单片机应用技术第1章单片机基础知识
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。
单片机应用技术(C语言版)王静霞
8031
8051 8751 89C51
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 24 22 21
VCC P0. 0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA ALE PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0
什么是单片机
T INT
定时器/计数器
中断系 统
P0-P3
并 行 I/ O 口
CPU
存储 器
串 行 I/ O 口
TxD RxD
单片机应用系统
单片机应用系统
单片机应用系统由硬件和软件组 成 硬件是应用系统的基础
单 片 机
＋
接口 电路 及外 设等
＋
软 件
软件是在硬件的基础上对其资源 进行合理调配和使用，从而完成 应用系统所要求的任务，二者相 互依赖，缺一不可
MCS-51单片机信号引脚简介
P1. 0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST RXD/ P3. 0 TXD/ P3.1 INT0/ P3.2 INT1/ P3.3 T0/ P3.4 T1/ P3.5 WR/ P3.6 RD/ P3.7 XTAL2 XTAL1 VSS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
3）机器周期 一个机器周期分为6个状态：S1～S6。每个状态又分为 两拍：P1和P2。因此，一个机器周期中的12个时钟周 期表示为： S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、…、S6P2。
时 序
4)指令周期 是执行一条指令所需的机器周期数。 小提示 当振荡脉冲频率为12 MHz时, 一个机器周期 为1µs；当振荡脉冲频率为6 MHz时，一个机 器周期为2 µs。
单片机基础教程第一章概述
存储器
存储器是单片机中用于存储程序代码 和数据的部件。根据其作用和特点， 可以分为程序存储器和数据存储器。
存储器的容量决定了单片机能够存储的 程序代码和数据的大小，常见的存储器 容量有64KB、128KB、256KB等。
程序存储器用于存储程序代码，如汇 编语言或C语言编写的程序。数据存 储器用于存储临时数据或工作变量。
单片机基础教程第一 章概述
目录
• 单片机简介 • 单片机的基本组成 • 单片机的工作原理 • 单片机的学习方法与建议
01
单片机简介
单片机的定义
总结词
单片机是一种集成电路芯片，集成了中央处理器、存储器、输入输出接口等计算机主要功能模块，具有微型化、 集成度高、可靠性强的特点。
详细描述
单片机是一种集成电路芯片，它将中央处理器、存储器、输入输出接口等计算机主要功能模块集成在一块芯片上， 实现了微型化、集成度高、可靠性强的特点。单片机可以通过编程实现各种数字和模拟信号的处理和控制，广泛 应用于工业控制、智能仪表、智能家居等领域。
令、控制指令等。
单片机指令中操作数的寻 址方式，如直接寻址、间 接寻址、寄存器寻址等。
指令执行周期
单片机执行一条指令所 需的时间，通常以机器 周期或时钟周期表示。
指令格式
单片机的指令格式，包 括操作码和操作数等部
分。
单片机的编程语言
01
02
03
汇编语言
使用助记符和符号表示指 令，易于理解和记忆。
C语言
学习单片机编程语言
实践应用与项目开发
根据所使用的单片机型号和开发环境，学 习相应的编程语言和开发工具，如C语言、 汇编语言等。
通过实践应用和项目开发，加深对单片机 应用的理解，提高实际操作能力和解决问 题的能力。
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。
单片机基础知识
3. 控制引脚(4根)
PSEN (29脚)：片外ROM读选通信号端。当访问外部程序存储
器时，此引脚输出负脉冲选通信号，16位地址数据将出现在P0和 P2 口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入 并执行。
EA/Vpp (31脚)：外部程序存储器地址允许输入端。
当EA接高电平时，CPU执行片内ROM指令，但当PC值超过0FFFH时， 将自动转去执行片外ROM指令；当EA接低电平时，CPU只执行片外ROM 指令。
以直接输出大电流和高电压，以便能直接驱动LED和VFD（荧光 显示器）。 （2）有些单片机设置了一些特殊的串行I/O功能，为构成分布式、 网络化系统提供方便条件。
4．低功耗化
CMOS化，功耗小，配置有等待状态、睡眠状态、关闭状态等 工作方式。消耗电流仅在µA或nA量级，适于电池供电的便携式、 手持式的仪器仪表以及其它消费类电子产品。
36 P0.3
V (40脚)：电源端，接+5V电源。
CC
P1.5 6 P1.6 7
P1.7 8
35 P0.4 34 P0.5
33 P0.6
RST/VPD 9 8051 32 P0.7
RXD/P3.0 10
31 EA/VPP
VSS(20脚)：接地端。
TXD/P3.1 11 INT0/P3.2 12 INT1/P3.3 13
P3 口
17XTAL1 19
22 P2.1
VSS 20
21 P2.0
8051的 40个引 脚可分
为：
图 2-3 8051 单片机引脚图
.0 1 P1.1 2
40 VCC 39 P0.0
P1.2 3
38 P0.1
第1章 51单片机的基础知识
第1章 51单片机的基础知识51单片机是一种广泛应用的嵌入式微控制器，具有强大的功能和灵活性。
在学习和使用51单片机之前，了解其基础知识是至关重要的。
本章将介绍51单片机的基础知识，包括硬件结构、寄存器、指令集和编程语言。
1.1 51单片机的硬件结构51单片机的硬件结构是指其内部的组成部分和外部连接。
51单片机包含中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O)口、定时器/计数器、串行通信口等功能模块。
这些功能模块共同协作，完成各种任务。
1.1.1 中央处理器(CPU)51单片机的中央处理器是核心部件，负责执行指令、控制程序运行和处理数据。
51单片机采用哈佛结构，将程序存储器和数据存储器分开。
它包含一个8位的累加器(A)和一个指令寄存器(IR)，用于指令的执行。
1.1.2 存储器51单片机的存储器包括程序存储器和数据存储器。
程序存储器用于存储程序指令，可以是内部存储器或外部存储器。
数据存储器用于存储程序运行中产生的数据，包括RAM和ROM。
1.1.3 输入/输出(I/O)口51单片机具有一定数量的I/O口，用于与外部设备进行数据交互。
输入口用于接收外部信号，输出口用于发送数据或控制外部设备。
它们可以是并行口或串行口，根据需要进行配置。
1.1.4 定时器/计数器定时器/计数器是51单片机的重要组成部分，用于产生定时延迟和计数脉冲。
定时器可以设置为定时模式或计数模式，定时器中断可用于实现时间控制和精确计时。
1.1.5 串行通信口串行通信口是51单片机与外部设备进行串行通信的接口，常用的有UART和SPI。
它们通过串行传输数据，实现与外部设备的数据交换和通信。
1.2 51单片机的寄存器51单片机具有一组特殊功能寄存器，用于配置和控制其各项功能。
这些寄存器负责存储和传输数据，执行各种功能操作。
常见的寄存器包括通用寄存器、状态寄存器、特殊功能寄存器等。
1.2.1 通用寄存器通用寄存器是用于存储临时数据的寄存器，包括8个存储器编号，分别为R0 - R7。
单片机应用技术(C语言版)王静霞
什么是单片机
T INT
定时器/计数器
中断系 统
P0-P3
并 行 I/ O 口
CPU
存储 器
串 行 I/ O 口
TxD RxD
单片机应用系统
单片机应用系统
单片机应用系统由硬件和软件组 成 硬件是应用系统的基础
单 片 机
＋
接口 电路 及外 设等
＋
软 件
软件是在硬件的基础上对其资源 进行合理调配和使用，从而完成 应用系统所要求的任务，二者相 互依赖，缺一不可
8051单片机的基本组成
中央处理器CPU：8位，运算和控制功能 内部RAM：共256个RAM单元，用户使用前128个单元， 用于存放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。 内部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表格。 定时/计数器：两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功能。 并行I/O口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。 串行口：一个全双工串行口。 中断控制系统：5个中断源（外中断2个，定时/计数中断2个， 串行中断1个） 时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHZ和 12MHZ
MCS-51单片机信号引脚简介
P1. 0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST RXD/ P3. 0 TXD/ P3.1 INT0/ P3.2 INT1/ P3.3 T0/ P3.4 T1/ P3.5 WR/ P3.6 RD/ P3.7 XTAL2 XTAL1 VSS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
单片机硬件结构
T0 T1
时钟电路
ROM
RAM
单片机技术及应用第一章单片机基础知识-PPT文档资料67页
计算机中数和字符的表示
1. 概述 2. 无符号数的表示 3. 有符号数的表示 4. 定点数和浮点数 5. 计算机中的二进制编码
有符号数的表示
1．机器数与真值 计算机中的数是用二进制表示的，数的符号也是用
二进制表示的。通常一个数的最高位为符号位，为0表 示正数，为1表示负数。若字长为8位的计算机，则D7为 符号位，D6～D0为数值位。
• 2. 8位单片机
•
8位单片机年产量目前已达到十亿片，约占当
年单片机产量的70%。主流机型是Intel公司的
8051及其系列产品和派生产品。风靡全球的IC卡，
大多采用此单片机构造。Motorola公司的6800
（6502）派系也是很有名气的。其中MC68HC11
是功能很强的8位单片机，具备16位机的I/O功能。
单片机也开始尝试使用高级语言，其中编译型语言 有Pl、M5l、C-5l、C、MBASIC-51等，解释型的有 MBASIC和MBASIC-52等。
1.1.3 单片机的发展概况
目前国际市场上8位、16位单片机系列已有 很多，但是，在国内使用较多的系列是Intel公司 的产品，其中又以MCS-51系列单片机应用尤为 广泛，二十几年经久不衰，而且还在更进一步发 展完善，价格越来越低，性能越来越好。单片机 技术正以惊人的速度向前发展，就市场上已出现 的单片机而言，其技术革新与进步主要表现在以 下几个方面：
2. 智能仪表中的应用
用单片机制作的测量、控制仪表，能使仪表 向数字化、智能化、多功能化、柔性化发展，并 使监测、处理、控制等功能一体化，使仪表重量 大大减轻，便于携带和使用，同时降低了成本， 提高了性能价格比。如数字式RLC测量仪、智能 转速表、计时器等。
单片机应用(共8张PPT)
这些家电的身价。如微控制器控制的智能化电饭煲、全自动洗衣机、电冰箱、空调、彩电等，五花 八门，无所不在。
单片机应用
单片机原理与应用
单片机的应用
（3）计算机外设控制 第一章 单片机基础知识
结合不同（类型3）的传计感算器，机还外可设实现控各制类物理பைடு நூலகம்的精密测量，如温度、湿度、流量、流速、电压、频率等。
例如，驱有动些微器型中打，印大机多内采部采用用80840385微单控片微制机器控，制控，能制打主印轴点电阵汉机字的，启可停与一和般转的速微，机配控接制。步进电机的精确步距，从而保证磁 归微纳控起 制头来器的，的微应精控用确制范寻器围道的广主阔和要，定应在位用家。有用以电下器、5个医方疗面设。备、测控仪表、计算机外设、数控机床、尖端武器、机器人和航空航天中都得到了广泛的应
（5）多机系统中的测控 微控制器所具备的通信接口，能方便地实现微控制器与微控制器之间、微控制器与计
算机之间的数据通信。
单片机应用
单片机原理与应用
S 小 结 第一章 单片机基础知识
结合不同类型的传感器，还可实现各类物理量的精密测量，如温度、湿度、流量、流速、电压、频率等。 （5）多机系统中的测控 微控制器所具备的通信接口，能方便地实现微控制器与微控制器之间、微控制器与计算机之间的数据通信。
用结，合成 不为同无控类制型线系的电统传中感对重器讲要，的还机智可等能实。化现芯各综片类上。物理所量述的，精密微测控量，制如器温度已、成湿为度、计流算量、机流发速展、电和压应、频用率的等。一个重要方面。
微控制器在医疗设备中也用得相当广泛，如呼吸机、监护仪、超声诊断设备及病床呼叫系统等。
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。
第一章单片机原理及应用(张毅刚主编).
20世纪70年代问世。 已广泛应用在： 工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用
电器、电力电子、机电一体化设备等方面。
1.1 什么是单片机 在半导体硅片上集成了微处理器(CPU)，存储器
(RAM、ROM、EPROM)和各种输入、输出接口。
具有一台计算机的属性。也称为： • 微控制器 MCU(MicroController Unit) • 嵌入式控制器 EMCU（Embedded icroController
在下述的各个领域广泛的应用：
1. 工业自动化 2. 智能仪器仪表 3．消费类电子产品 4. 通讯 5．武器装备 6．终端及外部设备控制 7．多机分布式系统
1.6 MCS-51系列单片机
20世纪80年代后期:Intel公司以专利的形式把 8051内核技术转让给厂家。
如：AMTEL、PHILIPS、ANALOG DEVICES、DALLAS公司。
对系统结构的最简化、可靠性和成本的最佳化等 方面都作了全面的考虑 。
“专用”单片机具有十分明显的综合优势。
1.2 单片机的历史及发展概况
四个阶段: 第一阶段(1974年～1976年)：单片机初级阶段。双片
的形式，且功能比较简单。
第二阶段（1976年～1978年）:低性能单片机阶段。 以Intel 公司制造的MCS-48单片机为代表。
宝贝车机器人系列
宝贝车－六脚 宝贝车－履带
机器人对象
相扑机器人
直立步行机器人
机器人对象
铁甲虫机器人系列
机器人对象
六自由度机械手
人形机器人
思考题及习题
1．微处理器、微计算机、微处理机、CPU、单片机 它们之间有何区别？
2．除了单片机这一名称之外，单片机还可称为
第一章 单片机基础知识
第一章单片机基础知识单片机基础知识单片机（Microcontroller）是一种被广泛应用于电子设备中的微型计算机芯片，它集成了中央处理器（CPU）、存储器、输入输出端口及定时器等重要元件。
它的应用范围非常广泛，从简单的家电控制器到复杂的工控系统，无不离开单片机的应用。
一、单片机的起源及发展单片机的起源可以追溯到上世纪70年代早期，当时Intel公司推出了Intel 8048和Intel 8051，这两款单片机被视为单片机的奠基之作。
此后，各大芯片厂商纷纷推出了自己的单片机产品，并且随着技术的不断进步，单片机的功能和性能也得到了极大的提升。
二、单片机的组成单片机由CPU、存储器、输入输出端口和定时器等组成。
其中，CPU是单片机的核心部件，它负责执行指令和进行计算。
存储器主要用来存储程序指令和数据。
输入输出端口用于与外部设备进行数据交互。
定时器则负责计算时间和生成定时信号。
三、单片机的工作原理单片机以时钟信号驱动，指令按照一定的时序依次执行。
当单片机上电后，首先会复位，然后进入初始化程序，接着执行主程序。
单片机可以根据需要从输入端口读取数据，经过处理后再通过输出端口输出结果。
四、单片机的应用单片机广泛应用于各个领域，如家电控制、工控系统、汽车电子、医疗设备等。
以家电控制为例，我们可以通过单片机来实现空调的温度控制、洗衣机的程序控制、电视机的遥控功能等。
五、单片机的学习方法学习单片机需要掌握汇编语言和C语言编程。
首先，我们需要了解单片机的基本原理和功能，然后学习如何使用编译器和开发环境搭建单片机的开发环境。
接下来，可以通过编写简单的程序来加深对单片机的理解，并逐步掌握单片机的高级功能和应用。
六、单片机的发展趋势随着科技的不断进步，单片机的功能和性能将会不断提升。
未来，单片机将朝着低功耗、高性能和高可靠性的方向发展。
同时，随着物联网的兴起，单片机的应用也将会更加广泛。
七、总结单片机作为一种重要的电子元件，广泛应用于各种电子设备中。
单片机原理及应用第1章单片机基础知识
集成开发环境（IDE）
提供编写、编译和调试单片 机程序的软件。
仿真器和调试器
用于调试和验证单片机程序 的硬件设备。
编程器
用于将编写好的程序下载到 单片机。
单片机的应用领域
工业自动化
用于控制和监视生产线、机械和设备。
智能家居
使家庭设备和系统实现自动化控制。
医疗设备
用于监测和控制医疗设备的运行。
汽车电子
单片机原理及应用
本演示文稿将介绍单片机的基础知识，包括单片机的概述、分类、工作原理、 编程方式、应用领域等。带你深入了解这一令人着迷的技术。
单片机的概述
单片机是一种集成了中央处理器、存储器和输入输出设备的微型计算机。
单片机的分类
按工作方式
基于哈佛结构和冯·诺依曼结 构的单片机。
按指令集
常见的单片机有8051、AVR等 不同的指令集。
电阻和电容
用于调整电路的电流和电压。
传感器
用于接收和转换物理量或环境信号。
晶体管
作为开关或放大器，在电子电路中起重要作用。
单片机的编程方式
1 汇编语言
直接操作硬件，灵活但难 度较大。
2 C语言
高级语言编程，易于学习 和使用。
3 图形化编程
使用开发工具如Arduino等 进行图形化编程。
单片机的开发工具
在汽车中实现车身控制、信息娱乐和驾驶辅助功能。
单片机的发展历程
1
1980s
2
飞速发展的单片机应用于各个领域，如
计算机、家电等。
3
1970s
诞生了第一颗单片机，如Intel的8048。
1990s
单片机芯片和开发工具不断增加，加快 了单片机技术的普及。
《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。
10
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。
12
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。
15
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
单片机及控制-第一章单片机基础知识
单片机及控制-第一章单片机基础知识单片机及控制第一章单片机基础知识在当今科技飞速发展的时代，单片机作为一种重要的微控制器，广泛应用于各个领域，从家用电器到工业自动化，从汽车电子到航空航天，都能看到单片机的身影。
那么，什么是单片机？它又是如何工作的呢？让我们一起来揭开单片机的神秘面纱，走进单片机的基础知识世界。
单片机，顾名思义，就是将计算机的主要功能部件集成在一块芯片上的微型计算机。
它通常包括中央处理器（CPU）、存储器（包括程序存储器和数据存储器）、输入/输出接口（I/O 接口）、定时器/计数器以及中断系统等。
这些部件协同工作，使得单片机能够完成各种复杂的控制任务。
中央处理器（CPU）是单片机的核心，它负责执行指令和进行数据运算。
就像人的大脑一样，指挥着整个系统的运行。
单片机的 CPU 虽然性能不如我们常见的个人电脑 CPU 那么强大，但它具有功耗低、体积小、成本低等优点，非常适合用于控制特定的设备和系统。
存储器是单片机用来存储程序和数据的地方。
程序存储器用于存放单片机运行所需的程序代码，数据存储器则用于存储运行过程中的临时数据。
程序存储器通常是只读存储器（ROM），如闪存（Flash），而数据存储器可以是随机存取存储器（RAM）。
输入/输出接口（I/O 接口）是单片机与外部世界进行交互的通道。
通过这些接口，单片机可以接收外部的输入信号，如传感器的检测信号，也可以向外输出控制信号，驱动执行机构工作。
例如，控制电机的转动、点亮 LED 灯等。
定时器/计数器在单片机中也起着重要的作用。
它们可以用于实现定时功能，比如定时发送数据、控制周期性的操作等。
计数器则可以用于对外部脉冲进行计数，实现测量、计数等功能。
中断系统则让单片机能够及时响应外部的紧急事件。
当有中断请求发生时，单片机可以暂停当前正在执行的任务，转而去处理中断服务程序，处理完后再返回原来的任务继续执行。
单片机的工作过程可以简单地描述为：首先，通过编程将所需的控制程序写入程序存储器。
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Metal Oxide Semiconductor即互补金属氧化物半导体）化，CMOS芯 片的单片机具有功耗小的优点。
• 5. MCS-51单片机系列
型号
8051 8751 8031 8052 8752 8032 80C31
0
0000
5
0101
1
0001
6
0110
2
0010
7
0111
3
0011
8
1000
4
0100
9
1001
• 2.字符的编码——ASCII码
d3d2d1d0
0d6d5d4位
位
000
001
010
011
100
101
110
111
0000
NUL
DEL
SP
0
@
P
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p
0001
SOH
DC1
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1
A
Q
a
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F
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f
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J
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K
[
k
{
1100
FF
第三阶段（1982~1990）：8位单片机巩固发展及16位单片机推出阶段。 此 阶 段 。 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。
第四阶段（1990年至今）：高档16位产品和32位产品的出现，如80196， MC8300等，性能、速度大大提高。
二进制数
十六进制数
原码
十进制 反码
00000000B
00H
+0
＋0
00000001B
01H
+1
＋1
┇
┇
┇
┇
01111111B 10000000B 10000001B
┇ 11111110B 11111111B
7FH 80H 81H ┇ FEH FFH
+127 -0 -1 ┇
-126 -127
+127 －127 －126
6
3
2~12
/8K
256 4×8 1 HMOS
6
3
2~12
-
256 4×8 1 HMOS
6
3
2~12
-
128 4×8 1 CHMOS
5
2
2~12
80C51
4K/
128 4×8 1 CHMOS
5
2
2~12
87C51
/4K
128 4×8 1 CHMOS
5
2
2~12
• 1.2 计算机中的数制和码制
表1-3 原码、反码、补码对照表（有符号数）
┇ －1 －0
补码 +0 +1 ┇ +127 -128 -127 ┇ -2 -1
• 常用码制
1.8421BCD码
将十进制数的每一 位用四位二进制代 码表示，通常称为 二—十进制编码， 简称BCD（Binary Coded Decimal） 码。
表1-4 8421BCD编码表
十进制数 8421BCD码 十进制数 8421BCD码
• 4.单片机的发展趋势
⑴CPU的改进：采用双CPU结构，以提高处理能力；增加数据总线宽度； 开发串行总线结构。
⑵存储器的发展：加大存储容量；片内存储器采用电擦除可改写ROM （ E2PROM）或闪烁（Flash）存储器。
⑶片内I/O的改进：增加并行口的驱动能力；增加I/O口的逻辑控制功能。 ⑷外围电路内装化：随着集成度的不断提高，有可能把众多的外围功能
表1-1 MCS-51单片机的功能特性
片内存储器（字节）
I/O口
ROM/EPROM RAM 并行 串行
工艺
中断源
定时器/ 计数器（16位 晶振（MHz）
）
4K/
128 4×8 1 HMOS
5
2
2~12
/4K
128 4×8 1 HMOS
5
2
2~12
-
128 4×8 1 HMOS
5
2
2~12
8K/
256 4×8 1 HMOS
FS
，
<
L
\
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|
1101
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1111
SIHS/= NhomakorabeaM
]
m
}
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↑
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0
←
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DEL
• 3.单片机的发展历程
以8位单片机的推出作为起点：
第一阶段（1976~1978）：以Intel公司的MCS-48为代表，8位CPU、并行 I/O口、8位定时/计数器，寻址范围不大于4k，且无串行口。
第二阶段（1978~1982）：高档8位单片机，Intel公司的MCS-51系列、 Motorola公司的6801系列和Zilog公司的Z8系列等。增加功能：串行I/O、 多级中断、16位定时/计数器、片内RAM/ROM增大，寻址64K，片内 带A/D转换器接口。
1. 单片机的概念 图1.1 微机组成结构框图
• 定义： 单片机是中央处理单元CPU（Central Processing Unit）、一定容量的随机存取存储器RAM（Random Access Memory）、只读存储器ROM（Read Only Memory）、定时器／计数器以及I／O（Input /Output）接 口电路等微机的主要部件集成在一块芯片上的微型计算机， 称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），简称 单片机（SCMC）。也叫微控制器MCU（ Microcontroller Unit）。
⑶ 集成度高、有很高的可靠性
• 芯片内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的 可靠性和抗干扰能力。另外，由于其体积小，在强磁场环境易于采取屏蔽措 施，适合工作在恶劣环境下。
⑷低电压、低功耗
• 单片机广泛应用于携带式产品（手机，mp4，数码相机）和家用电器（洗 衣机、空调等）产品，低电压、低功耗的特性尤为重要。
几 种 单 片 机 封 装 形 式
单 片 机 应 用 举 例
交通灯
单 片 机 应 用 举 例
万年历
单
电
片
机
机
应
控
用 举
制
例
• 2.单片机的特点
⑴ 体积小，结构简单
•
把微机的主要部件集成在一块小小的芯片内， 包含了计算机最基本的功能
部件。
⑵ 控制功能强
单片机具有较多的I/O口，CPU可以直接对I/O口进行I/O操作、算术、逻辑 操作和位操作，指令简单而丰富。所以单片机是“面向控制”的计算机。