第一章单片机综述

1、第一章单片机综述1.1 1.1 什么是单片机什么是单片机 1、微型计算机硬件结构、微型计算机硬件结构 常见的微机外形常见的微机外形就是单片微型计算机就是单片微型计算机(Single-Chip Microcomputer)。微型计算机硬件结构微型计算机硬件结构 冯冯.诺依曼结构诺依曼结构 主机主机输入输入设备设备输出输出设备设备主存储器主存储器CPU运算器运算器控制器控制器I/O设备设备多板机多板机 主板显卡显卡声卡声卡存储器接口存储器接口网卡网卡输入输出接口输入输出接口内存条内存条CPU计算机系统通常由多块印刷电路板制成：计算机系统通常由多块印刷电路板制成：单片机单片机 单片机是将计算机主机单

2、片机是将计算机主机(CPU、内存和、内存和I/O接接口等集成在一小块硅片上的微型机，所以称作口等集成在一小块硅片上的微型机，所以称作单片微型计算机。单片微型计算机。 单单 硅硅 晶晶 片片 CPU存储器存储器控制电路控制电路定时器定时器时钟电路时钟电路I / O口口单片机单片机单片机单片机 单片机是将计算机主机单片机是将计算机主机(CPU、内存和、内存和I/O接接口等集成在一小块硅片上的微型机，所以称作口等集成在一小块硅片上的微型机，所以称作单片微型计算机。单片微型计算机。单片机的英文简称：单片机的英文简称：MCU或或EMCU.MCU: Microcontroller Unit(微控制器微控制

3、器)EMCU: Embedded Microcontroller Unit(嵌入式微控制器嵌入式微控制器)区分几个概念 CPU: Central Processing Unit MCU: Microcontroller Unit DSP: Digital Signal Processing DSPs: Digital Signal Processors单片机的分类（按用途）（2）专用型单片机）专用型单片机（1）通用型单片机）通用型单片机单片机的分类（按字长）（2）8位机位机（1）4位机位机 字长字长: :在算术逻辑单元中采用运算的基本位数，在算术逻辑单元中采用运算的基本位数，即即CPUCPU能

4、一次处理的二进制位数。能一次处理的二进制位数。（3）16位机、位机、32位机位机1.2 单片机的历史及发展概括 第一阶段第一阶段（1974-1976） 单片机初级阶段单片机初级阶段 特点特点:制造工艺落后和集成度低制造工艺落后和集成度低,而且采而且采用双片形式。典型产品用双片形式。典型产品:Fairchild公司的公司的F8和和Mostek公司的公司的3870等。等。 1974 年年,美国仙童美国仙童(Fairchild)公司研制的世界公司研制的世界第一台单片微型机第一台单片微型机F8。第二阶段第二阶段(1976一一1978) 低性能单片机阶段低性能单片机阶段 特点特点:已能在单块芯片内集成已

5、能在单块芯片内集成CPU、多个、多个8位并行位并行I/O接口、一个接口、一个8位定时器位定时器/计数器，计数器，RAM和和ROM等功能部件。等功能部件。 缺点缺点:性能低，寻址范围不大于性能低，寻址范围不大于4KB，无串，无串口，中断处理简单。口，中断处理简单。 典型产品典型产品:Intel公司推出的公司推出的MCS-48系列单片系列单片机。机。第三阶段第三阶段(1978现在现在) 高性能单片机阶段高性能单片机阶段 特点特点:与前两代相比，片内存储器容量加大，与前两代相比，片内存储器容量加大，寻址范围达到寻址范围达到64KB，多级中断处理，多个，多级中断处理，多个16位定位定时器时器/计数器，

6、集成了全双工串行口，有的带计数器，集成了全双工串行口，有的带A/D转转换。指令系统趋于丰富和完善，增加了许多突出换。指令系统趋于丰富和完善，增加了许多突出控制功能的指令。控制功能的指令。 典型产品典型产品:Intel公司的公司的MCS-51系列，系列，Motorola公司的公司的MC6801，TI公司的公司的TMS7000系列等。系列等。 第四阶段第四阶段(1982现在现在) 8 8位单片机发展，位单片机发展，1616位位/32/32位单片机推出阶段。位单片机推出阶段。 特点特点:1. 随着随着MCS-5l系列的广泛应用，许多电气厂系列的广泛应用，许多电气厂商竞相使用商竞相使用80C51的内核

7、技术，将许多测控系统中使用的内核技术，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道的电路技术、接口技术、多通道AD转换部件、可靠转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，强化了智能控制器的特征。性技术等应用到单片机中，强化了智能控制器的特征。2. 高速、大寻址范围、强运算能力的高速、大寻址范围、强运算能力的8位位16位位32位位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。 典型产品典型产品:1.16位单片机位单片机 凌阳系列、凌阳系列、 Intel MCS-96 系列系列8098/8096、80C198/80C196 2. 32位单片机位单片机 ARM7

8、 、ARM9、 ARM10、80960、.1.3 8位单片机的主要生产厂家和机型IntelMCS-51系列系列Motorola、6805系列系列Atmel89C51系列系列ZilogZ8系列、系列、SUPER8FairchildF8、3870系列系列Rockwell6500/1系列系列TITMS7000系列系列NSNS8070系列系列RCACDP1800系列系列Philips8xC552系列系列1.4 单片机的发展状况1. CPU的改进n 采用双采用双CPU结构，以提高处理能力。例：结构，以提高处理能力。例：Rockwell公公司的司的R6500/21和和 R65C29。n 增加数据总线宽度。

9、例：增加数据总线宽度。例：NEC公司的公司的PD7800将将ALU作成作成16位运算部件，内部采用位运算部件，内部采用16位数据总线。位数据总线。n 采用流水线结构，具有很高的运算速度。采用流水线结构，具有很高的运算速度。n 串行总线结构。主要有串行总线结构。主要有Philips公司的公司的I2C总线（总线（Inter IC BUS：芯片间总线）、：芯片间总线）、DALLAS公司的单总线（公司的单总线（1Wire）、）、MOTOROLA公司的公司的SPI串行外设接口等。串行外设接口等。2. 存储器的发展n 加大存储器容量。片内加大存储器容量。片内RAM 256B，片内外扩，片内外扩RAM (E

10、RAM)2KB，ROM容量从容量从4K、16K、32K到到64K。n 片内片内EPROM采用采用E2PROM或或Flash存储器。编程和擦存储器。编程和擦除完全是电气实现。编程和擦除速度快，可以使用通除完全是电气实现。编程和擦除速度快，可以使用通用的编程器脱机编程，也可在线编程（用的编程器脱机编程，也可在线编程（ISP：In-System Program）。）。n 程序保密化。如程序保密化。如Winbond公司的公司的W78E58B等。编程采等。编程采用加锁方式，若要读取片内程存代码或重新编程，需用加锁方式，若要读取片内程存代码或重新编程，需先执行片擦除操作。先执行片擦除操作。3. 片内I/O

11、的改进n 增加并行口的驱动能力。减少外部驱动芯片。如增加并行口的驱动能力。减少外部驱动芯片。如LED、LCD等显示驱动器开始集成在等显示驱动器开始集成在8位单片机中。位单片机中。n 增加增加I/O口的逻辑控制功能。体现工控特性的位地址空口的逻辑控制功能。体现工控特性的位地址空间及间及I/O口的位操作方式。口的位操作方式。n 设置特殊串行接口。如设置特殊串行接口。如UART、I2C、SPI等，满足多机等，满足多机通讯及外部扩展的要求。通讯及外部扩展的要求。4. 外围电路内装化n 在单片机中尽可能多地把应用所需的存储器、各种功在单片机中尽可能多地把应用所需的存储器、各种功能的能的I/O口、口、A/

12、D、D/A、DMA控制器等都集成在一块控制器等都集成在一块芯片内，使单片机的功能更加强大。如芯片内，使单片机的功能更加强大。如AT89C5132，内嵌了内嵌了USB1.1控制器、控制器、A/D转换器及硬盘转换器及硬盘IDE接口等。接口等。5.低电压、低功耗n 工作电压：一般在工作电压：一般在36V范围内工作，有的已能在范围内工作，有的已能在1.2V或或0.9V电压下工作。几乎所有的单片机都具有省电运电压下工作。几乎所有的单片机都具有省电运行方式。行方式。n 功耗：从功耗：从mA级降到级降到A级，甚至级，甚至1A以下，在一粒钮扣以下，在一粒钮扣电池下就可长期工作。低功耗化同时带来了产品的高电池下

13、就可长期工作。低功耗化同时带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。1.5 单片机的应用1. 单片机的特点n体积小、成本低，易于产品化。体积小、成本低，易于产品化。n抗干扰能力强，可靠性好，适应温度范围宽。抗干扰能力强，可靠性好，适应温度范围宽。 军品军品:65125度，主要用于武器系统、航空器度，主要用于武器系统、航空器; 商用品商用品: 070度，主要限于机房和办公环境度，主要限于机房和办公环境; 工业品工业品:4085度。度。n易扩展，控制功能强。易扩展，控制功能强。MCS-51单片机指令系统中具有单片机指令系统中具有加减乘除指令，具有各种

14、逻辑运算和控制转移指令，加减乘除指令，具有各种逻辑运算和控制转移指令，还具有位操作功能。还具有位操作功能。n易于实现多机和分布式系统。易于实现多机和分布式系统。2. 单片机的应用n 单片机为工业测控而设计，具有三高优势单片机为工业测控而设计，具有三高优势(集成度高、集成度高、可靠性高、性价比高可靠性高、性价比高)。n 主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通讯设备、家用电器等。仪表、通讯设备、家用电器等。 特别适合于嵌入式特别适合于嵌入式微微型机应用系统型机应用系统。n 分为单机应用和多机应用两类分为单机应用和多机应用两类.多机应用多

15、机应用 多机应用是单片机在高科技领域中应用的多机应用是单片机在高科技领域中应用的主要模式。主要模式。n 功能集散系统功能集散系统 库房温湿度集散测控系统库房温湿度集散测控系统n 并行多机处理系统并行多机处理系统 并行数据采集系统、处理系统并行数据采集系统、处理系统n 局域网络系统局域网络系统 楼宇自动化的自动抄表系统楼宇自动化的自动抄表系统军需库温湿度监测军需库温湿度监测 1.6 MCS-51系列单片机uMCS-51系列单片机是美国系列单片机是美国Intel公司在公司在1980年推出年推出的的8位单片机位单片机 ，包含，包含51和和52两个子系列。两个子系列。 u51子系列的典型产品有子系列的

16、典型产品有8031，8051和和8751三种机型三种机型 u52子系列包括子系列包括8032，8052和和8752三种机型三种机型 u目前有多家著名半导体厂商购买了核，加上自己的目前有多家著名半导体厂商购买了核，加上自己的外围，生产多种兼容芯片。外围，生产多种兼容芯片。 不同型号不同型号MCS-51单片机单片机CPU处理能力和指令系处理能力和指令系统完全兼容，只是存储器和统完全兼容，只是存储器和I/O接口的配置有所不接口的配置有所不同。同。1.6 MCS-51系列单片机MCS-51单片机分类n 基本型基本型 8031/8051/8751n 增强型增强型 8032/8052/8752n 低功耗型低功耗型 80C31BH/87C51/80C51n 专用型专用型 8044/8744n 超超8位型位型 Philips 80C552/87C552/83C552n Flash型型 ATMEL AT89C51系列系列系列系列典型典型芯片芯片I/O口口定时计定时计数器数器中中断断源源串串口口片内片内RAM片内片内ROM51系列系列80c314x8位位2x16位位51128