第一章单片机原理及应用

单片机原理及应用

2010年平均每人每天要接触多达351个甚至更多个微控制器。

数据来源：SEMICO单片机技术的应用遍布国民经济与人民生活的各个领域课程性质、目的和任务MCS-51系列单片机基本组成和工作原理单片机小系统的外围设计和软件编写能独立完成简单单片机系统的开发工作工科电类专业计算机应用课程之一，工科学生应用计算机硬件知识、汇编语言程序设计和电路理论进行综合设计的工程应用课程。学习和掌握涉及内容MCS-51的基本硬件结构指令系统汇编语言程序设计定时/计数器中断系统串行口存储器接口设计单片机的作用单片机电路理论自动控制数字逻辑电路C语言微机原理工业控制、智能仪表、通信系统、数据采集、智能家电等应用对单片机学习建议

1对非计算机专业，学习本课程目的在于

应用单片机，学习原理主要是了解如何用

2单片机是一块需编程的电路IC芯片

学习要硬件与软件兼顾，二者相结合

3单片机是实践性较强的课程

通过大量的编程和实验才能真正单片机的应用第一章单片微型计算机概述及预备知识

1.1单片机的发展历史和发展趋势

1.2计算机的数制和码制及其数制间转换

1.3计算机中数的表示方法

1.4计算机的二进制数运算

1.5常用的单片机产品

1.6单片机的应用与选择电子计算机是一种能够高速而精确地进行数据处理的机器。计算机的发展分为四个时代：第一代计算机是电子管时代

1946年美国宾夕法尼亚大学发明的ENIAC，用了18800只电子管，150平方米、30t、100kw、运算速度为5000次/秒。第二代计算机是晶体管时代

1957年美国研制了第一台晶体管计算机TRANSACS-1000；主存贮器为磁芯存贮器，辅存贮器为磁盘、软件已开始使用高级程序设计语言和操作系统。一、计算机的发展概况第四代计算机是大规模、超大规模集成电路时代

1971年IBM370

主要存贮器为半导体存贮器第三代计算机是中、小规模集成电路时代

1964年IBM推出的IBM360电子计算机发展趋势微型化─便携式、低功耗、高性价比巨型化─尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、高速度网络化─网络计算机和信息高速公路多机系统─大型设备、生产流水线集中管理(独立控制、故障分散、资源共享)系列化、标准化─多分支发展系列化，各种计算机硬、软件标准化便于兼容和升级智能化─模拟人类大脑思维和交流方式，多种处理能力电子计算机是模仿人脑部分功能的一种工具，故俗称“电脑”。设想一下：人用算盘来计算2436+3748-4569的过程，把算盘记为R，则计算过程为：二、计算机的系统组成5、记录（R）结果6、停止计算1、0R2、2436R4、(R）-4569R3、(R)+3748R若用电子计算机模拟上述解题过程，计算机必须具备以下条件：1、机器内必须有相当于算盘的运算器；2、为了保存和记录原始数据、解题程序和运算的中间结果，机器内必须有容量足够大的存贮器；3、必须按照解题程序指挥、控制各个部件协同工作的控制器；4、必须具备将数据和程序送入机器内部的输入设备和给出计算结果的输出设备。运算器、控制器、存贮器、输入/输出设备是计算机赖以工作的物质基础，称为硬件。当然只有硬件，而没有必要的程序，则计算机什么也干不了的，计算机中的程序称为软件。指令——执行某种操作的命令。程序——完成某种功能的一组指令。程序设计——编制解题程序的过程。三、单片机的发展历史和发展趋势1、单片机的发展历史第一阶段（1974~1976）：单片机采用双片形式，即需另加其它外围电路才能构成完整的微型计算机。eg:仙童公司的F8+3851第二阶段（1976~1978）：低性能的单片机阶段。单片机由一片芯片构成，性能低。eg:MCS-48(Intel)；8048，8035(I/O少，存贮器容量小)；第三阶段（1978~）：高性能单片机阶段。CPU、并行口、串行口、定时器、RAM、ROM、A/D、多级中断处理，RAM、ROM容量大，I/O种类数量多，寻址范围大。

eg:MCS-51—8031、Motorona—6801、Zilog—Z8第四阶段（1982~）

8位单片机巩固发展及16位单片机推出。

eg:MCS-51—8031，MCS-96—8096（8098）19%30%45%6%2001数据来源：ICINSIGHTS贸易总额96.6亿美元23%29%43%6%200293.5亿美元27%28%40%5%2003103.9亿美元31%27%37%5%2004122.8亿美元图：世界微控制器分类市场的变化32位机16位机8位机4位机2、单片机的发展趋势（一）CPU功能的增强（二）内部资源增多

a、加大存贮容量。a、双CPU提高处理能力。b、增加数据总线宽度。

NECPD—7800系列，内部采用16位数据总线。c、采用流水线结构。指令以队列形式出现在CPU中。d、串行总线。SPI、I2C

用三条数据总线代替8位数据总线，减少引线，降低成本。b、片内EPROM开始EEPROM化。鉴于EEPROM中数据写入后就能永久保存，因此，有的单片机将它作为片内RAM使用，有的甚至作片内通用寄存器。c、I/O数量、能力增强（驱动能力，传输速度、控制能力）（四）低功耗化（三）外围电路内装化（五）信息保密性1.5常用的单片机产品目前生产单片机的厂商主要有Intel公司、Motorola公司、Philips公司、ATMEL公司、WinBond公司、Microchip公司、AMD公司、Zilog公司等，产品型号规格众多，性能各具特色。型号ROM/EPROMRAM时钟速度(MHz)I/O线定时器/计数器串行口中断源PCA通道A/D通道保密位省电方式8031AH128B1232215008051AH4KB128B12322150008751BH4KB128B12322150028032AH256B1232316008052AH8KB256B12323160008752BH8KB256B123231600287C514KB128B122432215003√80C32256B12243231600√80C528KB256B122432316001√87C528KB256B122432316003√80C5416KB256B122432316001√87C5416KB256B122432316003√87C5832KB256B122432316003√80C51GB256B12,16483115108√87C51GB8KB256B12,164831151083√单片机主要生产厂家及产品公司典型产品系列主要产品Intel公司MCS-48MCS-51MCS-96804880518096Philips

与MCS-51兼容：P87P8980C55283C552MotoralaMC68系列MC68HC05ATMEL与MCS-51兼容AT89XX89C5189C52MicroChipPIC165X系列PIC16C55/16C56ZilogZ8系列Z86C06/C21LGGMS97CXXGMS97C65最常用的8051单片机单片机开发系统常用单片机烧录器单片机系统图例PhilipsP89C511.6单片机的应用与选择一、单片机的特点

（1）小巧灵活、成本低、易于产品化，能方便地组成各种智能化控制设备和仪器，做到机电一体化。（2）可靠性高、适用的温度范围宽（3）易扩展、控制功能强（4）指令系统相对简单，较易掌握（5）抗干扰能力强（6）可以方便地实现多机和分布式控制，使整个控制系统的效率和可靠性大为提高。面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳的性能价格比。工业控制。单片机可以构成各种工业控制系统、数据采集系统等。如数控机床、自动生产线控制、电机控制、温度控制等。仪器仪表。如智能仪器、医疗器械、数字示波器等。计算机外部设备与智能接口。如图形终端机、传真机、复印机、打印机、绘图仪、磁盘/磁带机、智能终端机等。二、单片机的应用领域(4)商用产品。如自动售货机、电子收款机、电子秤等。(5)家用电器。如微波炉、电视机、空调、洗衣机、录像机、音响设备等。(6)计算机网络与通信产品：交换机、HUB。(7)其它方面：汽车电子、航空航天电子等，特别适合于嵌入式微型机应用系统。三、单片机应用系统的结构1、基本系统2、扩展系统复位时钟单片机输入输出设备单片机+输入/输出设备无扩展的ROM，RAM，I/O等。

单片机内部资源有限，要求较高的单片机系统需外扩展ROM、RAM、I/O，甚至A/D、D/A等。复位时钟电源单片机ROMRAMA/D串行接口并行接口D/ABUS微型计算机：微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路由总线有机地连接在一起的整体，称为微型计算机。单片机：将微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路和相应实时控制器件集成在一块芯片上，称其为单片微型计算机，简称单片机。微机与单片机的区别：微机组成结构框图单片机组成框图嵌入式系统（EmbeddedSystem）

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积及功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。术语“嵌入式”反映了这些系统通常是更大系统中的一个完整的部分，称为嵌入的系统。嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统。

单片机一般又称为微控制器MicrocontrollerUnit，（区别于微处理器MicroprocessorUnit）,单片机因为几乎都应用于专用的嵌入式系统，所以又被称为嵌入式微控制器。而微处理器则有我们熟知用于PC机的IntelPentium等，也有用于嵌入式系统的MIPS、PowerPC等。新概念介绍：1、软件方面这应该是最大的区别了。引入了操作系统。为什么引入操作系统？有什么好处嘛？1）方便。主要体现在后期开发，即在操作系统上直接开发应用程序。不像单片机一样一切都要重新写。前期的操作系统移植工作，还是要专业人士来做。2）安全。这是LINUX的特点。LINUX的内核与用户空间