STC单片机原理及应用-模块1 认识单片机

STC单片机原理及应用第一部分

单片机基础原理模块一

认识单片机学习目标学习及素养目标•了解单片机的基本概念和特点。•了解当前主流单片机种类及其应用。•了解我国单片机发展现状。•掌握收集整理单片机数据手册的途径和方法。引言在嵌入式系统、智能硬件、物联网等技术飞速发展并广泛应用的今天，单片机技术越来越受到重视。单片机技术为智慧农业、智慧物流、智能交通、智慧医疗等各个领域的网络化、智能化发展提供了强有力的支撑。本模块将重点了解单片机的概念、特点、品牌以及单片机的典型应用，后面章节逐步学习如何使用单片机技术解决实际项目开发过程中的各类问题。单元一单片机的基本概念1.1.1计算机的基本结构

冯·诺依曼体系中计算机的基本体系结构由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成，这在单片机范围内仍然适用。单元一单片机的基本概念图1-1微型计算机基本结构框图单元一单片机的基本概念1.1.1计算机的基本结构中央处理单元：亦称中央处理器（centralprocessingunit,CPU），是计算机的核心控制部件，内部主要包括运算器和控制器两部分。存储器：用于存放计算机运行所需的程序和数据，并为程序运行过程中所需的堆栈、临时变量等提供空间。I/O系统：即输入/输出系统，主要实现将外界的信息、数据等输入计算机进行处理，并将处理结果以某种形式输出计算机并呈现给用户。总线系统：存在于计算机系统内部或周边，用于实现各部件之间的信号传输。总线系统主要包含地址总线、数据总线和控制总线。单元一单片机的基本概念1.1.2单片机的基本概念及结构

单片机即单芯片微型计算机，称为微控制单元（microcontrollerunit，MCU），简称微控制器。单片机是在一个芯片中集成了CPU、RAM、ROM、时钟电路、总线系统、中断系统，以及通用I/O、串行接口、定时器/计数器等I/O设备的微型计算机系统。

单片机的内部结构可看作计算机体系结构的一种实例化，它完全符合计算机系统的基本特征，又根据单片机的应用场景需求有各种具体的设计。单元一单片机的基本概念1.1.2单片机的基本概念及结构CPU内核：同样是单片机的核心控制部件，具有执行指令的功能。单片机的CPU内核实现相应的指令系统，支持汇编语言编程。例如，IntelMCS-51单片机的CPU内核为8051内核，支持8051汇编语言。单片机存储系统：分为内部存储器和外部存储器，内部存储器又分为程序存储器和数据存储器，分别由ROM和RAM来实现。在51系列单片机中将数据存储器中一部分地址空间映射为I/O寄存器空间，用于实现I/O接口的寻址和编程。单元一单片机的基本概念1.1.2单片机的基本概念及结构异步串行接口：通常简称为串口，是单片机系统中最常用的现场串行总线接口，通过此接口实现和其他单片机或计算机系统的通信，或者用于扩展其他功能模块。定时器/计数器：通过可编程计数寄存器实现基本的定时和计数功能，并衍生出脉宽调制、输入信号捕捉、输出信号比较等功能。通用I/O：通常是单片机中占用引脚最多的部分，实现基本的信号输入和输出功能，同时也可以实现各类传感器、存储芯片、通信模块的扩展功能。单元一单片机的基本概念1.1.2单片机的基本概念及结构中断控制电路：配合相应的中断服务程序实现单片机中断工作机制，主要用在异常处理、人机交互、多任务运行等场景中。时钟控制电路：为单片机提供基本的工作时钟，进而产生单片机系统各部件运行所需的时钟。单片机时钟可由片内时钟电路来实现，也可由片外晶振电路或信号源提供。以上各部件为所有通用型单片机均所包含的基本部件，再加上供电系统，即可构成单片机运行最基本的硬件基础，称为单片机的最小系统。单元一单片机的基本概念图1-2

IntelMCS-51单片机结构图单元二单片机的优势①体积小、集成度高②可靠性高③功耗低④扩展能力强⑤性价比高单元三单片机的发展趋势1.3.1单片微型计算机阶段

以Intel公司针对工控领域的应用需求而推出的MCS-48、MCS-51是这一阶段的代表。尤其是MCS-51，它奠定了典型的通用总线型单片机体系结构的基础，其对此后的单片机发展起到重大影响，其设计中所体现出的完善的外部总线、丰富的指令系统、外围功能单元的集中式管理、位地址空间及位操作等被很多后来的公司所借鉴和使用。单元三单片机的发展趋势1.3.2微控制器阶段

微控制器（MCU）阶段的主要技术特点是不断扩展I/O功能以满足嵌入式应用和工业控制要求的各种外围电路与接口电路，实现更加智能化的控制功能。Intel公司推出的MCS-96系列单片机，纳入了用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等，体现了单片机的微控制器特征。图1-3STC89C52RC单片机开发板单元三单片机的发展趋势1.3.3片上系统阶段

随着微电子技术、通信技术、IC设计、EDA工具的日臻成熟，促进了基于SoC的单片机飞速发展。智能硬件、无线传感器网络等技术的提出和应用，各类通信模块、传感器模块逐步被集成到单芯片中，构成了功能强大的单片机应用系统。图1-4TICC2530单片机图1-5板载CC2530单片机的ZigBee开发板单元四

常见单片机种类1.4.151系列单片机1.MCS-51系列单片机单元四

常见单片机种类1.4.151系列单片机2.兼容51系列单片机单元四

常见单片机种类1.4.151系列单片机3.STC系列51单片机——发展及特性单元四

常见单片机种类1.4.151系列单片机3.STC系列51单片机——片内资源单元四

常见单片机种类1.4.151系列单片机3.STC系列51单片机——命名规则图1-7STC8系列单片机命名规则单元四

常见单片机种类1.4.151系列单片机3.STC系列51单片机——封装图1-8DIP封装形式的芯片图1-9LQFP封装形式的芯片单元四

常见单片机种类1.4.151系列单片机3.STC系列51单片机——ISP和IAPISP（in-systemprogrammability，在系统编程）通过运行固化于单片机中的ISP程序，借助连接了上位机的串口和相应的ISP上位机程序将上位机传来的数据写入存储器中，从而实现用户程序的下载。ISP方式无须将单片机从电路中取出，也无须采用专门的烧写器，大幅提高了单片机程序开发、调试效率。单元四

常见单片机种类1.4.151系列单片机3.STC系列51单片机——ISP和IAPIAP（inapplicationprogramming，在应用编程）也称为在线仿真，是指用户程序在运行过程中对UserFlash的部分区域进行烧写，对用户程序运行过程和运行效果进行调试。IAP方式使开发环境和目标运行环境更加接近，提高了单片机开发和项目部署的灵活性。单元四

常见单片机种类1.4.2PIC单片机PIC（peripheralinterfacecontroller）单片机由Microchip（微芯）公司推出。该单片机是首先采用RISC（精简指令集计算机）结构的嵌入式微控制器，其高速度、低电压、低功耗、大电流LCD驱动能力和低价位OTP技术等都体现了它的优势。图1-10PIC12C508单片机图1-11PIC16C74单片机单元四

常见单片机种类1.4.3AVR单片机AVR单片机是1997年由Atmel公司研发的增强型内置Flash的精简指令集高速8位单片机。AVR单片机广泛应用于计算机外围设备、工业实时控制、仪器仪表、通信设备、家用电器等各个领域。图1-12ATmega16系列单片机单元四

常见单片机种类1.4.4ARM系列单片机ARM系列单片机泛指采用ARM架构的单片机产品。ARM公司是全球领先的半导体知识产权（IP）提供商，ARM采用转让许可证制度，由遍布全球的100多家合作伙伴生产芯片。ARM公司前身为1979年成立的Acorn公司，是AcornRISCMachine的缩写，是其推出的第一款低成本32位RISC微处理器，具有极高的性价比、实时中断响应和极低的功耗，并且占用硅片的面积少，从而使其成为高性能嵌入式系统的理想选择。单元五

单片机的应用1.5.1单片机在各领域的应用①工业控制②仪器仪表③家电及消费电子④计算机外设和通信产品⑤汽车电子⑥医疗设备单元五

单片机的应用1.5.2单片机与嵌入式系统嵌入式系统即嵌入到其他应用系统中的计算机系统，可以根据用户在功能、可靠性、成本、体积、功耗、环境等方面的需求对软硬件模块进行灵活裁剪。嵌入式系统一般由嵌入式微控制器、外围硬件设备、嵌入式操作系统、特定的应用程序构成。嵌入式微控制器可由MPU、MCU、DSP及SoC等构成，而MCU以其在性能、功能、功耗、体积、易用性等诸多方面的优势成为最典型的嵌入式系统控制器。单元五

单片机的应用1.5.3单片机与物联网物联网是指通过传感器设备，按照一定的协议将任何物体与网络相连，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控等功能。