1.1 单片机概述
1.1什么是单片机单片机有何特点
1.1什么是单片机单片机有何特点11 什么是单片机单片机有何特点在当今科技飞速发展的时代，单片机这个名词越来越多地出现在我们的生活中。
那么，究竟什么是单片机呢？单片机又有哪些特点使得它在众多领域发挥着重要作用呢？单片机，简单来说，就是一块集成了微处理器、存储器、输入输出接口等功能模块的芯片。
它就像是一个小小的“大脑”，能够控制和管理各种设备的运行。
单片机的核心是微处理器，这个微处理器负责执行各种指令和运算。
它的运算能力虽然比不上我们常见的电脑 CPU，但对于特定的应用场景来说，已经足够强大。
存储器也是单片机的重要组成部分。
它包括程序存储器和数据存储器。
程序存储器用来存储我们编写的控制程序，而数据存储器则用于存放运行过程中的临时数据。
输入输出接口则让单片机能够与外部世界进行交互。
通过这些接口，单片机可以接收来自传感器的信号，也可以向执行器发送控制指令，从而实现对外部设备的精确控制。
单片机的特点众多，这也是它被广泛应用的重要原因。
首先，单片机具有体积小、重量轻的特点。
这使得它可以方便地嵌入到各种小型设备中，不会占用太多空间。
比如在智能手表、血糖仪等便携式设备中，单片机就发挥着关键作用。
其次，单片机的功耗低。
这对于那些依靠电池供电的设备来说至关重要。
低功耗意味着设备可以长时间运行而不需要频繁更换电池，大大提高了设备的使用便利性。
再者，单片机的成本相对较低。
这使得它在大规模生产的产品中具有很大的优势，能够降低产品的总成本，提高市场竞争力。
单片机还具有很强的可靠性。
它能够在各种恶劣的环境下稳定工作，如高温、低温、潮湿等环境。
这使得它在工业控制、汽车电子等领域得到了广泛的应用。
此外，单片机的编程灵活。
开发者可以根据具体的需求，使用不同的编程语言和开发工具来编写控制程序，实现各种复杂的功能。
在日常生活中，单片机的应用无处不在。
例如，家里的洗衣机、空调、微波炉等家电产品中都有单片机的身影。
它能够精确控制设备的运行流程，实现智能化的操作。
单片机概述
说明：
不同位数的单片机同时存在，各有市场，适 用于不同场合
第1章 概 述
单片机技术的发展
1、体系结构的变化
SCM
SOC： SCM： MCU：
MCU
SOC
一块单片机芯片就是一个比较完整的小型控制系统 寻求单片形态的嵌入式系统的最佳体系结构 芯片包含完整的硬件系统和嵌入式软件 Philips公司的80C51是MCU的典型代表 MCS-51是SCM的典型代表 C8051F
计算机
高速运算 数据分析与处理 存储器容量
增强控制功能 提高工业环境下的可靠性 灵活方便
通用计算机
单片机
第1章 概 述
微机组成结构框图
第1章 概 述
单片机组成框图
实 时 控 制 器 件
定时器/计数器 中断控制 微型计 ADC、DAC 根据需要 算机 PWM 而定 电压比较器 看门狗、DMA 串行口、传感器等 I2C、SPI等外部串行总线接口
单片机
全称为单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)
微控制器(Microcontroller Unit)或嵌入式控制器(Embedded Controller)
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。
第1章 概 述
单片机技术的发展
2、单片机的速度越来越快 采用锁相环技术或内部倍频技术 3、低电压与低功耗 2.7V 2.2V 1.8V
0.9V
双电源供电： I/O口，芯片内部
第1章 概 述
单片机技术的发展
4、低噪声与高可靠性技术 WDT：看门狗 5、OTP与掩膜 OPT：(One Time Programmable) 一次性编程 6、MTP向OTP挑战 MTP：(Multiple Time Programmable) 可多次编程
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。
第一章-单片机概述
89C51 4kB EEPROM 128字节
80C32
无
256字节
52
80C52 8kB掩膜ROM 256字节
系
列
87C52 8kB EPROM 256字节
89C52 8kB EEPROM 256字节
2x16位
5
2x16位
5
2x16位
5
2x16位
5
3x16位
6
3x16位
6
3x16位
6
3x16位
6
第一章 单片机概述
第一章 单片机概述
3、家用电器
1. 智能冰箱 2．智能饭煲 3．智能食品配料机
可以这样说，现在的家用电 器基本上都采用了单片机控 制，从电饭褒、洗衣机、电 冰箱、空调机、彩电、其他 音响视频器材、再到电子秤 量设备，五花八门，无所不 在。
第一章 单片机概述
4、计算机网络和通信领域
•手机 •电话机 •程控交换机 •楼宇自动通信呼叫系统 •列车无线通信 •日常工作中随处可见的 移动电话
第一章 单片机概述
1.1 单片机的名称
中央处理机 CPU
随机存储器 RAM
只读存储器 ROM
中断系统
定时器/计数器
I/O
单片微型计算机 SCMC
微控制器 MCU 嵌入式微控制器 EMCU
第一章 单片机概述
第一章 单片机概述
第一章 单片机概述 ➢ 单片机与单片机系统 ➢ 单片机的程序设计语言 ➢单片机的仿真开发
电池分析仪
麻醉信息管理系统
第一章 单片机概述
➢ 单片机典型应用案例
出租汽车计价器
按键
8051
显示
产生中断 中断服务子程序
单片机教案(讲稿)
单片机教案(讲稿)第一章：单片机概述1.1 单片机的定义与发展历程介绍单片机的概念及其发展历程讲解单片机在我国的应用与发展现状1.2 单片机的组成与结构介绍单片机的组成结构，包括CPU、存储器、输入/输出接口等讲解单片机的硬件系统设计与应用1.3 单片机的特点与分类讲解单片机的主要特点，如体积小、成本低、功耗低等介绍单片机的分类及应用领域第二章：单片机编程基础2.1 计算机组成原理与数制转换讲解计算机组成原理，包括二进制、八进制、十六进制等数制转换方法介绍ASCII码、GB2312等字符编码标准2.2 单片机指令系统与编程语法讲解单片机的指令系统，包括数据传输、逻辑运算、算术运算等指令介绍单片机编程语法，如寄存器、立即寻址、间接寻址等2.3 程序设计方法与技巧讲解程序设计方法，包括顺序结构、分支结构、循环结构等介绍编程技巧，如变量命名、代码优化、模块化设计等第三章：单片机接口技术3.1 并行接口设计与应用讲解并行接口的原理与设计方法介绍并行接口在单片机中的应用案例，如键盘、LED显示等3.2 串行接口设计与应用讲解串行接口的原理与设计方法介绍串行接口在单片机中的应用案例，如串口通信、USB接口等3.3 其他接口技术介绍讲解ADC、DAC、PWM等接口技术的原理与应用介绍这些接口技术在单片机中的应用案例第四章：单片机应用系统设计4.1 系统设计流程与方法讲解单片机应用系统设计的流程，包括需求分析、硬件选型、软件设计等介绍系统设计方法，如模块化设计、层次化设计等4.2 硬件系统设计与调试讲解硬件系统设计的方法与技巧介绍硬件调试工具与方法，如示波器、逻辑分析仪等4.3 软件系统设计与调试讲解软件系统设计的方法与技巧介绍软件调试工具与方法，如调试器、仿真器等第五章：单片机项目实践5.1 项目实践概述讲解项目实践的目的与意义介绍项目实践的内容与要求5.2 项目实践案例一：温度控制系统讲解温度控制系统的原理与设计方法介绍使用单片机实现温度控制的具体步骤与技巧5.3 项目实践案例二：智能家居系统讲解智能家居系统的原理与设计方法介绍使用单片机实现智能家居的具体步骤与技巧5.4 项目实践案例三：小型讲解小型的原理与设计方法介绍使用单片机控制小型的具体步骤与技巧展望单片机技术在未来的发展趋势与应用前景第六章：单片机中断与定时器/计数器6.1 中断系统讲解单片机的中断系统概念、类型及优先级介绍中断服务程序的编写方法与中断响应过程6.2 定时器/计数器原理讲解定时器/计数器的结构、工作模式及编程方法介绍定时器/计数器在工业控制中的应用案例6.3 中断与定时器/计数器应用实例结合具体案例，讲解中断与定时器/计数器在实际项目中的应用第七章：单片机串行通信技术7.1 串行通信基础讲解串行通信的概念、分类及标准介绍串行通信的物理层、数据链路层及网络层协议7.2 单片机串行通信接口讲解单片机串行通信接口的原理与编程方法介绍单片机串行通信在各种应用场景中的案例7.3 串行通信技术应用实例结合具体案例，讲解串行通信技术在实际项目中的应用第八章：单片机接口扩展技术8.1 并行扩展技术讲解并行扩展芯片的选型及接口设计方法介绍并行扩展在存储器、IO接口等方面的应用8.2 串行扩展技术讲解串行扩展芯片的选型及接口设计方法介绍串行扩展在ADC、DAC、显示模块等方面的应用8.3 接口扩展技术应用实例结合具体案例，讲解接口扩展技术在实际项目中的应用第九章：单片机嵌入式系统设计9.1 嵌入式系统概述讲解嵌入式系统的概念、特点及分类介绍嵌入式系统的设计流程与方法9.2 嵌入式操作系统讲解嵌入式操作系统的概念、特点及分类介绍常见的嵌入式操作系统及其应用案例9.3 嵌入式系统设计实例结合具体案例，讲解嵌入式系统在实际项目中的应用第十章：单片机技术发展趋势与应用前景10.1 单片机技术发展趋势讲解单片机技术的发展趋势，如性能提升、集成度增加等介绍新兴的单片机技术，如片上系统（SoC）、物联网（IoT）等10.2 单片机应用前景探讨单片机技术在各个领域的应用前景，如工业控制、智能家居、医疗设备等分析单片机技术对我国经济社会发展的重要意义重点和难点解析重点环节一：单片机的定义与发展历程单片机作为微控制器的核心，其定义和发展历程是理解微控制器应用的基础。
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。
单片机教学大纲(两篇)2024
引言概述：正文内容：1.硬件设备与基本概念1.1单片机基础知识1.1.1单片机的定义和分类1.1.2单片机的结构和工作原理1.1.3单片机的常用引脚功能与连接方法1.2单片机开发板选型与使用1.2.1不同型号单片机开发板的特点和功能1.2.2单片机资源配置与接口扩展1.2.3单片机开发环境的搭建和使用方法2.嵌入式C语言编程基础2.1C语言基本语法2.1.1数据类型与变量2.1.2运算符和表达式2.1.3控制结构与循环语句2.2单片机C语言编程入门2.2.1I/O口配置与控制2.2.2延时和定时器控制2.2.3中断处理3.单片机外设驱动3.1数码管与LED显示驱动3.1.1数码管的原理与显示方法3.1.2数码管驱动电路设计与编程实现3.2液晶显示屏驱动3.2.1液晶显示驱动的原理3.2.2液晶显示屏驱动电路设计与编程实现3.3三轴加速度传感器驱动3.3.1三轴加速度传感器基本原理3.3.2传感器接口与数据读取4.串口通信与通信协议4.1串口通信基础4.1.1串口通信协议与通信波特率4.1.2串口通信硬件连接与配置4.2单片机与PC的串口通信4.2.1串口通信的原理与方法4.2.2串口通信协议的设计与实现4.3单片机与其他设备的串口通信4.3.1串口通信的硬件连接与配置4.3.2串口通信协议的设计与实现5.单片机应用开发5.1温湿度监测系统5.1.1温湿度传感器的原理和接口设计5.1.2数据采集与显示控制的编程实现5.2无线通信系统5.2.1无线通信模块与单片机的接口设计5.2.2数据传输与接收的编程实现5.3蜂鸣器音乐播放系统5.3.1蜂鸣器的基本工作原理和控制方法5.3.2音乐资源的存储与播放控制的编程实现总结：本教学大纲以逻辑顺序将单片机教学内容进行了详细介绍，从硬件设备与基本概念开始，逐步向学生展示了单片机开发的全过程。
通过掌握单片机编程的基本原理和实践技巧，学生将能够应用单片机实现各种嵌入式应用。
PIC内部结构
工作和寻址。
第一章
PIC系列单片机结构原理
第一章
PIC系列单片机结构原理
1.2 PIC单片机基本结构及信号引脚
1.2.2 PIC单片机基本信号引脚 PIC16F87X系列单片机 的引脚分为两种：一种 为40脚（包括 871，874， 877这三种），如图1-3 所示；另一种为28脚 （包括 870，872，873， 876这四种）
1.5.2 唤醒与低电耗运行 休眠（SLEEP）方式与单片机的唤醒
单片机执行一条SLEEP指令后，便进入了休眠（SLEEP）方式。
单片机系统的低功耗设计
（1）选择合适的模块 （2）选择合适的工作条件 （3）选择合适的振荡方式 （4）合理处理I/O管脚
第一章
PIC系列单片机结构原理
1．5复位、唤醒与看门狗功能
1: 屏蔽端口 B 上拉电阻设置； 0: 允 许端口 B 上拉电阻设置，是否设置 还要依据各位的锁存的值。
0：外中断RB0/INT选择上升沿 触发； 1：外中断RB0/INT选择下降沿 触发。
TMR0比率WDT比率PS2 PS1 PS0 1:2 1:1 000 1:4 1:2 001 1:8 1:4 010 1:16 1:8 011 1:32 1:16 100 1:64 1:32 101 1:128 1:64 110 1:256 1:128 111
第一章
PIC系列单片机结构原理
1.1 单片机概述
微型计算机是一种以电子器件为基础，可以接受 输入信息，并能够对各种输入的数字化信息进行算术 和逻辑运算，最后产生输出的电子设备。 微型计算机既有快速运算能力，又有极强逻辑判 断能力和大容量存储功能，它是20世纪人类最卓越的 科学发明之一。 单片微型计算机就是将CPU、RAM、ROM、定 时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的 微型计算机。
单片机教案(讲稿)
单片机教案(讲稿)第一章：单片机概述1.1 单片机的定义与发展历程解释单片机的概念，它是如何定义的。
介绍单片机的发展历程，从最初的4位、8位到现在的32位、64位。
1.2 单片机的特点与分类阐述单片机的主要特点，如集成度高、体积小、成本低等。
分类介绍单片机的类型，如51系列、AVR系列、PIC系列等。
1.3 单片机的应用领域列举单片机在各个领域的应用实例，如家电、工业控制、医疗设备等。
第二章：单片机的基本组成与工作原理2.1 单片机的硬件组成介绍单片机的主要硬件组成部分，如CPU、存储器、定时器/计数器、并行/串行接口等。
2.2 单片机的软件组成讲解单片机的软件系统，包括固件、编程语言、编译器等。
2.3 单片机的工作原理详细解释单片机的工作流程，包括启动、执行程序、中断处理等。
第三章：单片机的编程基础3.1 单片机的编程语言介绍单片机编程的主要语言，如C语言、汇编语言等。
3.2 单片机的编程环境与工具讲解单片机编程所需的环境与工具，如Keil、MPLAB等。
3.3 单片机的编程实例通过具体的编程实例，讲解如何编写、调试单片机程序。
第四章：单片机的接口技术4.1 并行接口技术介绍单片机的并行接口，如I/O口、数据总线、地址总线等。
4.2 串行接口技术讲解单片机的串行接口，如UART、SPI、I2C等。
4.3 单片机与其他设备的接口技术阐述单片机与显示屏、传感器、电机等设备的接口技术。
第五章：单片机的应用案例5.1 温度控制器的设计与实现通过具体案例，讲解如何使用单片机设计温度控制器。
5.2 智能家居系统的设计与实现讲解如何使用单片机设计智能家居系统，包括灯光控制、安防监控等。
5.3 控制系统的设计与实现介绍如何使用单片机控制的运动、感知等功能。
第六章：单片机的电源管理6.1 单片机电源需求与供电方式讨论单片机的电源需求，包括电压和电流规格。
介绍单片机的供电方式，如直流供电、电池供电等。
6.2 电源管理电路设计说明如何设计单片机的电源管理电路，包括稳压器、电压监测、电源去耦等。
MCS-51单片机(完整版)
智能仪表
单机应用 机电一体化产品
智能接口
单片机应用
智能民用产品 功能集散系统
多机应用 并行多控制系统
局部网络系统 是指在一个应用系统中，使用多个单片机。
2 单片机芯片的硬件结构
2.1 MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚
2.1.1 MCS-51单片机基本结构框图
输入输出接口 （I/O）
控制与运算单元 （CPU）
1.2 单片机的发展 1.2.1 单片机的发展概述
1946 第一台计算机诞生 1971 第一个微处理器诞生 1976 MCS-48(8位) 1980 MCS-51(8位) 1983 MCS-96(16位) 80年代末 Motorola 680X
Zilog Z-8
Rockwell 650X•••
当前： (1) MCS-51、MCS-96系列发 展(2。) PIC (Microchip公司) (3) ARM (4) 凌阳单片机 (5) AVR
1.3.1 单片机的特点
长寿命 体积小 低电压与低功耗
低噪声与高可靠性技术
总而言之，单片机具有集成度高、功能强、体 积小、功耗低、使用方便、价格低廉等优点。
第一章 单片机概述
1.1 单片机的概念
1.2 单片机的发展
1.3 单片机的应用
1.3.1 单片机的特点 1.3.2 单片机的应用领域
是指在一个应用系统中，只用一个单片机。 测控系统
外接晶体引线端
2.1.3 MCS-51的信号引脚 1. 信号引脚介绍 2. 信号引脚的第二功能
• P3口线的第二功能
口线
P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7
第二功能 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD
单片机技术教案(综合版)
单片机技术教案(综合版)第一章：单片机概述1.1 单片机的定义与发展历程讲解单片机的概念，让学生了解单片机是一种集成电路芯片，具有微处理器的功能。
介绍单片机的发展历程，让学生了解单片机技术的进步。
1.2 单片机的组成与结构讲解单片机的组成与结构，包括中央处理器、存储器、输入输出接口等部分。
通过实物展示或图示，让学生更直观地了解单片机的内部结构。
1.3 单片机的工作原理与应用领域讲解单片机的工作原理，包括指令执行、数据处理等过程。
介绍单片机的应用领域，让学生了解单片机在实际生产与生活中的应用。
第二章：单片机编程基础2.1 汇编语言编程讲解汇编语言的基本概念与语法规则。
通过举例，让学生掌握汇编语言的编程方法。
2.2 C语言编程讲解C语言的基本概念与语法规则。
通过举例，让学生掌握C语言的编程方法。
2.3 单片机程序的与调试讲解单片机程序的方法，包括使用编程器或编程软件。
介绍单片机程序的调试方法，让学生了解如何检查与修正程序错误。
第三章：单片机的输入输出控制3.1 数码管显示讲解数码管的结构与工作原理。
通过举例，让学生掌握数码管的显示控制方法。
3.2 键盘输入讲解键盘的工作原理与接口电路。
通过举例，让学生掌握键盘输入的控制方法。
3.3 电机控制讲解电机的工作原理与接口电路。
通过举例，让学生掌握电机的控制方法。
第四章：单片机与外部设备通信4.1 串口通信讲解串口通信的基本概念与协议。
通过举例，让学生掌握单片机与外部设备进行串口通信的方法。
4.2 无线通信讲解无线通信的基本概念与技术。
通过举例，让学生掌握单片机与外部设备进行无线通信的方法。
4.3 网络通信讲解网络通信的基本概念与技术。
通过举例，让学生掌握单片机与外部设备进行网络通信的方法。
第五章：单片机应用系统设计与实践5.1 单片机应用系统设计流程讲解单片机应用系统设计的流程，包括需求分析、硬件选型、软件设计等环节。
通过实例，让学生了解单片机应用系统设计的全过程。
单片机的概念及单片机的种类
第二十一页，共36页。
第1章 概 述 2) MSP430单片机 MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)公司1996年开
始推向市场的一种16位单片机，采用精简指令集，是一种 超低功耗的混合型单片机。MSP430系列单片机的主要特点 是，具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发 手段。
3) 辅助功能类 辅助功能类硬件包括：A/D(模/数转换)和D/A(数/模转换， 通常采用PWM形式)等部件。这类部件根据芯片的配置不同 不一定集成在单片机芯片上，需要用户根据使用要求 选择。
第六页，共36页。
第1章 概 述 2. 软件部分 与微型计算机的运行原理相似，单片机系统的运行也
需要软件系统的支持，但是由于处理任务的不同，其复杂 程度相对较低。根据单片机软件所要实现的功能，可以将 软件划分为管理程序和应用程序两类。
第十一页，共36页。
第1章 概 述 1. 军用级 运行温度(wēndù)范围为 -50℃～+125℃，适用于军用
品要求苛刻的应用环境，芯片的价格比较昂贵。例如Intel 公司的MCS-51系列单片机MD80C51FB。型号以MD表示开 头的，M代表军品，D代表直插封装。
第十二页，共36页。
第1章 概 述 2. 商业级 运行温度范围为0℃～＋70℃，主要限于机房、办公及
第九页，共36页。
第1章 概 述 单片机的开发过程涉及3项内容，即编程、纠错和仿真。
一般采用PC机内安装的集成开发环境(IDE)软件进行开发调 试。在集成开发环境内可以实现文本编程、编译纠错和仿真 运行。其中仿真的形式又可以分为(fēn wéi)两种，即软件仿 真和硬件仿真。软件仿真不必连接硬件应用系统，仿真结果 在开发环境中模拟的单片机构造中得到体现；硬件仿真需要 与用户控制系统配合，以集成开发环境的输出替代用户系统 中原有的单片机，仿真过程真实、实时性强。另一种较新的 开发形式采用具有ISP(In-System Programming，在系统可编 程)功能的单片机，利用下载程序开发单片机系统。
第1章单片机概述
台式微机
立式微机
便携式微机
微型计算机硬件结构 ——冯.诺依曼结构
输入 设备
输出 设备
I/O设备
主存储器 主机
运算器 控制器 CPU
计算机系统通常由多块印刷电路板制成：
内存条
CPU
主板
多板机
单片机
单片机是将计算机主机 (CPU、内存和I/O接 口 等集成在一小块硅片上的微型机，所以称作 单片微型计算机。
5.低电压、低功耗
? 工作电压：一般在 3～6V范围内工作，有的已能在 1.2V 或0.9V电压下工作。几乎所有的单片机都具有省电运行 方式。
区分几个概念
? CPU: Central Processing Unit ? MCU: Microcontroller Unit ? DSP: Digital Signal Processing ? DSPs: Digital Signal Processors
单片机的分类（按用途）
（1）通用型单片机 （2）专用型单片机
2. 存储器的发展
? 加大存储器容量。 片内 RAM 256B ，片内外扩 RAM (ERAM)2KB，ROM容量从4K、16K、32K到64K。
? 片内 EPROM采用 E2PROM或Flash存储器。 编程和擦 除完全是电气实现。编程和擦除速度快，可以使用通用 的编程器脱机编程，也可在线编程（ ISP：In-System Program）。
第1章 单片机概述
1.1 什么是单片机 1.2 单片机的历史及发展概况 1.3 8 位单片机的主要生产厂家和机型 1.4 单片机的发展趋势 1.5 单片机的应用 1.6 MCS-51 系列单片机 1.7 单片机的开发与开发工具
《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
单片机01第一章概述
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时钟信号的频率决定了单片机的工作速度。不 同单片机的时钟频率可能有所不同，但通常都 在数兆赫兹至数百兆赫兹之间。
时钟电路通常由石英晶体振荡器和相关电路组 成，以确保提供稳定、准确的时钟信号。
03 单片机的编程语言
汇编语言
01
汇编语言是一种低级语言，与硬件紧密相关，可以直接控制硬 件。
02
汇编语言具有高效性，能够直接访问内存和寄存器，适用于对
使用高级语言编程可以降低开发难度， 提高开发效率，但可能会牺牲一些性 能。
04 单片机的开发环境
Keil软件
01
是一款由德国Keil公司开发的集成开发环境（IDE），
专为单片机开发而设计。
02
提供了一个完整的工具链，包括编译器、链接器、调
试器和仿真器等，支持多种单片机型号和开发语言。
03
界面友好，易于使用，适合初学者和经验丰富的开发
低功耗设计
随着环保意识的增强，低功耗设计已成为单片机发展的必然 趋势。低功耗单片机在延长产品使用寿命、降低能耗、减少 散热等方面具有显著优势，尤其在便携式设备和物联网领域 的应用前景广阔。
低功耗设计涉及芯片架构优化、电源管理、动态电压调节等 多方面技术，需要单片机厂商在硬件和软件层面进行深入研 究与创新。
性能要求较高的场合。
汇编语言可移植性差，不同的单片机需要不同的汇编语言。
03
C语言
C语言是一种中级语 言，介于汇编语言和 高级语言之间。
C语言具有较好的可 读性和可维护性，易 于学的单片机 上使用相同的C语言 代码。
1.1 单片机的特点及发展概况
第1章单片机概论1.1 单片机的特点及发展概况单片机是一个单芯片形态、面向控制对象的嵌入式应用计算机系统。
它的出现及发展使计算机技术从通用型数值计算领域进入到智能化的控制领域。
从此，计算机技术在两个重要领域——通用计算机领域和嵌入式计算机领域都得到了极其重要的发展,并正在深深地改变着我们的社会。
1.1.1 单片机——微控制器嵌入式应用的概念1．单片机概述所谓单片机，即把组成微型计算机的各个功能部件，如中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、输入/输出接口电路、定时器/计数器以及串行通信接口等集成在一块芯片中，构成一个完整的微型计算机。
因此单片机早期的含义为单片微型计算机（single chip microcomputer），直接译为单片机，并一直沿用至今。
由于单片机面对的是测控对象，突出的是控制功能，所以它从功能和形态上来说都是应控制领域应用的要求而诞生的。
随着单片机技术的发展，它在芯片内集成了许多面对测控对象的接口电路，如ADC、DAC、高速I/O口、PWM、WDT等。
这些对外电路及外设接口已经突破了微型计算机（microcomputer）传统的体系结构，所以更为确切反映单片机本质的名称应是微控制器。
单片机是单芯片形态作为嵌入式应用的计算机，它有惟一的、专门为嵌入式应用而设计的体系结构和指令系统，加上它的芯片级体积的优点和在现场环境下可高速可靠地运行的特点，因此单片机又称之为嵌入式微控制器（embedded micro controller）。
但是，在国内单片机的叫法仍然有着普遍的意义。
我们已经把单片机理解为一个单芯片形态的微控制器，它是一个典型的嵌入式应用计算机系统。
目前按单片机内部数据通道的宽度，把它们分为4位、8位、16位及32位单片机。
2．单片机和微处理器随着大规模与超大规模集成电路技术的快速发展，微计算机技术形成了两大分支：微处理器（micro processor unit，MPU）和单片机（micro controller unit，MCU）。
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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 单片机基础知识概述
由于MCS-51单片机技术成熟，主流微控制器产品大都与51机保 持兼容，即具有51内核的8位单片机仍然是目前的主流机型。
近年来出现的单片机仿真设计软件—Proteus克服这种限制。 Proteus不仅可以作为单片机应用的重要开发工具，也可以充当 一种非常高效的辅助教学手段。用户只需在PC上即可获得接近 全真环境下的单片机技能培训，为学习者提供极大的便利。
第1章 单片机基础知识概述
1.1.2 单片机的特点和应用
1．单片机的特点 ① 集成度高，体积小，抗干扰能力强，可靠性高。单片机把各功 能部件集成在一块芯片内且内部采用总线结构，从而减少了各芯 片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。 ② 开发性能好，开发周期短，控制功能强。在开发过程中利用汇 编或C语言进行编程，缩短了开发周期，同时，单片机的逻辑控 制功能及运行速度均高于同一档次的微型计算机，满足工业控制 的要求。 ③ 低功耗、低电压，具有掉电保护功能，广泛应用于各类智能仪 器仪表中。 ④ 通用性和灵活性好。系统扩展和配置较典型、规范，容易构成 各种规模的应用系统。 ⑤ 具有良好的性价比。
仿真运行效果
第1章 单片机基础知识概述
第1章 单片机基础知识概述
2．单片机的发展 单片机诞生于1971年，大体经历了SCM、MCU和SoC三大 阶段。 第一阶段：SCM（Single Chip Microcomputer）即单片微 型计算机阶段，其主要的技术发展方向是，寻求最佳单片 形态的嵌入式系统体系结构。在开创嵌入式系统的发展道 路上，Intel公司功不可没，奠定了SCM与通用微机完全不 同的发展道路。这一阶段最有代表性的产品是Intel公司的 8位MCS-51系列单片机。
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
1．什么是单片机 单片机是在一块半导体硅片上集成了计算机基本功能部件 的微型计算机。随着大规模集成电路技术的发展，可以将 中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器 （ROM）、定时器计数器及输入/输出（I/O）接口电路等 主要计算机部件，集成在一块电路芯片上。
第1章 单片机基础知识概述
② 智能仪器仪表。单片机广泛应用于各种仪器仪表中，使 仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度， 大大促进仪器仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化 和柔性化方向发展，提高其性价比。
③ 通信设备。单片机具有很强的多机通信能力，如多机系 统（各种网络）中的各计算机之间的通信联系、计算机与 其外围设备（键盘、打印机、传真机及复印机等）之间的 协作都有单片机的参与。源自第1章 单片机基础知识概述
1.1.3 单片机的发展趋势
单片机总的发展趋势是多功能、高速度、低功耗、高性价比、 强I/O功能及结构兼容。
① 高集成度。单片机会将各种功能的I/O口和一些典型的外围 电路集成在芯片内，使其功能更加强大。
② 高性能。单片机从单CPU向多CPU方向发展，因而具有了并行 处理的能力，如Rockwell公司的单片机6500/21和R65C29采用了 双CPU结构，其中每个CPU都是增强型的6502。为了提高速度和 执行效率，在单片机中开始使用RISC、流水线和DSP等设计技术 ，因而具有极高的运算速度。如德州仪器公司的TMS320系列信 号处理单片机和NEC公司的μPD-7720系列单片机等。
SCM
MCU
SOC
第1章 单片机基础知识概述
1.1.4 MCS-51单片机的学习
单片机问世至今已有30余年，在各个领域都发挥了极其重 要的作用。单片机与应用系统相结合极大地提高了应用系 统的功能和性能。
实践表明，单片机技术开发的主力军是有具体工程背景的 专业人员，而非计算机专业人员。
单片机技术门槛较低，是一种适合大众掌握的先进技术。 学习单片机只需要具备基本的电子基础和初中以上文化程 度，因而在我国许多本科院校、职业高中、大专学校、职 业技术学校都设有单片机原理及应用的课程。
第1章 单片机基础知识概述
2．单片机的应用领域 ① 工业自动化控制。如工业过程控制、过程监测、工业控 制器及机电一体化控制系统等。这些系统除一些小型工控 机之外，许多都是以单片机为核心的单机或多机网络系统 ，如工业机器人的控制系统是由中央控制器、感觉系统、 行走系统、抓取系统等结点构成的多机网络系统。在这种 集机械、微电子和计算机技术为一体的综合技术中，单片 机发挥着非常重要的作用。
第三阶段：SoC（System on Chip）即片上系统（或系统级 芯片）阶段，其主要的技术发展方向是，寻求应用系统在 芯片上的最大化解决方案。作为产品，SoC是一个有专用 目标的集成电路，包含完整系统并有嵌入软件的全部内容 。作为技术，SoC是用以实现从确定系统功能开始，到软/ 硬件划分，并完成设计的整个过程。