单片机概述河北大学

1、1单片机原理及应用单片机原理及应用 河北大学电信工程学院河北大学电信工程学院2课程简介课程简介 本课程是本课程是涉电的工科涉电的工科专业均开课，属于宽口径的技专业均开课，属于宽口径的技术基础课。目前，国内的所有高等学校和职业技术学院术基础课。目前，国内的所有高等学校和职业技术学院的电类专业的电类专业工科工科和和部分理科部分理科，均开设了单片机课程。，均开设了单片机课程。 由于单片机在生产实践中的广泛应用，该课程学的由于单片机在生产实践中的广泛应用，该课程学的好坏已成为了同学们毕业后好坏已成为了同学们毕业后求职难易求职难易的一个重要因素。的一个重要因素。 由于单片机的迅速发展与普及，世界上一些著

2、名的厂由于单片机的迅速发展与普及，世界上一些著名的厂家已投放市场的产品就有数百个品种。美国家已投放市场的产品就有数百个品种。美国IntelIntel公司公司生生产的产的MCS-51MCS-51系列单片机系列单片机是最早进入中国市场的单片机产品是最早进入中国市场的单片机产品之一，已为我国广大的工程技术人员所熟悉并得到广泛的之一，已为我国广大的工程技术人员所熟悉并得到广泛的应用。所以，目前在中国各大学的单片机课中绝大多数讲应用。所以，目前在中国各大学的单片机课中绝大多数讲授的都是授的都是MCS-51MCS-51系列以及世界其它各大公司生产的与其兼系列以及世界其它各大公司生产的与其兼容的各种增强型、

3、扩展型的单片机。容的各种增强型、扩展型的单片机。 单片机课程已被各个学校放在十分重要的位置单片机课程已被各个学校放在十分重要的位置，且大，且大多数都在讲授多数都在讲授5151系列。系列。全国大学生电子竞赛全国大学生电子竞赛以及以及毕业设计毕业设计的许多题目，都涉及到有关单片机方面的内容。的许多题目，都涉及到有关单片机方面的内容。34通过本课程的学习通过本课程的学习（1 1）掌握有关单片机技术的）掌握有关单片机技术的基本概念基本概念；（2 2）掌握片内功能部件的）掌握片内功能部件的工作原理与软件编程工作原理与软件编程；（3 3）掌握系统）掌握系统扩展接口设计与编程扩展接口设计与编程；（4) 4)

4、 具有一定的单片机应用系统具有一定的单片机应用系统软硬件开发能力软硬件开发能力，为，为 将来从事单片机应用系统的开发打下坚实的基础；将来从事单片机应用系统的开发打下坚实的基础；（5 5）为进一步）为进一步学习学习DSPDSP、嵌入式微处理器技术等、嵌入式微处理器技术等课程课程 奠定坚实的理论与技术基础，也为进一步深造攻奠定坚实的理论与技术基础，也为进一步深造攻 读硕士学位做好技能与技术的准备。读硕士学位做好技能与技术的准备。培养目标培养目标5 第第1 1章章 绪绪 论论 1.1 1.1 什么是单片机什么是单片机1.2 1.2 单片机的发展单片机的发展过程过程1.3 1.3 单片机的特点及应用领

5、域单片机的特点及应用领域1.4 1.4 单片机的发展趋势单片机的发展趋势1.5 1.5 单片机型号简介单片机型号简介1.6 1.6 其它嵌入式处理器简介其它嵌入式处理器简介1.7 1.7 单片机应用系统开发简介单片机应用系统开发简介 6单片机的单片机的定义定义在一个半导体芯片上集成：在一个半导体芯片上集成：中央处理单元中央处理单元（CPUCPU）、存储器（）、存储器（RAMRAM、ROM)ROM)、并行、并行I/OI/O、串、串行行I/OI/O、定时器、定时器/ /计数器、中断系统计数器、中断系统等等具有具有微机的属性微机的属性（运行程序），因而被称为（运行程序），因而被称为单片单片微型计算机

6、微型计算机，简称，简称单片机单片机。1.1 1.1 什么是单片机什么是单片机7STC89C52AT89C2051AT89S5189PCPC机框图机框图MCU(1)(1)数据总线数据总线(Data Bus, DB)(Data Bus, DB)。用来在。用来在微处理器（微处理器（CPU)CPU)和和存储器之间以及微处理器和输入输出接口之间存储器之间以及微处理器和输入输出接口之间传送数传送数据。据。 (2)(2)地址总线地址总线(Address Bus, AB)(Address Bus, AB)。在计算机中存储器的。在计算机中存储器的每一个存储单元和每一个外部设备每一个存储单元和每一个外部设备都有一

7、个编号，称都有一个编号，称作作地址地址。计算机对存储器或外部设备的访问都是通过。计算机对存储器或外部设备的访问都是通过地址来进行的。地址总线用来传输地址来进行的。地址总线用来传输CPUCPU发出的地址信发出的地址信息。息。 (3)(3)控制总线控制总线(Control Bus(Control Bus，CB)CB)。用来传送用来传送CPUCPU送出的送出的控制信号控制信号的，也可以传送其他外部设备输入到的，也可以传送其他外部设备输入到CPUCPU的的信号。信号。10 将将CPUCPU、存储器、存储器、I/OI/O接口电路和总线接口接口电路和总线接口等组装在一块主机板（即微机主板）上，再通过等组装

8、在一块主机板（即微机主板）上，再通过系统总线和其它多块外设适配板卡连接键盘、显系统总线和其它多块外设适配板卡连接键盘、显示器、打印机、软示器、打印机、软/ /硬盘驱动器及光驱等设备。硬盘驱动器及光驱等设备。各种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、各种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、软软/ /硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内，再配硬盘驱动器及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上系统软件，就构成了一台完整的微型计算机系微型计算机系统统（简称系统机）。（简称系统机）。工业工业PCPC机机 也属于多板机。也属于多板机。通用微型计算机系统通用微型计算机系统1112MCS51

9、MCS51框图框图单片机应用系统单片机应用系统13主要用于主要用于控制领域控制领域。通常是处于。通常是处于控制系统的核控制系统的核 心地位心地位并嵌入其中。嵌入到仪器或设备中，并嵌入其中。嵌入到仪器或设备中， 实现嵌入式应用的计算机，所以国际上称实现嵌入式应用的计算机，所以国际上称嵌嵌 入式控制器（入式控制器（EMCUEMCU，Embedded Embedded MicroController Unit) MicroController Unit)或或微控制器微控制器（MCUMCU， MicroController Unit) MicroController Unit)。是计算机技术发展史上的

10、一个重要里程碑，标是计算机技术发展史上的一个重要里程碑，标 志微型计算机正式形成了志微型计算机正式形成了通用计算机系统通用计算机系统和和 嵌入式计算机系统嵌入式计算机系统两大分支。两大分支。14单片机按其处理的单片机按其处理的二进制位数二进制位数主要分为：主要分为：4 4位位单片机、单片机、8 8位位单片单片机、机、1616位位单片机和单片机和3232位位单片机。单片机。单片机单片机技术发展过程可分为三个主要阶段：技术发展过程可分为三个主要阶段： （1 1）单片机单片机形成形成阶段阶段（ 1974 1974年年19781978年年） 1974 1974年年1212月，仙童公司推出月，仙童公司推

11、出8 8位单片机，只包括位单片机，只包括8 8位位CPUCPU、64B RAM64B RAM和和2 2个并行口。个并行口。19761976年，年，IntelIntel公司推出了公司推出了MCS-48MCS-48系列单系列单片机片机 。8 8位位CPUCPU、1K1K字节字节ROMROM、6464字节字节RAMRAM、2727根根I/OI/O线和线和1 1个个8 8位位定时定时/ /计数器。计数器。 特点是：特点是：存储器容量较小，寻址范围小存储器容量较小，寻址范围小（不大于（不大于4K4K），），无无串行接口串行接口，指令系统，指令系统功能不强功能不强。 1.2 1.2 单片机的发展过程单片机

12、的发展过程15 1978 1978年，年，ZilogZilog公司推出公司推出Z8Z8单片机单片机；19801980年，年，IntelIntel公司公司推推出了出了MCS-51MCS-51系列系列单片机；单片机；MotorolaMotorola推出推出6801/026801/02单片机。单片单片机。单片机的性能及应用跃上新台阶。机的性能及应用跃上新台阶。 此后此后，各公司的，各公司的8 8位单片机迅速发展。推出的单片机普遍位单片机迅速发展。推出的单片机普遍带有串行带有串行I/OI/O口、多级中断系统、口、多级中断系统、1616位定时位定时/ /计数器，片内计数器，片内ROMRAMROMRAM容

13、量加大，寻址范围可达容量加大，寻址范围可达64KB64KB，有的片内还带有，有的片内还带有A/DA/D转转换器。换器。 特点特点是是：结构：结构体系完善体系完善，存储器容量增加，指令功能强大，存储器容量增加，指令功能强大，外围电路功能增强，外围电路功能增强，面向控制面向控制的特点的特点进一步进一步突出突出。（2 2）性能完善提高）性能完善提高阶段（阶段（19781978年年19831983年）年） 16 8 8位单片机巩固发展位单片机巩固发展及及1616位单片机、位单片机、3232位单片机位单片机推出推出。 1616位位典型产品典型产品IntelIntel公司的公司的MCS-96MCS-96系

14、列系列单片机。而单片机。而3232位单片位单片机除了具有更高的集成度外，其数据处理速度比机除了具有更高的集成度外，其数据处理速度比1616位单片机提位单片机提高许多，性能比高许多，性能比8 8位、位、1616位单片机更加优越。位单片机更加优越。 90 90年代后，各大半导体公司相继开发了功能强大的单片机。年代后，各大半导体公司相继开发了功能强大的单片机。如美国如美国MICROCHIPMICROCHIP公司推出公司推出RISCRISC的的PICPIC系列系列单片机；单片机；MOTOROLAMOTOROLA公公司司MC68HCMC68HC系列系列单片机；日本单片机；日本HITACHIHITACHI

15、、NECNEC、TOSHIBATOSHIBA等。目前，等。目前，除除8 8位机广泛应用外，位机广泛应用外，1616位、位、3232位单片机也得到广大用户青睐。位单片机也得到广大用户青睐。 特点是：片内面向测控系统外围电路增强，使单片机可以方特点是：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便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。（3 3）微）微控制器全面发展阶段（控制器全面发展阶段（19831983年现在）年现在） 17 单片机是单片机是集成电路技术集成电路技术与与微型计算机技术微型计算机技术高速发展高速发展的产物，是微计算机的一种应用形态。体积小、价格低、

16、的产物，是微计算机的一种应用形态。体积小、价格低、应用方便、稳定可靠，因此，应用方便、稳定可靠，因此，给工业自动化等领域带来给工业自动化等领域带来了一场重大革命和技术进步了一场重大革命和技术进步。 由于由于体积小，很容易嵌入到系统体积小，很容易嵌入到系统之中，一般微机之中，一般微机很难做到。由于很难做到。由于本身就是一个微型计算机，本身就是一个微型计算机，因此只要因此只要在单片机的外部适当增加一些必要的外围扩展电路，在单片机的外部适当增加一些必要的外围扩展电路，就可以灵活地就可以灵活地构成各种应用系统。构成各种应用系统。如工业自动化检测如工业自动化检测监视系统、数据采集系统、自动控制系统、智能

17、仪器监视系统、数据采集系统、自动控制系统、智能仪器仪表等。仪表等。1.3 1.3 单片机单片机的特点及应用领域的特点及应用领域1.3.1 1.3.1 单片机的特点单片机的特点为什么应用广泛？单片机具有的优势：为什么应用广泛？单片机具有的优势：18（1 1）功能齐全，应用可靠，抗干扰能力强。）功能齐全，应用可靠，抗干扰能力强。（2 2）简单方便，易于普及。单片机技术）简单方便，易于普及。单片机技术易于掌握。易于掌握。应用应用系统设计、组装、调试时可以很快掌握。系统设计、组装、调试时可以很快掌握。（3 3）嵌入容易，用途广泛，体积小，性价比高，应用灵嵌入容易，用途广泛，体积小，性价比高，应用灵活活

18、等特点，在等特点，在嵌入式控制系统嵌入式控制系统中具有十分重要的地位。中具有十分重要的地位。（4 4）发展迅速，前景广阔。短短几十年，单片机经过）发展迅速，前景广阔。短短几十年，单片机经过4 4位机、位机、8 8位机、位机、3232位机位机等几大发展阶段。尤其是等几大发展阶段。尤其是集成度高、集成度高、功能日臻完善功能日臻完善的单片机不断问世，在工业控制及工业自的单片机不断问世，在工业控制及工业自动化领域获得长足发展和大量应用。目前，内部结构愈动化领域获得长足发展和大量应用。目前，内部结构愈加完美，片内外功能部件完善，为向加完美，片内外功能部件完善，为向更高层次更高层次和和更大规更大规模模的发

19、展奠定坚实基础。的发展奠定坚实基础。19 单片机出现前单片机出现前，制作一套测控系统，大量的模拟电路、，制作一套测控系统，大量的模拟电路、数字电路数字电路分立元件分立元件完成。系统的体积庞大，线路复杂，连完成。系统的体积庞大，线路复杂，连接点多，易出故障。接点多，易出故障。 单片机问世后单片机问世后，控制功能的绝大部分由单片机的软件，控制功能的绝大部分由单片机的软件程序实现，其它电子线路则由片内的外围功能部件来替代。程序实现，其它电子线路则由片内的外围功能部件来替代。CPUCPU、存储器及、存储器及I/OI/O接口以及包括接口以及包括ADCADC、PWMPWM等功能模块都等功能模块都集集成在同

20、一芯片成在同一芯片内，各部件间的内，各部件间的连接紧凑连接紧凑，数据在传送时受，数据在传送时受干扰的影响较小，且干扰的影响较小，且不易受环境条件的影响不易受环境条件的影响，单片机的，单片机的可可靠性非常高靠性非常高。20(1)(1)智能仪器仪表智能仪器仪表 对仪器仪表的对仪器仪表的自动化自动化和和智能化智能化要求越来越高。单片机要求越来越高。单片机有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减少体有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减少体积而易于携带和使用，加速仪器仪表向积而易于携带和使用，加速仪器仪表向数字化数字化、智能化、智能化、多功能化方向发展。多功能化方向发展。 如如各种智能电

21、气测量仪表、智能传感器各种智能电气测量仪表、智能传感器等。等。1.3.2 1.3.2 单片机的应用领域单片机的应用领域21 机电一体化产品是集机电一体化产品是集机械机械技术技术、电子电子技术、技术、自动化自动化技术和技术和计算机计算机技术于一体，具有智能化特征的各种机电技术于一体，具有智能化特征的各种机电产品。产品。单片机单片机在机电一体化产品的开发在机电一体化产品的开发中发挥着巨大中发挥着巨大的作用。的作用。典典型产品型产品如如机器人、数控机床机器人、数控机床、自动化生产线、自动、自动化生产线、自动包装机包装机、点、点钞机、打印机钞机、打印机、传真机、复印机、传真机、复印机等。等。（2 2）

22、机电一体化产品）机电一体化产品22单片机单片机还可以还可以用于工业过程控制、运动控制、数据采集用于工业过程控制、运动控制、数据采集和传输等。和传输等。如电流如电流、电压、温度、液位、电压、温度、液位、流量、浓度流量、浓度等等物理参数的物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中，采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同采用不同的算法的算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应用和产品质量。典型应用如如

23、电机速度和位置控制、电机速度和位置控制、温度温度控制、控制、流量与浓度控制流量与浓度控制等等 。（3 3）实时工业控制）实时工业控制23（4 4）分布式多机系统）分布式多机系统 在较复杂多节点测控系统中，常采用在较复杂多节点测控系统中，常采用分布式多机系分布式多机系统统。一般由若干台功能各异的单片机组成，它们之间通。一般由若干台功能各异的单片机组成，它们之间通过通信接口相互联系、协调工作。系统中，单片机往往过通信接口相互联系、协调工作。系统中，单片机往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。息进行实时的测量和控制

24、。（5 5）医疗设备领域）医疗设备领域 单片机在医疗设备中的用途也非常广泛，例如：单片机在医疗设备中的用途也非常广泛，例如：血血糖仪、血压监护仪、血氧计、心率监护仪、便携式心电糖仪、血压监护仪、血氧计、心率监护仪、便携式心电图机、呼吸机以及可穿戴设备图机、呼吸机以及可穿戴设备等等。等等。24（6 6）消费类电子产品）消费类电子产品 例如，洗衣机、电冰箱、空调、电视机、微波炉、例如，洗衣机、电冰箱、空调、电视机、微波炉、加湿器、消毒柜、电饭煲、高档玩具等。嵌入了单片机加湿器、消毒柜、电饭煲、高档玩具等。嵌入了单片机后，功能和性能大大提高，并实现智能化、最优化控制。后，功能和性能大大提高，并实现智

25、能化、最优化控制。（7 7）汽车电子设备）汽车电子设备 已广泛地应用，如汽车电喷已广泛地应用，如汽车电喷ECUECU、汽车安全系统、汽车安全系统、汽车空调控制器、汽车音响、电动门窗、汽车防盗系统、汽车空调控制器、汽车音响、电动门窗、汽车防盗系统、防抱死刹车系统（防抱死刹车系统（ABSABS）、行车电脑、胎压监测、倒车）、行车电脑、胎压监测、倒车雷达等等。雷达等等。25（6 6）消费类电子产品）消费类电子产品 例如，洗衣机、电冰箱、空调、电视机、微波炉、例如，洗衣机、电冰箱、空调、电视机、微波炉、加湿器、消毒柜、电饭煲、高档玩具等。嵌入了单片机加湿器、消毒柜、电饭煲、高档玩具等。嵌入了单片机后，

26、功能和性能大大提高，并实现智能化、最优化控制。后，功能和性能大大提高，并实现智能化、最优化控制。（7 7）汽车电子设备）汽车电子设备 已广泛地应用，如汽车电喷已广泛地应用，如汽车电喷ECUECU、汽车安全系统、汽车安全系统、汽车空调控制器、汽车音响、电动门窗、汽车防盗系统、汽车空调控制器、汽车音响、电动门窗、汽车防盗系统、防抱死刹车系统（防抱死刹车系统（ABSABS）、行车电脑、胎压监测、倒车）、行车电脑、胎压监测、倒车雷达等等。雷达等等。26（8 8）国防工业）国防工业 在在现代化的武器装备现代化的武器装备中，如飞机、军舰、坦克、导中，如飞机、军舰、坦克、导弹、鱼雷制导、智能武器装备、航天飞

27、机导航系统，都弹、鱼雷制导、智能武器装备、航天飞机导航系统，都有单片机嵌入其中。有单片机嵌入其中。 总之，从总之，从工业电气电子（自动化、自动控制、智能工业电气电子（自动化、自动控制、智能仪器仪表等）、医疗电子、消费类电子（智能家电、多仪器仪表等）、医疗电子、消费类电子（智能家电、多媒体设备等）、汽车电子等媒体设备等）、汽车电子等方面，直到方面，直到国防尖端技术领国防尖端技术领域域，单片机都发挥着十分重要的作用。，单片机都发挥着十分重要的作用。1.4 1.4 单片机的发展趋势单片机的发展趋势发展趋势发展趋势将是向将是向大容量大容量、高性能高性能、外围电路内装化外围电路内装化等方面等方面发展。为

28、满足不同用户要求，各公司竞相推出能满足不发展。为满足不同用户要求，各公司竞相推出能满足不同需要的产品。同需要的产品。1.CPU1.CPU改进改进（1 1）增加增加CPUCPU数据总线宽度。数据总线宽度。例如，各种例如，各种1616位和位和3232位单片位单片机。另外，机。另外，8 8位单片机内部采用位单片机内部采用1616位数据总线，数据处位数据总线，数据处理能力要优于理能力要优于8 8位单片机位单片机（2 2）采用双采用双CPUCPU结构结构，以提高数据处理能力。，以提高数据处理能力。272.2.存储器的发展存储器的发展（1 1）片内程序存储器普遍）片内程序存储器普遍采用闪烁（采用闪烁（Fl

29、ash)Flash)存储器。存储器。可不可不用外扩展程序存储器，简化系统结构。用外扩展程序存储器，简化系统结构。（2 2）加大存储容量。加大存储容量。目前片内程序存储器容量可达目前片内程序存储器容量可达128KB128KB。283.3.片内片内I/OI/O的改进的改进（1 1）增加并行口增加并行口驱动能力驱动能力，以减少外部驱动芯片。有的单，以减少外部驱动芯片。有的单片机可以直接输出大电流和高电压，可以直接驱动片机可以直接输出大电流和高电压，可以直接驱动LEDLED或或VFDVFD（荧光显示器）（荧光显示器）、继电器等负载；、继电器等负载；（2 2）有些）有些片内设置了特殊串行片内设置了特殊串

30、行I/OI/O功能功能，为构成，为构成分布式、分布式、网络化网络化系统提供方便。系统提供方便。295.5.外围电路内装化外围电路内装化 系统的单片化系统的单片化是目前发展趋势之一。例如，美国是目前发展趋势之一。例如，美国Silicon LabsSilicon Labs公司的公司的C8051F020C8051F020 8 8位机，采用流水线结构，位机，采用流水线结构，大部分大部分指令的完成时间指令的完成时间为为1 1或或2 2个时钟周期，个时钟周期，峰值处理能力峰值处理能力为为25MIPS25MIPS。片上集成有。片上集成有8 8通道通道A/DA/D、两路、两路D/AD/A、两路电压比较、两路电

31、压比较器，内置温度传感器、定时器、可编程数字交叉开关和器，内置温度传感器、定时器、可编程数字交叉开关和6464个通用个通用I/OI/O、电源监测、看门狗、多种类型的串行接口等。、电源监测、看门狗、多种类型的串行接口等。一个芯片就可以构成一个应用系统。一个芯片就可以构成一个应用系统。综上所述，单片机正在向综上所述，单片机正在向多功能多功能、高性能高性能、高速高速、低电压低电压（2.7-1.8V2.7-1.8V都可以工作都可以工作）、低功耗、低功耗、高集成度高集成度以及以及片内片内存储器不断增大存储器不断增大的方向发展。的方向发展。306.6.低功耗化低功耗化 低工作电压，低工作电压，CMOSCM

32、OS化，功耗小，配置有化，功耗小，配置有等待状态、休眠状等待状态、休眠状态、关闭状态态、关闭状态等工作方式。消耗电流仅在等工作方式。消耗电流仅在AA或或nAnA量级，量级，适用于电池供电便携式、手持式仪器仪表及消费类电子适用于电池供电便携式、手持式仪器仪表及消费类电子产品。产品。1.5 1.5 单片机芯片简介单片机芯片简介1.5.1 MCS-511.5.1 MCS-51系列单片机系列单片机31 在上世纪在上世纪8080年代和年代和9090年代，年代，MCS-51MCS-51是应用最广泛的机是应用最广泛的机型之一型之一。 MCS-51 MCS-51系列品种丰富，经常使用的是系列品种丰富，经常使用

33、的是基本型基本型和和增强型增强型。 MCSMCS是是IntelIntel公司单片机的系列符号，公司单片机的系列符号，MCS-51MCS-51、MCS-MCS-9696系列。系列。 MCS-51 MCS-51系列实在系列实在MCS-48MCS-48系列基础上于系列基础上于2020世纪世纪8080年代年代初发展起来的，是初发展起来的，是最早进入我国最早进入我国，并在我国得到广泛应，并在我国得到广泛应用的单片机主流品种。用的单片机主流品种。 32（1 1）基本型）基本型基本型基本型：8031/8051/80718031/8051/8071（低功耗型（低功耗型80C31/80C51/87C5180C3

34、1/80C51/87C51） 8031 8031内部包括内部包括1 1个个8 8位位CPUCPU、128B RAM128B RAM，2121个特殊功能寄存个特殊功能寄存器（器（SFRSFR）、）、4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O口、口、1 1个全双工串行口，个全双工串行口，2 2个个1616位定位定时器时器/ /计数器，计数器，5 5个中断源，片内无程序存储器，需外扩程序存个中断源，片内无程序存储器，需外扩程序存储器。储器。 8051 8051是在是在80318031的基础上，片内集成的基础上，片内集成4KB4KB掩膜掩膜ROMROM作为程序存作为程序存储器。储器。87518751片内

35、集成片内集成4KB EPROM4KB EPROM。3334（2 2）增强型）增强型 Intel Intel公司在基本型的基础上，推出增强型公司在基本型的基础上，推出增强型-52-52子系列，典子系列，典型产品：型产品：8032/8052/87528032/8052/8752。 内部内部RAMRAM增到增到256B256B，片内程序存储器扩展到，片内程序存储器扩展到8KB8KB，1616位定时位定时/ /计数器增至计数器增至3 3个，个，6 6个中断源，串行口通信个中断源，串行口通信速率提高速率提高5 5倍倍。3536无无ROMROM（即（即ROMLessROMLess）型，应用时要在片外扩展程

36、序）型，应用时要在片外扩展程序存储器；存储器；掩膜掩膜ROMROM（即（即MaskROMMaskROM）型，用户程序由芯片生产厂）型，用户程序由芯片生产厂写入；写入； EPROMEPROM型，用户程序通过写入装置写入，通过紫外型，用户程序通过写入装置写入，通过紫外线照射擦除；线照射擦除； FlashROMFlashROM型，用户程序可以电写入或擦除（当前常型，用户程序可以电写入或擦除（当前常用方式）。用方式）。还有还有OTPROMOTPROM型（一次性编程写入型（一次性编程写入ROMROM） 产品，具有较产品，具有较高的环境适应性和可靠性。高的环境适应性和可靠性。片内片内ROMROM的配置形式

37、：的配置形式：37 20 20世纪世纪8080年代中期以后，年代中期以后，IntelIntel公司精力集中在高档公司精力集中在高档CPUCPU芯片的开发、研制上，逐渐芯片的开发、研制上，逐渐淡出淡出单片机的开发和生产。单片机的开发和生产。 MCS-51 MCS-51设计上成功设计上成功，及，及较高的市场占有率较高的市场占有率，已成为许，已成为许多厂家、电气公司竞相选用的对象。多厂家、电气公司竞相选用的对象。 Intel Intel以以专利专利形式把形式把80518051内核技术内核技术转让给转让给AtmelAtmel、 ADI ADI、 PhilipsPhilips、MaximMaxim等公司

38、。等公司。 以以80518051为内核，采用为内核，采用CHMOSCHMOS工艺生产的单片机产品，工艺生产的单片机产品，统称为统称为80C5180C51系列系列单片机。这些兼容机型的各种衍生品统单片机。这些兼容机型的各种衍生品统称为称为80518051系列单片机系列单片机或简称为或简称为5151单片机单片机，是在，是在80518051的基的基础上又础上又增加一些功能模块增加一些功能模块（称其为（称其为增强型增强型、扩展型扩展型子系子系列单片机）。列单片机）。1.5.2 80511.5.2 8051系列单片机系列单片机 80C5180C51系列系列单片机产品繁多单片机产品繁多，近年来，近年来推出

39、的推出的与与80C5180C51兼容兼容的主的主要产品有：要产品有： ATMEL ATMEL公司融入公司融入FlashFlash存储器技术的存储器技术的AT89AT89系列；系列； Philips Philips公司的公司的80C5180C51、80C55280C552系列；系列； 华邦公司的华邦公司的W78C51W78C51、W77C51W77C51高速低价高速低价系列；系列； ADI ADI公司的公司的ADC8xxADC8xx高精度高精度ADCADC系列；系列； MaximMaxim公司的公司的DS89C420DS89C420高速（高速（50MIPS50MIPS）系列；系列； Silico

40、n LabsSilicon Labs公司公司的的C8051FC8051F系列高速系列高速SOCSOC单片机；单片机； 宏晶科技的宏晶科技的STC89C5XSTC89C5X系列。系列。AT89C5X(AT89S5X)AT89C5X(AT89S5X)系列单片机系列单片机39 ATMEL ATMEL公司的技术优势是公司的技术优势是闪烁闪烁(Flash)(Flash)存储器存储器技术技术, ,将将FlashFlash技术与技术与80C5180C51内核相结合，形成片内内核相结合，形成片内FlashFlash存储器的存储器的AT89C5X/AT89S5XAT89C5X/AT89S5X系列系列单片机。单片

41、机。 AT89C5X/AT89S5X AT89C5X/AT89S5X系列与系列与MCS-51MCS-51系列在系列在原有功能、引原有功能、引脚以及指令系统方面完全兼容脚以及指令系统方面完全兼容。某些品种又增加了一些新。某些品种又增加了一些新功能，如功能，如看门狗看门狗、ISPISP（在线编程）及（在线编程）及SPISPI串口串口等。片内等。片内FlashFlash允许在线（允许在线（+5V+5V）电擦除、电写入或使用编程器对其）电擦除、电写入或使用编程器对其重复编程。重复编程。40 与与AT89C5XAT89C5X系列相比，系列相比，AT89S5XAT89S5X系列的系列的时钟频率时钟频率及及

42、运算运算速度速度有了较大的提高有了较大的提高，例如，例如，AT89C51AT89C51工作频率的上限为工作频率的上限为24MHz24MHz，而，而AT89S51AT89S51为为33MHz33MHz。AT89S51AT89S51片内集成有双数据指片内集成有双数据指针针DPTRDPTR，看门狗定时器，具有低功耗空闲工作方式和掉电，看门狗定时器，具有低功耗空闲工作方式和掉电工作方式，工作方式，AT89S5XAT89S5X系列已逐渐取代系列已逐渐取代AT89C5XAT89C5X。增强型：增强型：AT89C52/AT89S52AT89C52/AT89S52基本型：基本型：AT89C51/AT89S51

43、AT89C51/AT89S51 与与MCS-51MCS-51的的87C5187C51相比相比，AT89C51/AT89S51AT89C51/AT89S51片内的片内的4KB 4KB FlashFlash存储器存储器取代了取代了87C5187C51片内的片内的4KB PROM4KB PROM，且可在线编程，且可在线编程或使用编程器重复编程。或使用编程器重复编程。41型号型号片内片内FlashFlash ROM(KB)ROM(KB)片内片内RAM(B)RAM(B)最大最大I/OI/O口口（位）（位）定时定时/ /计计数器数器串行口串行口最大工作频最大工作频率（率（MHzMHz）工作电工作电压（压（

44、V V）AT89S205AT89S2051 12 225625615152 21 124242.7-5.52.7-5.5AT89S405AT89S4051 14 425625615152 21 124242.7-5.52.7-5.5AT89S51AT89S514 412812832322 21 133334-5.54-5.5AT89S52AT89S528 825625632323 31 133334-5.54-5.5AT89LS51AT89LS514 412812832322 21 116162.7-4.02.7-4.0AT89C51EAT89C51ED2D26464EEPROMEEPROM(

45、2KB)(2KB)2K2K32324 42 2其中其中SPI(1)SPI(1)60602.7-5.52.7-5.5表表1-2 AT891-2 AT89系列单片机片上资源系列单片机片上资源42 注注2 2：AT89C2052/4051AT89C2052/4051为为非总线型单片机非总线型单片机。 非总线型单片机已经将用于外部并行总线扩展用的非总线型单片机已经将用于外部并行总线扩展用的I/OI/O口线和控制功能线去掉，从而使单片机的口线和控制功能线去掉，从而使单片机的引脚数减少、引脚数减少、体积减小体积减小。对于不需进行并行外围扩展，装置的体积要求。对于不需进行并行外围扩展，装置的体积要求苛刻且程

46、序量不大的系统极其适合。苛刻且程序量不大的系统极其适合。注注1 1：“L”“L”代表代表低电压低电压，工作电压为，工作电压为2.7-4.0V2.7-4.0V。可以应用。可以应用在在便携式便携式、无交流电源供电无交流电源供电的环境中。特别适用于电池供的环境中。特别适用于电池供电的仪器仪表或各种野外操作的设备中。电的仪器仪表或各种野外操作的设备中。43 此外，还有多种此外，还有多种扩展机型扩展机型，比如带有，比如带有CANCAN控制器控制器接口接口的机型，如的机型，如AT89C51CC01AT89C51CC01：32K32K Flash Flash、4444PinsPins、40MHz40MHz、

47、34P34P Max I/O Max I/O、1UART1UART、1CAN1CAN、8 8通道通道1010位位ADCADC、1.25KB1.25KB SRAM SRAM、2048B EEPROM2048B EEPROM、4 4个定时器、个定时器、WatchDogWatchDog（看门狗）工作电压（看门狗）工作电压3.0-5.5V3.0-5.5V；AT89C51CC02AT89C51CC02： 16K16K Flash Flash、3232PinsPins、40MHz40MHz、20P20P Max I/O Max I/O、1UART1UART、1CAN1CAN、8 8通道通道1010位位AD

48、CADC、512B512B SRAM SRAM、2048B EEPROM2048B EEPROM、4 4个定时器、个定时器、WatchDogWatchDog（看门狗）、工作电压（看门狗）、工作电压3.0-5.5V3.0-5.5V；AT89C51CC03AT89C51CC03： 64K64K Flash Flash、6464PinsPins、40MHz40MHz、37P 37P Max I/OMax I/O、1UART1UART、1CAN1CAN、1SPI1SPI、8 8通道通道1010位位ADCADC、2.25K2.25K SRAM SRAM、2048B EEPROM2048B EEPROM、

49、4 4个定时个定时器、器、WatchDogWatchDog（看门狗）、工作电压（看门狗）、工作电压3.0-5.5V3.0-5.5V44 美国美国ADI(Analog Device IncADI(Analog Device Inc）公司生产的高性能单片）公司生产的高性能单片机。如机。如ADAD C812C812：内部包含：内部包含高精度高精度的自校准的自校准8 8通道通道1212位数模位数模转换器（转换器（ADCADC），2 2通道通道1212位模数转换器。位模数转换器。8 8位与位与80518051单片机单片机兼容的兼容的MCUMCU内核，指令系统与内核，指令系统与MCS-51MCS-51系列

50、兼容。系列兼容。 片内有片内有8KB Flash8KB Flash程序存储器、程序存储器、640B Flash640B Flash数据存储器、数据存储器、256B256B数据数据SRAMSRAM。集成了。集成了WDTWDT、电源监视器、温度监控器、基、电源监视器、温度监控器、基准电压源。最大准电压源。最大16MHz16MHz，3 3个定时个定时/ /计数器，计数器，2 2优先级的优先级的9 9个中个中断源，断源，3232条可编程的条可编程的I/OI/O线、包含与线、包含与I I2 2C C兼容的兼容的SPISPI串行接口和串行接口和标准标准UARTUART串行接口。串行接口。 内核和数模转换器

51、均设有内核和数模转换器均设有正常正常、空闲空闲和和掉电掉电工作模式工作模式，软件可以控制模式切换，在掉电模式下，消耗总电流约软件可以控制模式切换，在掉电模式下，消耗总电流约5 5 。ADAD C8XX系列单片机系列单片机45 美国美国ADI(Analog Device IncADI(Analog Device Inc）公司生产的）公司生产的高性能高性能单单片机，片机，ADAD C834C834：内部包含：内部包含双通道差分输入双通道差分输入2424位位- - 主数主数模转换器（模转换器（ADCADC），），3 3通道单端输入通道单端输入1616位辅模数转换器，位辅模数转换器，两两路路PWMPW

52、M输出输出，与，与80518051单片机兼容的单片机兼容的MCUMCU内核，指令系统与内核，指令系统与MCS-51MCS-51系列兼容。系列兼容。 片内有片内有62KB Flash62KB Flash程序存储器、程序存储器、4K Flash4K Flash数据存储器、数据存储器、2K2K数据数据SRAMSRAM；集成了精密温度传感器、；集成了精密温度传感器、WDTWDT、电源监视器、电源监视器、温度监控器、基准电压源；温度监控器、基准电压源；3 3个定时个定时/ /计数器，计数器，2 2优先级的优先级的1111个中断源；个中断源；2626条可编程的条可编程的I/OI/O线、包含与线、包含与I

53、I2 2C C、SPISPI串行接口串行接口和标准和标准UARTUART串行接口。串行接口。 应用于应用于高精度传感器高精度传感器、数据采集数据采集、高精度检测高精度检测等系统。等系统。C8051FXXXC8051FXXX单片机单片机46 美国美国Silicon LabsSilicon Labs公司，公司，80518051内核。内核。典型产品典型产品为为C8051F020C8051F020。内部采用。内部采用流水线流水线结构，大部分指令的完成时结构，大部分指令的完成时间为间为1 1到到2 2个时钟周期，峰值处理能力为个时钟周期，峰值处理能力为25MIPS25MIPS。高速。高速8 8位位单片机

54、。单片机。 片内资源片内资源：1 1个个8 8通道通道8 8位位ADCADC、1 1个个8 8通道通道1212位位ADCADC、1 1个双路个双路1212位位DACDAC；64KB64KB片内片内FlashFlash程序存储器，程序存储器，4352B RAM4352B RAM；8 8组组I/OI/O端口端口6464根根I/OI/O口线；口线；5 5个个1616位通用定时器，位通用定时器，5 5路路PCAPCA捕捉捕捉/ /比较模块；比较模块；2 2个个UARTUART串口、串口、1 1个个SMBusSMBus（兼容（兼容I I2 2C)C)串串口、口、1 1个个SPISPI串口；串口；2 2路

55、电压比较器，电源监测模块，内置路电压比较器，电源监测模块，内置温度传感器；温度传感器；2.7-3.6V2.7-3.6V工作电源。工作电源。47 该结构可通过该结构可通过设置交叉开关控制寄存器设置交叉开关控制寄存器将片内计数将片内计数器器/ /定时器、串行总线、硬件中断、定时器、串行总线、硬件中断、ADCADC转换启动输入、转换启动输入、比较器输出及单片机内部的其它数字信号配置在端口比较器输出及单片机内部的其它数字信号配置在端口I/OI/O引脚，这样用户可以根据自己的需要选择所需的数字资引脚，这样用户可以根据自己的需要选择所需的数字资源和通用源和通用I/OI/O口。口。 C8051F C8051

56、F系列单片机最突出的改进是引入了系列单片机最突出的改进是引入了数字交叉开数字交叉开关关。改变了以往内部功能与外部引脚的固定对应关系。它。改变了以往内部功能与外部引脚的固定对应关系。它是一个大的数字开关网络，是一个大的数字开关网络，允许将内部数字系统资源分配允许将内部数字系统资源分配给端口给端口I/OI/O引脚引脚。48 是宏晶科技公司生产的系列高性能单片机。是宏晶科技公司生产的系列高性能单片机。8 8位与位与80518051单片机兼容的单片机兼容的MCUMCU内核，指令系统与内核，指令系统与MCS-51MCS-51系列兼容。资源系列兼容。资源配置和品种丰富，价格低。配置和品种丰富，价格低。 产

57、品主要有产品主要有STC89STC89、9090、1010、1111、1212、1515这几大系列。这几大系列。每个系列又分为几个子系列，如每个系列又分为几个子系列，如STC15STC15系列有系列有ATC15F/L/WATC15F/L/W几几个子系列，个子系列，F F：工作电压：工作电压3.8-5.5V3.8-5.5V；L L：2.4-3.6V2.4-3.6V；W W：2.4-2.4-5.5V.5.5V.STCSTC系列单片机系列单片机49非非80518051系列单片机系列单片机也有很多也有很多，在国内得到，在国内得到较为广泛应用较为广泛应用。1.5.3 1.5.3 非非80518051系列

58、单片机系列单片机 精简指令集计算机精简指令集计算机（RISCRISC-Reduced Instruction Set -Reduced Instruction Set ComputerComputer）是相对于）是相对于复杂指令集计算机复杂指令集计算机（CISCCISC-Complex -Complex Instruction Set ComputerInstruction Set Computer）来说的，精简指令集计算机废）来说的，精简指令集计算机废除机器周期，抛弃复杂指令计算机追求指令完备的做法。减除机器周期，抛弃复杂指令计算机追求指令完备的做法。减少了指令的数量，只保留了那些常用的指令

59、，以字作为指令少了指令的数量，只保留了那些常用的指令，以字作为指令长度单位，将长度单位，将操作数与操作码安排在一字之中，指令长度固操作数与操作码安排在一字之中，指令长度固定、指令格式与种类相对较少、寻址方式也相对较少，绝大定、指令格式与种类相对较少、寻址方式也相对较少，绝大部分指令都为单周期指令部分指令都为单周期指令。 取值周期短，可以预取指令，实现流水作业，故可高速取值周期短，可以预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。执行指令。501.5.3 1.5.3 非非80518051系列单片机系列单片机AVRAVR系列单片机系列单片机 美国美国AtmelAtmel公司的高速公司的高速8 8位位R

60、ISCRISC单片机单片机(High-(High-performance and Low-power RISC Architectureperformance and Low-power RISC Architecture）（1 1）高速、高可靠性、功能强、低功耗和低价位。）高速、高可靠性、功能强、低功耗和低价位。（2 2）采用）采用片内片内FlashFlash存储器存储器给用户的开发带来方便。另给用户的开发带来方便。另外，片内大容量外，片内大容量RAMRAM不仅能满足一般场合使用，同时也更不仅能满足一般场合使用，同时也更有效的支持使用高级语言开发系统程序，并可像有效的支持使用高级语言开发系统