第一章 单片机概述 1 Rev1.0
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单片机发展的状况
当前流行8位、16位和32位三大类产品
1.
8位单片机：使用数量最大的一类单片机。特点：成本低， 性能又能满足大多要求。如MCS-51、PIC和AVR系列；
2.
16位单片机：适合数据运算的场合。但由于价格的居高， 其数据运算功能又不如32位机，所以发展处于停滞状态。 具有代表性有MCS-96系列、台湾的“凌阳”16位单片机；
础上又增加一些功能模块（称其为增强型、扩展型
子系列单片机）。
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三种主要的8位单片机性能比较
1.
MCS-51系列
美国Intel公司研制（现已停产、转让）。
应用最为广泛、最成熟的产品。配套的各种开发系统非常 丰富。其核心技术已经被其他厂家购买，并开发出多种 “升级”的系列产品。目前应用较多的有AT89系列。
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4．外围电路内装化：
随着集成电路技术及工艺的不断发展，以 及系统功能的需要，越来越多的外围器件的功 能被集成到一个芯片内，即系统的单片化，这 也是单片机发展的重要趋势。 如： A/D（Analogue to Digital）、 D/A（Digital to Analogue）转换器 复位电路与时钟电路 看门狗
2.
PIC系列
美国微芯片公司（Microchip）。
当前市场份额增长最快的产品，采用哈弗总线结构、二级 流水作业、精简指令系统以及多种内嵌模块（WDT、ADC、 CCP模块等）。
3.
AVR系列 美国Atmel公司。 一种新推出的高性能、高速度和低功耗 产品，性能类似于 PIC系列。常见的有TA90系列。
32位单片机：当前高档次单片机发展的一个方向，具有超 强的数据处理能力、合理的价格。其核心技术基本被美国 ARM公司所垄断。具有代表性的产品是ARM系列（ARM-7、 ARM-9）。
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3.
常见的主流单片机
目前世界上单片机的生产厂商很多，如Intel、 Atmel、PHILIPS、ST、WinBond、STC、Dallas、 Silicon Labs 、TI 、Motorola等公司，其主流产品有 几十个系列，上千个品种。 Intel公司的MCS-51系列单片机，是目前世界上用 量最大的几种单片机之一。其它公司在保持与51单片机 兼容的基础上，改善了51单片机的许多性能，如在速度 提高、功能增强、集成度增大、在系统编程、降低功耗、 放宽电源电压动态范围及降低产品的价格等方面都做了 大量的研发。从国内流行的品种来看，主要分为 MCS-51 系列及其兼容机型和非MCS-51系列单片机。
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从技术发展上分有：
1. CPU的改进：
（1）采用双CPU结构：提高处理能力； （2）增加数据总线宽度：内部采用16位数据总 线； （3）串行总线结构：PHILIPS（飞力浦）公司 开发的I2C总线（Inter Integrated Circuit Bus）， 用两根信号线代替现行的8位数据总线。 目前广泛使用于一些智能芯片。
Intel公司以专利形式把8051内核技术转让给ATMEL、
PHILIPS、Cygnal、ANALOG、LG、ADI、Maxim、
DALLAS等公司。
它们均采用CMOS工艺，因而常用80C51系列单片机来
称呼所有这些具有8051指令系统的单片机，或统称
为51系列单片机或简称为51单片机，并在8051的基
动手实践
徐州工程学院信电学院 高玉芹 5
微机原理与单片机技术
单片机的诞生标志着计算机的发展已经形成了通用计算机 系统和嵌入式计算机系统两大分支。
作为嵌入式控制器，单片机的设计理念是：微型化、低成 本、低功耗及具有很好的性价比。是通用计算机所无法取 代的。 广泛的应用于家用电器、汽车电子、机器人、工业控制及 仪表设计、办公自动化等重要的场合。 对于一个当代工程师，对于单片机的掌握程度已经成为直 接影响其事业发展的重要因素。
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MCS-51系列单片机虽种类繁多，但总体来说可分为
两个子系列：MCS-51子系列和MCS-52子系列。MCS-51子
系列中典型机型有8031、8051和8751三种产品，而MCS-
52子系列中也有8032、8052和8752 3种典型机型。各子
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PIC16F877 单片机构成的应用控制系统
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单片机 PIC16F877
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单片机的发展趋势
类型上分有两个主流方向：
（1）小而专。功能专一、成本低廉、功耗低； （2）大而全。性能高、速度快、容量大、 通用性强。
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MCS-51系列与AT89C5X系列单片机
MCS-51系列单片机 基本型 MCS-51系列单片机的分类
增强型
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1、 基本型： 典型产品：8031/8051/8751 8031内部有：1个8位CPU、128字节的RAM、 21个特殊功能寄存器（SFR）、4个8位并行I/O口、 1个全双工串行口、2个16位定时/计数器、没有 片内ROM（需要外扩）。 8051在8031的基础上增加了4K的内部ROM， 内部ROM需要芯片公司代替用户烧制，所以8051 适用于批量生产的成熟产品。 8751在8031的基础上增加了4K的内部EPROM， EPROM可以反复擦写，所以8751适用于开发使用， 但是价格比较贵。 8031外扩一片4K的EPROM相当于一片8751。
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8位单片机的主要生产厂家和机型 （1）美国Intel公司 MCS-51系列及其增强型、 扩展型系列。 （2）美国ATMEL公司89C51、89C52、89C55等。 （3）荷兰PHILIPS（飞利浦）公司 8×C552 系列。 （4）德州仪器（TI，Texas Instruments）、 三菱（Mitsubishi）、日立（HITACHI）、 LG等公司开发一大批性能优越的单片机。
MCS-51单片机
微型计算机的组成框图 （由多个IC芯片组装在一个主电路板上）
所有基本单元都组装 在一个IC芯片上
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11
内存条
CPU
主板
12
什么是单片机
存储器 时钟电路 控制电路 CPU 定时器
单片机
I / O口
硅 晶 片 单
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单片机外形图（AT89C51）
单片机原理及应用
—— 嵌入式微控制器的开发入门
信电工程学院
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1
单片机原理及应用总体安排
总学时：理论课+实验课=56学时 其 中：理论课：40学时； 实验课：16学时。
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2
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3
总体教学内容框架
三个部分学习：理论+实验+实践（Fra Baidu bibliotek程设计）
系列的资源配置见表1-1
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2．Atmel公司的89系列单片机 美国Atmel公司是世界著名的半导体制造公司，除
生产各种专用集成电路外，Atmel公司还为通信、家电、 Atmel公司最引人注目的是它的E2PROM电可擦除技术、 Flash存储器技术和优秀的生产工艺与封装技术。 1994年，Atmel公司率先把MCS-51内核与其擅长的
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2．存储器的发展： （1）加大存储容量：包括ROM与RAM； （2）采用E2PROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）或 Flash存储器代替片内EPROM（ Erasable Programmable Read-Only Memory） ； （3）程序保密化。
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2、增强型： Intel公司在MCS-51系列产品的基础上 开发了52子系列产品， 典型产品：8032/8052/8752。 特点：它们的内部RAM增到256字节， 8052、8752的内部程序存储器扩展到8KB， 16位定时器/计数器增至3个。
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AT89C5x（AT89S5x）系列单片机
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3．片内I/O的改进： （1）增加并行口的驱动能力：能直接输出大 电流和高电压，直接驱动一些功率器件， 如：LED（Light Emitting Diode）等； （2）增加I/O口的逻辑控制功能：如直接对 I/O口的位操作等； （3）设置了一些特殊的串行接口功能：构成 分布式、网络化系统。
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单片机的特点
单片机是集成电路技术与微型计算机技术高速发 展的产物。
体积小、价格低、应用方便、稳定可靠。
方便实现各种方式的检测、计算或控制 外部适当增加一些必要的外围扩展电路，就可以灵 活地构成各种应用系统，如工业自动检测监视系统、 数据采集系统、自动控制系统、智能仪器仪表等。
组成：硬件+软件
硬件包括内部资源+系统扩展 软件包括两种语言：汇编语言+C51 两种平台：keilc51、Proteus
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具体知识点
深刻掌握单片机的硬件结构及特点（RAM、ROM、特殊功 能寄存器SFR、定时器、并行和串行口、中断系统）。 熟练掌握指令系统和C51语言。掌握“寻址方式” 是学习汇 编程序设计的关键；重点掌握C51语言新增的功能。 掌握中断原理，学会使用中断的方法编程。 掌握单片机与外围电路的接口。掌握MOVX指令的时序是接 口电路设计的关键。 学习建议： 课后独立完成习题 认真做好实验
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5．低功耗化：
目前大部分单片机产品都采用CHMOS （Complementary Hybrid Metal Oxide Semiconductor）工艺将产品实现CMOS （Complementary Metal Oxide Semiconductor）化，实现单片机的低功耗性。 同时在内部功能上，增加类如：SLEEP （休眠）、等待（WAIT）、停止（STOP）等 功能。 目的只有一个：尽可能降低单片机的功 耗。
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在一片半导体硅片上集成了微处理器（CPU， Central Processing Unit），存储器（RAM， Random Access Memory；ROM，Read-Only Memory； EPROM，Erasable Programmable Read-Only Memory） 和各种输入/输出（I/O，Input/Output）接口。 具有一台计算机的属性。 也称为微控制器MCU（Micro Controller Unit）。 又称为嵌入式控制器EMCU（Embedded Micro Controller Unit）。 我国，比较习惯于使用“单片机”这一名称。
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徐州工程学院信电学院 高玉芹
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通用计算机与单片机在硬件结构上的比较
微型计算机系统
CPU 数据RAM 程序ROM 中断控制器
单片机系统
系统总线（DB、AB、CB）
并行I/O 串型端口 定时/计数器 扩展I/O端口
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1、Intel公司的MCS-51系列单片机 1980年Intel公司推出首款8位单片机8051。19801982年又陆续推出了和8051指令系统完全相同、内部结 构基本相同的8031、8052和8032等型号单片机，初步形 成MCS-51系列，该系列的单片机以其典型的体系结构和 完善的专用寄存器集中管理方式，方便的逻辑位操作功 能及丰富的指令系统，堪称一代“名机”，被奉为“工 业控制单片机标准”，为之后的其它单片机的发展奠定 了基础。 1984年，Intel公司出售了8051的核心技术给 PHILIPS、Atmel、ADI、Cygnal等公司，发展至今形成 一个有近千种型号的庞大的51单片机家族。
单片机发展的状况
当前流行8位、16位和32位三大类产品
1.
8位单片机：使用数量最大的一类单片机。特点：成本低， 性能又能满足大多要求。如MCS-51、PIC和AVR系列；
2.
16位单片机：适合数据运算的场合。但由于价格的居高， 其数据运算功能又不如32位机，所以发展处于停滞状态。 具有代表性有MCS-96系列、台湾的“凌阳”16位单片机；
础上又增加一些功能模块（称其为增强型、扩展型
子系列单片机）。
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三种主要的8位单片机性能比较
1.
MCS-51系列
美国Intel公司研制（现已停产、转让）。
应用最为广泛、最成熟的产品。配套的各种开发系统非常 丰富。其核心技术已经被其他厂家购买，并开发出多种 “升级”的系列产品。目前应用较多的有AT89系列。
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4．外围电路内装化：
随着集成电路技术及工艺的不断发展，以 及系统功能的需要，越来越多的外围器件的功 能被集成到一个芯片内，即系统的单片化，这 也是单片机发展的重要趋势。 如： A/D（Analogue to Digital）、 D/A（Digital to Analogue）转换器 复位电路与时钟电路 看门狗
2.
PIC系列
美国微芯片公司（Microchip）。
当前市场份额增长最快的产品，采用哈弗总线结构、二级 流水作业、精简指令系统以及多种内嵌模块（WDT、ADC、 CCP模块等）。
3.
AVR系列 美国Atmel公司。 一种新推出的高性能、高速度和低功耗 产品，性能类似于 PIC系列。常见的有TA90系列。
32位单片机：当前高档次单片机发展的一个方向，具有超 强的数据处理能力、合理的价格。其核心技术基本被美国 ARM公司所垄断。具有代表性的产品是ARM系列（ARM-7、 ARM-9）。
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3.
常见的主流单片机
目前世界上单片机的生产厂商很多，如Intel、 Atmel、PHILIPS、ST、WinBond、STC、Dallas、 Silicon Labs 、TI 、Motorola等公司，其主流产品有 几十个系列，上千个品种。 Intel公司的MCS-51系列单片机，是目前世界上用 量最大的几种单片机之一。其它公司在保持与51单片机 兼容的基础上，改善了51单片机的许多性能，如在速度 提高、功能增强、集成度增大、在系统编程、降低功耗、 放宽电源电压动态范围及降低产品的价格等方面都做了 大量的研发。从国内流行的品种来看，主要分为 MCS-51 系列及其兼容机型和非MCS-51系列单片机。
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从技术发展上分有：
1. CPU的改进：
（1）采用双CPU结构：提高处理能力； （2）增加数据总线宽度：内部采用16位数据总 线； （3）串行总线结构：PHILIPS（飞力浦）公司 开发的I2C总线（Inter Integrated Circuit Bus）， 用两根信号线代替现行的8位数据总线。 目前广泛使用于一些智能芯片。
Intel公司以专利形式把8051内核技术转让给ATMEL、
PHILIPS、Cygnal、ANALOG、LG、ADI、Maxim、
DALLAS等公司。
它们均采用CMOS工艺，因而常用80C51系列单片机来
称呼所有这些具有8051指令系统的单片机，或统称
为51系列单片机或简称为51单片机，并在8051的基
动手实践
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微机原理与单片机技术
单片机的诞生标志着计算机的发展已经形成了通用计算机 系统和嵌入式计算机系统两大分支。
作为嵌入式控制器，单片机的设计理念是：微型化、低成 本、低功耗及具有很好的性价比。是通用计算机所无法取 代的。 广泛的应用于家用电器、汽车电子、机器人、工业控制及 仪表设计、办公自动化等重要的场合。 对于一个当代工程师，对于单片机的掌握程度已经成为直 接影响其事业发展的重要因素。
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MCS-51系列单片机虽种类繁多，但总体来说可分为
两个子系列：MCS-51子系列和MCS-52子系列。MCS-51子
系列中典型机型有8031、8051和8751三种产品，而MCS-
52子系列中也有8032、8052和8752 3种典型机型。各子
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单片机 PIC16F877
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单片机的发展趋势
类型上分有两个主流方向：
（1）小而专。功能专一、成本低廉、功耗低； （2）大而全。性能高、速度快、容量大、 通用性强。
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MCS-51系列与AT89C5X系列单片机
MCS-51系列单片机 基本型 MCS-51系列单片机的分类
增强型
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1、 基本型： 典型产品：8031/8051/8751 8031内部有：1个8位CPU、128字节的RAM、 21个特殊功能寄存器（SFR）、4个8位并行I/O口、 1个全双工串行口、2个16位定时/计数器、没有 片内ROM（需要外扩）。 8051在8031的基础上增加了4K的内部ROM， 内部ROM需要芯片公司代替用户烧制，所以8051 适用于批量生产的成熟产品。 8751在8031的基础上增加了4K的内部EPROM， EPROM可以反复擦写，所以8751适用于开发使用， 但是价格比较贵。 8031外扩一片4K的EPROM相当于一片8751。
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8位单片机的主要生产厂家和机型 （1）美国Intel公司 MCS-51系列及其增强型、 扩展型系列。 （2）美国ATMEL公司89C51、89C52、89C55等。 （3）荷兰PHILIPS（飞利浦）公司 8×C552 系列。 （4）德州仪器（TI，Texas Instruments）、 三菱（Mitsubishi）、日立（HITACHI）、 LG等公司开发一大批性能优越的单片机。
MCS-51单片机
微型计算机的组成框图 （由多个IC芯片组装在一个主电路板上）
所有基本单元都组装 在一个IC芯片上
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内存条
CPU
主板
12
什么是单片机
存储器 时钟电路 控制电路 CPU 定时器
单片机
I / O口
硅 晶 片 单
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单片机外形图（AT89C51）
单片机原理及应用
—— 嵌入式微控制器的开发入门
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1
单片机原理及应用总体安排
总学时：理论课+实验课=56学时 其 中：理论课：40学时； 实验课：16学时。
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3
总体教学内容框架
三个部分学习：理论+实验+实践（Fra Baidu bibliotek程设计）
系列的资源配置见表1-1
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2．Atmel公司的89系列单片机 美国Atmel公司是世界著名的半导体制造公司，除
生产各种专用集成电路外，Atmel公司还为通信、家电、 Atmel公司最引人注目的是它的E2PROM电可擦除技术、 Flash存储器技术和优秀的生产工艺与封装技术。 1994年，Atmel公司率先把MCS-51内核与其擅长的
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2．存储器的发展： （1）加大存储容量：包括ROM与RAM； （2）采用E2PROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）或 Flash存储器代替片内EPROM（ Erasable Programmable Read-Only Memory） ； （3）程序保密化。
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2、增强型： Intel公司在MCS-51系列产品的基础上 开发了52子系列产品， 典型产品：8032/8052/8752。 特点：它们的内部RAM增到256字节， 8052、8752的内部程序存储器扩展到8KB， 16位定时器/计数器增至3个。
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AT89C5x（AT89S5x）系列单片机
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3．片内I/O的改进： （1）增加并行口的驱动能力：能直接输出大 电流和高电压，直接驱动一些功率器件， 如：LED（Light Emitting Diode）等； （2）增加I/O口的逻辑控制功能：如直接对 I/O口的位操作等； （3）设置了一些特殊的串行接口功能：构成 分布式、网络化系统。
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单片机的特点
单片机是集成电路技术与微型计算机技术高速发 展的产物。
体积小、价格低、应用方便、稳定可靠。
方便实现各种方式的检测、计算或控制 外部适当增加一些必要的外围扩展电路，就可以灵 活地构成各种应用系统，如工业自动检测监视系统、 数据采集系统、自动控制系统、智能仪器仪表等。
组成：硬件+软件
硬件包括内部资源+系统扩展 软件包括两种语言：汇编语言+C51 两种平台：keilc51、Proteus
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具体知识点
深刻掌握单片机的硬件结构及特点（RAM、ROM、特殊功 能寄存器SFR、定时器、并行和串行口、中断系统）。 熟练掌握指令系统和C51语言。掌握“寻址方式” 是学习汇 编程序设计的关键；重点掌握C51语言新增的功能。 掌握中断原理，学会使用中断的方法编程。 掌握单片机与外围电路的接口。掌握MOVX指令的时序是接 口电路设计的关键。 学习建议： 课后独立完成习题 认真做好实验
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5．低功耗化：
目前大部分单片机产品都采用CHMOS （Complementary Hybrid Metal Oxide Semiconductor）工艺将产品实现CMOS （Complementary Metal Oxide Semiconductor）化，实现单片机的低功耗性。 同时在内部功能上，增加类如：SLEEP （休眠）、等待（WAIT）、停止（STOP）等 功能。 目的只有一个：尽可能降低单片机的功 耗。
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在一片半导体硅片上集成了微处理器（CPU， Central Processing Unit），存储器（RAM， Random Access Memory；ROM，Read-Only Memory； EPROM，Erasable Programmable Read-Only Memory） 和各种输入/输出（I/O，Input/Output）接口。 具有一台计算机的属性。 也称为微控制器MCU（Micro Controller Unit）。 又称为嵌入式控制器EMCU（Embedded Micro Controller Unit）。 我国，比较习惯于使用“单片机”这一名称。
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通用计算机与单片机在硬件结构上的比较
微型计算机系统
CPU 数据RAM 程序ROM 中断控制器
单片机系统
系统总线（DB、AB、CB）
并行I/O 串型端口 定时/计数器 扩展I/O端口
2018/8/13
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1、Intel公司的MCS-51系列单片机 1980年Intel公司推出首款8位单片机8051。19801982年又陆续推出了和8051指令系统完全相同、内部结 构基本相同的8031、8052和8032等型号单片机，初步形 成MCS-51系列，该系列的单片机以其典型的体系结构和 完善的专用寄存器集中管理方式，方便的逻辑位操作功 能及丰富的指令系统，堪称一代“名机”，被奉为“工 业控制单片机标准”，为之后的其它单片机的发展奠定 了基础。 1984年，Intel公司出售了8051的核心技术给 PHILIPS、Atmel、ADI、Cygnal等公司，发展至今形成 一个有近千种型号的庞大的51单片机家族。