第1章单片机基础.ppt

1、第1章 单片机概述 20世纪70年代问世。 已广泛应用在： 工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等方面。 1.1 单片机基础 1.1.1 电子计算机及其发展历史 第一台电子计算机诞生于1946年2月。 1946年6月，冯诺依曼提出“程序存储”和“二进制运算”的思想，构建了计算机由运算器、控制器、存储器和输入/输出设备,组成这一计算机的经典结构，如图1-1所示,图1-1,发展经历五个阶段： 电子管计算机 晶体管计算机,集成电路计算机 大规模集成电路计算机 超大规模集成电路计算机(微型计算机) 1.1.2 电子计算机及其发展历史 计算机真正得到广泛应用和普及，

2、还是由于微型计算机的出现。 微型计算机组成：由微处理器（或称CPU，中央处理单元)、存储器加上I/O接口电路组成。 各组成部分通过地址总线（AB）、数据总线（DB）和控制总线（CB）相连，再配以系统软件和I/O设备，构成完整的微型计算机系统，简称:微机，如图1-2所示,1.1.3 什么是单片机 在半导体硅片上集成了微处理器(CPU)，存储器(RAM、ROM、EPROM)和各种输入、输出接口。 具有一台计算机的属性。也称为,图1-2,微控制器 MCU(MicroController Unit) 嵌入式控制器 EMCU（Embedded microController Unit）。 我国，习惯使用

3、“单片机”这一名称。 单片机主要应用于测试和控制领域 按用途可分为通用型和专用型两大类： （1）通用型 可开发的内部资源：RAM、ROM、I/O等功能部件，全部提供给用户,根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核心的测控系统,2）专用型 专门针对某些产品的特定用途而制作的单片机，针对性强且数量巨大。 对系统结构的最简化、可靠性和成本最佳化等方面都作了全 面的考虑。 “专用”单片机具有十分明显的综合优势。 无论“专用”单片机在用途上有多么“专”，其基本结构和工作原 理都是以通用单片机为基础。 1.2 单片机的发展历史及发展趋势 1.2.1 单片机的发展历史 处理的位数分为：1位、4位、8位、16位

4、、32位单片机,四个阶段: 第一阶段(1974年1976年)：单片机初级阶段。双片的形式， 且功能比较简单。 第二阶段（1976年1978年）：低性能单片机阶段。以Intel 公司制造的MCS-48单片机为代表。 第三阶段(1978年现在)：高性能单片机阶段。Intel公司的 MCS-51系列、Mortorola公司的6801系列等。 第四阶段(1982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。 世界各公司也开发了一大批性能优越的单片机 近年，不少新型单片机涌现，单片机产品丰富多彩的局面,1.2.2 单片机的发展趋势 CPU的改进 （1）采用双CPU结构，提高处理能力

5、 （2）增加数据总线宽度，内部采用16位数据总线。 （3）串行总线结构，菲利浦公司的I2C总线（InterIcbus）。用两根信号线代替现行的8位数据总线。 2存储器的发展 （1）加大存储容量。 （2）片内EPROM采用E2PROM或闪烁（Flash）存储器 3片内I/O的改进 （1）增加并行口的驱动能力，能直接输出大电流和高电压,2）设置特殊的串行接口功能，课构成分布式、网络化系统 。 4低功耗化 CMOS化 CHMOS工艺。 5外围电路内装化 集成度不断提高，把众多的外围功能部件集成在片内系统的单片化。 典型：美国Cygnal公司C8051F020 8位单片机，采用流水线结构，峰值处理能力

6、为25MIPS。片上集成有8通道A/D、两路D/A、两路电压比较器，内置温度传感器、定时器、可编程数字交叉开关和64个通用I/O口、电源监测、看门狗、多种类型的串行总线（两个UART、SPI）等,1.3 单片机的应用 单片机卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。 使用温度： 民品：0 +70C 工业品：-40 +85C 汽车：-40 +105C 军品： -55 +125C 为什么能够获得大量的应用？ （1）功能齐全，应用可靠，抗干扰能力强。 （2）简单方便，易于普及 （3）发展迅速，前景广阔。 （4）嵌入容易，用途广泛 总之，单片机软硬件结合、体积小，很容易应用到嵌入式控制系统中,在

7、下述领域广泛应用： 1. 工业自动化 2. 智能仪器仪表 3消费类电子产品 4. 通讯 5武器装备 6终端及外部设备控制 7汽车电子 8多机分布式系统 1.4 MCS-51系列与AT89C5x系列单片机 1.4.1 MCS-51系列单片机,20世纪80年代以来，单片机的发展非常迅速，世界上一些著名厂商投放市场的产品就有几十个系列，数百个品种。 其中有： Intel公司的MCS-48、MCS-51 Motorola公司的6801、6802 Zilog公司的Z8系列 Rockwell公司的6501、6502等。 PHILIPS公司 NEC公司 日立公司 相继推出了各自的单片机产品,单片机问世以来，

8、在我国使用最多的还是Intel公司的及其兼容单片机。 MCS-51单片机是最早进入我国的单片机主流产品之一。 MCS是Intel公司生产的单片机的系列号，如Intel公司的MCS-48、MCS-51、MCS-96系列单片机。 MCS-51系列单片机既包括三个基本型8031、8051、8751，也包括对应的低功耗型80C31、80C51、87C51,1）基本型 典型产品：8031/8051/8751 （2）增强型 典型产品：8032/8052/8752 内部RAM增到256字节，8052、8752的内部程序存储器扩展到8KB，16位定时器/计数器增至3个。 （3）低功耗型 典型产品：80C31/

9、87C51/80C51。采用CMOS工艺 适于电池供电或其它要求低功耗的场合。 （4）专用型 8044/8744，用于总线分布式多机测控系统。美国Cypress公司的EZU SR-2100单片机USB接口,表1-1列出了MCS-51系列单片机的内部硬件资源,1.4.2 AT89C5x系列单片机 20世纪80年代中期以后，Intel公司已把精力集中在CPU芯片的开发、研制上，并逐渐放弃了单片机芯片的生产。 但是以MCS-51为技术核心和主导的单片机已经成为许多厂家、电气公司竞相选用的对象，以此为基核。以专利或技术交换的形式把8051内核技术转让给各厂家。如：AMTEL、PHILIPS、ANALO

10、G DEVICES、DALLAS公司。 这些厂家的兼容单片机，与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺- 80C51系列。 80C51系列：所有具有8051指令系统的单片机，不应直接称为MCS-51系列单片机，MCS只是Intel公司专用的单片机系列符号,习惯把兼容机等衍生产品统称为51系列单片机或51单片机。 在8051的基础上又进行了一些扩充,称为增强型、扩展型，如52子系列单片机，功能和市场竞争力更强。 世界单片机芯片生产厂商推出的与8051（80C51）兼容的主要产品如表1-2所示,众多的MCS-51单片机及其各种增强型、扩展型衍生品种，ATMEL公司推出的AT89

11、C5x系列，尤其是该系列中的AT89C51单片机在8位单片机应用中占有相当大的市场份额。 ATMEL公司以E2PROM技术与Intel公司的80C51内核的使用权进行交换。该公司技术优势是其闪烁（Flash）存储器技术，将Flash存储器与80C51内核相结合，形成了AT89C5x系列。 与MCS-51系列单片机在功能、引脚及指令系统方面完全兼容。又增加了一些新的功能，如看门狗定时器WDT、ISP及SPI串行接口等,是取代MCS-51系列单片机的主流芯片之一 。 表1-3为ATMEL公司生产的AT89系列单片机的主要产品的片内硬件资源,低档机型 低电压型 -“LV” 尽管AT89C5x系列单片机有多种机型，但是掌握好基本型AT89C51是十分重要的，是具有8051内核的各种型号单片机的基础，具有典型性、代表性，也是各种增强型、扩展型等衍生