单片机程序设计实践教程第01章概述

单片机程序设计实践教程第一讲概述11.1单片机的发展单片机（即单片的微型计算机）是在1970年微处理器研制成功之后随而之出现的，第二年美国的Intel公司就开发并生产了4位单片机4004，1972年推出了8位单片机的雏型8008。到了1976年9月，该公司的MCS-48单片机问世，从那以后的二十几年间，单片机经历了多次更新换代，其发展速度大约每2～3年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番。单片机发展速度之快、应用范围之广，已达到了惊人的地步。它已渗透到社会生产和生活的各个领域，可谓无孔不入。2在MCS-48单片机大范围成功应用的刺激下，许多半导体公司和计算机公司争相研制和发展自己的单片机系列。到目前为止，世界各地厂商己研制出种类繁多的单片机产品，其中有Motorola公司的6801、6802，Zilog公司的Z-8系列，Rockwell公司的6501、6502等。此外，日本的NEC公司、日立公司及EPSON公司等也都相继推出了各具特色的单片机品种。尽管目前单片机的品种很多，但其中最具典型性的当属Intel公司的MCS-51系列单片机系列。MCS-51是在MCS-48的基础上于20世纪80年代初发展起来的，虽然它仍然是8位的单片机，但其功能有很大的增强。此外，它还具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点。因此应用非常广泛，成为继MCS-48之后最重要的单片机品种。直到现在，MCS-51仍不失为单片机中的主流机型，国内尤以MCS-51系列单片机应用最广。

3在8位单片机之后，16位单片机也有很大发展，例如1983年Intel公司推出的MCS-96系列单片机就是其中的典型代表。与MCS-51相比，MCS-96不但字长增加一倍，而且还具有4路或8路的10位A/D转换功能，此外，在其它性能方面也有一定的提高。在高档智能仪表、彩色复印机、录像机等应用领域，16位单片机大有用武之地，目前Intel的MCS-96系列单片机在国内已得到较好的应用，它必将以高性能的特点在国内得到大规模推广。综观近三十年的发展过程，单片机正朝多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、扩大存储容量和加强I/O功能及结构兼容方向发展。预计其今后的发展趋势如下：

41、微控制器的CPU核仍以CISC为主，但向RISC演化。在传统微控制器领域内还是以当初Intel确立的哈佛结构(程序和数据存储器相分立的体系)和复杂指令集系统(CISC)为主。只有少数厂家生产精简指令集计算机，但仍保留了哈佛的分立存储器结构，并没有采用冯·诺依曼的程序、数据相合并的存储结构。少数生产RISC的计算机厂家有Microchip的8位PICl2／16／17／18Fxxx微控制器、Atmel的8位AVR微控制器、SCENIX的8位SXl8／20／28AC和SX48／52BD微控制器。这3个厂家都使用了快闪存储器(FLASH)存放程序。581.2MCS-51系列单片机简介9在MCS-51系列单片机中，8031、8751与8051的内部结构基本相同，其区别仅在于8031内部不含有程序存储器，必须由外部扩展。8751内部程序存储器为可编程、可改写的只读存储器EPROM，其内部程序由用户自行写入。在片内数据存储器方面，采用8位地址，寻址范围为256B，其中00H~7FH为128字节的内部RAM，用来存放用户的随机数；在80H~FFH范围内离散地分布着21个特殊功能寄存器，其中11个特殊功能寄存器具有位寻址功能。在内部RAM中，00H~1FH可分为4个寄存器工作区。寄存器工作区由选择指令进行切换，从而有效地提高了CPU的现场保护能力和实时响应速度。20H～2FH单元可进行位寻址。10（2）、增强了并行口，增设了全双工串行口I/O

4个8位并行I/O接口可用于地址和数据的传送，也可与8255、8155等连接，进行外部I/O接口的扩展。串行I/O接口是一个全双工串行通信口，可用于数据的串行接收和发送，这为构成串行通信网络提供了方便。（3）、定时器/计数器功能增强两个定时器/计数器均为16位（比8048长一倍），且有4种工作方式，这样既提高了定时/计数范围，又能够使用户灵活方便地使用。11（4）、增强了中断系统在MCS-51单片机中，设置有2级中断优先级，可接受5个中断源的中断请求，中断优先级别可由用户定义，这样的系统架构，使得MCS-51单片机很适合用于数据采集与处理、智能仪器仪表和工业过程控制中。（5）、具备较强的指令寻址和运算等功能MCS-51系列单片机有111条指令，可分为4大类，使用了7种寻址方式，这些指令的44%为单字节指令，41%为双字节指令，15%为三字节指令。若用l2MHz的晶体频率，50%的指令可在1μs内执行完毕，40%的指令在2μs内执行完毕。此外，还设有减法、比较和8位乘、除法指令，乘、除法指令的执行时间仅为4μs，这样大大地提高了CPU的运算与数据处理能力。1213单片机的应用主要体现在它的控制功能上，由于工业或其它的控制系统中，要求系统中的控制器具有体积小、功耗小、成本低价格廉以及控制功能强等要求，单片机完全胜任这些要求。由于单片机的这些特点，它的应用范围也在人类社会生活的各个方面日益广泛深入，诸如在智能仪器仪表、家用电器和军事设备的智能化以及实时过程控制等方面，单片机都扮演着越来越重要的角色，具有广阔的应用前景。下面是其典型的应用领域。1、家用电器领域目前国内各种家用电器已普遍采用单片机控制取代传统的控制电路，而做成单片机控制系统，如洗衣机、电冰箱、空调机、微波炉、电饭煲、电视机、录像机、手机、摄象机及其它视频音像设备的控制器，还有儿童玩具以及机器人控制等。1.3单片机的应用模式和应用领域142、办公自动化领域现代办公室中所使用的大量通信、信息产品多数都采用了单片机，如通用计算机系统中的键盘译码、磁盘驱动、打印机、绘图仪、复印机、电话、传真机、考勤机等。3、商业营销领域由于在商业营销系统已广泛使用的电子称、收款机、条形码阅读器、仓储安全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保鲜系统等中，目前已纷纷采用单片机构成专用系统，主要由于这种系统有明显的抗病菌侵害、抗电磁干扰等高可靠性能的保证。4、工业自动化如工业过程控制、过程监测、工业控制器及机电一体化控制系统等，这些系统除一些小型工控机之外，许多都是由单片机为核心的单机或多机网络系统。如工业机器人的控制系统是由中央控制器、感觉系统、行走系统、擒拿系统等节点构成的多机网络系统。155、智能仪表与集成智能传感器传统的控制电路目前各种变送器、电气测量仪表普遍采用单片机应用系统替代传统的测量系统，使测量系统具有各种智能化功能，如存储、数据处理、查找、判断、联网和语音功能等。将单片机与传感器相结合可以构成新一代的智能传感器，它将传感器初级变换后的电量作进一步的变换、处理，输出能满足远距离传送、能与微机接口的数字信号。例如，将压力传感器与单片机集成在一起的微小型压力传感器可随钻机送至井下，以报告井底的压力状况。6、汽车电子与航空航天电子系统通常在这些电子系统中的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驭系统、通信系统以及运行监视器（黑匣子）等都要构成冗余的网络系统。161.4如何使用这本书17基于这一思想，本书采用了模仿工作过程模式的“项目教学法”，这种方法以项目任务驱动为主，整个课程被设计为启发式教学，学生通过“调试例程→达成任务→提出问题→教师解答→小组开发→讨论难点→项目达成→教师考核→学生自评→项目总结”的实践教学过程，得到了包括硬件和软件双方面的知识和能力训练，教师的主要职责也转变为在项目中指导和启发学生完成具体的系统设计。学生在这种仿工作过程的项目教学过程中，为了达成项目任务，将学习的过程由被动转变为主动，从而达到了锻炼自身专业能力的目的，实施这种面向“工作过程”的岗位训练，课程评价方式更注重学生综合素质的提高、岗位技能的掌握以及专业知识的综合运用，为他们毕业之后与工作岗位的近距离连接创造了有利的条件。

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“基础项目篇”中的“项目扩展任务”，可以作为学生在每个项目都实践和理解后的作业，学生只有对本章节的项目知识点认真理解和掌握之后，才能完成这些项目扩展任务，在这期间，学生必然要经过多练（练习项目）、多写（写程序）、多思考的反复训练过程，如果学生真正做到这种训练过程，就可以掌握单片微型机算机及接口的原理、工作方式，并最终获得单片机综合应用系统的设计、调试和测试能力。当然，在单片机的项目教学过程中，会涉及到电路分析、模拟电子、数字电路、电磁学、软件学、硬件电路设计和制版及C程序设计等多个专业学科的知识，这就对我们这些从事单片机教学工作的高校教师提出了更高的专业技能要求，只有通过我们自身的不断努力学习，进行知识更新，才能够适应这种新模式下的高校课程教学改革。2021读者在进行项目训练时，应认真阅读本书中与项目有关的章节内容，提前做好训练预习，做到在每个训练前明确目的、掌握训练的基本内容及操作方法；在训练中正确使用仪器设备，认真观察、分析结果。训练后应根据要求做好总结，完成“项目扩展任务”。22与本书配套的随书光盘中包含每个项目的所有程序源代码、实验演示视频及基础知识篇和基础项目篇的所有PPT课件内容，这些资料提供了更多关于每个基础项目及知识的额外内容。如在基础项目篇里，每个PPT课件给出了项目分解演示的彩色效果图及步骤说明，限于篇幅，书中没有给出这部分内容，读者可以结合本书提供的这些多媒体资源，更好地理解和掌握书中所给的单片机项目系统综合设计知识。

23本书中所有工程实践设计项目都是基于台湾宏晶公司生产的STC单片机为核心构建的PMY单片机开发系统。此开发板以STC89C52RC单片机为主芯片，用串口线即可完成程序的下载，电源采用USB口供电，更加方便携带，一台计算机足以完成程序