学习情境1单片机控制LED彩灯的亮灭-项目1-2单片机概述

项目-1单片机控制LED彩灯的亮灭2单片机概述学习情境1-单片机控制LED灯的显示VS微型计算机技术的两大发展分支通用微型计算机系统(Universal

microComputerSystem）嵌入式计算机系统（EmbeddedComputerSystem）

分支一：通用微型计算机系统(Universal

microComputerSystem）UCS——为满足众多普通应用场合需要而发展的一类个人计算机系统

技术要求:高速计算+海量存储发展方向:CPU速度不断提升，存储容量不断扩大

386486Pentium

PentiumⅣConroeII个人计算机（PersonalComputer）CPU+存储器+主板+显卡+声卡+网卡+显示器+鼠标+键盘…基本功能部件接口部件外部设备支持它的软件五花八门，应有尽有

分支二：嵌入式计算机系统

（EmbeddedComputerSystem）ECS——能嵌入到对象体系中，以实现对象体系智能化为目的的一类专用计算机系统技术要求：必须满足对象体系的物理、电气和环境以及产品成本等要求发展方向:与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制可靠性

PC→电气加固、机械加固，并配置各种接口板卡→IPC（工控机）→嵌入到大型对象系统中（实现智能化）工业计算机（IndustrialPersonalComputer）

船舶驾驶室集中控制台自动配料控制系统电站锅炉控制系统众多小型对象系统（如家电、仪器、工控单元…）无法使用IPC→需要发展一类特殊的嵌入式计算机系统第1章单片机基础知识概述单片计算机（SingleChipMicrocomputer）SCM：将通用微计算机基本功能部件集成在一块芯片上构成的一种专用微计算机系统一片半导体硅片集成：中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断系统、系统时钟电路及系统总线的微型计算机。具有微型计算机属性，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。主要应用测控领域。单片机处于测控系统的核心地位并嵌入其中，所以国际上通常把单片机称为嵌入式控制器（EMCU，EmbeddedMicroControllerUnit），或微控制器（MCU，MicroControllerUnit）。我国习惯于使用“单片机”这一名称。按用途可分为通用型和专用型两大类。通用型：内部可开发资源（如存储器、I/O等各种外围功能部件等）可全部提供给用户。01OPTION02OPTION专用型专门针对某些产品的特定用途而制作的。例如，各种家用电器中的控制器等。由于特定用途，单片机芯片制造商常与产品厂家合作，设计和生产“专用”的单片机。在设计中，已对“专用”单片机的系统结构最简化、可靠性和成本的最佳化等做了全面综合考虑，所以“专用”单片机具有十分明显的综合优势。基本结构和工作原理都是以通用单片机为基础。单片机是计算机技术发展史上重要里程碑，标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。从产品角度来看12从时间角度来看单片机的发展历程从产品角度来看1单片机的发展历程SCM单片微型计算机阶段寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构MCU微控制器阶段突显其对象的智能化控制能力。SoC嵌入式系统阶段寻求应用系统在芯片上的最大化解决010203单片机的发展历程从时间角度来看2单片机的发展历程单片机的发展历程完善阶段微控制器的全面发展阶段探索阶段向微控制器发展的阶段1971-19781978-19821982-19901990至今1971年11月，Intel推出MCS-4微型计算机系统，第一块单片机诞生。Intel公司在MCS-48基础上推出了完善的、典型的MCS-51系列单片机。Intel公司推出的MCS-96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。按处理二进制位数主要分为：4位单片机、8位单片机、16位单片机和32位单片机。四个发展阶段第一阶段（1974年～1976年）：单片机初级阶段。因工艺限制，双片形式且功能较简单。1974年12月，仙童公司推出了8位的F8单片机，实际只包括了8位CPU、64BRAM和2个并行口。第二阶段（1976年～1978年）：低性能单片机阶段。1976年Intel的MCS-48单片机（8位）极大地促进了单片机变革和发展，1977年GI公司推出PIC1650，但这个阶段仍处于低性能阶段。第三阶段（1978年～1983年）：高性能单片机阶段。1978年，Zilog公司推出Z8单片机，1980年，Intel公司在MCS-48系列基础上推出MCS-51系列，Mortorola推出6801单片机。使单片机性能及应用跃上新台阶。此后，各公司8位单片机迅速发展。推出的单片机普遍带有串行I/O口、多级中断系统、16位定时器/计数器，片内ROM、RAM容量加大，且寻址范围可达64KB，有的片内还带有A/D转换器。由于这类单片机性/价比高，得到广泛应用，是目前应用数量最多的单片机。第四阶段（1983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。

16位典型产品Intel公司的MCS-96系列单片机。而32位单片机除具有更高集成度外，其数据处理速度比16位单片机提高许多，性能比8位、16位单片机更加优越。

20世纪90年代单片机大发展时期，Mortorola、Intel、ATMEL、德州仪器（TI）、三菱、日立、飞利浦、LG等公司开发一大批性能优越的单片机，极大推动单片机应用。近年，不少新型高集成度的单片机涌现。目前，除8位单片机得到广泛应用外，16位单片机、32位单片机也得到广大用户青睐。单片机的发展趋势单片机发展趋势：高集成度、高性能、低功耗、高性价比位数不断增加：4位→8位→16位→32位外设接口内置化：ADC、DAC、PGA、USB……单片机（SCM）→微控制器（MicroControllerUnit）8位基于51内核的单片机仍然是主流机型。MicroControllerUnitSingleChipMicrocomputer单片机的特点为什么应用广泛？由于具有以下优点：01OPTION简单方便，易普及。单片机技术是易掌握技术。应用系统设计、组装、调试已经是一件容易的事情，工程技术人员通过学习可很快掌握其应用设计技术。02OPTION功能齐全，应用可靠，抗干扰能力强。03OPTION发展迅速，前景广阔。短短几十年，单片机经过4位机、8位机、16位机、32位机等几大发展阶段。集成度高、功能日臻完善的单片机不断问世，使单片机在工业控制及工业自动化领域获得长足发展和大量应用。目前，单片机内部结构愈加完美，片内外围功能部件越来越完善，向更高层次和更大规模的发展奠定坚实基础。嵌入容易，用途广泛，体积小、性/价比高，应用灵活性强等特点在嵌入式微控制系统中具有十分重要地位。单片机问世前，制作一套测控系统，大量模拟电路、数字电路、分立元件完成，以实现计算、判断和控制功能。系统体积庞大，线路复杂，连接点多，易出故障。单片机出现后，绝大部分测控功能由单片机软件程序实现，其它电子线路则由片内外围功能部件替代。04OPTION单片机的应用1．工业检测与控制主要应用：工业过程控制、智能控制、设备控制、数据采集和传输、测试、测量、监控等。在工业自动化领域中，机电一体化技术将发挥愈来愈重要的作用，在这种集机械、微电子和计算机技术为一体的综合技术（如机器人技术）中，单片机发挥着非常重要作用。2．仪器仪表目前对仪器仪表的自动化和智能化要求越来越高。单片机的使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减小体积而易于携带和使用，加速仪器仪表向数字化、智能化、多功能化方向发展。3．消费类电子产品4．通信例如，洗衣机、电冰箱、空调机、电风扇、电视机、微波炉、加湿机、消毒柜等。嵌入了单片机后，功能和性能大大提高，并实现智能化、最优化控制。在调制解调器、各类手机、传真机、程控电话交换机、信息网络及各种通讯设备中，单片机也已得到广泛应用。5．武器装备现代化武器装备，如飞机、军舰、坦克、导弹、鱼雷制导、智能武器装备、航天飞机导航系统，都有单片机嵌入其中。计算机网络终端（如银行终端）及计算机外部设备（如打印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等）中都使用了单片机作为控制器。6．各种终端及计算机外部设备7．汽车电子设备已广泛应用在各种汽车电子设备中，如汽车安全系统、汽车信息系统、智能自动驾驶系统、卫星汽车导航系统、汽车紧急请求服务系统、汽车防撞监控系统、汽车自动诊断系统及汽车黑匣子等。单片机的系列-MCS-51系列单片机MCS：MCS是Intel公司单片机的系列符号，如MCS-48、MCS-51、MCS-96系列单片机。MCS-51系列是在MCS-48系列基础上于20世纪80年代初发展起来的，是最早进入我国，并在我国得到广泛应用的单片机主流品种。基本型：8031/8051/8751（低功耗型80C31/80C51/87C51）增强型：8032/8052/8752。1.基本型8031内部包括1个8位CPU、128BRAM，21个特殊功能寄存器（SFR）、4个8位并行I/O口、1个全双工串行口，2个16位定时器/计数器，5个中断源，但片内无程序存储器，需外扩程序存储器芯片。8051是在8031的基础上，片内又集成有4KBROM作为程序存储器。所以8051是一个程序不超过4KB的小系统。ROM内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的。8751与8051相比，片内集成的4KBEPROM取代了8051的4KBROM来作为程序存储器。2.增强型Intel公司在基本型基础上，推出增强型-52子系列，典型产品：8032/8052/8752。内部RAM增到256B，8052、片内程序存储器扩展到8KB，16位定时器/计数器增至3个，6个中断源，串行口通信速率提高5倍。

MCS-51系列单片机代表性产品为8051，其他单片机都是在8051内核基础上进行了功能增减。20世纪80年代中期以后，Intel公司已把精力集中在高档CPU芯片的研发上，逐渐淡出单片机芯片的开发和生产。AT89C5x（AT89S5x）系列单片机介绍

MCS-51单片机设计上的成功及较高的市场占有率，已成为许多厂家、公司竞相选用的对象，并以此为基核。因此，Intel公司以专利转让或技术交换形式把8051内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家，如ATMEL、Philips、Cygnal、ANALOG、LG、ADI、Maxim、DEVICES、DALLAS等公司。各厂家的兼容机型均采用8051内核、指令系统相同，采用CMOS工艺；有的公司还在8051内核基础上增加一些片内功能模块，集成度更高，功能和市场竞争力更强。人们常用8051（80C51，“C”表示采用CMOS工艺）来称呼所有这些具有8051内核，且使用8051指令系统的单片机，也习惯把这些兼容机等各种衍生品种统称为8051单片机。众多衍生机型中，ATMEL公司的AT89C5x/AT89S5x系列，在8位单片机市场中占有较大的市场份额。ATMEL公司1994年以E2PROM技术与Intel公司80C51内核的使用权进行交换。ATMEL公司技术优势是闪烁（Flash）存储器技术，将Flash技术与80C51内核相结合，形成了片内带有Flash存储器的AT89C5x/AT89S5x系列单片机。在我国，除8位单片机广泛应用外，16位单片机也得到广大用户的青睐，例如，美国TI公司的16位单片机MSP430。本身带有A/D转换器，一片芯片就构成了一个数据采集系统。设计使用非常方便。尽管这样，16位单片机还远远没有8位单片机应用的广泛和普及，因为目前的主要应用中，8位机的性能已能够满足大部分的实际需求，况且8位机的性能价格比较好。在众多厂家各种不同的8位机中，各种兼容的8051单片机，目前仍是8位单片机主流品种，若干年内仍是自动化、机电一体化、仪器仪表、工业检测控制应用主角。AT89系列单片机的型号说明AT89S5x系列单片机编码三部分组成：前缀、型号和后缀（1）前缀字母“AT”组成，表示ATMEL公司产品。（2）型号由“89C××××”或“89LV××××”或“89S××××”等表示。“89C××××”中，8表示单片，9表示内部含有Flash存储器，C表示CMOS产品“89LV××××”中，LV为低电压产品，可在2.5V电压下工作。“89S××××”中，S表示含有串行下载的Flash存储器，而“××××”表示器件的型号，如51、52、2051、8052等。（3）后缀后缀由最后4个“××××”参数组成，每个参数意义不同。在型号与后缀部分由“—”号隔开。（c）后缀第3个“×”表示芯片温度范围： x=C，表示商业用产品，温度范围为0～+70℃； x=I，表示工业用产品，温度范围为−40～+85℃； x=A，表示汽车用产品，温度范围为−40～+125℃； x=M，表示军用产品，温度范围为−55～+150℃（a）后缀第1个“×”表示时钟频率： x=12，时钟频率为12MHz； x=16，时钟频率为16MHz； x=20，时钟频率为20MHz； x=24，时钟频率为24MHz。（b）后缀第2个“×”表示封装： x=P，塑料双列直插DIP封装； x=D，陶瓷封装；

x=Q，PQFP封装；

x=J，PLV封装；

x=A，TQFP封装；

x=S，SOIC封装；

x=W，表示裸芯片。（d）后缀中的第4个“×”表示工艺： x为空，表示处理工艺是标准工艺； x=/883，表示处理工艺采用MIL-STD-883标准。例如，某单片机型号为“AT89C51-12PI”，则单片机是ATMEL公司Flash单片机，CMOS，速度为12MHz，封装塑料双列直插DIP封装，工业用产品，标准处理工艺生产。STC系列STC系列具有我国独立自主知识产权，功能与抗干扰性强的增强型8051单片机，多种子系列，几百个品种，以满足不同需要。高速：传统8051为每个机器周期为12个时钟，而STC可为每机器周期1个时钟，指令执行速度大大提高，速度比普通8051快8～12倍。01OPTION02OPTION03OPTION04OPTION宽工作电压：5.5～3.8V，2.4～3.8V（STC12LE5410AD系列）。12KB/10KB/8KB/6KB/4KB片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上。5