MCS-51单片微型计算机及其应用：第1章 单片机概述

1、第1章 单片机概述 1.1 计算机的发展 1946年2月15日第一台电子数字计算机（ENIAC埃尼阿克）问世。ENIAC是电子管计算机，时钟频率仅为100 KHz，但能在1秒钟的时间内完成5000次加法运算。匈牙利籍数学家冯诺依曼在电子计算机设计方案上做出了重要的贡献。1946年6月他又提出了“程序存储”和“二进制运算”的思想，进一步构建了计算机由“运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备”组成这一计算机的经典结构。电子计算机技术的发展经历了五个时代：电子管计算机晶体管计算机集成电路计算机大规模集成电路计算机超大规模集成电路计算机微型计算机：应用形态上多板机（系统机）；单板机；单片机多板机（

2、系统机）：将CPU、存储器、I/O接口电路和总线接口等组装在一块主机板上（微机主板），各种适配板卡插在主机板的扩展槽上，与电源、软/硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内，再配上系统软件。单板机：将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片和简单的I/O设备（小键盘、LED显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序（固化在ROM中），就构成了一台单板微型计算机。单片机：在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路等，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机。1.2 单片机的发展一、单片机的四个阶段 第一阶段(1974年1976年)：单片机初级阶段，功能 比较简单。 第二阶段（1976年19

3、78年）：低性能单片机阶段， 以Intel 公司制造的MCS-48单片机为代表。 第三阶段(1978年现在)：高性能单片机阶段，Intel 公司的MCS-51系列、Mortorola公司的6801系列等。 第四阶段(1982年现在)：8位单片机巩固发展及16 位单片机、32位单片机推出应用阶段。二、单片机的定义 单片机是微型计算机发展的一个分支，是一种专门面向控制的微处理器（Micro Processor,P），称之为微控制器(Micro Controller Unit，MCU)。 单片机通常以单一芯片的形式出现，但是它已具有了微型计算机所包含的基本组成结构和特有的控制应用功能，是一种芯片级的

4、微型计算机。 另外，由于单片机的体积、结构和功能特点，在实际应用中可以完全融入应用系统之中，故而也称为嵌入式微控制器(Embedded Micro-Controller)。 三、单片机系统 单片机在半导体硅片上集成了微处理器(CPU)，存储器(RAM、ROM、EPROM)和各种输入、输出接口。 最基本的单片机系统由单片机芯片和软件程序共同组建而成，是用户为了实现某种控制用途的需要而设计的实际装置。 在单片机系统中，单片机芯片内部的中央处理单元(CPU)处于核心地位，CPU通过执行软件程序调动硬件电路完成控制功能。根据这种工作方式，单片机系统可以划分为硬件和软件两个组成部分。1.3 单片机的主要

5、机型一、8051系列及其增强型、扩展型系列片内存储器（字节）定时器计数器并行I/O串行I/O中断源片内ROM片内RAM无有ROM有EPROMIntel51系列803180C31805180C51(4K字节)875187C51(4K字节)128字节2x164x8位15256字节Intel52系列803280C32805280C52(8K字节)875287C52(8K字节)256字节3x164x8位16ATEML89C系列1051(1K)/2051(2K)/4051(4K)（20条引脚DIP封装）1282151589C51(4K)/89C52(8K)（40条引脚DIP封装）128/2562/332

6、15/6二、其它主要单片机机型1、Philips 80C51、80C552等系列（基于80C51） 片内有A/D、PWM、多中断源，甚至有CAN 、I2C总线。2、Cygnal C8051F系列（基于80C51） 混合信号系统级芯片，单周期指令速度是8051的12倍，全指令集速度是8051的9.5倍。内部资源非常丰富，将单片机的基本组成单元与模拟、数字外设集成在一个芯片上而组成的片上系统(SoC)，实质上已超出了以往单片机(MCU)的含义，代表了高性能单片机发展的一个方向。熟悉MCS-51系列单片机可以很容易地掌握C8051F的应用技术并能进行软件的移植。 3、TI MSP430系列单片机 1

7、6位单片机，具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段。1.83.6 V工作电压，片内包括看门狗(WDT)、模拟比较器、硬件乘法器、液晶驱动器、ADC、I2C总线和直接数据存取(DMA)等。以FLASH型为主，片内有JTAG（Joint Test Action Group，联合测试行动组）调试接口，通过PC机和JTAG可以实现在线编程。 4、Microchip PIC系列单片机 采用8051核的有PIC16C系列和PIC17C系列8位单片机，功能全、种类多、便于选择使用，就产量和市场份额而言在世界单片机领域排名前列。5、Atmel AVR单片机内部资源非常丰富，低功率，I/O 接口具有

8、很强的驱动能力，灌电流可直接驱动继电器、LED等器件，从而省去驱动电路，节约系统成本。6、Motorola 单片机最大的单片机厂商。典型机型有：8位机M6805、M68HC05，8位增强型M68HC11、M68HC12，16位机M68HC16，32位机M683XX。在同样的速度下所用的时钟频率较Intel类单片机低得多，因而使得高频噪声低，抗干扰能力强，更适合于工控领域及恶劣的环境。三、单片机分级军用级工作温度范围：-50+125，芯片的价格比较昂贵。如Intel公司MCS-51系列的MD80C51FB（M代表军品，D代表直插封装）。工业级工作温度范围为：-4585，介于商业级和军用级之间，适

9、宜在工业生产环境下使用。MCS-51系列单片机的普通产品均属于工业级。 商业级工作温度范围：070，主要限于机房、办公及住宅环境，适用于民用产品，商业级产品价格低廉，品种齐全，应用最为广泛。1.4 单片机的应用一、单片机主要应用领域智能仪器仪表提高了仪器仪表的使用功能和精度，使仪器仪表智能化。实时工业控制各种物理量的采集和控制，提高了生产效率和产品质量。分布式系统的前端模块在较复杂的工业系统中，作为分布式系统的前端采集模块。机电一体化产品具有智能化特征的各种机电产品。家用电器又一重要应用领域，前景十分广阔。二、单片机应用系统的开发过程1、明确系统设计任务，完成单片机及其外围电路的选型和购买。2、设计系统原理图和PCB板，经仔细检查后PCB板送工厂制作。 3、完成器件的安装焊接。4、根据硬件设计和系统要求编写应用程序。5、在线调试硬、软件。6、烧写单片机应用程序，独立运