第一章单片机概述

1、1单片机原理及应用1.微型计算机和单片机的发展概况微型计算机和单片机的发展概况2.单片机系统组成概述单片机系统组成概述(CPU、总线、存储器、总线、存储器和和I/O口等口等)1.1 概述概述1.2 单片机系统的组成单片机系统的组成21.1 概述概述1.1.1 微型计算机微型计算机 微型计算机微型计算机具有具有体积小，功耗低重体积小，功耗低重量轻，价格低，可量轻，价格低，可靠性高，开发使用靠性高，开发使用简便等一系列优点，简便等一系列优点，自问世以来得到了自问世以来得到了非常广泛的应用。非常广泛的应用。3什么是单片机什么是单片机?微处理器加上同样采用大规模集成电路制成的微处理器加上同样采用大规模

2、集成电路制成的用于存储程序和数据的存储器，以及与输入输出设用于存储程序和数据的存储器，以及与输入输出设备相衔接的输入输出接口电路就构成了备相衔接的输入输出接口电路就构成了微型计算机微型计算机 (Microcomputer)。如果将微处理器、存储器和输入输出接口电路如果将微处理器、存储器和输入输出接口电路集成在一块集成电路芯片上，称为单片微型计算机，集成在一块集成电路芯片上，称为单片微型计算机，简称简称单片机单片机。 41.1.2 微型计算机的发展概况微型计算机的发展概况形成两大分支：形成两大分支：1、PC机机：PC机系统全力实现海量高速数据处机系统全力实现海量高速数据处理，兼顾控制功能。理，兼

3、顾控制功能。2、单片机单片机：单片机系统全力满足测控对象的测：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。控功能，兼顾数据处理能力。5单片机与单片机与PC机之异同（机之异同（1）组成：组成： CPU(进行运算、控制进行运算、控制) RAM(数据存储器数据存储器) I/O口口(串口、并口等串口、并口等) ROM(程序存储器程序存储器) PC机机： 上述部件以芯片形式安装在主板上。上述部件以芯片形式安装在主板上。单片机单片机：上述部件被集成到单芯片中。：上述部件被集成到单芯片中。通用通用PC包括：键盘、显示器、鼠标、硬包括：键盘、显示器、鼠标、硬/软软/光驱、光驱、音箱、打印机、扫描仪

4、音箱、打印机、扫描仪等外设。等外设。单片机单片机则只是一片集成电路。（则只是一片集成电路。（100、48、40、32、28、20、16、8条引脚）。条引脚）。6单片机与单片机与PC机之异同（机之异同（2）功能：功能：PC机：机： 数据运算、采集、处理、存储、传输；数据运算、采集、处理、存储、传输；单片机：单片机：控制（或受控于）外设。控制（或受控于）外设。通用计算机通用计算机擅长于数据运算、采集、处理、存擅长于数据运算、采集、处理、存储和传输；储和传输；单片机单片机的专长则是测控，往往嵌入某个仪器的专长则是测控，往往嵌入某个仪器/设设备备/系统中，使其达到智能化的效果。系统中，使其达到智能化的

5、效果。7单片机与单片机与PC机之异同（机之异同（3）应用特点：应用特点：体积大，功耗大，价格高，用途较固定，属通用体积大，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。作或购买专用的接口卡，并编制专门的应用软件。体积小，功耗小，价格低，用途灵活，无处不在，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。能掌握应用，应用中要设计专业的硬件和软件。

6、个人计算机（微机）：个人计算机（微机）：单片机：单片机：81.1.3 单片机的发展概况单片机的发展概况可分为可分为四个四个阶段阶段:第一阶段第一阶段：单片机探索阶段。：单片机探索阶段。 第二阶段第二阶段：单片机完善阶段。：单片机完善阶段。 第三阶段第三阶段：8位机和位机和16位机争艳阶段，也是单片机向位机争艳阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。微控制器发展的阶段。 第四阶段第四阶段：微控制器全面发展阶段。：微控制器全面发展阶段。 目前，应用广泛的主流机型是目前，应用广泛的主流机型是80C51系列系列8位单片机。位单片机。 91.1.4 80C51系列单片机系列单片机80C51优点：优点：性能

7、价格比高；性能价格比高；开发装置多；开发装置多；国内技术人员熟悉；国内技术人员熟悉；芯片功能够用适用；芯片功能够用适用；有众多芯片制造厂商加盟，可广泛选择。有众多芯片制造厂商加盟，可广泛选择。101.1.5 单片机的特点和应用单片机的特点和应用 1、单片机特点、单片机特点1） 有优异的性能价格比。有优异的性能价格比。 2）集成度高，体积小，可靠性好。）集成度高，体积小，可靠性好。 3）控制能力强。）控制能力强。 4）低功耗）低功耗,低电压低电压,便于生产便携式产品。便于生产便携式产品。 5）易扩展。）易扩展。 112、单片机的应用、单片机的应用1）智能化家用电器。）智能化家用电器。 2）办公自

8、动化设备。）办公自动化设备。 3）商业营销设备。）商业营销设备。 4）工业自动化控制。）工业自动化控制。 5）智能化仪表。）智能化仪表。 6）智能化通信产品。）智能化通信产品。 7）汽车电子产品。）汽车电子产品。 8）航空航天系统和国防军事、尖端武器等。）航空航天系统和国防军事、尖端武器等。 121.1.6 单片机技术的发展趋势单片机技术的发展趋势1）8位单片机仍然是主流机型；位单片机仍然是主流机型；2）全盘）全盘CMOS化趋势；化趋势；3）OTP ROM(PROM)/Flash ROM成为成为ROM供应主流状态；供应主流状态；4）推行串行扩展总线）推行串行扩展总线 ；5）RISC体系结构大发

9、展；体系结构大发展；6）实现全面低功耗管理）实现全面低功耗管理 ；7）根据不同需求发展个性化单片机）根据不同需求发展个性化单片机 ；8）大力发展专用型单片机；）大力发展专用型单片机；9）在单片机中嵌入驻机软件；）在单片机中嵌入驻机软件；131.2 单片机系统的组成单片机系统的组成有两大部分组成有两大部分组成:1）硬件硬件：组成单片机系统的物理实体；：组成单片机系统的物理实体；2）软件软件：对硬件使用和管理的程序。：对硬件使用和管理的程序。14硬件结构框图硬件结构框图图图1-2 单片机系统的硬件结构框图单片机系统的硬件结构框图CPUCPU外外部部设设备备时钟时钟ROMRAM定时计数器中断系统I/

10、O接口复位复位(DB)(CB)(AB)15 1.2.1 微处理器微处理器1）寄存器阵列寄存器阵列：通用寄存器，专用寄存器；：通用寄存器，专用寄存器；2）运算器运算器：累加器：累加器A，暂存寄存器，暂存寄存器TMP，标志寄，标志寄存器存器F，算术逻辑单元，算术逻辑单元ALU； 3） 控制器控制器：程序计数器：程序计数器PC，指令寄存器，指令寄存器IR，指令，指令译码器译码器ID，定时和控制逻辑电路。，定时和控制逻辑电路。 161.2.2 总线总线用于传送信息的公共途径。用于传送信息的公共途径。 总线分为：总线分为：1）数据总线数据总线 DB (Data Bus)2）地址总线地址总线 AB (Ad

11、dress Bus)3）控制总线控制总线 CB (Control Bus)图图1-3微机系统的结构框图微机系统的结构框图171.2.3 存储器存储器作用：存放程序和数据作用：存放程序和数据1. 存储器分类存储器分类ROM 特点特点：信息写入后，能长期保存，不会因断电而丢失。：信息写入后，能长期保存，不会因断电而丢失。 作用作用：存放固定程序和数据。：存放固定程序和数据。 RAM 特点特点：读写速度快，可随机写入或读出，读写方便；：读写速度快，可随机写入或读出，读写方便； 电源断电后，存储信息丢失。电源断电后，存储信息丢失。作用作用：存放各种数据。：存放各种数据。182. 存储器结构存储器结构1

12、）存储体；）存储体；2）地址译码器）地址译码器 ；3）控制电路：片选）控制电路：片选控制、读控制、读/写控制和写控制和带三态门的输入带三态门的输入/输输出缓冲电路。出缓冲电路。图图1-4 1-4 存储器读存储器读/ /写控制框图写控制框图193. 存储器的读操作存储器的读操作例：若要将存储器例：若要将存储器40H中的内容中的内容50H读出，其简化过程如下：读出，其简化过程如下：CPU将将地址码地址码40H送到地址总线上，经存储器送到地址总线上，经存储器地址译地址译码器码器选通地址为选通地址为40H的存储单元；的存储单元；CPU发出发出“读读”信号，存储器读信号，存储器读/写控制开关将数据传写控

13、制开关将数据传输方向拨向输方向拨向“读读”；存储器将地址为存储器将地址为40H的存储单元中的数据的存储单元中的数据50H送到数据送到数据总线上；总线上；CPU将数据总线上的数据将数据总线上的数据50H读入指定的某一寄存器。读入指定的某一寄存器。对存储单元的读操作，不会破坏其原来的内容，相当对存储单元的读操作，不会破坏其原来的内容，相当于复制。于复制。 204. 存储器的写操作存储器的写操作例：若要将例：若要将数据数据ABH写入存储器地址为写入存储器地址为CDH的存储单元的存储单元中，其简化过程如下：中，其简化过程如下：CPU将将地址码地址码CDH送到地址总线上，经存储器送到地址总线上，经存储器

14、地址译码器地址译码器选选通地址为通地址为CDH的存储单元；的存储单元；CPU将数据将数据ABH送到数据总线上；送到数据总线上；CPU发出发出“写写”信号，存储器读写控制开关将数据传送方向信号，存储器读写控制开关将数据传送方向拨向拨向“写写”；存储器将数据总线上的数据存储器将数据总线上的数据ABH送人已被选中的地址为送人已被选中的地址为CDH的存储单元中。的存储单元中。对存储单元的写操作，改变或刷新了其原来的内容，俗称对存储单元的写操作，改变或刷新了其原来的内容，俗称“冲冲”掉了原来的内容。掉了原来的内容。 215. 堆栈堆栈34H8AH99H F3H SP64H栈顶栈顶63H62H61H60H

15、 栈底栈底暂时存放子程序断口地址、中断断口地址和其他需要保存的暂时存放子程序断口地址、中断断口地址和其他需要保存的数据。数据。栈底地址可在栈底地址可在CPU复位后的初始化程序中设置。图中设为复位后的初始化程序中设置。图中设为60H，需要存入的数据依次存人。，需要存入的数据依次存人。堆栈指针堆栈指针SP指出栈顶存储单元的地址。堆栈操作无论是存指出栈顶存储单元的地址。堆栈操作无论是存入或取出数据，均只能依次存入或依次取出，不能越位，必须遵入或取出数据，均只能依次存入或依次取出，不能越位，必须遵循、循、“先进后出、后进先出先进后出、后进先出”的原则。的原则。221.2.4 输入输入/输出设备及其接口电路输出设备及其接口电路输入设备输入设备输出设备输出设备 I/O接口电路接口电路输入输出设备一般不能与输入输出设备一般不能与CPU直接相连，直接相连，而是通过某种电路完成寻址、数据缓冲、输入而是通过某种电路完成寻址、数据缓冲、输入输出控制、功率驱动、输出控制、功率驱动、A/D、D/A等功能，这等功能，这种电路称为种电路称为I/O接口电路接口电路。例如：。例如：8255、0809、0832等等。等等。231.2.5 软件软件 单片机程序设计语言可分为三类：单片机程序设计语言可分为三类：机器语言机器语言汇编语言汇编语言高级语言高级语言本书介绍的本书介绍的MCS-