单片机第一章
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
《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
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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
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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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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。
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
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。
单片机原理及应用第1章 概述
第1章 概 述 第四阶段是以嵌入式Internet为标志的嵌入式系统，这是 一个正在迅速发展的阶段。
目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外，但随 着Internet的发展和Internet技术与信息家电、工业控制 技术等结合日益密切，嵌入式设备与Internet的结合将 代表着嵌入式技术的真正未来。
整理课件
第1章 概 述
1.2 单片机的发展概况
1.2.1 数据总线位数的发展
1．4位单片机阶段
自1975年美国德克萨斯仪器公司首次推出4位单片机TMS1000后，各个计算机生产公司竞相推出4位单片机。例如美国国 家半导体公司(National Semiconductor)的COP402系列，日本电 气公司(NEC)的μPD75XX系列，美国洛克威尔公司(Rockwell)的 PPS/1系列，日本松下公司的MN1400系列，富士通公司的MB88 系列等。
的接口电路设计技术。
整理课件
第1章 概 述
单片机与嵌入式系统
• 嵌入式系统定义
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础， 并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、 成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它 一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作 系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现 对其他设备的控制、监视或管理等功能。
(4) 单片机的外部扩展能力强。在内部的各种功能部分不能满 足应用需求时，均可在外部进行扩展(如扩展ROM、RAM，I/O 接口，定时器/计数器，中断系统等)，与许多通用的微机接口芯 片兼容，给应用系统设计带来极大的方便和灵活性。
整理课件
第1章 概 述
1.3.2 单片机的优点及应用
(1) 体积小，成本低，运用灵活，易于产品化，它能方便地 组成各种智能化的控制设备和仪器，做到机电一体化。
庄友谊《单片机原理及应用》单片机第1章
庄友谊教授的经典著作《单片机原理及应用》深入浅出地介绍了单片机技术。 接下来我们将为您带来本书第一章的精彩内容。
单片机的基本概念与分类
基本概念
单片机是一种在一个芯片上集成了中央处理器（CPU）、存储器、外设和输入/输出（I/O） 接口的微型计算机系统。
分类
单片机按位宽划分可分为8位、16位、32位等。按指令集划分可分为CISC和RISC。按功能 可分为通用型和专用型。
2
并行通信
使用外部总线如地址总线、数据总线、控制总线进行数据传输，速度较快。
3
I2C
使用两根双向数据线（SDA，SCL），可连接多个设备，具有高速率、低功耗等 优点。
单片机的电源管理及低功耗设计技术
电源管理
单片机电源管理是一个关键性问题，涉及电 源、电池管理、电子开关、电源控制等，可 有效提高系统效率和延长电池寿命。
低功耗设计
单片机低功耗设计是为了满足电池供电应用、 电能管理、环保要求等，需要考虑待机功耗、 运行功耗、睡眠功耗等。
单片机调试与故障处理的方法与技巧
调试
调试单片机时常用的方法有仿真、在线调试、打 印调试、替换元件等，需掌握相关工具和技术。
故障处理
故障可能源于硬件、软件、接线、程序等，可采 用逐步排查法、替换法、观测法等，必要时可使 用万用表。
原理
应用
计时器是单片机中的重要外设，用于延时、定时 和计数。采用时钟信号和预设定数的方式来实现。
计时器可用于控制周期性操作，如PWM波产生、 脉冲计数、通信时序控制、定时检测等。
单片机通信技术的分类与应用
两种。
应用
通信技术广泛应用于单片机系统中，如串口通信、I2C、SPI、CAN总线等。
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。
51单片机课件第一章
1.2.2单片机的发展趋势
（1）CPU功能增强
（2）内部资源增多 （3）引脚多功能化 （4）寻址范围增加 （5）超微型化
（6）低电压和低功耗
1.3 单片机应用
电讯方面
工业方面
汽车方面
民用方面 数据处理方面
仪表方面
1.4 MCS-51单片机
1.4.1 MCS-51系列单片机
MCS51是指由美国INTEL公司生产的一系列单片 机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如 8031，8051，8751，8032，8052，89C51等，其中 8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是 在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的， 所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机， 而8031是前些年在我国最流行的单片机，所以很多 场合会看到8031的名称。
1.2 单片机的发展历史及发展趋势 1.2.1 单片机的发展历史 单片机的发展经历了由4位机到8位机,再到16位 机的发展过程，目前8位单片机仍在广泛使用。 第一代：1974~76，起步阶段 特点：制造工艺落后，集成度低，采用双片形式 典型代表：美国仙童（Fairchild）公司F8系列 第二代：1976~78，低性能单片机阶段 特点：性能低，品种少，应用范围不广（比较简单 场合） 典型代表：Intel公司的MCS-48型，8位单片机 采用8位CPU、2个 I/O口、8位定时器/计数器、简单 中断，寻址小于4K，且无串行口。
单片机系统
CPU
输 入 设 备
输 入 接 口 设 备
运算器 控制器
存储器 硬件系统
输 出 接 口 设 备
输 出 设 备
软
+
件 系
统
单片机内部结构示意图
第一章 单片机
内存
二／十进制转换 西文字形码 汉字字形码 数／模转换
数值 西文 汉字 声音、图像
声音、图像 模／数转换
信息的存储单位 位
位(bit)、字节(B)、字(w)
字节（8位）
……
字，字长
信息的存储单位 除字节外，还有千字节(KB)、兆字节(MB)、吉字节(GB)、 太字节(TB)，拍字节(PB)。它们的换算关系是： 1 l 1 1 1 KB MB GB TB PB = = = = = 1024 l024 l024 1024 1024 B = KB = MB = GB = TB = 210 210 210 210 210 B KB MB GB TB
30f.5H------表示30f.5为十六进制数。 30f.5B------表示30f.5为二进制数。 305.5或305.5D------表示305.5为十进制数。
二、计算机中数制间数的转换
(一). 二 1. 二
十进制数的转换 十进制的转换
方法：按权展开，然后相加 例如：1011.1B=1×23+1×21+1×20+1×2-1=11.5
表示形式：定点二进制整数N的表示形式为： Sf 数 符 ………………………………… 尾数 ·
小数点位置 （隐含）
若 Sf =0，则N为正数. 若 Sf =1，则N为负数. 例：[+73]=0000 0000 0100 1001 例：[ -73]=1000 0000 0100 1001
应用例子：
模拟电压
微控制器原理
学习要求： 上课认真听讲 独立完成作业 认真做好实验 充分利用网络资源活学活用 最好结合实际题目学习
学习方法：动手实践 Practice is a best way to learning.
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。
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
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
单片机原理与应用技术第一章微型计算机系统基本知识
指令系统是单片机软件系统的核心，它规定了单片机能够执行的指令集合。指 令系统包括算术指令、逻辑指令、控制指令等，每种指令都有特定的功能和操 作码。
汇编语言
汇编语言是一种低级语言，与硬件直接相关，易于理解和编写。在单片机编程 中，汇编语言通常用于编写底层驱动程序和优化性能要求高的程序。
单片机的高级语言与编程
智能热量表
单片机可以实现热量表的自动读数和远程抄表功能。
单片机在其他领域的应用
医疗设备
单片机可以用于医疗设备 的控制和监测，如监护仪、 呼吸机等。
交通工具
单片机可以用于车辆的控 制系统和安全监测系统， 如汽车电子、轨道交通等。
物流行业
单片机可以用于物流设备 的控制和监测，如智能仓 储、智能物流等。
02
单片机的基本知识
单片机的定义与特点
总结词：概述
详细描述：单片机是一种集成电路芯片，它集成了中央处理器、存储器、输入输 出接口等计算机主要部件的功能，具有体积小、功耗低、可靠性高、价格便宜等 特点。
单片机的分类与选型
总结词
分类与选型
详细描述
根据不同的分类标准，单片机可以分为多种类型。按位数可分为4位、8位、16位和32位单片机；按结构可分为 CISC和RISC单片机；按指令集可分为冯诺依曼和哈弗结构单片机。在选型时，需要根据实际需求和应用场景选 择合适的单片机，考虑其性能、功能、成本等因素。
单片机的存储器
程序存储器
用于存储程序代码，如ROM、 EPROM、Flash等。
数据存储器
用于存储程序执行过程中的数 据，如RAM。
特殊功能寄存器
用于控制单片机各部分的工作 状态和参数设置。
存储器组织
根据不同需求，单片机内部存储 器可以分为不同的区域，如程序 存储器、数据存储器、堆栈等。
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第一章绪论1.1单片机的产生和发展1.1.1什么是单片机所谓单片机，就是把中央处理器CPU（Central Processing Unit）、存储器（Memory）、定时器、I/0（Input/Output）接口电路等一些计算机的主要功能部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
中文“单片机”的称呼由英文名称“SingleChip Microcomputer”直接翻译而来。
单片机把微型计算机的各主要部分集成在一块芯片上,大大缩短了系统内信号传送距离，从而提高了系统的可靠性及运行速度。
因而在工业测控领域中，单片机系统是最理想的控制系统。
所以，单片机是典型的嵌入式系统，是嵌入式系统低端应用的最佳选择。
1.1.2单片机技术发展的四个阶段单片机的发展经历了探索---完善---MCU化---百花齐放四个阶段。
1.芯片化探索阶段20世纪70年代，美国的Fairchild(仙童)公司首先推出了第一款单片机F－8；随后Intel公司推出了影响面大、应用更广的MCS48单片机系列。
MCS48单片机系列的推出标志着在工业控制领域，进入到智能化嵌入式应用的芯片形态计算机的探索阶段。
这就是Single Chip Microcomputer的诞生年代，单片机一词即由此而来。
这一时期的特点是：◆嵌入式计算机系统的芯片集成设计；◆少资源、无软件，只保证基本控制功能。
2．结构体系的完善阶段在MCS-48探索成功的基础上很快推出了完善的、典型的单片机系列MCS-51。
MCS-51系列单片机的推出，标志Single Chip Microcomputer体系结构的完善。
它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机的体系结构。
①完善的总线结构：◆并行总线：8位数据总线、16位地址总线及相应的控制总线，两个独立的地址空间；◆串行总线：通信总线，扩展总线。
②完善的指令系统：◆具有很强的位处理功能和逻辑控制功能，以满足工业控制等方面的需要；◆功能单元的SFR(特殊功能寄存器)集中管理。
③完善的MCS-51成为SCMC的经典体系结构。
日后，许多电气商在MCS-51的内核和体系结构的基础上，生产出各具特色的单片机。
3．从SCMC向MCU化过渡阶段Intel公司推出的MCS96单片机，将一些用于测控系统的模数转换器(ADC)、程序运行监视器(WDT)、脉宽调制器(PWM)、高速I/O口纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。
MCS-51单片机系列向各大电气商的广泛扩散，许多电气商竞相使用80C51内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、可靠性技术应用到单片机中；随着单片机内外围功能电路的增强，强化了智能控制器特征。
微控制器(Microcontrollers)成为单片机较为准确表达的名词。
其特点是：①满足嵌入式应用要求的外围扩展，如WDT、PWM、ADC、DAC、高速I/0口等。
②众多计算机外围功能集成，如：◆提供串行扩展总线：SPI、I2C、1－Wire；◆配置现场总线接口：CAN BUS。
③CMOS化，提供功耗管理功能。
④提供OTP供应状态，利于大规模和批量生产。
4．MCU的百花齐放阶段单片机发展到这一阶段，表明单片机已成为工业控制领域中普遍采用的智能化控制工具-----小到玩具、家电行业，大到车载、舰船电子系统，遍及计量测试、工业过程控制、机械电子、金融电子、商用电子、办公自动化、工业机器人、军事和航空航天等领域。
为满足不同的要求，出现了高速、大寻址范围、强运算能力和多机通信能力的8位、16位、32位通用型单片机，小型廉价型，外围系统集成的专用型，以及形形色色各具特色的现代单片机。
可以说，单片机的发展进入了百花齐放的时代，为用户的选择提供了空间。
这一时期的特点为：①电气商、半导体商的普遍介入②大力发展专用单片机③提高综合品质④C语言的广泛支持◆单片机普遍支持C语言编程，为后来者学习和应用单片机提供了方便；◆高级语言减少了选型障碍，便于程序的优化、升级和交流。
⑤多种选择下的选择原则◆寻求最简化的单片机应用系统；◆尽可能选择专用单片机；◆综合考虑下进行合理的选择。
1.1.3 单片机的发展趋势1．制作工艺CMOS化(全盘CMOS化)出于对低功耗的普遍要求，目前各大厂商推出的各类单片机产品都采用了CHMOS工艺。
80C51系列单片机采用两种半导体工艺生产。
2．尽量实现单片化尽管我们常说，单片机是将中央处理器CPU、存储器和I/O接口电路等主要功能部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机，但由于工艺和其它方面的原因，很多功能部件并未集成在单片机芯片内部。
3．共性与个性共存如今的市场上为我们提供了丰富多彩的单片机产品。
从宏观上讲，有RISC和CIS C两大类型；从微观上说，有Intel、Motorola、Philips、Microchip、EMC、NEC等公司的相关产品。
在未来相当长的时间内，都将维持这种群雄并起、共性与个性共存的局面。
1.1.4 单片机的应用范围单片机极高的可靠性，微型性和智能性（我们只要编写不同的程序后就能够完成不同的控制工作），单片机已成为工业控制领域中普遍采用的智能化控制工具，已经深深地渗入到我们的日常生活当中-----小到玩具、家电行业，大到车载、舰船电子系统，遍及计量测试、工业过程控制、机械电子、金融电子、商用电子、办公自动化、工业机器人、军事和航空航天等领域都可见到单片机的身影。
以下是一些应用举例：1、智能产品：例如传真打字机采用单片机，可以取代近千个机械器件；缝纫机采用单片机控制，可执行多功能自动操作、自动调速、控制缝纫花样的选择。
2、智能仪表：用单片机微处理器改良原有的测量、控制仪表，能使仪表数字化、智能化、多功能化、综合化。
而测量仪器中的误差修正、线性化等问题也可迎刃而解。
3、测控系统：例如温室人工气候控制、水闸自动控制、电镀生产线自动控制、汽轮机电液调节系统等。
4、数控型控制机：在目前数字控制系统的简易控制机中，采用单片机可提高可靠性，增强其功能、降低成本。
例如在两坐标的连续控制系统中，用8051单片机微处理器组成的系统代替Z-80组台系统，在完成同样功能的条件下，其程序长度可减少50％，提高了执行速度。
5、智能接口：微电脑系统，特别是较大型的工业测控系统中，除外围装置(打印机、键盘、磁盘、CRT)外，还有许多外部通信、采集、多路分配管理、驱动控制等接口。
1.1.5 MCS-51单片机的家族简介虽然目前单片机的品种很多，但其中最具代表性的当属Intel公司的MCS-51单片机系列。
MCS-51以其典型的结构、完善的总线、SFR的集中管理模式、位操作系统和面向控制功能的丰富的指令系统，为单片机的发展奠定了良好的基础。
近年来，80C51系列又有了许多发展，推出厂一些新产品，主要是改善单片机的控制功能，如内部集成了高速I/O口、ADC、PWM、WDT等，以及低电压、微功耗、电磁兼容、串行扩展总线、控制网络总线性能等。
◆ATMEL公司研制的89CXX系列是将Flash Memory(EEPROM)集成在80C51中，作为用户程序存储器，并不改变80C51的结构和指令系统。
◆Philips公司的83/87C7XX系列不改变80C51结构、指令系统，省去了并行扩展总线，属于非总线的廉价型单片机，特别适合于家电产品。
◆lnfineon(原Siemens半导体)公司推出的C500系列单片机在保持与80C51兼容的前提下，增强了各项性能，尤其是增强了电磁兼容性能，增加了CAN总线接口，特别适用于工业控制、汽车电子、通信和家电领域。
鉴于80C51系列在硬件方面的广泛性、代表性和先进性以及指令系统的兼容性，初学者可以选择51系列单片机作为学习单片机的首选类型，至于其它类型的单片机，在深入学习和掌握了80C51单片机之后再去学习已不是什么难事。
1.1.6主要单片机芯片厂商ATMEL公司的AVR单片机：是增强型RISC内载Flash的单片机，芯片上的Flash存储器附在用户的产品中，可随时编程、再编程，使用户的产品设计容易，更新换代方便。
A VR的单片机广泛应用于计算机外部设备，工业实时控制，仪器仪表，通讯设备，家用电器，宇航设备等各个领域。
Motorola是世界上最大的单片机厂商。
从M6800开始，开发了广泛的品种，4位，8位，16位32位的单片机都能生产，其中典型的代表有：8位机M6805，M68HC05系列，8位增强型M68HC11，M68HC12 ，16位机M68HC16，32位机M683XX。
Motorola单片机的特点之一是在同样的速度下所用的时钟频率较Intel类单片机低得多，因而使得高频噪声低，抗干扰能力强，更适合于工控领域及恶劣的环境。
MicroChip（微芯）单片机：MicroChip单片机的主要产品是PIC 16C系列和17C系列8位单片机，CPU采用RISC结构，分别仅有33，35，58条指令，采用Harvard双总线结构，运行速度快，低工作电压，低功耗，较大的输入输出直接驱动能力，价格低，一次性编程，小体积。
MDT20XX系列单片机：工业级OTP单片机，Micon公司生产，与PIC单片机管脚完全一致，海尔集团的电冰箱控制器，TCL通信产品，长安奥拓铃木小轿车功率分配器就采用这种单片机。
EM78系列OTP型单片机：台湾义隆电子股份有限公司，直接替代PIC16CXX，管脚兼容，软件可转换。
Scenix单片机：Scenix公司推出的8位RISC结构SX系列单片机与Intel 的Pentium II等一起被<<Electronic Industry Yearbook 1998>>评选为1998年世界十大处理器。
EPSON单片机：EPSON单片机以低电压，低功耗和内置LCD驱动器特点著名于世，尤其是LCD驱动部分做得很好。
目前EPSON已推出四位单片机SMC62系列，SMC63系列，SMC60系列和八位单片机SMC88系列。
东芝单片机：东芝单片机门类齐全，4位机在家电领域有很大市场，8位机主要有870系列，90系列，该类单片机允许使用慢模式，采用32K时钟时功耗降至10UA数量级。
东芝的32位单片机采用MIPS 3000A RISC的CPU结构，面向VCD，数字相机，图像处理等市场。
LG公司生产的GMS90系列单片机，与Intel MCS-51系列，Atmel 89C51/52，89C2051等单片机兼容，CMOS技术，高达40MHZ的时钟频率，应用于：多功能电话，智能传感器，电度表，工业控制，防盗报警装置，各种计费器，各种IC卡装置，DVD，VCD，CD-ROM。
华邦单片机：华邦公司的W77，W78系列8位单片机的脚位和指令集与8051兼容，但每个指令周期只需要4个时钟周期，速度提高了三倍，工作频率最高可达40MHz。