单片机微机原理 第1章概述

1、第1章 单片机概述 20世纪70年代问世。已广泛应用在：工业自动化、自动检测与控制、智能仪器仪表、机电一体化设备、汽车电子、家用电器等各个方面。那么，什么是单片机呢？1.1 什么是单片机? 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。 具有一台计算机的属性。也称为：微控制器 MCU(MicroController Unit)嵌入式控制器 EMCU（Embedded icroController Unit）。 我国，习惯使用“单片机”这一名称。 单片机主要应用于测试和控制领域 按用途可分为通用型和专用型两大类：（1）通用型可开发的内部资源：R

2、AM、ROM、I/O等功能部件，全部提供给用户,根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核心的测控系统。（2）专用型 专门针对某些产品的特定用途而制作的单片机，针对性强且数量巨大。 对系统结构的最简化、可靠性和成本最佳化等方面都作了全面的考虑。 “专用”单片机具有十分明显的综合优势。 无论“专用”单片机在用途上有多么“专”，其基本结构和工作原理都是以通用单片机为基础。 1.2 单片机的发展历史处理的位数分为：8位、16位、32位单片机。 四个阶段:第一阶段(1974年1976年)：单片机初级阶段。双片的形式， 且功能比较简单。第二阶段（1976年1978年）：低性能单片机阶段。以Intel 公司制

3、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位单片机推出阶段。世界各公司也开发了一大批性能优越的单片机近年，不少新型单片机涌现，单片机产品丰富多彩的局面。 1.3 单片机的发展趋势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。2存储器的发展（1）加大存储容量, 存储器容量可达128KB。 （2）片内EPROM采用E2PROM或闪烁（Flash）存储器3片内I/O的改进（1

4、）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LED和VFD（荧光显示器）。 （2）设置特殊的串行接口功能，课构成分布式、网络化系统 。4低功耗化CMOS化CHMOS工艺。5外围电路内装化集成度不断提高，把众多的外围功能部件集成在片内系统的单片化。典型：美国Cygnal公司C8051F020 8位单片机，采用流水线结构，峰值处理能力为25MIPS。片上集成有8通道A/D、两路D/A、两路电压比较器，内置温度传感器、定时器、可编程数字交叉开关和64个通用I/O口、电源监测、看门狗、多种类型的串行总线（两个UART、SPI）等。1.4 单片机的特点单片机卓越的性能，得到了广泛的应用，已

5、深入到各个领域。单片机体积小、价格低、应用方便、稳定可靠，因此，给工业自动化等领域带来了一场重大革命和技术进步。单片机几乎可以在任何设施或任意装置上做成非常小的、功能比较完善的单片机嵌入系统置于其中，以实现各种方式的检测、计算或控制，在这一点上，一般的微型计算机根本做不到。由于单片机本身就是一个计算机系统，因此只要在单片机的外部适当增加一些必要的外围扩展接口电路，就可以灵活地构成各种应用系统。 为什么能够获得大量的应用，原因？ （1）功能齐全，应用可靠，抗干扰能力强。（2）简单方便，易于普及（3）发展迅速，前景广阔。（4）嵌入容易，用途广泛总之，单片机软硬件结合、体积小，很容易应用到嵌入式控制

6、系统中。 1.5 单片机的应用在下述领域广泛应用： 1. 工业 2. 仪器仪表 3消费类电子产品 4. 通信 5武器装备 6终端及外部设备控制 7汽车电子设备 8多机分布式系统 1.6 MCS-51系列与AT89C5x系列单片机1.6.1 MCS-51系列单片机20世纪80年代以来，单片机的发展非常迅速，世界上一些著名厂商投放市场的产品就有几十个系列，数百个品种。其中有：Intel公司的MCS-48、MCS-51Motorola公司的6801、6802Zilog公司的Z8系列Rockwell公司的6501、6502等。PHILIPS公司NEC公司日立公司各大公司相继推出了各自的单片机产品。单片

7、机问世以来，在我国使用最多的还是Intel公司的及其兼容单片机。 MCS-51单片机是最早进入我国的单片机主流产品之一。MCS是Intel公司生产的单片机的系列号，如Intel公司的MCS-48、MCS-51、MCS-96系列单片机。MCS-51系列单片机既包括三个基本型8031、8051、8751，也包括对应的低功耗型80C31、80C51、87C51。 （1）基本型 典型产品：8031/8051/8751（2）增强型 典型产品：8032/8052/8752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。（3）低功耗型 典型产品：80C

8、31/87C51/80C51。采用CMOS工艺 适于电池供电或其它要求低功耗的场合。（4）专用型 8044/8744，用于总线分布式多机测控系统。美国Cypress公司的EZU SR-2100单片机USB接口。表1-1列出了MCS-51系列单片机的内部硬件资源 1.6.2 AT89C5x系列单片机20世纪80年代中期以后，Intel公司已把精力集中在CPU芯片的开发、研制上，并逐渐放弃了单片机芯片的生产。但是以MCS-51为技术核心和主导的单片机已经成为许多厂家、电气公司竞相选用的对象，以此为基核。以专利或技术交换的形式把8051内核技术转让给各厂家。如：AMTEL、PHILIPS、ANALO

9、G DEVICES、DALLAS公司。这些厂家的兼容单片机，与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺- 80C51系列。80C51系列：所有具有8051指令系统的单片机，不应直接称为MCS-51系列单片机，MCS只是Intel公司专用的单片机系列符号 习惯把兼容机等衍生产品统称为51系列单片机或51单片机。在8051的基础上又进行了一些扩充,称为增强型、扩展型，如52子系列单片机，功能和市场竞争力更强。世界单片机芯片生产厂商推出的与8051（80C51）兼容的主要产品如表1-2所示。众多的MCS-51单片机及其各种增强型、扩展型衍生品种，ATMEL公司推出的AT89C5x系

10、列，尤其是该系列中的AT89C51单片机在8位单片机应用中占有相当大的市场份额。ATMEL公司以E2PROM技术与Intel公司的80C51内核的使用权进行交换。该公司技术优势是其闪烁（Flash）存储器技术，将Flash存储器与80C51内核相结合，形成了AT89C5x系列。AT89C5x系列与MCS-51系列单片机在功能、引脚及指令系统方面完全兼容。又增加了一些新的功能，如看门狗定时器WDT、ISP及SPI串行接口等， 是取代MCS-51系列单片机的主流芯片之一 。表1-3为ATMEL公司生产的AT89系列单片机的主要产品的片内硬件资源。 低档机型 低电压型 -“LV”尽管AT89C5x系列单片机有多种机型，但是掌握好基本型AT89C51是十分重要的，是具有8051内核的各种型号单片机的基础，具有典型性、代表性，也是各种增强型、扩展型等衍生品种的基础。因此，以AT8