51单片机的硬件与工作原理

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1971年，美国Intel公司研制出了Intel4004微
处理器芯片，以它为核心的MCS-4计算机，由该公
司年轻工程师马西安·霍夫研制，标志了世界上第
一台微机的诞生，至今，已经历了五代：
• 第一代：1971~1973，4位和低档8位机，典型代表
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Intel4004，Intel8008。
• 第二代：1974~1978，中档8位机，典型代表
I/O）。
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至今经历四代：
• 第一代：1974~78，典型代表如Intel公司的MCS-48
型
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8位单片机，采用8位CPU、2个 I/O口、8位
•
定时器/计数器、64 RAM/ 1K ROM、简单
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中断，寻址小于4K，且无串行口。
第二代：1978~83，高档8位单片机，如MCS-51，
•
MC6801，Zilog公司的Z8等。
wenku.baidu.com
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• （1）硬件：
• 基本组成：运算器、控制器、存储器、
•
输入/输出设备及接口。
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— 冯 ·诺依曼结
构
• 中心思想是存储程序原则：
• 指令和数据一起以二进制的形式存放在 存储器中。
•
由计算机之父美籍匈牙利数学家
冯 ·诺依曼1945年3月提出，标志着电子计
算机时代的真正开始。
• 结构如图1-1所示：
问世经历了一个漫长的阶段。
• 2、发展
• ENIAC： 5千次/秒，18000个电子管
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电子管式→晶体管式→中小规模集成电路→
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↑1946 ↑1958
↑1965
• → 大、超大规模集成电路（微机时代） 四代。
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↑1971 Intel4004： 6万次/秒，2300只/3×4㎜2
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3、基本结构
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• • 引例：
• 第四代：90年代至今，高档16位产品和32位产品的
• 2、微型计算机的分类
• * 独立使用式微机：PC机
• * 嵌入式微机：
• (1) 单片机：CPU、存储器、I/O接口等集成在
•
一 块硅片上
• (2) 单板机：CPU、存储器、I/O接口等装配在
•
一块电路板
• (3) 多板机：CPU、存储器、I/O接口等分做在
•
多块电路板上
• 3、微型计算机的发展
• 一、电子计算机
• 以存储程序的方式、自动地进行算术和逻辑运算 • 的数字电子装置称电子计算机
• 1、历史
• 1946年2月15日，世界上第一台数字式电子计算机 • 是在美国费城宾夕法尼亚大学莫尔学院研制成功并
运行，名为(ENIAC)。1955年10月切断电源。 • 从公元10世纪中国古代的算盘到现代计算机的
•
增 加 功 能 ： 串 行 I/O 、 多 级 中 断 、 16 定 时 / 计
数 器 、 片 内 RAM/ROM 增 大 ， 寻 址 64K ， 片 内
带A/D转换器接口。
第 三 代 ： 1983~90 年 代 初 ， 16 位 单 片 机 出 现 ， 如 MCS-
96 系 列 的 8096 、 8098 芯 片 。 增 加 性 能 ： 16 位 CPU ， RAM/ROM 增 大 ， 中 断 能 力 增 强 、 A/D 、 HSIO等
•
Intel8080，MC6800，ZILOGZ80
•
APPLE 6502等。
• 第三代：1978~1981，16位机，1981年，IBM公司
•
推出了以Intel8088为CPU的PC个人电脑。
• 第四代：1981~1992，32位微机，如
•
Intel80386，Motorola MC68020
• 第五代：1993~至今，64位微机，奔腾微处理器芯 片
３、一般要求：
能够根据网上的芯片资料进行接口设计 能够根据用户提出的要求设计并开发简单仪器设备 能根据新单片机的说明书进行设计
课程及要求
４、学习方法 理论联系实际 设计实际项目 动手制作项目
５、课程安排 见首页。
• 微型计算机系统基本知识
•
§1-1 概述
•
§1-2 微型计算机基础
• 第一章 微型计算机系统基本知识 • §1-1 概述
逻辑结构 CPU内部 接口芯片
Both
硬件结构 CPU内部
Both
EDA
初级 基本 高级
对象
板块 编程芯片 定制芯片
方法
绘原理图—仿真—设计PCB 以上加编程—仿真—调试 编程（硬件）—仿真—调试
典型例
Protel MCU/CPLD/FPGA/DSP
专用工作站
课程及要求
2、基本要求：
明确基本结构 读懂程序 懂简单接口 会编写简单程序 会进行简单设计
• 三、单片机概述
• 单片微型计算机：Single-Chip Microcomputer
•
One-Chip Microcomputer
•
在一片芯片上集成CPU、存储器、I / O接口
等组成一台完整的微型计算机。
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单片机作为工业控制和数据处理的计算机，
也被称为“微控制器”、 “微处理器”（Micro-
controller, Micro-processor）。
• 主要有：4位、8位、16位、32位等
• 1、单片机发展情况：
•
从1974年12月，仙童（Fairchild）公司
首先推出8位单片机F8，采用：
•
•
双片形式F8（8位CPU＋64RAM＋2个并行I/O
口）＋3851（1K ROM＋定时器/计数器＋ 2个并行
运算器和控制器两大组成部分。
•
如果中央处理器的电路集成在一片或少数几片
大规模集成电路芯片上，就成为微处理器（MPU）。
• (2) 微型计算机、微型计算机系统
•
以微处理器为核心，加配存储部件和输入输出
部件而成为微型计算机。
•
以微型计算机为基础，加上外围设备、
电源、系统软件等就构成微型计算机系统
•
微机系统的组成可小结如下：
单片机系统设计
第1讲、51单片机的硬件与工作原理 第2讲、单片机的C语言设计 第3讲、51单片机的片内系统 第4讲、单片机的系统扩展
课程及要求
课程 微机原理 接口技术 单片机
1、课程的地位
模块功能 CPU内部 接口芯片
Both
模块使用 CPU内部
连接 Both
内部寄存器 CPU内部 接口芯片 Both
• （2）软件
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是计算机上运行的程序，是计算机系统中的
逻辑部件而不是物理部件，是人的思维结果，它
总是要通过某种物理介质来存储和表示的。其分
类如下：
• 二、微机 • 1、微处理器、微型计算机、微型计算机系统
• (1) 中央处理器Central Processing Unit-CPU
•
负责取指，执指，实现操作的核心部件，包括