第一章单片机概述

第一章单片机概述1.微型计算机和单片机的发展概况2.单片机系统组成概述(CPU、总线、存储器和I/O口等)1.1概述1.2单片机系统的组成本章主要内容《单片机原理及应用》1.1概述

1.1.1微型计算机

微型计算机具有体积小，功耗低重量轻，价格低，可靠性高，开发使用简便等一系列优点，自问世以来得到了非常广泛的应用。什么是单片机?微处理器加上同样采用大规模集成电路制成的用于存储程序和数据的存储器，以及与输入输出设备相衔接的输入输出接口电路就构成了微型计算机

(Microcomputer)。如果将微处理器、存储器和输入输出接口电路集成在一块集成电路芯片上，称为单片微型计算机，简称单片机。

1.1.2微型计算机的发展概况形成两大分支：1、PC机：PC机系统全力实现海量高速数据处理，兼顾控制功能。2、单片机：单片机系统全力满足测控对象的测控功能，兼顾数据处理能力。单片机与PC机之异同（1）组成：

CPU(进行运算、控制)RAM(数据存储器)

I/O口(串口、并口等)ROM(程序存储器)

PC机：上述部件以芯片形式安装在主板上。单片机：上述部件被集成到单芯片中。通用PC包括：键盘、显示器、鼠标、硬/软/光驱、音箱、打印机、扫描仪…等外设。单片机则只是一片集成电路。（……100、48、40、32、28、20、16、8条引脚）。单片机与PC机之异同（2）功能：PC机：数据运算、采集、处理、存储、传输；单片机：控制（或受控于）外设。通用计算机擅长于数据运算、采集、处理、存储和传输；单片机的专长则是测控，往往嵌入某个仪器/设备/系统中，使其达到智能化的效果。单片机与PC机之异同（3）应用特点：体积大，功耗大，价格高，用途较固定，属通用计算机。易于学习掌握和使用，但用于控制时必须制作或购买专用的接口卡，并编制专门的应用软件。体积小，功耗小，价格低，用途灵活，无处不在，属专用计算机。是一种特殊器件，需经过专门学习方能掌握应用，应用中要设计专业的硬件和软件。个人计算机（微机）：单片机：1.1.3单片机的发展概况可分为四个阶段:第一阶段：单片机探索阶段。第二阶段：单片机完善阶段。第三阶段：8位机和16位机争艳阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。第四阶段：微控制器全面发展阶段。目前，应用广泛的主流机型是80C51系列8位单片机。1.1.480C51系列单片机80C51优点：①性能价格比高；②开发装置多；③国内技术人员熟悉；④芯片功能够用适用；⑤有众多芯片制造厂商加盟，可广泛选择。1.1.5单片机的特点和应用

1、单片机特点1）有优异的性能价格比。

2）集成度高，体积小，可靠性好。3）控制能力强。4）低功耗,低电压,便于生产便携式产品。5）易扩展。2、单片机的应用1）智能化家用电器。2）办公自动化设备。3）商业营销设备。4）工业自动化控制。5）智能化仪表。6）智能化通信产品。7）汽车电子产品。8）航空航天系统和国防军事、尖端武器等。1.1.6单片机技术的发展趋势1）8位单片机仍然是主流机型；2）全盘CMOS化趋势；3）OTPROM(PROM)/FlashROM成为ROM供应主流状态；4）推行串行扩展总线；5）RISC体系结构大发展；6）实现全面低功耗管理；7）根据不同需求发展个性化单片机；8）大力发展专用型单片机；9）在单片机中嵌入驻机软件；返回1.2单片机系统的组成有两大部分组成:1）硬件：组成单片机系统的物理实体；2）软件：对硬件使用和管理的程序。硬件结构框图图1-2单片机系统的硬件结构框图CPU外部设备时钟ROMRAM定时计数器中断系统I/O接口复位(DB)(CB)(AB)

1.2.1微处理器1）寄存器阵列：通用寄存器，专用寄存器；2）运算器：累加器A，暂存寄存器TMP，标志寄存器F，算术逻辑单元ALU；3）控制器：程序计数器PC，指令寄存器IR，指令译码器ID，定时和控制逻辑电路。1.2.2总线用于传送信息的公共途径。总线分为：1）数据总线DB(DataBus)2）地址总线AB(AddressBus)3）控制总线CB(ControlBus)图1-3微机系统的结构框图1.2.3存储器作用：存放程序和数据

1.存储器分类ROM

特点：信息写入后，能长期保存，不会因断电而丢失。

作用：存放固定程序和数据。

RAM

特点：读写速度快，可随机写入或读出，读写方便；

电源断电后，存储信息丢失。

作用：存放各种数据。2.存储器结构1）存储体；

2）地址译码器；

3）控制电路：片选控制、读/写控制和带三态门的输入/输出缓冲电路。图1-4存储器读/写控制框图3.存储器的读操作例：若要将存储器40H中的内容50H读出，其简化过程如下：CPU将地址码40H送到地址总线上，经存储器地址译码器选通地址为40H的存储单元；CPU发出“读”信号，存储器读/写控制开关将数据传输方向拨向“读”；存储器将地址为40H的存储单元中的数据50H送到数据总线上；CPU将数据总线上的数据50H读入指定的某一寄存器。对存储单元的读操作，不会破坏其原来的内容，相当于复制。

4.存储器的写操作例：若要将数据ABH写入存储器地址为CDH的存储单元中，其简化过程如下：CPU将地址码CDH送到地址总线上，经存储器地址译码器选通地址为CDH的存储单元；CPU将数据ABH送到数据总线上；CPU发出“写”信号，存储器读／写控制开关将数据传送方向拨向“写”；存储器将数据总线上的数据ABH送人已被选中的地址为CDH的存储单元中。对存储单元的写操作，改变或刷新了其原来的内容，俗称“冲”掉了原来的内容。5.堆栈34H8AH99HF3H

SP64H栈顶63H62H61H60H栈底暂时存放子程序断口地址、中断断口地址和其他需要保存的数据。栈底地址可在CPU复位后的初始化程序中设置。图中设为60H，需要存入的数据依次存人。堆栈指针SP指出栈顶存储单元的地址。堆栈操作无论是存入或取出数据，均只能依次存入或依次取出，不能越位，必须遵循、“先进后出、后进先出”的原则。1.2.4输入/输出设备及其接口电路输入设备输出设备

I/O接口电路输入输出设备一般不能与CPU直接相连，而是通过某种电路完成寻址、数据缓冲、输入输出控制、功率驱动、A/D、D/A等功能，这种电路称为I/O接口电路。例如：8255、0809、0832等等。1.2.5软件

单片机程序设计语言可分为三类：机器语