第一章 MCS51单片机概述

1、单片机原理与应用，教师：宋丽单位：电子信息系，电气工程学院联系人：26545175(QQ)电子邮件：第1章单片机概述，1.0单片机起源1.1什么是单片机1.2历史与发展概述1.3单片机的特点与应用1.48位主要制造商与型号1.5单片机发展趋势1.6MCS-51系列单片机，1.0单片机起源单片机的出现单片机作为微机的一个主要分支，其特点是将中央处理器、存储器、定时器和各种输入输出接口电路集成在一个超大规模集成电路芯片上。就其组成和规模而言，单片机就是一台计算机。那么是什么使现代计算机技术形成了两个分支呢？通用计算机系统技术需要：高速和大量的数值计算。技术发展方向：总线速度无限提高，存储容量无限扩

2、大。20世纪末21世纪初，计算机专业领域集中发展通用计算机系统的软硬件技术，通用微处理器迅速从286、386和486发展到奔腾系列；基于高速和海量数据文件，操作系统迅速扩展了计算机的处理能力。嵌入式计算机系统对对象智能控制能力的技术要求。技术发展方向：嵌入式性能、控制能力和控制可靠性与目标系统密切相关。嵌入式计算机系统已经走上了一条完全不同的道路，而这条独立发展的道路就是单片机之路。它使传统电子系统领域的制造商和专业人员能够接管源于计算机领域的嵌入式系统，承担起开发和嵌入该系统的历史任务，并将传统电子系统迅速发展到智能现代电子系统时代。因此，由于嵌入式系统和通用计算机系统的技术要求和发展方向完

3、全不同，它们的分离方式是不可避免的。与此同时，正是由于计算机系统开发中的专业化分工，才形成了20世纪末计算机飞速发展的局面。1.1什么是单片机？一台工作的计算机有几个部分：中央处理器：用于计算和控制的随机存取存储器；用于数据存储的只读存储器；用于程序存储的输入/输出设备(例如，串行端口、并行输出端口等)。回顾冯诺依曼的结构，这些部件在个人电脑上被分成几个芯片，安装在一个叫做主板的印刷电路板上。在单片机中，这些部件都是由集成电路芯片制成的，所以它们被称为单片(单片)机器。单片机的定义：中央处理器、存储器(随机存取存储器、只读存储器、可编程只读存储器)和各种输入输出接口(定时器、计数器、并行输入输

4、出端口、串行端口、模数转换器和脉冲调制器脉宽调制等)。)集成在硅芯片上。这种芯片具有计算机的特性，所以被称为单片微型计算机。单片机(单片机)单片机(EMCU)(单片机单元)，根据其基本操作，单片机的分类可分为1位单片机，4位单片机，8位单片机，16位单片机和32位单片机。根据应用范围，可分为：通用型/特殊型：总线型/非总线型，根据是否提供并行总线，通用型提供所有可利用的内部资源(内存、只读存储器、输入/输出等)。)发送给用户。功能：内部资源丰富，性能全面，适应性强。根据实际需要，用户可以设计一个以通用单片机为核心、外部接口电路和其他外围设备的测控系统来满足各种需求。例如，80C51是一种通用单

5、片机。为某些产品的特定用途而制造的专用微控制器。功能：在设计中充分考虑了系统结构、可靠性、成本等因素，因此专用单片机的综合优势非常明显。例如，为了满足电子体温计的要求，将温度测量控制电路与模数转换器接口等功能集成在芯片上。专用单片机广泛应用于打印机和通讯设备。1.2单片机的历史和发展，单片机的发展历史可以分为四个阶段(划分并不独特):第一阶段(1974-1976):单片机的初级阶段。由于技术的限制，单片机采用双芯片形式，功能相对简单。第二阶段(1976-1978):单片机的探索阶段。该单片机集成了8位中央处理器、并行输入输出端口、8位定时器/计数器、随机存储器和只读存储器。它的缺点是没有串口，

6、中断处理简单，片上内存和只读存储器容量小。代表性型号：英特尔48系列。第三阶段(1978-1982)是单片机的完善阶段。一般来说，它有串行输入输出端口，多级中断系统和16位定时器/计数器。随机存取存储器和只读存储器容量大，可寻址范围为64K，带有片上模数转换器。代表性机型：英特尔51系列、摩托罗拉6801、Zilog Z8。由于性价比高，这种单片机仍被广泛使用，是目前应用较多的单片机。第四阶段(1982年至今)是8位单片机的巩固和发展，16位单片机和32位单片机的推出。集成120，000个管/芯片，主振动为12兆赫兹，片内随机存储器为232兆字节，只读存储器为8KB，中断处理为8级。片上多通道

7、10位模数转换器和高速输入/输出单元(HIS/HSO)具有很强的实时处理能力。代表性型号：INTELMCS-96。除了集成度更高之外，32位单片机的主振动达到了20兆赫兹，其性能优于8位和16位单片机。1.3单片机的特点和应用，1。单片机的特点(1)体积小、灵活、成本低、易于生产。它可以方便地组装成各种智能测控设备和各种智能仪器仪表。(2)可靠性好，温度范围宽。单片机本身是根据工业测控环境的要求设计的，能够适应各种恶劣的环境。MCS-51系列民用、工业和军用产品温度对照表、(3)易于扩展，易于形成各种规模的应用系统，控制功能强。单片机的逻辑控制功能很强，指令系统有各种控制功能指令。(4)易于实

8、现多机分布式控制。MCS-51单片机的特点，二、单片机的应用行业：各种测控系统、数据采集系统、工业机器人。智能仪器仪表：单片机广泛应用于这一领域。单片机在智能仪器仪表中的应用给传统仪器仪表带来了根本性的变化，加速了仪器仪表向数字化、智能化的发展。通信：调制解调器和程控交换技术。民用电子玩具、录像机和激光唱机。导弹和控制：导弹控制，鱼雷制导控制，智能武器和设备，航天飞机导航系统。各种计算机外部设备和电器：打印机、硬盘驱动器、彩色和黑白复印机、磁带驱动器等。多机分布式系统：分布式测控系统可以由单片机组成。MCS-51单片机具有以下特点：集成度高。MCS-51单片机的典型代表产品是8031，它包含1

9、28字节的RAM、4个8位并行I/O端口、1个全双工串行端口、2个16位定时器/计数器和1个具有强大处理能力的中央处理器。系统结构简单。MCS-51芯片采用模块化结构，通过增加或更换一个模块，可以获得具有指令系统和引脚兼容性的新产品。该系统易于扩展。MCS-51有能力扩展到64字节的程序内存，64字节的外部只读存储器和输入输出端口。高可靠性。MCS-51单片机的大部分总线在芯片内部不易被干扰，MCS-51单片机的应用MCS-51体积小、可靠性高、功能强、价格低，易于形成产品，可安装在各种仪器仪表和控制设备中。1.48位单片机的主要制造商和型号，目前，世界著名的8位单片机制造商和主要型号有：英特

10、尔(英特尔):MCS-51系列及其增强型系列Zilog (Zilog)、Z8系列和SUPER8系列飞兆(Fairchild)、F8系列和3870系列摩托罗拉(摩托罗拉)6801系列和6805系列Ockwell公司：6500/1系列、 德州仪器公司：TMS7000系列NS(国家半导体)公司：NS8070系列RCA(美国无线电)公司：CDP1800系列NEC(日本电气)公司：uCOM87(uPD7800)系列日立(日本日立)公司：HD6301HD63L05，HD6305PHILIPS公司：8C552系列，为什么英特尔的MCS-51系列及其增强型系列能占据8位微控制器市场的一半？ MCS-51系列单

11、片机比MCS-48系列单片机具有更高的性价比。该系列单片机品种齐全，兼容性强。软硬件应用设计数据丰富完整，为国内许多工程技术人员所熟悉。因此，自1980年推出MCS-51系列单片机以来，其市场仍然非常强劲。它已成为中国工业检测和控制领域的首选模式。单片机的发展趋势：大容量、高性能、内置外围电路等。CPU的改进，内存的扩展，片上输入输出端口的改进，CPU的改进。(1)采用双CPU结构，提高处理能力。(2)增加数据总线宽度(16位数据总线)以提高数据处理能力。(3)串行总线结构。IIC巴士公司。该总线用两条信号线代替了现有的8位数据总线，大大减少了单片机的外部引线，简化了单片机与外部的接口电路，降

12、低了成本。内存扩展，增加内存容量，新型单片机片内随机存取存储器：128K256K片内只读存储器：最高4KB至8KB，部分可达128KB。片上可编程只读存储器采用可编程只读存储器或闪速可编程只读存储器，其特点是高电压编程和写入，以及紫外线擦除。EEPROM(闪存)特点：5V读写，读写操作方便，断电无数据丢失。程序安全锁定了片上的可编程只读存储器或可编程只读存储器，改善了片上的输入输出端口，提高了并行端口的驱动能力。提高输入输出端口的逻辑控制能力。设置一些特殊的串行接口功能为构建分布式和网络化系统提供了便利。随着集成度的提高，尽可能多的外围功能器件被集成到芯片中。除了只读存储器、随机存取存储器、定

13、时器/计数器和中断系统之外，集成在芯片上的组件还包括模数转换器、数模转换器、直接存储器存取控制器、中断控制器、锁相、频率合成器、字符发生器、声音发生器、阴极射线管控制器、解码驱动器等。MOSCOMSCHMOSMCS-51系列的80C31/80C51/87C51采用CHMOS工艺，正常工作时工作电流为16mA。1.6 MCS-51系列、MCS-51系列、80C51系列、8051和AT89C51之间有什么区别？MCS是英特尔公司专用的单片机系列标志，如MCS-48、MCS-51、MCS-96系列单片机。MCS-51系列单片机不仅包括8031、8051和8751三种基本类型，还包括相应的低功耗类型8

14、0C31、80C51和87C51。因此，MCS-51系列特指英特尔公司的这些类型的单片机。20世纪80年代中期，英特尔将8051核心技术转让给了许多半导体芯片制造商，如ATMEL、PHILIPS和DALLAS。这些制造商生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品(与指令系统兼容)。这些兼容的计算机具有与8051相同的系统结构，并采用了CMOS技术，因此80C51系列常用于调用所有具有8051指令系统的单片机。8051是MCS-51系列的基础产品之一。AT89C51是美国ATMEL公司的产品。它在中国被广泛使用。该芯片具有低功耗、高性能的特点。它包含用于在线编程的4KB闪存，由于价格低廉，在中国非常

15、受欢迎。该原理属于只读存储器，在功能上可以随时重写，在功能上等同于随机存取存储器。目前，MCS系列单片机及其兼容产品分为MCS系列单片机MCS-518位单片机基本型MCS-9616位单片机兼容产品Z8系列单片机MC6801系列单片机、MCS-518位单片机基本型(1)8031/8051/87518031(片上无程序存储器)、8051(片上4KROM)、8771四个8位并行输入/输出端口、一个全双工串行端口、两个16位定时器/计数器、五个中断源、两级中断逻辑和111条指令。公司生产芯片时，8051只读存储器中的程序是为用户烧录的，所以工厂生产的8051都是专用的单片机。(2)8052AH/803

16、2AH改进，使只读存储器和随机存取存储器加倍。8KROM，256字节内存，定时器/计数器增加到3个16位计数器，有6个中断源。(3)80C51BH/87C51/80C31BH是8051 CHMOS型号。该功能与8051完全兼容。特点：功耗低，电池供电，工作电压范围宽，抗干扰能力强。MCS-9616位单片机，MCS-96是英特尔公司1983年后推出的16位单片机系列，其性能远远优于51系列。其性能为16位中央处理器，主频为12兆赫兹，采用了一种新颖的寄存器推送/运算逻辑单元(RALU)。片上只读存储器是8K，随机存取存储器是232字节。四条高速触发输入线和六条高速脉冲输出线。四个16位软件可以同

17、时工作。有一个10位模数转换器。操作能力和速度大大提高。在12兆赫兹的输入频率下，可以实现16位加法(1us)、1616位乘法和32位16位除法(6.5us)。可以使用工业控制的高级语言。例如，PLUS、c语言、Forth语言、PL/M语言等。MCS-51单片机与Z8系列单片机兼容，Z8是Zilog公司生产的8位单片机产品。上市时间较晚，集中了许多8位单片机的优点，功能强大。(1)1)Z8061/Z8611的片上只读存储器分别为2K(Z8061)和4k(Z8611)；片内随机存取存储器为256字节；系统扩展能力：只读存储器64K，随机存储器64K两个8位定时器/计数器；32条可变输入输出线；1个全双工串行端口；6个中断向量，优先屏蔽中断。(2)没有片上只读存储器的Z8681/Z8