单片机的硬件结构特点及其应用
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5.3 单片机的硬件结构特点及其应用
★单片机SCMC(Single Chip MicroComputer) ----属于微型机的一种 ----具有一般微机的基本组成和功能 又称为微控制器MCU（MicroController Unit）
2013-1-9
1
地址总线AB 数据总线DB
微 处 理 器 CPU
2013-1-9 9
常用单片机系列介绍
1、综述
自单片机诞生以来的30年中，单片机已有70多个系 列的近500个机种。国际上较有名、影响较大的公司及他 们的产品如下所述： 51系列单片机，Intel公司的MCS—48、MCS—51、 MCS—96系列；Atmel公司的AT89系列； AMD、SIMENS、 PHILIPS 、LG、NEC等公司的51兼容系列等★ Motorola公司（世界上最大的单片机厂商）的68HC 系列、683XX系列产品。 MicroChip单片机，主要产品是PIC 16C系列和17C 系列8位单片机,CPU采用RISC结构 。
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常用单片机系列介绍
1、综述
自单片机诞生以来的近30年中，单片机已有70多个 系列的近500个机种。国际上较有名、影响较大的公司 及他们的产品如下所述： CISC结构：Intel8051系列、Motorola和M68HC系 列、Atmel的AT89系列、台湾Winbond(华邦) W78系 列、荷兰Pilips的PCF80C51系列等； RISC结构：Microchip公司的PIC系列、Zilog的Z86 系列、Atmel 的AT90S系列、韩国三星公司的KS57C 系列4位单片机、台湾义隆的EM-78系列
化、高精度、小体积、低成本、便于增加显示报警和自诊 断功能）；
③在家用电器方面（冰箱、洗衣机、空调机、微波炉、 电视机、音像设备等）；
④信息和通信产品方面（计算机的键盘、打印机、磁 盘驱动器；传真机、复印机、电话机、考勤机）； ⑤在军事方面（飞机、大炮、坦克、军舰、导弹、火箭、 雷达等）。
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18
单片机的开发过程
◆调试 目的：排除设计错误和各类故障，使所 研制的单片机系统符合要求
硬件电路系统静态调试 软件调试
2013-1-9 19
单片机的开发过程
◆调试 动态在线调试 借助各种开发工具和仿真开发系统
调试完毕，固化软件并组装整机测试
2013-1-9 20
2013-1-9 14
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VPD 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
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(3)控制功能强。
为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统 中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位
处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于
同一档次的微机。
(4)单片机的系统扩展、系统配置较典型、规 范，容易构成各种规模的应用系统。
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二、单片机的应用
控制总线CB
ROM
RAM
I/O接口
外 设
2
微型机组成框图
2013-1-9
时钟OSC
程序存储器 ROM
数据存储器 RAM
CPU
中断
各种I/O
定时器/计数器
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MCS-51单片机组成框图
3
一、单片机的特点 (1)优异的性能价格比。 (2)集成度高、体积小、有很高的可靠性。
单片机把各功能部件集成在一块芯片上，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与抗干扰能力。另外，其体积 小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合于在 恶劣环境下工作。 此外，程序多采取固化形式也可以提高可靠性。
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2、MCS-51系列和AT89系列单片机 （1） MCS-51系列
MCS-51是指由美国INTEL公司生产的一系列单片 机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如8031， 8051，8751，8951，8032，8052，8752，8952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MCS-51系列单片机，而 8031是前十几年在我国最流行的单片机，所以很多场 合会看到8031的名称。
3.单片机的发展趋势 CMOS化 CMOS电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。 低功耗化 单片机的功耗甚至可达1uA以下；使用电压在3~6V之间， 完全适应电池工作。低功耗化的效应不仅是功耗低，而且带来了产品 的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。 低噪声与高可靠性 高性能化 主要是指进一步改进CPU的性能，加快指令运算的速度和 提高系统控制的可靠性。 外围电路内装化 这是单片机发展的主要方向。除了一般必须具有的 CPU、ROM、RAM、定时器/计数器等以外，片内集成的部件还有ADC、 DAC、PMW、WDT(看门狗)、DMA控制器、声音发生器、监视定时器、液 晶显示驱动器、彩色电视机和录像机用的锁相电路等 主流与多品种共存 现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的 单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品， ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。而Microchip公 司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的 HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，此外还有MOTOROLA公司、 Zilog公司等多家公司的产品。
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（2）AT89系列
INTEL公司将MCS-51的核心技术授权给了 很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为 核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变， 以满足不同的需求，如已经停产的89C51，前 几年流行的89S51，都是由美国ATMEL公司开 发生产的。
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单片机的开发过程
1．单片机应用的特点 软硬件结合、多学科交叉；
应用现场环境恶劣（电磁干扰、电源波动、
冲击振动、高低温湿度等）；
应用领域广泛且意义重大（硬件软化--微控
制技术）。
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3.单片机的应用领域
①在在工业自动化方面（过程控制、数据采集和测控 技术、机器人技术、机械电子计算机一体化技术）；
②仪器仪表方面（测试仪表和医疗仪器--数字化、智能
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8051
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
Vcc P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/Vpp ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
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百度文库
MCS-51系列单片机分类
资源 配置 子 系列 51子系列 52子系列 无
片内ROM形式
ROM EPR E2PR OM OM
片 片 内 内 ROM RAM 容 容 量 量
中 定时/ 断 计数器 源
8031 8051 8751 8951 4KB 128B 2×16 8032 8052 8752 8952 8KB 256B 3×16
开发过程
确定任务、拟制总体设计方案
确定仪器的功能、技术指标及设计任务 总体设计 硬件和软件设计 硬件电路设计和功能模板的研制 软件框图的设计和程序的编制 系统调试和性能测试
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51单片机的开发过程
◆软件开发 开发环境
Keil C51集成开发环境
编程语言 汇编语言 单片机C语言
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Zilog公司的Z8、Super8、eZ8、eZ80系列产品。 ATMEL公司利用ATMEL公司的Flash新技术,研发出 增强型内置Flash的RISC高速8位单片机，简称AVR。 有ATtiny、AT90、Atmega系列。 MCS-51内核系列兼容的单片机是应用的主流产 品，产量最大,应用也最广泛,业界有人推测8051 可能最终形成事实上的标准MCU芯片。
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几个有关的基础概念：
数据存储器——RAM（Random Access Memory） 程序存储器——ROM（Read Only Memory） 闪速存储器——Flash Memory EPROM——（UV）Erasable Programmable ROM EEPROM/E2PROM——Electrical Erasable Programmable ROM 静态存储器 SRAM——Static RAM 动态存储器 DRAM——Dynamic RAM
★单片机SCMC(Single Chip MicroComputer) ----属于微型机的一种 ----具有一般微机的基本组成和功能 又称为微控制器MCU（MicroController Unit）
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地址总线AB 数据总线DB
微 处 理 器 CPU
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常用单片机系列介绍
1、综述
自单片机诞生以来的30年中，单片机已有70多个系 列的近500个机种。国际上较有名、影响较大的公司及他 们的产品如下所述： 51系列单片机，Intel公司的MCS—48、MCS—51、 MCS—96系列；Atmel公司的AT89系列； AMD、SIMENS、 PHILIPS 、LG、NEC等公司的51兼容系列等★ Motorola公司（世界上最大的单片机厂商）的68HC 系列、683XX系列产品。 MicroChip单片机，主要产品是PIC 16C系列和17C 系列8位单片机,CPU采用RISC结构 。
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常用单片机系列介绍
1、综述
自单片机诞生以来的近30年中，单片机已有70多个 系列的近500个机种。国际上较有名、影响较大的公司 及他们的产品如下所述： CISC结构：Intel8051系列、Motorola和M68HC系 列、Atmel的AT89系列、台湾Winbond(华邦) W78系 列、荷兰Pilips的PCF80C51系列等； RISC结构：Microchip公司的PIC系列、Zilog的Z86 系列、Atmel 的AT90S系列、韩国三星公司的KS57C 系列4位单片机、台湾义隆的EM-78系列
化、高精度、小体积、低成本、便于增加显示报警和自诊 断功能）；
③在家用电器方面（冰箱、洗衣机、空调机、微波炉、 电视机、音像设备等）；
④信息和通信产品方面（计算机的键盘、打印机、磁 盘驱动器；传真机、复印机、电话机、考勤机）； ⑤在军事方面（飞机、大炮、坦克、军舰、导弹、火箭、 雷达等）。
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单片机的开发过程
◆调试 目的：排除设计错误和各类故障，使所 研制的单片机系统符合要求
硬件电路系统静态调试 软件调试
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单片机的开发过程
◆调试 动态在线调试 借助各种开发工具和仿真开发系统
调试完毕，固化软件并组装整机测试
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P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VPD 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
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(3)控制功能强。
为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统 中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位
处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于
同一档次的微机。
(4)单片机的系统扩展、系统配置较典型、规 范，容易构成各种规模的应用系统。
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二、单片机的应用
控制总线CB
ROM
RAM
I/O接口
外 设
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微型机组成框图
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时钟OSC
程序存储器 ROM
数据存储器 RAM
CPU
中断
各种I/O
定时器/计数器
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MCS-51单片机组成框图
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一、单片机的特点 (1)优异的性能价格比。 (2)集成度高、体积小、有很高的可靠性。
单片机把各功能部件集成在一块芯片上，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与抗干扰能力。另外，其体积 小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合于在 恶劣环境下工作。 此外，程序多采取固化形式也可以提高可靠性。
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2、MCS-51系列和AT89系列单片机 （1） MCS-51系列
MCS-51是指由美国INTEL公司生产的一系列单片 机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如8031， 8051，8751，8951，8032，8052，8752，8952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MCS-51系列单片机，而 8031是前十几年在我国最流行的单片机，所以很多场 合会看到8031的名称。
3.单片机的发展趋势 CMOS化 CMOS电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。 低功耗化 单片机的功耗甚至可达1uA以下；使用电压在3~6V之间， 完全适应电池工作。低功耗化的效应不仅是功耗低，而且带来了产品 的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。 低噪声与高可靠性 高性能化 主要是指进一步改进CPU的性能，加快指令运算的速度和 提高系统控制的可靠性。 外围电路内装化 这是单片机发展的主要方向。除了一般必须具有的 CPU、ROM、RAM、定时器/计数器等以外，片内集成的部件还有ADC、 DAC、PMW、WDT(看门狗)、DMA控制器、声音发生器、监视定时器、液 晶显示驱动器、彩色电视机和录像机用的锁相电路等 主流与多品种共存 现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的 单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品， ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。而Microchip公 司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的 HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，此外还有MOTOROLA公司、 Zilog公司等多家公司的产品。
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（2）AT89系列
INTEL公司将MCS-51的核心技术授权给了 很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为 核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变， 以满足不同的需求，如已经停产的89C51，前 几年流行的89S51，都是由美国ATMEL公司开 发生产的。
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单片机的开发过程
1．单片机应用的特点 软硬件结合、多学科交叉；
应用现场环境恶劣（电磁干扰、电源波动、
冲击振动、高低温湿度等）；
应用领域广泛且意义重大（硬件软化--微控
制技术）。
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3.单片机的应用领域
①在在工业自动化方面（过程控制、数据采集和测控 技术、机器人技术、机械电子计算机一体化技术）；
②仪器仪表方面（测试仪表和医疗仪器--数字化、智能
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8051
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
Vcc P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/Vpp ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
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MCS-51系列单片机分类
资源 配置 子 系列 51子系列 52子系列 无
片内ROM形式
ROM EPR E2PR OM OM
片 片 内 内 ROM RAM 容 容 量 量
中 定时/ 断 计数器 源
8031 8051 8751 8951 4KB 128B 2×16 8032 8052 8752 8952 8KB 256B 3×16
开发过程
确定任务、拟制总体设计方案
确定仪器的功能、技术指标及设计任务 总体设计 硬件和软件设计 硬件电路设计和功能模板的研制 软件框图的设计和程序的编制 系统调试和性能测试
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51单片机的开发过程
◆软件开发 开发环境
Keil C51集成开发环境
编程语言 汇编语言 单片机C语言
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Zilog公司的Z8、Super8、eZ8、eZ80系列产品。 ATMEL公司利用ATMEL公司的Flash新技术,研发出 增强型内置Flash的RISC高速8位单片机，简称AVR。 有ATtiny、AT90、Atmega系列。 MCS-51内核系列兼容的单片机是应用的主流产 品，产量最大,应用也最广泛,业界有人推测8051 可能最终形成事实上的标准MCU芯片。
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几个有关的基础概念：
数据存储器——RAM（Random Access Memory） 程序存储器——ROM（Read Only Memory） 闪速存储器——Flash Memory EPROM——（UV）Erasable Programmable ROM EEPROM/E2PROM——Electrical Erasable Programmable ROM 静态存储器 SRAM——Static RAM 动态存储器 DRAM——Dynamic RAM