单片机第一章

1、单片机与嵌入式系统单片机与嵌入式系统单片机单片机课程安排课程安排课程总学时：课程总学时：4848课时课时讲授（讲授（4040课时）实验（课时）实验（8 8课时）课时）期末：期末：一周一周课程设计课程设计主要参考书主要参考书：1 1、MCS-51/96MCS-51/96系列单片微型计算机及其应用系列单片微型计算机及其应用 薛钧义、张彦斌编，西安交大出版社薛钧义、张彦斌编，西安交大出版社2 2、单片机应用系统设计系统配置与接口技术单片机应用系统设计系统配置与接口技术 何立民何立民编编 ，北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社3 3、单、单片机基础片机基础 李广弟等编著李广弟等编著 ，北京航空

2、航天大学出版社北京航空航天大学出版社本课程讲授内容本课程讲授内容教材：教材：第第1 1章第章第1111章章本课程本课程以以MCS-51MCS-51系列单片机系列单片机为背景机，讲述为背景机，讲述单片机的硬件结构、工作原理、指令系统、单片机的硬件结构、工作原理、指令系统、单片机内部资源的使用、系统扩展及接口技单片机内部资源的使用、系统扩展及接口技术；以及典型单片机系统的硬件设计和软件术；以及典型单片机系统的硬件设计和软件设计，使同学掌握单片机应用系统设计和开设计，使同学掌握单片机应用系统设计和开发的基本技能，为将来从事单片机系统的设发的基本技能，为将来从事单片机系统的设计和开发打下基础计和开发打

3、下基础。成绩：平时成绩：平时30%30%、考试、考试70%70%。1946-1958 1946-1958 第一代电子管计算机。磁鼓存储器，机器语第一代电子管计算机。磁鼓存储器，机器语言、汇编语言编程。世界上第一台数字计算机言、汇编语言编程。世界上第一台数字计算机ENIACENIAC1958-1964 1958-1964 第二代晶体管计算机第二代晶体管计算机磁芯作主存储磁芯作主存储器器, , 磁盘作外存储器，开始使用高级语言编程。磁盘作外存储器，开始使用高级语言编程。1964-1971 1964-1971 第三代集成电路计算机第三代集成电路计算机半导体存半导体存储器，出现多终端计算机和计算机网络

4、。储器，出现多终端计算机和计算机网络。1971-19811971-1981 第四代大规模集成电路计算机第四代大规模集成电路计算机出现微出现微型计算机、单片微型计算机，外部设备多样化。型计算机、单片微型计算机，外部设备多样化。1981- 1981- 第五代人工智能计算机第五代人工智能计算机模拟人的智能和模拟人的智能和交流方式。交流方式。1.1.2微型计算机简介微型计算机简介1 1、微处理器（、微处理器（Central Processing Unit Central Processing Unit ）CPUCPU集成在同一块芯片上的具有运算和控制逻辑集成在同一块芯片上的具有运算和控制逻辑功能的中央

5、处理单元，是微型机中的核心部件，功能的中央处理单元，是微型机中的核心部件，包括运算器和控制器两大组成部分。包括运算器和控制器两大组成部分。微处理器本微处理器本身不是计算机，但它是小型计算机或微型计算机身不是计算机，但它是小型计算机或微型计算机的控制和处理部分。的控制和处理部分。以微处理器为核心，加配存储部件和以微处理器为核心，加配存储部件和输入输出部件而成为微型计算机。输入输出部件而成为微型计算机。n CPUCPUn 存储器存储器n 输入输入/ /输出接口电路（输出接口电路（I/OI/O接口）接口） 运 算 器控 制 器CPU存 储 器输输入入接接口口电路电路输输入入设设备备输输出出设设备备输

6、输出出接接口口电路电路硬件系统n功能：功能：用于连接用于连接CPUCPU、内存、外存和各种、内存、外存和各种I/OI/O设备设备并在它们之间传输信息的一组并在它们之间传输信息的一组共享的共享的传输线传输线及其控制电路及其控制电路n分类：分类：数据总线数据总线地址总线地址总线控制总线控制总线以微型计算机为基以微型计算机为基础，加上外围设备、础，加上外围设备、电源、系统软件等电源、系统软件等就构成微型计算机就构成微型计算机系统。系统。软件系统与软件系统与硬件系统共同构成硬件系统共同构成实用的微机系统实用的微机系统软软件件系系统统+运 算 器控 制 器CPU存 储 器输输入入接接口口电电路路输输入入

7、设设备备输输出出设设备备输输出出接接口口电电路路硬件系统 以应用为中心，以计算机为基础，软以应用为中心，以计算机为基础，软件、硬件可裁剪，适应应用系统对功能、件、硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机。用计算机。n即单片微型计算机即单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer Single-Chip Microcomputer ） n在一片芯片上集成在一片芯片上集成CPUCPU、存储器、存储器、I/OI/O接口等组成一台接口等组成一台完整的微型计算机完整的微型计算机。单片机实质上就是一个芯片单片机实

8、质上就是一个芯片。n单片机为工业测控而设计，又称微控制器（单片机为工业测控而设计，又称微控制器（ ）。）。具有三高优势具有三高优势( (集成度高、可靠性高、集成度高、可靠性高、性价比高性价比高) )。CPU输输入入设设备备输输出出设设备备软软件件系系统统+硬件系统输输入入接接口口设设备备输输出出接接口口设设备备运 算 器控 制 器存 储 器 C P U 存 储 器定 时 器 / 计 数 器 中 断 系 统P0-P3TxDRxD TINT并行I/O口串行I/O口单片机应用系统单片机应用系统单单片片机机接口接口电路电路及外及外设等设等单片机应用系统由单片机应用系统由硬件硬件和和软件软件组组成成硬件

9、是硬件是应用系统的基础应用系统的基础软件是在硬件的基础上软件是在硬件的基础上对其资源对其资源进行合理调配和使用进行合理调配和使用，从而完成，从而完成应用系统所要求的任务，二者相应用系统所要求的任务，二者相互依赖，缺一不可互依赖，缺一不可单片机的特点单片机的特点（1 1）体积小、重量轻、功耗低、功能强、性价）体积小、重量轻、功耗低、功能强、性价比高。比高。（2 2）数据大都在单片机内部传送，运行速度快，）数据大都在单片机内部传送，运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高。抗干扰能力强，可靠性高。（3 3）结构灵活，易于组成各种微机应用系统。）结构灵活，易于组成各种微机应用系统。（4 4）应用广泛，既可

10、用于工业自动控制等场合，）应用广泛，既可用于工业自动控制等场合，又可用于测量仪器、医疗仪器及家用电器等领又可用于测量仪器、医疗仪器及家用电器等领域。域。 第一代第一代：197476197476，起步阶段起步阶段特点：制造工艺落后，集成度低，采用双片形式特点：制造工艺落后，集成度低，采用双片形式典型代表：美国仙童（典型代表：美国仙童（FairchildFairchild）公司）公司F8F8系列系列1.2 1.2 单片机的发展历史及发展趋势单片机的发展历史及发展趋势 1.2.1 1.2.1 单片机的发展历史单片机的发展历史 单片机的发展经历了由单片机的发展经历了由4 4位机到位机到8 8位机位机,

11、 ,再到再到1616位位机的发展过程，目前机的发展过程，目前8 8位单片机仍在广泛使用。位单片机仍在广泛使用。第二代第二代：197678197678，低性能单片机阶段低性能单片机阶段特点：性能低，品种少，应用范围不广（比较简单特点：性能低，品种少，应用范围不广（比较简单场合）场合）典型代表：典型代表：IntelIntel公司的公司的MCS-48MCS-48型，型，8 8位单片机位单片机采用采用8 8位位CPUCPU、2 2个个 I/OI/O口、口、8 8位定时器位定时器/ /计数器、简单计数器、简单中断，寻址小于中断，寻址小于4K4K，且无串行口。，且无串行口。第三代第三代：197983197

12、983，8 8位机成熟阶段位机成熟阶段特点：资源增加，指令功能增加，品种齐全特点：资源增加，指令功能增加，品种齐全典型代表：典型代表：Intel MCS-51Intel MCS-51，MC6801MC6801，ZilogZilog公司的公司的 Z8Z8系系列列增加功能：串行增加功能：串行I/OI/O、多级中断、多级中断、1616定时定时/ /计数器、片内计数器、片内RAM/ROMRAM/ROM增大，寻址增大，寻址64K64K，有的片内带，有的片内带A/DA/D转换器接口。转换器接口。第四代第四代：19831983，1616位机和位机和8 8位高性能机并行发展位高性能机并行发展特点：工艺先进，集

13、成度高，速度快，内部功能强特点：工艺先进，集成度高，速度快，内部功能强典型代表：典型代表：Intel MCS-96Intel MCS-96系列，系列，1616位单片机位单片机增加性能：增加性能：1616位位CPUCPU，存储容量增大，中断能力增强、，存储容量增大，中断能力增强、A/DA/D等等 9090年代后出现年代后出现3232位单片机，也是微控制器的全面位单片机，也是微控制器的全面发展阶段。发展阶段。 1.1.按应用领域可分为按应用领域可分为家电类，工控类，通信类，家电类，工控类，通信类，个人信息终端类等等；个人信息终端类等等； 2.2.按通用性可分为按通用性可分为通用型和专用型。通用型和

14、专用型。通用型特点：内部资源较丰富，性能全面，而且通通用型特点：内部资源较丰富，性能全面，而且通用性强，可履盖多种应用要求。通用型单片机的用用性强，可履盖多种应用要求。通用型单片机的用途很广泛，使用不同的接口电路及编制不同的应用途很广泛，使用不同的接口电路及编制不同的应用程序就可完成不同的功能。程序就可完成不同的功能。专用型特点：针对某一种产品或某一种控制应用而专用型特点：针对某一种产品或某一种控制应用而专门设计的，设计时已使结构最简，软硬件应用最专门设计的，设计时已使结构最简，软硬件应用最优，可靠性及应用成本最佳。专用型单片机用途比优，可靠性及应用成本最佳。专用型单片机用途比较专一，出厂时程

15、序已经一次性固化好，不能再修较专一，出厂时程序已经一次性固化好，不能再修改的单片机。例如电子表里的单片机就是其中的一改的单片机。例如电子表里的单片机就是其中的一种。其生产成本很低。种。其生产成本很低。3.3.按总线结构按总线结构可分为总线型和非总线型。可分为总线型和非总线型。如我们常常见到的如我们常常见到的80C5180C51单片机就是总线单片机就是总线结构，在后面讲解单片机的内部结构时，结构，在后面讲解单片机的内部结构时，我们就可以看到，我们就可以看到，80C5180C51单片机内部有数单片机内部有数据总线，地址总线，还有控制总线（据总线，地址总线，还有控制总线（WRWR，RDRD，EAEA

16、，ALEALE等）。等）。2020引脚的引脚的89C205189C2051单片单片机，就是一种非总线型的。其外部的引脚机，就是一种非总线型的。其外部的引脚很少，可使成本降低。很少，可使成本降低。（1 1）CPUCPU功能增强功能增强（2 2）内部资源增多）内部资源增多（3 3）引脚多功能化）引脚多功能化（4 4）寻址范围增加）寻址范围增加（5 5）超微型化）超微型化（6 6）低电压和低功耗）低电压和低功耗 MCS51 MCS51是指由美国是指由美国INTELINTEL公司生产的一系列单片公司生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如80318031，80518051，87518751，80328032，80528052，89C5189C51等，其中等，其中80518051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在在80518051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，的基础上进行功能的增、减、改