第1一章单片机概述

第一章概述单片机及其发展单片机的结构及特点单片机应用单片机：

SCM（Single-ChipMicrocomputer）

单片微型计算机

单片机是把主要计算机功能部件都集成在一块芯片上的微型计算机。第一章概述§1.1单片机及其发展概况一.计算机：1.计算机：不需要人工的直接干预，能够对各种数字信息进行算术和逻辑运算的快速电子设备。2.计算机的四个发展时期：电子管计算机（1945~1955年）晶体管计算机（1955~1965年）集成电路计算机（1965~1975年）大、超大规模集成电路计算机（1975~今）§1.1单片机及其发展概况3.计算机分类：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机4.微型计算机：微型计算机是第四代计算机向微型化方向发展的结果。具有以下特点：（1）体积小、重量轻、价格低；（2）结构灵活；（3）应用面广，普及程度高。

主机（CPU+RAM+ROM+I/O+电源）外设（键盘、CRT、打印机…）§1.1单片机及其发展概况二.微处理器、微型计算机、微型计算机系统1.微处理器：（简称CPU、μP）（1）定义：微型化的中央处理器，通常是由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理部件。（2）功能:1)实现算术和逻辑运算，并具有逻辑判断能力

2)能对指令进行译码,并执行指令所规定的操作

3)具有访问存储器和外设的能力

4)提供整个系统所需要的定时和控制信号

5)可响应中断请求

（3）CPU内部结构上包含下列部分

1)算术逻辑部件处理各种数据信息，进行算术运算和逻辑运算。

2)累加器和通用寄存器组保存参与运算的数据、运算的中间结果和地址。

3)程序计数器、指令寄存器和指令译码器

4)时序和控制部件 产生相应的控制信号并送到时序和控制逻辑电路中，形成外部电路所需要的控制信号，以控制整个系统协调工作。§1.1单片机及其发展概况§1.1单片机及其发展概况（4）微处理器的发展第一代微处理器：

1971~1972年：处理字长4或8位；集成度2000管/片；1MHz、20μs；如Intel公司4004、8008；第二代微处理器

1973~1977年：8位；9000管/片；2~4MHz；1~2μs；如Intel公司8080/8085、Zilog公司Z80、Motorola公司M6800；第三代微处理器

1977~1978年：16位；20000~60000管/片；4~8MHz；0.5μs；如 Intel公司8086/8088、Zilog公司Z8000;第四代微处理器

1980年：16位；100000管/片；10MHz；0.2μs；如Intel公司80186/80286；

1985年：32位；150000~200000管片；16~20MHz；0.1μs；如Intel公司80386；

第五代微处理器

1990年：64位；3100000管/片；66MHz；如Intel公司80486、Pentium;§1.1单片机及其发展概况2.微型计算机（μC）

（1）定义：以微处理器为核心，配上存储器、输入/输出接口电路和系统总线所组成的计算机。

（2）基本结构：

1)CPU2)存储器

3)输入/输出 接口电路

4)总线§1.1单片机及其发展概况3.微型计算机系统微型计算机系统包括硬件和软件两大部分，它是以微型计算机为主体，配上系统软件和外部设备组成的。§1.1单片机及其发展概况输入设备运算器输出设备控制器存储器三.单片机及其发展1.单片机：单片机是将中央处理器(CPU)、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM或EPROM)、定时器／计数器芯片和一些输入／输出接口电路集成在一个芯片上的微型计算机，又称为微控制器(Micro-controller)。它是专为工业控制和智能仪器设计的一种集成度很高的微型计算机。§1.1单片机及其发展概况单片机有着微处理器所不具备的功能，它可单独地完成现代控制所要求的智能化控制功能，这是单片机最大的特征。§1.1单片机及其发展概况76年；Intel公司MCS-48；8位；

78年；Intel公司MCS-51、Zilog公司Z8、Motorola公司；6805；8位；

83年；Intel公司MCS-96；16位

88年；Intel公司9098；准16位

90年；Intel公司80960；32位2.单片机的发展：自1974年美国仙童公司(Fairchild)生产第一个单片机F8以来，TI、Rockwell、Intel、Zilog、Motoro1a、NEC公司都纷纷推出自己的单片机系列。出现了4位、8位、16位、32位单片机。

单片机的发展过程可划分为四个阶段：

（1）单片机初级阶段（1974～1976年）：元件集成规模还比较小，功能较简单，一般均把CPU、RAM有的还包括了一些简单的I/O口集成到芯片上，如仙童公司的F8单片机、Zilog公司的Z80微处理器§1.1单片机及其发展概况（2）低性能单片机阶段（1976～1978年）：

采用了单片结构，如Intel公司的MCS-48系列，8位CPU、8位定时器、并行I/O口、RAM和ROM，ROM的容量小，寻址范围一般不超过4K字节，中断处理较简单，无串行I/O口。

MCS-48系列体积小、功能全、价格低，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展史上重要的里程碑。（3）高性能单片机阶段（1978～）：

在SFR管理下的模块化结构，标准的外部三总线，有串行I/O口、16位定时器、较高级的中断处理，内RAM、ROM容量较大，寻址范围可达64K字节，有的还带有A/D等，如Intel公司的MCS-51系列单片机。§1.1单片机及其发展概况（4）16位单片机阶段（1982～）：

16位CPU，内RAM、ROM的容量进一步增大，中断处理能力更强、高速I/O、多通道的A/D转换器等,如Intel公司的MCS-96系列单片机从单片机的结构和功能分为三代：

（1）第一代单片机：

只是将CPU及RAM、ROM、I/O口、CTC等功能单元集成在同一个芯片上。如Intel公司的MCS-48系列单片机。（2）第二代单片机：

在SFR统一管理下的模块化结构，标准的外部三总线结构，及可用于多机通信的全双工串行口。如Intel公司的MCS－51系列单片机。§1.1单片机及其发展概况（3）第三代单片机：

大力发展控制功能，提高系统运行的可靠性，将测控系统中需要的外部接口电路，如高速I/O、ADC、PWM纳入片内，朝着微控制器的目标迈进。这一目标首先在Intel公司的MCS－96单片机中得到体现。§1.1单片机及其发展概况§1.1单片机及其发展概况第三代单片机的技术特点：普遍采用CMOS工艺，通常都能与TTL电路兼容。提供不同类型的存储器，并不断扩展存储容量。大力提高运行速度，主要措施是提高时钟频率。努力扩大接口功能。采用多种措施，提高芯片及系统工作的可靠性。不断发展和完善串行总线。单片机的发展趋势

：

1.大容量、高性能化；2.小容量、低价格化；3.外围电路内装化；4.全盘CMOS化，实现全面功耗管理。§1.1单片机及其发展概况一.单片机的结构：

§1.2单片机的结构及特点单片机系统硬件部分软件部分单片机芯片外围器件CPU内存中断控制逻辑通用接口运算器寄存器组控制器并行I/O口串行UART定时/计数器ADC0809、DAC0832825382518255A、81552764、6264指令系统应用程序二.单片机的结构特点：

1.集成度高；2.片内RAM采用寄存器结构形式，提高存取速度；3.指令采用紧凑的格式；4.片内有完善的输入/输出部件；5.采用Harvard结构，即把程序存储器与数据存储器分开。§1.2单片机的结构及特点一.单片机的优点：

1.小巧、灵活、成本低，易于产品化；2.面向各类控制任务，可选度大，能获得最佳的性价比；3.抗干扰能力强，适应温度范围宽；4.可以方便地实现多机、分布式的集散控制。§1.3单片机的应用二.单片机的应用：

1.在智能仪器仪表上的应用

单片机体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，结合不同类型的传感器，可实现电压、频率、温湿度、速度、长度、压力等物理量的测量。采用单片机控制实现仪器仪表的数字化、智能化、微型化。

2.军事上在一些新式武器装备控制方面的应用。§1.3单片机的应用3.在工业控制中的应用

用单片机构成形式多样的控制系统、数据采集系统。实现分布式、嵌入式控制。

4.在家用电器中的应用

现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、音响视频器材、电子秤量设备，无所不在。

§1.3单片机的应用5.在计算机网络和通信领域中的应用

现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件。现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信等。

§1.3单片机的应用6.在汽车工业中应用

显示系统、动力测控系统、运行监视器（黑匣子）等。7.单片机在医用设备领域中的应用

单片机在医用设备中的用途相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。§1.3单片机的应用§1.4Intel单片机系列一、三个系列产品

MCS-48系列单片机：Intel公司早期产品，主要用于简单的应用系统。

MCS-51系列单片机：采用HMOS技术，高性能8位机。我国应用最广泛。

MCS-96系列单片机：功能强大的16位或准16位单片机。二、三种片内存储器配置形式片内带掩膜式ROM：适用于定型大批量生产；片内带EPROM：适用于研制产品样机；片内无ROM、EPROM：必须外接EPROM，用于新产品研制。

FPGA(FieldProgrammableGateArray)：现场可编程门阵列