单片微型计算机概述

图1-2
2、单板微型计算机
将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片和简单的I/O设备 （小 键盘、LED显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配 上监控程序（固化在ROM中），就构成了一台单板微型计算机 （简称单板机）。单板微型计算机组成如图1-3所示。 主要应用于工业控制器、家用电器等。
图1Fra Baidu bibliotek3
3、单片微型计算机
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特点是：结构体系完善，性能已大大提高，面向控 制的特点进一步突出。现在，MCS-51已成为公认的 单片机经典机种 。 第三阶段（1983年以后）微控制器化阶段。 其典型产品是Intel推出MCS-96系列单片机。芯 片内集成：16位CPU、8K字节ROM、232字节RAM、 5个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数 器。寻址范围64K。片上还有8路10位ADC、1路 PWM输出及高速I/O部件等。 特点是：片内面向测控系统外围电路增强，使单片 机可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。
图1.4单板微型计算机
1.1.2单片机内部结构及单片机应用系统组成
一、单片机内部结构
单片机内部结构示意图如图1.5所示，它由微处理器 CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、基本输入/ 输出(I/O)接口电路、定时器/计数器和中断系统等部件组成， 并把它们制作在一块大规模集成电路芯片上，就构成一个完 整的单片微型计算机。
1.2 单片机的发展过程及产品近况
1.2.1单片机的发展过程
单片机技术发展过程可分为三个主要阶段： 第一阶段（1947～1978年）为初级单片机形成阶段。 其典型产品是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。 特点是：存储器容量较小，寻址范围小（不大于4K）， 无串行接口，指令系统功能不强。 第二阶段（1978～1983年）为高性能单片机阶段。 其典型产品是Intel公司推出了MCS-51系列单片机：8位 CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双 工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K，并有控制 功能较强的布尔处理器。
单片 机应 用系 统
图1.6 单片机应用系统的组成
1.1.3 80C51单片机系列
Intel公司生产的MCS系列单片机，尽管单片机型号 很多，但从目前来看，使用最为广泛的应该MCS-51单片 机。本书主要研究MCS-51系列8位单片机80C51。分析 和研究80C51的硬件结构、工作原理、软件及工程应用系 统的设计。 80C51系列单片机如表1-1所示。表1-1中列出了 80C51单片机系列的芯片型号及主要技术指标，由此可对 80C51单片机系列有一个全面的了解。下面我们就在这个 表的基础上进一步对80C51系列单片机作一些说明。
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二、单片机应用系统的组成
单片机应用系统的组成如图1.6所示。单片机应用系统是 以单片机为核心，再加上接口电路及外设等硬件电路和软件， 就构成了单片机应用系统。因此，单片机应用系统的设计人 员必须从硬件和软件角度来研究单片机，这样才能研究 和开发出单片机应用系统和产品。
单片 机硬 件系 统
单片 机软 件系 统
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二、微型计算机的应用形态
1、微型计算机
将微处理器CPU、存储器（RAM、ROM）、基本输入/输出（I/O 接口电路和总线接口等组装在一块主机板（即微机主板）。各种适 配（卡）插在主机板的扩展槽上并与电源、软/硬盘驱动器和光驱等 装在同一机箱内，再配上系统软件，就构成了一台完整的微型计算 机系统。微型计算机硬件组成如图1-2所示。
5个
5个 6个 6个 6个 6个 6个
89C2051 非总线 型 ★89C4051
2K Flash
4K Flash
128
2个
2个
1个
1个
2个
2个
5个
5个
注意：1、表中加★ 的被ATMEL公司的AT89S51/89S52新产品所取代，新产 品具有ISP（在系统编程）功能，使用非常方便，实际应用时应首选。 2、89C51已停产。
一、基本型和增强型
80C51系列又分为基本型（51子系列）和增强型（52子系 列）两个子系列，并以芯片型号的最末位数字是1还是2来区别。
从表1-1所列内容中可以看出增强型增强的功能具体方面
如下：
(1) 片内ROM从4KB增加到8KB; (2) 片内RAM从128B增加到256B; (3) 定时/计数器从2个增加到3个; (4) 中断源从5个增加到6个。
注意：但是在实际应用时，应首选ATMEL公司AT89 系列产品，因为使用方面。
四、单片机环境温度问题
单片机应用中的环境温度问题，是指单片机应 用中的抗干扰特性和温度特性。由于单片机的应用 是面向工业现场，因此，它应具有很强的抗干扰能 力，这是其他计算机无法相比的。单片机的温度特 性，与其他集成电路芯片一样，按所能适应的环境 温度，可分为如下三个等级： 民用级：0～+70℃ 工业级：-40～+85℃ 军用级：-65～+125℃ 因此，在工业应用中应根据现场环境温度来选 择单片机芯片。
三、片内ROM程序存储器配置形式
80C51单片机片内程序存储器有4种配置形式，即掩膜 ROM、EPROM、FlashROM和没有（无ROM）。这4种配置 形式对应4种不同的单片机芯片,它们各有特点，也各有其适用 场合，在使用时应根据需要进行选择。具体说明如下： （1）无ROM（即ROMLess）型，应用时要在片外扩展程 序存储器； （2）掩膜ROM（即MaskROM）型，用户程序由芯片生产 厂写入； （3）EPROM型，用户程序通过写入装置写入，通过紫外线 照射擦除； （4）Flash ROM型，用户程序可以电写入或电擦除（当前 常用方式）。
★89C51
89S51 增 强 型 80C32 80C52 87C52 ★ 89C52 89S52
4K Flash
4K ISP － 8K掩膜 8K 8K 8K ISP
128
128 256 256 256 256 256
4个
4个 4个 4个 4个 4个 4个
1个
1个 1个 1个 1个 1个 1个
2个
2个 3个 3个 3个 3个 3个
1.3单片机的特点及应用领域
1.3.1单片机的特点
单片机芯片的集成度非常高，它将微型计算机的主要 部件都集成在一块芯片上，因此，具有如下特点： 1、体积小、重量轻、价格低、耗电少、易于产品化。 2、控制性能。 实时控制功能强、运行速度快。因为CPU可以对I/O端 口直接进行指令操作，而且位指令操作能力更是其它计算 机无法比拟的。 3、可靠性高。 由于CPU、存储器及I/O接口集成在同一芯片内，各部 件间的连接紧凑，数据在传送时受干扰的影响较小，且不 易受环境条件的影响，所以单片机的可靠性非常高。
• 5.80C51与AT89C51的区别 • Intel公司在1980年推出80C51系列单片机，由于80C51单 片机应用早，影响面很大，已经成为工业标准。后来很多 著名厂商如Atmel，philps等公司申请了版权，生产了各种 与80C51兼容的单片机系列。虽然制造工艺在不断地改进， 但内核却没有变化，指令系统完全兼容，而且大多数管脚 也兼容。因此，我们称这些与80C51内核相同的单片机为 80C51系列单片机或51系列单片机。 • 由于80C51单片机是早期产品，用户无法将自己编写的应 用程序烧写到单片机内的存储器，只能将程序交由芯片厂 商代为烧写，并且是一次性的。8751单片机的内部存储器 有了改进，用户可以将自己编写的程序写入单片机的内部 存储器中，但需要用紫外线灯照射25分钟以上再烧写，烧 写次数和电压也是有一定限制的。 • AT89C51单片机是Atmel公司1989年生产的产品，Atmel 率先把80C51内核与Flash技术相结合，推出了轰动业界 的AT89系列单片机。AT89C51单片机指令系统、管脚完 全与80C51兼容。
• 6.AT89C51与AT89S51的区别 • AT89S51单片机是在对AT89C51单片机进行了很多改进， 新增加了很多功能，性能有了较大提升，价格基本不变， 甚至比AT89C51更低，使用上与80C51单片机完全兼容。 • AT89S51相对与AT89C51曾加的新功能主要有：ISP在线 编程功能、最高工作频率提升为33MHz、具有双工UART 串行通道、内部集成看门狗计时器、双数据指示器、电源 关闭标识、全新的加密算法，程序的保密性大大加强等。 • 注意，向AT89C51单片机写入程序与向AT89S51单片机 的写入程序的方法有所不同，所以，购买的编程器，必须 具有写入AT89S51单片机的功能，以适应产品的更新。 Atmel公司现已停止生产AT89C51型号的单片机，被其 AT89S51型号的单片机所代替
在一片大规模集成电路芯片上集成微处理器（CPU）、存储器 （RAM、ROM）、I/O接口电路 ，从而构成了单芯片微型计算机，简 称单片机。单片微型计算机如图1.4所示。单片机主要应用于智能 仪表、智能传感器、智能家电、智能办公设备、汽车及军事电子设 备等应用系统。 单片机体积小、价格低、可靠性高，其非凡的嵌 入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。
[学习目的]
1、了解微型计算机的组成及应用形态。 2、了解单片机的发展过程及产品近况 3、了解单片机的特点及应用领域。 4、掌握微型计算机的组成及应用形态 5、掌握80C51单片机系列
[学习重点和难点]
1、微型计算机的组成及应用形态。 2、80C51单片机系列。
1.1 微型计算机概述
1.1.1 微型计算机的组成及应用形态 1.1.2 单片机内部结构及单片机应用系统组成 1.1.3 80C51单片机系列
1.2 单片机的发展过程及产品近况
1.2.1 单片机的发展过程 1.2.2 单片机产品近况
1.3 单片机的特点及应用领域
1.3.1 单片机的特点 1.3.2 单片机的应用领域
1.4 单片机的发展趋势
本章小结 思考题与习题
1.1.1微型计算机的组成及应用形态
一、微型计算机系统的组成 微型计算机系统是由硬件和软件组成。 1.硬件是指组成计算机的物理实体，是看得 见摸得着的部分，如图1-1所示。它是由微处 理器CPU、存储器（RAM、ROM）、基本输入/输 出（I/O）接口电路和总线接口等组成。 2.软件简单地说就是程序，指专业软件开发 者开发的系统软件和应用软件等。
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表1-1 80C51系列单片机分类表
芯片型号 分类 总 线 型 基 本 型 80C31 80C51 87C51 存储器类型及字节数/B 片内其他功能单元数量
ROM
－ 4K掩膜 4K
RAM
128 128 128
并口
4个 4个 4个
串口
1个 1个 1个
定时/计数器
2个 2个 2个
中断源
5个 5个 5个
• 二、芯片中“C”和“S”的含义
• MCS-51系列单片机采用两种半导体工艺生产。一种 是采用高速度、高密度和短沟道HMOS工艺。另 外一种是采用高速度、高密度和低功耗的互补 金属氧化物的CHMOS工艺。表1-1中芯片型号中带 有字母“C”的，为CHMOS芯片，不带“C”的为一 般的HMOS芯片。 • 带“C”的芯片具有低功耗（例如8051的功耗为 630 mW，而80C51的功耗只有120 mW）的特点之外， 还具有各I/O口电平既与 TTL电平兼容，也与 CMOS电平兼容。 • AT89S51/89S52带“S”系列产品最大的特点是 具有在系统可编程功能。用户只要连接好下载电路， 就可以在不拔下51芯片的情况下，直接在系统中进 行编程。编程期间系统是不能运行程序的。
1.2.2、单片机产品近况
单片机产品已达60多个系列，600多个品种。但近年来 推出的与80C51兼容的主要产品有： 1、ATMEL公司E2PROM、Flash存储器技术的AT89 系列单片机。 2、Philips公司的80C51、80C550、80C552系列。 3、 Motorola公司M68HC05系列。 4、Microchip公司PIC系列。 5、ADI公司的ADμ C8xx高精度ADC系列。 6、LG公司的GMS90/97低压高速系列。 7、Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系 列。 8、Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机。