1 单片机概述37961
第1章 单片机概述
第一章单片机概述1.1微机的产生与发展1.1.1 微机的发展微型计算机自出现以来，便以其集成度高、功能强、体积小、功耗低、价格廉、灵活方便等一系列优点，广泛应用于国防、航空航天、海洋、地质、气候、教育、经济、日常生活的各个领域，并发挥着巨大的作用。
自第一台微型计算机MCS-4诞生后，一直到现在，微型计算机的发展非常迅速，对于微型计算机的发展，一般以字长和典型的微处理器芯片作为划分标志，将微型计算机的发展划分为五个阶段。
第一个阶段(1971年～1973年)主要是字长为4位的微型机和字长为8位的低档微型机。
这一阶段的典型微处理器有：世界上第一个微处理器芯片4004，以及随后的改进版4040，它们都是字长为4 位的。
在随后的第二年，Intel又研制出了字长为8位的处理器芯片8008，集成度和性能都有所提高。
第一代微型机就采用了PMOS工艺，基本指令时间约为10～20μS，字长为4位或8位，指令系统比较简单，运算功能较差，速度较慢，系统结构仍然停留在台式计算机的水平上，软件主要采用机器语言或简单的汇编语言，其价格低廉。
第二个阶段（1974年～1978年）主要是字长为8位的中、高档微型机。
这一阶段典型的微处理器芯片有：Intel公司的I8080、I8085，Motorola公司的M6800等。
第二代微型机的特点是采用NMOS工艺，集成度提高1～4倍，运算速度提高10～15倍，基本指令执行时间约为1～2μS，指令系统比较完善，已经具有典型的计算机系统结构以及中断DMA等控制功能，寻址能力也有所增强，软件除采用汇编语言外，还配有BASIC、FORTRAN、PL/M等高级语言及其相应的解释程序和编译程序，并在后期开始配上操作系统。
第三个阶段（1979年～1985年）主要是字长为16位的微型机。
这一阶段典型的微处理器芯片有：Intel公司的8086/8088/80286，Motorola公司的M68000等。
第三代微型机的特点是采用HMOS工艺，基本指令时间约为0.05μS，从各个性能指标评价，都比第二代微型机提高了一个数量级，已经达到或者超过中、低档小型机的水平。
1.1 单片机概述
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。
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3. MCS-51系列
• 单片机的应用特性 （1）集成度高
MCS-51系列单片机代表产品为8051，8051内部包含4KB的ROM、 128B的RAM、四个8位并行口、一个全双工串行口、两个16位定时 器/计数器以及一个处理功能强大的中央处理器。 （2）系统结构简单
单片机是单片微型计算机的简称。
单片机主要应用于控制领域，它的结构与指令功能都是按 照工业控制要求设计的，故又称为微控制器（Micro Controller Unit）。在国际上，“微控制器”的叫法更通用 些，在我国比较习惯“单片机”这一名称。
由于单片机在应用时通常是被控系统的核心并融入其 中，即以嵌入的方式工作，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。
MCS-51系列单片机指令系统中具有加、减、乘、除指令，各 种逻辑运算和转移指令，还具有位操作功能。CPU时钟频率高达 12MHz，单字节乘法和除法仅需要4μs，而且具有特殊的多机通信 功能，可作为多机系统中的子系统。
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• 单片机的制造工艺 MCS-51是一个制单造片机单系列片产机品，的具有工多艺种芯只片型有号两。 种：HMOS工艺和CHMOS工艺。 第它四是阶 把段组（成1微9早型83计年期算～机的现的在M各）C功：S能8-位部5单件1片系：机中列巩央固处芯发理展片器及C都P16U位、采单随用片机机存H推取M出存O阶S储工段器。R艺AM，、只即读存高储密器R度OM、、I/短O接沟口电道路、定时器/计数器以及 串另行一通 方M信面OS接不工口断等完艺制善作高。在档8一8位0块5单集1片成、机芯，8片改7中5善，1其构、结成构8一，0个3以完1满整、足的不8微同9型5的计1用算等户机需产。要品。 均属于HMOS工艺制造的 产品。 例如80C51，就是指用CHMOS工艺制造的8051。
第一章单片机概述
的内部结构
时钟电路 ROM RAM 定时/计数器
CPU
中断控制
T0 64KB总线 T1 扩展控制器
串行口
INT0 INT 1
的结构方块图
并行 接口
串行 接口
地址寄存 器
驱动器 锁存器
总 体 结 构 框 图
P2口 地址总线
单片机的硬件特性
1. 集成度高; 2. 、（，无）、（） 3. 个位定时计数器、个位并行口、全双工并行口 . 系统结构简单、使用方便、模块化; . 可靠性高（达 小时无故障）； . 功能强、速度快（执行最长指令只需 ） ； . 属工业品（比商用品可靠、比军用品价廉） 。
单片机的应用
数据总线送； ③， ④ 分析指令，完成指令功能 ⑤ 按以上步骤执行下一条指令。
存储器 指令 指令 指令 指令 ▪ ▪ ▪
CPU
计算机的工作过程
① 的指令地址放到地址总线； ② 按地址从存储器中取出指令，
数据总线送； ③， ④ 分析指令，完成指令功能 ⑤ 按以上步骤执行下一条指令。
存储器
指令
指令
指令
PSEN ALE EA RST
寄存器
指
定时 令
及寄
控制
存 器
1
暂存
暂存
P1锁存器 P1驱动器
驱动器 锁存器
*
*
*
*
中断、串行口、定时器
程序地址 寄存器
缓冲器
P3锁存器 P3驱动器
中央处理单元
地址寄存 器
驱动器 锁存器
驱动器 锁存器
寄存器
暂存
第一课 单片机概述
第一课单片机概述一、单片机及其型号1．何谓单片机一台能够工作的计算机要有这样几个部份构成：CPU（进行运算、控制）、RAM（数据存储）、ROM（程序存储）、输入/输出设备（例如：串行口、并行输出口等）。
在个人计算机上这些部份被分成若干块芯片，安装一个称之为主板的印刷线路板上。
而在单片机中，这些部份，全部被做到一块集成电路芯片中了，所以就称为单片（单芯片）机，而且有一些单片机中除了上述部份外，还集成了其它部份如A/D，D/A等。
(价格与体积)天！PC中的CPU一块就要卖几千块钱，这么多东西做在一起，还不得买个天价！再说这块芯片也得非常大了。
不，价格并不高，从几元人民币到几十元人民币，体积也不大，一般用40脚封装，当然功能多一些单片机也有引脚比较多的，如68引脚，功能少的只有10多个或20多个引脚，有的甚至只8只引脚。
为什么会这样呢？功能有强弱，打个比方，市场上面有的组合音响一套才卖几百块钱，可是有的一台功放机就要卖好几千。
另外这种芯片的生产量很大，技术也很成熟，51系列的单片机已经做了十几年，所以价格就低了。
（功能）既然如此，单片机的功能肯定不强，干吗要学它呢？话不能这样说，实际工作中并不是任何需要计算机的场合都要求计算机有很高的性能，一个控制电冰箱温度的计算机难道要用P IV吗？应用的关键是看是否够用，是否有很好的性能价格比。
所以8051出来十多年，依然没有被淘汰，还在不断的发展中。
2、MCS51单片机和8051、8031、89C51等的关系我们平常老是讲8051，又有什么8031，现在又有89C51，它们之间究竟是什么关系?MCS51是指由美国INTEL公司（对了，就是大名鼎鼎的INTEL）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8031，8051，8751，8032，8052，8752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。
第1章单片机概述及数制转换课件
1.1.1 单片机的名称
单片微机是早期Single Chip Microcomputer的直译，它忠实地反映 了早期单片微机的形态和本质。
单片微型计算机简称单片机（Single Chip Microcomputer）， 又称微控制器（Microcomputer Unit）。
将计算机的基本部件微型化，使之集成在一块芯片上。 片内含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、 中断控制、系统时钟及总线等。 随后，按照面向对象、突出控制功能，在片内集成了许多外围电路及 外设接口，突破了传统意义的计算机结构，发展成microcontroller的体 系结构，目前国外已普遍称之为微控制器MCU（Micro Controller Unit）。 鉴于它完全作嵌入式应用，故又称为嵌入式微控制器Embedded Microcontroller）。
1.2.1 单片机发展概述
第1阶段(1974—1976年)：初级单片机阶段 1974年，美国Fairchild(仙童)公司研制出世 界上第一台单片微型计算机F8，深受家用 电器和仪器仪表领域的欢迎和重视，从此拉 开了研制单片机的序幕。 这个时期生产的单片机特点是制造工艺落 后、集成度低。
第2阶段(1976—1978年)：低性能单片机阶 段已能在单块芯片内集成有CPU、并行口、定 时器、RAM和ROM等功能，但CPU功能还不太强， I/O的种类和数量少，存储容量小，只能应用 于比较简单的场合。
源程序
编译 程序
目标程序
汇编语言程序可以高效率利用计算机资源，目标程序占用 内存少，执行速度快，适合于自动测控系统反应快速、结构紧 凑的要求。
高级语言程序容易掌握，通用性好，但编译程序系统开销 大，目标程序占用内存多，且执行时间比较长，多用于科学计 算、工业设计、企业管理。
前言第一章单片机概述
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。
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。
单片机概述
第1章 单片机概述
十进制数
8421 BCD码
十进制数
8421 BCD码
0 1 2 3 4
0000 0001 0010 0011 0100
5 6 7 8 9
0101 0110 0111 1000 1001
第1章 单片机概述
注：在BCD码中，不使用1010（0AH）～1111 （0FH）。 例如: （1） 78.43 ＝ (0111 1000 . 0100 0011)BCD （2） (0110 1001 . 0001 0101)BCD ＝ 69.15
方式分类：
第1章 单片机概述
掩膜ROM PROM EPROM E 2 PROM 静态RAM 动态RAM
பைடு நூலகம்
ROM 存储器
RAM
可现场改写的非易失存储器
1、只读存储器ROM（Read Only Memory） ROM在设计之初是只能读出不能写入，特点是掉电后信 息不会丢失。因此一般用来存放固定程序、数据表、字库等。 （1）掩膜ROM 也称固定ROM，是由厂家编好程序写入ROM供用户使 用，用户不能更改它。
第1章 单片机概述
第1章 单片机概述
第1章 单片机概述
单片机和微处理器
微计算机技术的发展，形成了两大分支：微处理器和单 片机。 微处理器MPU（Micro Processor Unit）是计算机的核心 部件，计算机系统的主要用途是科学计算、数据处理、图象 分析、数据库管理、人工智能、数字模拟和仿真等。为了满 足人们对海量数值运算的需求，8位、16位的MPU已被淘 汰，32位机也以每两三年换代一次的速度发展。 单片机MCU主要用于控制目的。要求构成的检测控制系 统有实时、快速的外部响应，能迅速采集到大量数据，做出 逻辑判断与推理后实现对被控制对象的参数调整与控制。单 片的发展方向现在仍是以8位为主，32为辅。