DPJ第1章 单片机概述---LS

1、1第第1 1章章 单片机概述单片机概述 了解单片机的了解单片机的发展发展概况、单片机的概况、单片机的特点特点、典型单片机、典型单片机系列系列；理解单片；理解单片机的机的应用领域应用领域。 重点掌握单片机的重点掌握单片机的定义定义及及典型产品典型产品2第第1 1章章 单片机概述单片机概述 2020世纪世纪7070年代问世。年代问世。已广泛应用在：已广泛应用在： 工业自动化、自动检测与控制、智能仪器仪表、工业自动化、自动检测与控制、智能仪器仪表、机电一体化设备、汽车电子、家用电器等各个方面。机电一体化设备、汽车电子、家用电器等各个方面。 1.1 1.1 什么是单片机什么是单片机? ? 在在半导体硅

2、片半导体硅片上上集成了集成了微处理器微处理器(CPU)(CPU)，存储器，存储器(RAM(RAM、ROMROM、EPROM)EPROM)和各种输入、输出接口和各种输入、输出接口。 具有一台计算机的属性。也称为：具有一台计算机的属性。也称为：3微控制器微控制器 MCU(MCU(MicroControllerMicroController Unit) Unit)嵌入式控制器嵌入式控制器 EMCUEMCU（Embedded icroControllerEmbedded icroController Unit Unit）。）。 我国，我国，习惯使用习惯使用“单片机单片机”这一名称。这一名称。 单片机单

3、片机主要应用于测试和控制主要应用于测试和控制领域领域 按用途可分为按用途可分为通用型通用型和和专用型专用型两大类：两大类：（1 1）通用型）通用型 可开发的内部资源：可开发的内部资源：RAMRAM、ROMROM、I/OI/O等功能部件，全等功能部件，全部提供给用户部提供给用户, ,根据需要，设计一个根据需要，设计一个以通用单片机芯片为以通用单片机芯片为核心核心的测控系统。的测控系统。通常所说的和通常所说的和本书本书介绍的是指介绍的是指通用型单片机通用型单片机。（2 2）专用型）专用型 专门针对某些产品的专门针对某些产品的特定用途特定用途而制作的单片机，而制作的单片机，针对性强针对性强且且数量巨

4、大数量巨大。 对对系统结构的系统结构的最简化最简化、可靠性可靠性和和成本最佳化成本最佳化等方等方面都作了全面的考虑。面都作了全面的考虑。 “ “专用专用”单片机具有十分单片机具有十分明显的综合优势。明显的综合优势。 无论无论“专用专用”单片机在用途上有多么单片机在用途上有多么“专专”，其，其基本结构和工作原理都是以通用单片机为基础。基本结构和工作原理都是以通用单片机为基础。1.2 1.2 单片机的发展历史单片机的发展历史 单片机单片机按按其处理的其处理的二进制位数二进制位数主要分为：主要分为：4 4位位单片机、单片机、8 8位位单片机、单片机、1616位位单片机和单片机和3232位位单片机。单

5、片机。 发展大致分为发展大致分为4 4个阶段个阶段。第一阶段第一阶段（19741974年年19761976年）：单片机年）：单片机初级阶段初级阶段。因工艺限。因工艺限制，单片机采用双片的形式而且功能比较简单。制，单片机采用双片的形式而且功能比较简单。19741974年年1212月，月，仙童公司推出了仙童公司推出了8 8位的位的F8F8单片机，实际上只包括了单片机，实际上只包括了8 8位位CPUCPU、64B RAM64B RAM和和2 2个并行口个并行口。第二阶段第二阶段（19761976年年19781978年）：年）：低性能单片机阶段低性能单片机阶段。19761976年年 IntelInte

6、l的的MCS-48MCS-48单片机（单片机（8 8位）极大地促进了单片机的变革和位）极大地促进了单片机的变革和发展，发展，19771977年年GIGI公司公司推出了推出了PIC1650PIC1650，但这个阶段仍处于低性，但这个阶段仍处于低性能阶段。能阶段。1.2 1.2 单片机的发展历史单片机的发展历史第三阶段第三阶段（19781978年年19831983年）：年）：高性能单片机阶段高性能单片机阶段。19781978年，年，ZilogZilog公司公司推出推出Z8Z8单片机单片机，19801980年，年，IntelIntel公司公司在在MCS-48MCS-48系列系列基础上基础上推出推出M

7、CS-51MCS-51系列系列，MortorolaMortorola推出推出68016801单片机单片机。使单使单片机的性能及应用跃上新的台阶。片机的性能及应用跃上新的台阶。 此后，此后，各公司的各公司的8 8位单片机迅速发展。推出的单片机普位单片机迅速发展。推出的单片机普遍带有串行遍带有串行I/OI/O口、多级中断系统、口、多级中断系统、1616位定时器位定时器/ /计数器，片计数器，片内内ROMROM、RAMRAM容量加大，且寻址范围可达容量加大，且寻址范围可达64KB64KB，有的片内还带，有的片内还带有有A/DA/D转换器。由于这类单片机的性能价格比高，所以被广转换器。由于这类单片机的

8、性能价格比高，所以被广泛应用，是目前应用数量最多的单片机。泛应用，是目前应用数量最多的单片机。1.2 1.2 单片机的发展历史单片机的发展历史第四阶段第四阶段（19831983年现在）：年现在）：8 8位单片机巩固发展及位单片机巩固发展及1616位单片位单片机、机、3232位单片机位单片机推出阶段推出阶段。1616位典型产品位典型产品IntelIntel公司公司的的MCS-96MCS-96系列系列单片机。而单片机。而3232位单片机位单片机除了具有更高的集成度外，其数据处理速度比除了具有更高的集成度外，其数据处理速度比1616位单片机提位单片机提高许多，性能比高许多，性能比8 8位、位、161

9、6位单片机更加优越。位单片机更加优越。2020世纪世纪9090年代年代单片机制造业大发展时期，单片机制造业大发展时期，MortorolaMortorola、IntelIntel、ATMELATMEL、德州仪器（、德州仪器（TITI）、三菱、日立、飞利浦、）、三菱、日立、飞利浦、LGLG等公司开等公司开发一大批性能优越的单片机，极大推动单片机的应用。近年，发一大批性能优越的单片机，极大推动单片机的应用。近年，又有不少又有不少新型的高集成度的单片机产品新型的高集成度的单片机产品涌现出来，出现了产涌现出来，出现了产品丰富多彩的局面。目前，除品丰富多彩的局面。目前，除8 8位单片机得到广泛应用外，位单

10、片机得到广泛应用外，1616位单片机、位单片机、3232位单片机也得到广大用户青睐。位单片机也得到广大用户青睐。81.3 1.3 单片机的发展趋势单片机的发展趋势1.1.CPUCPU的改进的改进（1 1）采用双）采用双CPUCPU结构，提高处理能力结构，提高处理能力（2 2）增加数据总线宽度，内部采用）增加数据总线宽度，内部采用1616位数据总线。位数据总线。2 2存储器的发展存储器的发展（1 1）加大存储容量）加大存储容量, , 存储器容量可达存储器容量可达128KB128KB。 （2 2）片内片内EPROMEPROM采用采用E E2 2PROMPROM或或闪烁（闪烁（FlashFlash）

11、存储器）存储器3 3片内片内I/OI/O的改进的改进（1 1）增加并行口的驱动能力，能直接输出）增加并行口的驱动能力，能直接输出大电流和高电压。大电流和高电压。直接驱动直接驱动LEDLED和和VFDVFD（荧光显示器）。（荧光显示器）。 9（2 2）设置）设置特殊的串行接口功能特殊的串行接口功能，可构成，可构成分布式、网络化分布式、网络化系统系统 。4 4低功耗化低功耗化 CMOSCMOS化化 CHMOSCHMOS工艺。工艺。5 5外围电路内装化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集成度不断提高，把众多的外围功能部件集成在片内系统系统的单片化的单片化。典型：典型：美国美

12、国CygnalCygnal公司公司C8051F020 C8051F020 8 8位单片机，采用位单片机，采用流水线结构流水线结构，峰值处理能力为峰值处理能力为25MIPS25MIPS。片上集成有。片上集成有8 8通道通道A/DA/D、两路两路D/AD/A、两路电压比较器，两路电压比较器，内置温度传感器内置温度传感器、定时器、可编程数字交、定时器、可编程数字交叉开关和叉开关和6464个通用个通用I/OI/O口口、电源监测、看门狗电源监测、看门狗、多种类型的串、多种类型的串行总线（两个行总线（两个UARTUART、SPISPI）等。）等。101.4 1.4 单片机的特点单片机的特点单片机卓越的性能

13、，得到了广泛的应用，单片机卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。已深入到各个领域。单片机体积小、价格低、应用方便、稳定可靠，因此，单片机体积小、价格低、应用方便、稳定可靠，因此，给工业给工业自动化等领域带来了一场重大革命和技术进步。自动化等领域带来了一场重大革命和技术进步。单片机几乎可以在任何设施或任意装置上做成非常小的、功能单片机几乎可以在任何设施或任意装置上做成非常小的、功能比较完善的单片机比较完善的单片机嵌入系统嵌入系统置于其中，以实现各种方式的检置于其中，以实现各种方式的检测、计算或控制，测、计算或控制，在这一点上，一般的微型计算机根本做不在这一点上，一般的微型计算机根本做不

14、到到。由于单片机本身就是一个计算机系统，因此只要在单片机的外由于单片机本身就是一个计算机系统，因此只要在单片机的外部适当增加一些必要的外围扩展接口电路，就部适当增加一些必要的外围扩展接口电路，就可以灵活地构可以灵活地构成各种应用系统。成各种应用系统。 11为什么能够获得大量的应用，原因？为什么能够获得大量的应用，原因？ （1 1）功能齐全，应用可靠，抗干扰能力强。）功能齐全，应用可靠，抗干扰能力强。（2 2）简单方便，易于普及）简单方便，易于普及（3 3）发展迅速，前景广阔。）发展迅速，前景广阔。（4 4）嵌入容易，用途广泛）嵌入容易，用途广泛 总之，单片机软硬件结合、体积小，总之，单片机软硬

15、件结合、体积小， 很容易应用到嵌入式控制系统很容易应用到嵌入式控制系统中。中。 121.5 1.5 单片机的应用单片机的应用在下述领域广泛应用：在下述领域广泛应用： 1. 1. 工业工业 2. 2. 仪器仪表仪器仪表 3 3消费类电子产品消费类电子产品 4. 4. 通信通信 5 5武器装备武器装备 6 6终端及外部设备控制终端及外部设备控制 7 7汽车电子设备汽车电子设备 8 8多机分布式系统多机分布式系统 131 1工业检测与控制工业检测与控制主要应用：主要应用：工业过程控制、智能控制、设备控制、数据采集工业过程控制、智能控制、设备控制、数据采集和传输、测试、测量、监控等。在工业自动化的领域

16、中，和传输、测试、测量、监控等。在工业自动化的领域中，机电一体化技术机电一体化技术将发挥愈来愈重要的作用，在这种集机械、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（如微电子和计算机技术为一体的综合技术（如机器人技术机器人技术）中，单片机发挥着非常重要的作用。中，单片机发挥着非常重要的作用。2 2仪器仪表仪器仪表目前对仪器仪表的目前对仪器仪表的自动化自动化和和智能化智能化要求越来越高。单片机的要求越来越高。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，小体积而易于携带和使用，加速仪

17、器仪表向数字化、智能加速仪器仪表向数字化、智能化、多功能化方向化、多功能化方向发展。发展。13143 3消费类电子产品消费类电子产品例如，洗衣机、电冰箱、空调机、电风扇、电视机、微波炉、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。高，并实现智能化、最优化控制。4 4通讯通讯在调制解调器、各类手机、传真机、程控电话交换机、信息在调制解调器、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，单片机也已经得到广泛应用。网络及各种通讯设备中，单片机也已经

18、得到广泛应用。5 5武器装备武器装备在在现代化的武器装备现代化的武器装备中，如飞机、军舰、坦克、导弹、鱼雷中，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。入其中。14156 6各种终端及计算机外部设备各种终端及计算机外部设备计算机网络终端（如银行终端）以及计算机外部设备（如打计算机网络终端（如银行终端）以及计算机外部设备（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。用了单片机作为控制器。7 7汽车电子设备汽车电子设备已经

19、广泛地应用在已经广泛地应用在各种汽车电子设备各种汽车电子设备中，中，如如汽车安全系统、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、汽车自动诊断系统以及汽车黑匣子等。断系统以及汽车黑匣子等。8 8分布式多机系统分布式多机系统在较复杂多节点的测控系统中，常采用在较复杂多节点的测控系统中，常采用分布式多机系统分布式多机系统。1516一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们

20、通过串行通信相互联系、协调工作。在这种系统中，它们通过串行通信相互联系、协调工作。在这种系统中，单片机往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，单片机往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。对现场信息进行实时的测量和控制。 从从工业自动化、自动控制、智能仪器仪表、消费类电子产品工业自动化、自动控制、智能仪器仪表、消费类电子产品等方面，等方面，直到国防尖端技术领域直到国防尖端技术领域，单片机都发挥着，单片机都发挥着十分重十分重要的作用要的作用。171.6 MCS-511.6 MCS-51系列与系列与AT89C5xAT89C5x系列单片机系列单片机1.6.1

21、MCS-511.6.1 MCS-51系列单片机系列单片机2020世纪世纪8080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场的产品就有几十个系列，数百个品种。几十个系列，数百个品种。其中有：其中有：IntelIntel公司公司的的MCS-48MCS-48、MCS-51MCS-51MotorolaMotorola公司公司的的68016801、68026802ZilogZilog公司公司的的Z8Z8系列系列RockwellRockwell公司公司的的65016501、65026502等。等。PHILIPSPHILIP

22、S公司公司NECNEC公司公司日立公司日立公司各大公司相继推出了各自的单片机产品。各大公司相继推出了各自的单片机产品。18单片机问世以来，在单片机问世以来，在我国使用最多的还是我国使用最多的还是IntelIntel公司的及其公司的及其兼容单片机兼容单片机。 MCS-51MCS-51单片机单片机是是最早进入我国的单片机主最早进入我国的单片机主流产品之一。流产品之一。MCSMCS是是IntelIntel公司生产的单片机的系列号，如公司生产的单片机的系列号，如IntelIntel公司的公司的MCS-48MCS-48、MCS-51MCS-51、MCS-96MCS-96系列单片机。系列单片机。MCS-5

23、1MCS-51系列单片机既包括系列单片机既包括三个基本型三个基本型80318031、80518051、87518751，也包括对应的也包括对应的低功耗型低功耗型80C3180C31、80C5180C51、87C5187C51。 19（1 1）基本型）基本型 典型产品：典型产品：8031/8051/87518031/8051/8751（2 2）增强型）增强型 典型产品：典型产品：8032/8052/87528032/8052/8752内部内部RAMRAM增到增到256256字节，字节，80528052、87528752的的内部程序存储器内部程序存储器扩展到扩展到8KB8KB，1616位位定时器定

24、时器/ /计数器计数器增至增至3 3个。个。（3 3）低功耗型）低功耗型 典型产品：典型产品：80C31/87C51/80C5180C31/87C51/80C51。采用。采用CMOSCMOS工艺工艺 适于电池供电或其它要求低功耗的场合。适于电池供电或其它要求低功耗的场合。（4 4）专用型）专用型 8044/87448044/8744，用于总线分布式多机测控系统。美国，用于总线分布式多机测控系统。美国CypressCypress公司公司的的EZU SR-2100EZU SR-2100单片机单片机USBUSB接口。接口。20表表1-11-1列出了列出了MCS-51MCS-51系列单片机的内部硬件资

25、源系列单片机的内部硬件资源 211.6.2 AT89C5x1.6.2 AT89C5x系列单片机系列单片机2020世纪世纪8080年代中期以后，年代中期以后，IntelIntel公司已把公司已把精力集中在精力集中在CPUCPU芯片的芯片的开发、研制上，开发、研制上，并逐渐放弃了单片机芯片的生产。并逐渐放弃了单片机芯片的生产。但是但是以以MCS-51MCS-51为技术核心和主导的单片机已经成为许多厂家、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电气公司竞相选用的对象，以此为，以此为基核基核。以以专利专利或或技术交技术交换换的形式把的形式把80518051内核技术转让给各厂家内

26、核技术转让给各厂家。如：如：AMTELAMTEL、PHILIPSPHILIPS、ANALOG DEVICESANALOG DEVICES、DALLASDALLAS公司。公司。这些厂家的这些厂家的兼容单片机兼容单片机，与，与80518051的系统结构（主要是指令系统）的系统结构（主要是指令系统）相同，采用相同，采用CMOSCMOS工艺工艺- - 80C5180C51系列。系列。80C5180C51系列：系列：所有所有具有具有80518051指令系统指令系统的单片机的单片机，不应直接称为，不应直接称为MCS-51MCS-51系列单片机，系列单片机，MCSMCS只是只是IntelIntel公司专用的

27、单片机系列公司专用的单片机系列符号符号 22习惯把兼容机等习惯把兼容机等衍生产品衍生产品统称为统称为5151系列单片机系列单片机或或5151单片机单片机。在在80518051的基础上又进行了一些扩充的基础上又进行了一些扩充, ,称为称为增强型、扩展型，增强型、扩展型，如如5252子系列单片机，功能和市场竞争力更强。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世界单片机芯片生产厂商推出的与80518051（80C5180C51）兼容的主要）兼容的主要产品如产品如表表1-21-2所示。所示。23众多的众多的MCS-51MCS-51单片机及其各种增强型、扩展型衍生品种，单片机及其各种增强型、扩展型衍生品种，ATMELATMEL公司公司推出的推出的AT89C5xAT89C5x系列系列，尤其是该系列中的，尤其是该系列中的AT89C51AT89C51单片机在单片机在8 8位单片机应用中位单片机应用中占有相当大的市场份占有相当大的市场份额额。ATMELATMEL公司公司以以E E2 2PROMPROM技术与技术与IntelIntel公司的公司的80C5180C51内核的使用权内核的使用权进行交换。进行交换。该公司技术优势是其该公司技术优势是其闪烁（闪烁