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1、1.1 1.1 什么是单片机什么是单片机1.2 1.2 单片机的历史及发展概况单片机的历史及发展概况1.3 81.3 8位单片机的主要生产厂家和机型位单片机的主要生产厂家和机型1.4 1.4 单片机的发展趋势单片机的发展趋势1.5 1.5 单片机的应用单片机的应用1.6 MCS-511.6 MCS-51系列单片机系列单片机1.7 1.7 单片机的开发与开发工具单片机的开发与开发工具第第1 1章章 单片机概述单片机概述1.1 1.1 什么是单片机什么是单片机 1、微型计算机硬件结构、微型计算机硬件结构 常见的微机外形常见的微机外形台式微机台式微机台式微机台式微机便携式微机便携式微机便携式微机便携
2、式微机立式微机立式微机立式微机立式微机单片机单片机就是单片微型计算机就是单片微型计算机(Single-Chip Microcomputer)。微型计算机硬件结构微型计算机硬件结构 冯冯.诺依曼结构诺依曼结构 主机主机输入输入设备设备输出输出设备设备主存储器主存储器CPU运算器运算器控制器控制器I/O设备设备多板机多板机 主板显卡显卡声卡声卡存储器接口存储器接口网卡网卡输入输出接口输入输出接口内存条内存条计算机系统通常由多块印刷电路板制成：计算机系统通常由多块印刷电路板制成：单片机单片机 单单片片机机是是将将计计算算机机主主机机(CPU、内内存存和和I/O接接口口等等集集成成在在一一小小块块硅硅
3、片片上上的的微微型型机机，所所以以称称作作单片微型计算机。单片微型计算机。单单 硅硅 晶晶 片片 CPU存储器存储器控制电路控制电路定时器定时器时钟电路时钟电路I/O口口单片机单片机单片机单片机 单单片片机机是是将将计计算算机机主主机机(CPU、内内存存和和I/O接接口口等等集集成成在在一一小小块块硅硅片片上上的的微微型型机机，所所以以称称作作单片微型计算机。单片微型计算机。单片机的单片机的英文简称英文简称：MCU或或EMCU.MCU:Microcontroller Unit(微控制器微控制器)EMCU:Embedded Microcontroller Unit(嵌入式微控制器嵌入式微控制器)
4、区分几个概念 CPU:Central Processing Unit MCU:Microcontroller Unit DSP:Digital Signal Processing DSPs:Digital Signal Processors单片机的分类（按用途）（2）专用型单片机）专用型单片机（1）通用型单片机）通用型单片机单片机的分类（按字长）（2）8位机位机（1）4位机位机 字字长长:在在算算术术逻逻辑辑单单元元中中采采用用运运算算的的基基本本位位数数，即即CPUCPU能一次处理的二进制位数。能一次处理的二进制位数。（3）16位机、位机、32位机位机1.2 单片机的历史及发展概括 第一阶段
5、第一阶段（1974-1976）单片机初级阶段单片机初级阶段 特特点点:制制造造工工艺艺落落后后和和集集成成度度低低,而而且且采采用用双双片片形形式式。典典型型产产品品:Fairchild公公司司的的F8和和Mostek公司的公司的3870等。等。1974 年年,美美国国仙仙童童(Fairchild)公公司司研研制制的的世世界第一台单片微型机界第一台单片微型机F8。第二阶段第二阶段(1976一一1978)低性能单片机阶段低性能单片机阶段 特特点点:已已能能在在单单块块芯芯片片内内集集成成CPU、多多个个8位位并并行行I/O接接口口、一一个个8位位定定时时器器/计计数数器器，RAM和和ROM等功能
6、部件。等功能部件。缺缺点点:性性能能低低，寻寻址址范范围围不不大大于于4KB，无无串串口，中断处理简单。口，中断处理简单。典典型型产产品品:Intel公公司司推推出出的的MCS-48系系列列单单片机。片机。第三第三阶段段(1978现在在)高性能单片机阶段高性能单片机阶段 特特点点:与与前前两两代代相相比比，片片内内存存储储器器容容量量加加大大，寻寻址址范范围围达达到到64KB，多多级级中中断断处处理理，多多个个16位位定定时时器器/计计数数器器，集集成成了了全全双双工工串串行行口口，有有的的带带A/D转转换换。指指令令系系统统趋趋于于丰丰富富和和完完善善，增增加加了了许许多多突突出出控制功能的
7、指令。控制功能的指令。典典型型产产品品:Intel公公司司的的MCS-51系系列列，Motorola公司的公司的MC6801，TI公司的公司的TMS7000系列等。系列等。第四第四阶段段(1982现在在)8 8位位单单片片机机发发展展，1616位位/32/32位位单单片片机机推推出出阶阶段段。特特点点:1.随随着着MCS-5l系系列列的的广广泛泛应应用用，许许多多电电气气厂厂商商竞竞相相使使用用80C51的的内内核核技技术术，将将许许多多测测控控系系统统中中使使用用的的电电路路技技术术、接接口口技技术术、多多通通道道AD转转换换部部件件、可可靠靠性性技技术术等等应应用用到到单单片片机机中中，强
8、强化化了了智智能能控控制制器器的的特特征征。2.高高速速、大大寻寻址址范范围围、强强运运算算能能力力的的8位位16位位32位位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。典典型型产产品品:1.16位位单单片片机机 凌凌阳阳系系列列、Intel MCS-96 系系列列8098/8096、80C198/80C196 2.32位位单单片片机机 ARM7、ARM9、ARM10、80960、.1.3 8位单片机的主要生产厂家和机型IntelMCS-51系列系列Motorola6801、6805系列系列Atmel89C51系列系列ZilogZ8系列、系列、SUPER
9、8FairchildF8、3870系列系列Rockwell6500/1系列系列TITMS7000系列系列NSNS8070系列系列RCACDP1800系列系列Philips8xC552系列系列1.4 单片机的发展状况1.CPU的改进n采采用用双双CPU结结构构，以以提提高高处处理理能能力力。例例：Rockwell公公司司的的R6500/21和和 R65C29。n增增加加数数据据总总线线宽宽度度。例例：NEC公公司司的的PD7800将将ALU作成作成16位运算部件，内部采用位运算部件，内部采用16位数据总线。位数据总线。n采用采用流水线结构流水线结构，具有很高的运算速度。，具有很高的运算速度。n串
10、串行行总总线线结结构构。主主要要有有Philips公公司司的的I2C总总线线（Inter IC BUS：芯芯片片间间总总线线）、DALLAS公公司司的的单单总总线线（1Wire）、）、MOTOROLA公司的公司的SPI串行外设接口等。串行外设接口等。2.存储器的发展n加加大大存存储储器器容容量量。片片内内RAM 256B，片片内内外外扩扩RAM(ERAM)2KB，ROM容量从容量从4K、16K、32K到到64K。n片片内内EPROM采采用用E2PROM或或Flash存存储储器器。编编程程和和擦擦除除完完全全是是电电气气实实现现。编编程程和和擦擦除除速速度度快快，可可以以使使用用通通用用的的编编
11、程程器器脱脱机机编编程程，也也可可在在线线编编程程（ISP：In-System Program）。）。n程程序序保保密密化化。如如Winbond公公司司的的W78E58B等等。编编程程采采用用加加锁锁方方式式，若若要要读读取取片片内内程程存存代代码码或或重重新新编编程程，需需先先执行片擦除操作。执行片擦除操作。3.片内I/O的改进n增增加加并并行行口口的的驱驱动动能能力力。减减少少外外部部驱驱动动芯芯片片。如如LED、LCD等显示驱动器开始集成在等显示驱动器开始集成在8位单片机中。位单片机中。n增增加加I/O口口的的逻逻辑辑控控制制功功能能。体体现现工工控控特特性性的的位位地地址址空空间及间及
12、I/O口的位操作方式。口的位操作方式。n设设置置特特殊殊串串行行接接口口。如如UART、I2C、SPI等等，满满足足多多机机通讯及外部扩展的要求。通讯及外部扩展的要求。4.外围电路内装化n在在单单片片机机中中尽尽可可能能多多地地把把应应用用所所需需的的存存储储器器、各各种种功功能能的的I/O口口、A/D、D/A、DMA控控制制器器等等都都集集成成在在一一块块芯芯片片内内，使使单单片片机机的的功功能能更更加加强强大大。如如AT89C5132，内内嵌了嵌了控制器、控制器、A/D转换器及硬盘转换器及硬盘IDE接口等。接口等。5.低电压、低功耗n工工作作电电压压：一一般般在在36V范范围围内内工工作作
13、，有有的的已已能能在在或或电电压下工作。几乎所有的单片机都具有省电运行方式。压下工作。几乎所有的单片机都具有省电运行方式。n功功耗耗：从从mA级级降降到到A级级，甚甚至至1A以以下下，在在一一粒粒钮钮扣扣电电池池下下就就可可长长期期工工作作。低低功功耗耗化化同同时时带带来来了了产产品品的的高高可可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。1.5 单片机的应用1.单片机的特点 n体积小、成本低，易于产品化。体积小、成本低，易于产品化。n抗干扰能力强，可靠性好，适应温度范围宽。抗干扰能力强，可靠性好，适应温度范围宽。军品军品:65125度，主要用于武器系统、航空器度，
14、主要用于武器系统、航空器;商用品商用品:070度，主要限于机房和办公环境度，主要限于机房和办公环境;工业品工业品:4085度。度。n易易扩扩展展，控控制制功功能能强强。MCS-51单单片片机机指指令令系系统统中中具具有有加加减减乘乘除除指指令令，具具有有各各种种逻逻辑辑运运算算和和控控制制转转移移指指令令，还具有位操作功能。还具有位操作功能。n易于实现多机和分布式系统。易于实现多机和分布式系统。2.单片机的应用n 单单片片机机为为工工业业测测控控而而设设计计，具具有有三三高高优优势势(集集成成度度高高、可靠性高、性价比高可靠性高、性价比高)。n 主主要要应应用用于于工工业业检检测测与与控控制制
15、、计计算算机机外外设设、智智能能仪仪器器仪仪表表、通通讯讯设设备备、家家用用电电器器等等。特特别别适适合合于于嵌嵌入入式式微微型机应用系统型机应用系统。n分分为为单机应用单机应用和和多机应用多机应用两类两类.工业方面工业方面民用方面民用方面仪表方面仪表方面电讯方面电讯方面数据处理方面数据处理方面汽车方面汽车方面多机应用多机应用 多机应用是单片机在高科技领域中应用的多机应用是单片机在高科技领域中应用的主要模式。主要模式。n 功能集散系统功能集散系统 库房温湿度集散测控系统库房温湿度集散测控系统n 并行多机处理系统并行多机处理系统 并行数据采集系统、处理系统并行数据采集系统、处理系统n 局域网络系
16、统局域网络系统 楼宇自动化的自动抄表系统楼宇自动化的自动抄表系统军需库温湿度监测军需库温湿度监测 1.6 MCS-51系列单片机uMCS-51系列单片机是美国系列单片机是美国Intel公司在公司在1980年推出年推出的的8位单片机位单片机，包含，包含51和和52两个子系列。两个子系列。u51子系列的典型产品有子系列的典型产品有8031，8051和和8751三种机型三种机型 u52子系列包括子系列包括8032，8052和和8752三种机型三种机型 u目前有多家著名半导体厂商购买了核，加上自己的目前有多家著名半导体厂商购买了核，加上自己的外围，生产多种兼容芯片。外围，生产多种兼容芯片。不同型号不同
17、型号MCS-51单片机单片机CPU处理能力和指令系处理能力和指令系统完全兼容，只是存储器和统完全兼容，只是存储器和I/O接口的配置有所不同。接口的配置有所不同。1.6 MCS-51系列单片机MCS-51单片机分类n基本型基本型 8031/8051/8751n增强型增强型 8032/8052/8752n低功耗型低功耗型 80C31BH/87C51/80C51n专用型专用型 8044/8744n超超8位型位型 Philips 80C552/87C552/83C552nFlash型型 ATMEL AT89C51系列系列系列系列典型典型芯片芯片I/O口口定时计定时计数器数器中中断断源源串串口口片内片内RAM片内片内ROM51系列系列80c314x8位位2x16位位51128字节字节无无80c514x8位位2x16位位51128字节字节4KB掩模掩模ROM87c514x8位位2x16位位51128字节字节4KB EPROM89c514x8位位2x16位位51128字节字节4KB E2PROM52系列系列 80c324x8位位3x16位位61256字节字节无无80c524x8位位3x16位位61256字节字节8KB掩模掩模ROM87c524x8位位3x16位位61256字节字节8KB EPROM89c524x8位位3x16位位61256字节字节8KB E2PROMINTEL 51系列典型产品