第1章 单片机基础知识

� MCS—51系列单片机的3种基本产品
8051：片内含有掩膜ROM型程序存储器； 只能由生产厂家代为用户固化； 批量大、永久保存、不修改时用。 8751：片内含EPROM型程序存储器； 用户可固化，可用紫外线光照射擦除； 但价格高。 8031：片内无程序存储器，可在片外扩展； 方便灵活，价格便宜。
单片机原理与应用
性 质：专业基础课 考核方式：考试 学 时：48 学 分：3
教材：《单片微型机—原理、应用与实验》
编著：张友德等 复旦大学出版社 参考书：
谢维成，清华大学出版社 2、《单片微型计算机与接口技术》 李群芳等，电子工业出版社 3、《单片机的C语言应用程序设计》 马忠梅等，北京航空航天大学出版社
考核方式
� 平时（作业、考勤和课外） 30% � 期末考试 70%
本课程学习的几点建议：
先行基础课程：电路、模拟电路、数字电路 这方面知识掌握得不够好的请自己补上 本课程是一门实践性、应用性很强的技术课 ,重在培养实践动手、应用能力 仅仅听懂还远远不够 仅仅听懂还远远不够, /软件同样重要、不可偏废 硬件 硬件/ 硬件是基础，软件是灵魂，相互配合，组成系统 预习、听课、复习思考、作业、实践环环都重要 用科学的方法学习，提高学习效率
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一、任意K进制数的表示
一般地，对任意一个 K进制数S都可表示为
(S ) k = S n −1 × K n −1 + S n − 2 × K n − 2 + ⋅ ⋅ ⋅ + S 0 × K 0 + S −1 × K −1 + ⋅ ⋅ ⋅ + S − m × K − m
n −1
=
i=−m
PC机： 上述部件以芯片形式安装在主板上。 单片机：上述部件被集成到单芯片中。 PC 包括：键盘、显示器、鼠标、硬 /软/ 通用 通用PC PC包括：键盘、显示器、鼠标、硬 包括：键盘、显示器、鼠标、硬/ 光驱、音箱、打印机、扫描仪…等外设。 单片机则只是一片集成电路。（……100 、 100、 、40 、32 、28 、20 、16 、8条引脚） 。 48 48、 40、 32、 28、 20、 16、 条引脚）。
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微型计算机基本形成了两大分支
1 、 PC 机： PC 机系统全力实现海量高 速数据处理，兼顾控制功能。 2、单片机：单片机系统全力满足测控对象 的测控功能，兼顾数据处理能力。
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单片机与PC机之异同（1）
组成：
CPU(进行运算、控制) I/O口(串口、并口等) RAM(数据存储器) ROM(程序存储器)
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1.2 单片机发展及应用
一、单片机发展
微型计算机的核心部分：微处理器的发展已经历了五代。 第一代（1971—1973）：4位→8位（初级） 第二代（1973—1975）：8位（初级） 第三代（1975—1978）：初级8位单片机 Intel Intel MCS—48系列单片机 MCS—51系列单片机→16位、32位 第四代（1978—80年代中期）：高档8位单片机 第五代（80年代中期至今）：→64位
二、单片机应用
• 工业自动化方面： 力、热、速度、加速度、位移。 • 仪器仪表： 降低成本、简化系统结构、提高可靠性。 • 家用电器： 小家电中要求小型价廉、程序容量不大。 • 信息和通信产品： PDA 则要求大容量存储、大屏幕LCD显 示、极低功耗等。 • 军事装备方面： 可靠性、极低功耗。
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单片机通常是指芯片本身，集成的是一些基本组成部分。是典型 的嵌入式系统的主要构成单元，只能作为嵌入式应用，即嵌入 到对象环境、结构、体系中作为其中的一个智能化控制单元。 如：洗衣机、电视机、VCD、DVD等家用电器，打印机、复印 机、通信设备、智能仪表、现场总线控制单元等。 单片机系统是在单片机芯片的基础上扩展其它电路或芯片构成的 具有一定应用功能的计算机系统。如数字频率计等。 单片机应用系统中包括了满足对象（如洗衣机）要求的全部硬件 电路和应用软件。构成各种嵌入式应用的电路系统，统称为单 片机应用系统。 单片微机应用系统结构通常分三个层次，即单片机、单片机系统、 单片机应用系统。
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）。
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三、单片机的程序设计语言和软件
有三类 机器语言（Machine Language) 汇编语言 (Assemble) 高级语言 (High Level Language)
机器语言： 单片机应用系统只使用机器语言（指令的二进制代码， 又称指令代码）。机器语言指令组成的程序称目标程序。 MCS-51两个寄存器相加的机器语言指令：00101000 汇编语言： 与机器语言指令一一对应的英文单词缩写，称为指令助 记符。汇编语言编写的程序称为汇编语言程序。 MCS-51两个寄存器相加汇编语言指令：ADD A，R0
2. 3.
第五版 2006年10月
参考网址
周立功单片机 4. 单片机学习网站
1、《单片机原理与应用及C51程序设计》 1.
课程目标
� 建立起单片机的整体概念； � 理解单片机硬件系统各部分的构成及工作原理； � 掌握单片机指令系统、汇编语言程序设计方法， 掌握单片机硬件的设计及调试方法； � 培养单片机应用系统的设计、程序编写与调试能 力。
80C51单片机系列
INTEL公司先后推出了三个系列的单片机： MCS—48系列 MCS—51系列 MCS—96系列典型产品： 8096 8098 （准） 80C196 80C198 （准） C51增加了一些外部接口功能单元， 新一代80 80C 如A/D，PCA，WDT等。 PHILIPS ：80C51 ATMEL(Flash ROM)：AT89C51 CHMOS：低功耗，高速度和高密度 (HMOS) 待机和掉电保护
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MCS-51单片机系列
MCS-51系列基本产品型号： 8051、8031、8751称为 51子系列。 不同型号 MCS-51 单片机 CPU 处理能力和指令系 统完全兼容，只是存储器和 I/O接口的配置有所不同。
硬件配置基本配置：
1. 2. 3. 4. 5. 6. 8位CPU 片内ROM/EPROM、RAM 片内并行 I/O接口 片内16位定时器/计数器 片内中断处理系统 片内全双工串行I/O口
单片机技术的应用遍布国民经济与人民生活的各个领域
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�单片机的应用领域
1、用单片机构成智能化产品： � 在智能仪器仪表中的应用； � 在家用产品中的应用； � 在医疗仪器中的应用； � 在计算机外部设备中的应用。 2、单片机在工业测控领域中的应用： � 过程控制： 数控铣床、步进控制、生产流水线等； � 数据采集； � 信号处理； � 旧设备的改造。
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单片机与PC机之异同（3）
应用特点： 个人计算机（微机）：
体积大，功耗大，价格高，用途较固定，属通 用计算机。易于学习掌握和使用，但用于控制时必 须制作或购买专用的接口卡，并编制专门的应用软 件。
单片机：
体积小，功耗小，价格低，用途灵活，无处不 在，属专用计算机。是一种特殊器件，需经过专门 学习方能掌握应用，应用中要设计专业的硬件和软 件。
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低档型：8021、8022 MCS—48 基本型：8048、8748、8038 （从1976年起） 改进型：8049、8749、8039和8050、 8750、8040 基本型：8051、8751、8031 改进型：8052、8752、8032 MCS—51 （从1980年起） 低功耗型：80C51、87C51、80C31 强性能型：83C252、87C252、80C252 早期产品： 8X9X（8096） MCS—96 改进型： 8X9XBH、8X9XJF （从1983年起） 新产品： 8098（准） 强功能型：80C196、80C198（准）
1.3 计算机中数的表示、编码
1.3.1 计算机中数的表示与运算 1.3.2 计算机中的编码
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1.3.1 计算机中数的表示与运算
了解：各种计数制的特点及表示方法； 掌握：各种计数制之间的相互转换。
•
常用计数制 十进制——符合人们的习惯 二进制——便于物理实现 十六进制——便于识别、书写
不同计算机语言的应用：
源程序通过编译得到机器能执行的目标程序。 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。实际应用中，常与 C语言配合使用。 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。
地址总线 AB
C P U
存 储 器
I/O 接 口
输 入 设 备
I/ 口
数据总线 DB 控制总线 CB
AB: Address Bus，DB: Data Bus，CB: Control Bus
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单片微型计算机
单片微机是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）， 将计算机的基本部件微型化，使之集成在一块芯片上。又称微 控制器（Microcomputer Unit）。