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;
1.2 单片机开发所需软硬件介绍
1.2.3编程器和下载软件
编程器：程序编辑好后，并且通过编译生成了HEX格式的二 进制烧写文件，就要用编程器把它烧写到单片机里面。学习 阶段购买的学习板会带一条下载线，其完成的功能与编程器 相同。编程器的使用需要配合上位机的下载软件来完成。该 软件一般由编程器厂家或学习板出售者免费提供。