任务1.1 走入单片机的世界

单元1对于大多数初学者来说，“单片机”可能是一个陌生的词汇，但实际上单片机和我们的生活紧密相关，单片机就在我们的身边。

本单元从寻找单片机的身影开始，引导初学者一步一步地走入单片机的世界。

【内容安排】1.1 寻找单片机的身影1.2 教材内容安排和学习方法1.3 STC89C52单片机的初步认识任务1.1 寻找单片机的身影从教程的名称上来看，本书讲述的应该是跟单片机相关的内容。

什么是单片机呢，它能为我们的电子技术专业学习带来那些帮助呢？先不着急解释这样过于专业的名词，我们先从身边的电子产品中寻找“单片机”的身影，解读单片机在这些产品中发挥了什么样的作用，从而揭开单片机的神秘面纱。

1.1.1 单片机就在我们的身边大多数初学者没有听说过单片机这个词，更不用说看到单片机张的是什么样子，但实际上单片机就在我们的身边，和我们的日常生活形影不离。

我们平时用到的U盘、MP3、平板电脑、手机、打印机、扫描仪等设备的电路板中都能找到单片机这样一种芯片，有直插封装的，也有贴片封装的。

我们家里用到的电器如空调、洗衣机、电冰箱、电磁炉的电路板中等也可以找到单片机的身形。

下面是作者身边几个电子产品拆解后电路板上的单片机。

1、U盘单片机图1.1.1（a）U盘外壳图1.1.1（b）U盘内部电路板打开U盘外壳，就会裸漏出如图图1.1.1（b）所示的电路板。

电路板主要由USB插头、稳压芯片、主控芯片、晶振、闪存芯片和一些贴片的电阻、电容等构成。

图1.1.1（b）中，四周布满密密麻麻的引脚的IC，就是单片机（即主控芯片）。

2、空调遥控器图1.1.2（a）是美的空调遥控器的外壳，图1.1.2（b）是美的空调遥控器的外壳剥离后的电路板的背面。

在电路板的背面，同样有一个四周布满引脚的IC芯片，按照芯片上的名字百度一下，我们可以看到这款芯片是日本瑞萨公司生产的一款单片机。

单片机图1.1.2（a）遥控器外壳图1.1.2（b）遥控器电路板背面3、全自动洗衣机单片机图1.1.3（a）洗衣机外形图1.1.3（b）洗衣机控制板背面图 1.1.3中的（a）和（b）分别是惠而浦洗衣机的外形和内部控制电路板。

在其电路板中依然可以看到单片机的身影，按照型号百度查询，这款IC是由美国飞思卡尔公司出品的。

4、电磁炉图1.1.4中的(a)和(b)分别是美的电磁炉的外形和内部控制电路板。

在控制板上有一个双列直插封装（DIP封装）的芯片，型号是S01D-A-V4,经查询，该芯片是电磁炉的控制芯片，也是单片机。

图1.1.4（a ）美的电磁炉 图1.1.4（b ）美的电磁炉控制板以上4款产品中是作者身边的电子产品，在这些产品的电路板里都含有单片机这样的IC 器件，实际上许许多多的电子产品中都有单片机的身影，由此可见，单片机并不神秘，单片机就在我么的身边。

1.1.2 单片机在电子产品中所扮演的角色1、单片机在遥控器电路中的作用图1.1.5 空调遥控器电路工作原理示意图图 1.1.5是空调遥控器电路工作原理示意图。

空调遥控器由单片机、红外发射头、按键和液晶片等构成，当面板上的某一个按键被按下时，单片机检测到该按键被按下，则执行按单片机 液晶片显示 红外发射头单片机 键盘输入键所对应的功能，不仅在面板的液晶片上显示该按键所执行的结果，并且通过红外发射头，以红外线为传输媒介，把信息编码后发送给空调里的红外接收头，空调解码信息后，执行对应功能。

通过对空调遥控器的工作原理分析，可以看到单片机在整个遥控器电路的作用就像一个“司令部”一样，既要收集信息（检测哪个按键被按下），同时又根据收集的信息对外做出反应（液晶片显示和红外编码发送），中间还要对信息加工处理。

2、单片机在遥控器电路中的作用图1.1.4 电磁炉电路工作原理示意图电磁炉主要是利用电磁感应的原理将电能转化为热能的厨房电器，当电磁炉在正常工作时，由整流电路将50Hz 的交流电压变为直流电压，再经过控制电路将直流电压转换成20-40KHz 的高频电压，电磁炉线圈上就会产生交变磁场在锅具底反复切割变化，使锅具底部产生涡流，并利用小电阻大电流的短路热效应产生热量直接使锅底迅速发热。

在图1.1.4 的电磁炉电路工作示意图中，单片机的任务比较多，需要与面板上的按键和数码管完成人机交互，完成锅具检测、温度检测和过热保护等功能，控制蜂鸣器和风机，当然还有最重要的功能，单片机通过驱动电路控制线圈产生交变磁场。

在电磁炉电路中，虽然单片机需要完成的工作比空调遥控器中的单片机要复杂得多，但从架构上来看，两者担任的角色是一致的:单片机担当了“司令部”的角色，是整个系统的核心，既能完成输入信号的检测，并对之进行加工处理，然后还能对外输出信号，控制周边设备。

锅具检测温度检测过热保护 蜂鸣器 风机初学者不免好奇：单片机到底是一种什么样的电子装置，能具有如此强大的功能，担当电子产品的核心角色，以下是百度百科对于单片机的定义：单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU)，随机存取数据存储器(RAM)，只读程序存储器(ROM)，输入输出电路(I/O口)，可能还包括定时计数器，串行通信口(SCI)，显示驱动电路(LCD 或LED驱动电路)，脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小然而完善的计算机系统。

这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。

这段对于单片机的定义专业术语过多，初学者未必能完全看得懂，但至少对于单片机是个什么东西有了一个大致的了解：（1）单片机很小，是一个集成芯片，但装在集成芯片内部的东西却不少，有CPU，还有类似计算机那样的内存，还有其他资源，好像一个微型计算机一样，芯片虽小，五脏俱全。

（2）集成在单片机内部的资源需要通过软件来操控，也就是我们学习单片机，主要是学习如何编程序控制这些内部的资源。

1.1.3 单片机的发展历程20世纪70年代，微电子技术正处于发展阶段，集成电路属于中规模发展时期，各种新材料新工艺尚未成熟，单片机仍处在初级的发展阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单，一般均把CPU、RAM有的还包括了一些简单的I/O口集成到芯片上，象Farichild公司就属于这一类型，它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算系统。

1976年INTEL公司推出了MCS-48单片机，这个时期的单片机才是真正的8位单片微型计算机，并推向市场。

它以体积小，功能全，价格低赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展史上重要的里程碑。

在MCS-48的带领下，其后，各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片机。

80年代，世界各大公司均竞相研制出品种多功能强的单片机，约有几十个系列，300多个品种，此时的单片机均属于真正的单片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、数目繁多的I/O接口、多种中断系统，甚至还有一些带A/D转换器的单片机，功能越来越强大，RAM和ROM的容量也越来越大。

这期间还推出了16位的单片机，拥有比8位机更快的处理速度。

可以说，单片机发展到了一个全新阶段，应用领域更广泛，许多家用电器均走向利用单片机控制的智能化发展道路。

90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。

随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。

而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。

高档单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。

而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。

1.1.4 单片机的应用领域单片机的应用绝不仅限于举例的几个产品，实际上单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到那个领域没有单片机的踪迹。

单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：1、智能仪器单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、电流、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。

采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。

例如精密的测量设备（电压表、功率计，示波器，各种分析仪）。

2、工业控制单片机具有体积小、控制功能强、功耗低、环境适应能力强、扩展灵活和使用方便等优点，用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统、通信系统、信号检测系统、无线感知系统、测控系统、机器人等应用控制系统。

例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。

3、家用电器家用电器广泛采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备和白色家电等。

4、网络和通信现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。

5、设备领域单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。

6、模块化系统某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。

如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。

如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。

在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。

7、汽车电子单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器、GPS导航系统、ABS防抱死系统、制动系统、胎压检测等。

此外，单片机在工商、金融、科研、教育、电力、通信、物流和国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。

1.1.5 主流单片机特点介绍目前全球生产单片机的厂商有很多家，其推出的单片机也琳琅满目，种类繁多，下面简单介绍一下在国内推广比较好的几款单片机的特点。

1、51单片机MCS-51单片机是51单片机这个系列的鼻祖，它是美国INTEL公司于1980年推出的产品，与之前MCS-48相比，结构更先进，功能更强大。