单片微型计算机概述
单片机概述
说明：
不同位数的单片机同时存在，各有市场，适 用于不同场合
第1章 概 述
单片机技术的发展
1、体系结构的变化
SCM
SOC： SCM： MCU：
MCU
SOC
一块单片机芯片就是一个比较完整的小型控制系统 寻求单片形态的嵌入式系统的最佳体系结构 芯片包含完整的硬件系统和嵌入式软件 Philips公司的80C51是MCU的典型代表 MCS-51是SCM的典型代表 C8051F
计算机
高速运算 数据分析与处理 存储器容量
增强控制功能 提高工业环境下的可靠性 灵活方便
通用计算机
单片机
第1章 概 述
微机组成结构框图
第1章 概 述
单片机组成框图
实 时 控 制 器 件
定时器/计数器 中断控制 微型计 ADC、DAC 根据需要 算机 PWM 而定 电压比较器 看门狗、DMA 串行口、传感器等 I2C、SPI等外部串行总线接口
单片机
全称为单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)
微控制器(Microcontroller Unit)或嵌入式控制器(Embedded Controller)
将微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路和相应实时控制器件
集成在一块芯片上，称其为单片微型计算机，简称单片机。
第1章 概 述
单片机技术的发展
2、单片机的速度越来越快 采用锁相环技术或内部倍频技术 3、低电压与低功耗 2.7V 2.2V 1.8V
0.9V
双电源供电： I/O口，芯片内部
第1章 概 述
单片机技术的发展
4、低噪声与高可靠性技术 WDT：看门狗 5、OTP与掩膜 OPT：(One Time Programmable) 一次性编程 6、MTP向OTP挑战 MTP：(Multiple Time Programmable) 可多次编程
单片微型计算机原理及接口技术
单片微型计算机原理及接口技术在现代科技领域中，计算机技术的发展日新月异，而单片微型计算机无疑是其中的重要一环。
本文将介绍单片微型计算机的原理以及接口技术，以帮助读者更好地理解和运用这一领域的知识。
一、单片微型计算机的原理1.1 数据表示和处理在单片微型计算机中，数据的表示和处理是非常重要的。
计算机所处理的数据通常以二进制形式表示，通过位(bit)来表示数据的最小单元。
在微型计算机中，通常使用八位(bit)的字节(byte)作为数据的基本单位。
此外，计算机还可以通过不同的数据类型来表示和处理不同类型的数据，如整数、浮点数、字符等。
1.2 CPU和内存在单片微型计算机中，中央处理器(CPU)被视为计算机的大脑。
CPU负责执行指令、进行算术和逻辑运算等操作。
而内存则用于存储数据和指令，供CPU读取和写入。
常见的内存分类有随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)，其中RAM用于临时存储数据，而ROM则用于存储固定的指令和数据。
1.3 控制单元和指令控制单元是CPU的一个核心组成部分，它负责解析和执行指令。
指令是计算机执行操作的命令，可以进行数据的读取、写入、运算等操作。
常见的指令集结构有精简指令集(RISC)和复杂指令集(CISC)。
RISC的指令集相对较简单，执行速度快，而CISC的指令集相对较复杂，但可以实现更多功能。
二、单片微型计算机的接口技术2.1 输入输出接口在单片微型计算机中，输入输出（I/O）设备起着连接计算机与外部设备的重要作用。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、触摸屏等，而输出设备包括显示器、打印机、扬声器等。
通过适当的接口技术，计算机可以与这些设备进行数据的输入和输出，并实现与用户的交互。
2.2 存储器接口技术存储器接口技术用于连接CPU和内存之间的数据传输。
根据不同的芯片架构和规范，存储器接口技术有所不同。
常见的接口技术包括地址总线、数据总线和控制总线。
地址总线用于指定内存的地址，数据总线用于传输数据，而控制总线则用于传输控制信号。
单片微型计算机原理胡乾斌课后习题答案（供参考）
单⽚微型计算机原理胡乾斌课后习题答案（供参考）习题11.1什么是单⽚微型计算机?答：单⽚微型计算机是将计算机的基本部件微型化并集成到⼀块芯⽚上的微型计算机，是计算机微型化的典型代表之⼀，通常⽚内都含有CPU、ROM、RAM、并⾏I/O、串⾏I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。
1.2单⽚机的发展经历了哪⼏个阶段？在哪⼀阶段确⽴了单⽚机在嵌⼊式应⽤中的地位。
答：单⽚机初级阶段（1974—1976年），芯⽚化探索阶段（1976—1978年），8位单⽚机成熟阶段（1978—1982年），从SCM向MCU过渡阶段（1983—1990年），MCU百花齐放阶段（1990年—⾄今）。
其中，芯⽚化探索阶段（1976—1978年）确⽴了单⽚机在嵌⼊式应⽤中的地位。
1.3 单⽚机可分为⼏个系列？简述每个系列的主要特性。
答：单⽚机按系列可分为80C51系列、PIC系列和AVR系列等。
PIC系列单⽚机是Micro Chip公司的产品，与51系列单⽚机不兼容。
1) PIC系列单⽚机最⼤的特点是从实际出发，重视产品的性能与价格⽐，发展多种型号来满⾜不同层次的应⽤要求。
2) 精简指令使其执⾏效率⼤为提⾼。
3) 产品上市零等待（Zero time to market）。
4) PIC有优越开发环境。
5) 其引脚具有防瞬态能⼒，通过限流电阻可以接⾄220V交流电源，可直接与继电器控制电路相连,⽆须光电耦合器隔离，给应⽤带来极⼤⽅便。
6) 彻底的保密性。
7) ⾃带看门狗定时器，可以⽤来提⾼程序运⾏的可靠性。
8) 睡眠和低功耗模式。
AVR单⽚机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集⾼速8位单⽚机。
AVR单⽚机的主要特性1) AVR单⽚机以字作为指令长度单位，将内容丰富的操作数与操作码安排在⼀字之中(指令集中占⼤多数的单周期指令都是如此)，取指周期短，⼜可预取指令，实现流⽔作业，故可⾼速执⾏指令。
第1章单片机概述
第1章 单片机概述1.1 单片机的概念1.1.1 单片机的定义单片机的全称是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer，SCM），也称为微控制器（Micro-Controller Unit，MCU），它是将中央处理单元（Central Processing Unit，CPU）、数据存储器RAM（Random Access Memory，随机读写存储器）、程序存储器ROM（Read Only Memory，只读存储器）以及I/O（Input/Output，输入/输出）接口集成在一块芯片上，构成的一个计算机系统，其组成框图如图1.1所示。
单片机可用下面的“表达式”来表示：单片机 = MPU+ROM+RAM+I/O+功能部件图1.1 单片机的组成框图1.1.2 单片机的诞生单片机诞生于20世纪70年代末，具有代表性的事件是1976年Intel公司推出了MCS-48单片机系列的第一款产品：8048。
这款单片机在一个芯片内集成了超过17000个晶体管，包含一个CPU，1KB的EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory，可擦可编程只读存储器），64字节的RAM，27个I/O端口和一个8位的定时器。
8048很快就成为了控制领域的工业标准，它们起初被广泛用来替代诸如洗衣机或交通灯等产品中的控制部分。
1980年，Intel公司在MCS-48的基础上推出了MCS-51系列的第一款单片机8051，这款单片机的功耗、大小和复杂程度都比8048提高了一个数量级。
8051集成了超过60000个晶体管，拥有4KB的ROM，128B的RAM，32个I/O端口，一个串行通信接口和两个16位的定时器。
经过三十多年的发展，MCS-51系列单片机已经形成了一个规模庞大、功能齐全、资源丰富的产品群。
单片机原理与应用技术·2·1.1.3 单片机的应用领域单片机在我们的日常生活和工作中无处不在、无处不有：家用电器中的微波炉、洗衣机、电饭煲、豆浆机、电子秤；住宅小区的监控系统、电梯智能化控制系统；汽车电子设备中的ABS、GPS、ESP、TPMS；医用设备中的呼吸机，各种分析仪，监护仪，病床呼叫系统；公交汽车、地铁站的IC卡读卡机、滚动显示车次和时间的LED点阵显示屏；电脑的外设，如键盘、鼠标、光驱、打印机、复印机、传真机、调制解调器；计算机网络的通信设备；智能化仪表中的万用表、示波器、逻辑分析仪；工厂流水线的智能化管理系统，成套设备中关键工作点的分布式监控系统；导弹的导航装置，飞机上的各种仪表等。
单片微型计算机基础知识
1.1 单片机的发展概况 1.2 计算机中数的表示方法 1.3 计算机语言
1.1 单片机的发展情况
1.1.1什么是单片机
随着大规模、超大规模集成电路技术的发展和计算机微型 化的需要，把微型计算机的基本功能部件:中央处理器(CPU)、 存储器、输入/输出接口、定时器/计数器、中断系统等多种资 源集成在一个半导体芯片上，使得一块集成电路芯片就能构 成一个完整的微型计算机，这种集成电路芯片被称为单片微 型计算机(Single Chip Microcomputer)，简称单片机。由于它 的结构及功能均是按照工业控制要求设计的，所以其确切的 名称应是单片微控制器。
时间倒计到0都无人抢答，则抢答结束。
5.3.2设计方案
1.计时 2.键盘/显示
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[任务5.3]抢答器设讨
5.3.3硬件设计 16路抢答器的硬件电路如图5-13所示。 5.3.4软件设计 主程序流程如图5-14所示。 中断服务程序流程如图5-15所示。 5.3.5电路仿真运行结果 对上述电路用Proteus软件进行仿真，其
[任务5.2]LED数码显示器接口设讨
5. 2. 3静态显示电路的软件结构 图5-8所示的并行输出的1位共阴LE D静
态显示电路比较简单，程序也不复杂。 5. 2. 4动态显示电路的结构及原理 动态显示就是逐位轮流点亮各位LE D显
示器(即扫描)。动态显示电路是单片机中 应用最为广泛的显示方式之一。适用于LE D显示器较多的场合。电路如图5-10所示。
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1.1 单片机的发展情况
2)非8051结构单片机不断推出，给用户提供了更为广泛的 选择空间
在8051及其兼容产品流行的同时，一些单片机芯片生产了 商也推出了一些非8051结构的产品，影响较大的有:
单片机到底是什么呢
单片机到底是什么呢单片机，全称为单片微型计算机，是一种在单个集成电路芯片上集成了处理器、存储器和输入输出接口等各种功能模块的微型计算机系统。
它被广泛应用于电子设备中，如家用电器、汽车电子、工业控制等领域。
本文将从多个角度介绍单片机的定义、特点、应用和发展趋势等内容。
一、单片机的定义与特点单片机是一种集成度非常高的微型计算机系统，其核心部分是一个微型处理器。
相比于传统的计算机系统，单片机具有以下几个特点：1. 高度集成：单片机将处理器、存储器和输入输出接口等功能模块集成在一颗芯片上，大大减小了电路板的体积和重量。
2. 低功耗：由于单片机内部的电路非常简单，功耗较低，适合工作在电池供电的环境。
3. 低成本：由于集成度高，制造工艺成熟，单片机的成本相对较低，可以大规模应用于各个领域。
4. 易编程：单片机采用高级语言编写程序，不需要了解底层电路的细节，开发门槛较低，适合初学者学习和使用。
二、单片机的应用领域单片机在各个领域都得到了广泛的应用，下面将介绍几个典型的应用领域：1. 家用电器：单片机被广泛应用于家用电器中，如空调、洗衣机、冰箱等。
通过单片机的控制，可以实现自动化、智能化的功能，提高用户体验。
2. 汽车电子：单片机在汽车电子领域有着重要的应用，如发动机控制系统、车身控制系统等。
通过单片机的控制，可以提高车辆的安全性、舒适性和燃油效率。
3. 工业控制：单片机在工业控制领域被广泛应用，如自动化生产线、工厂设备等。
通过单片机的控制，可以提高生产效率、降低劳动力成本。
4. 通信设备：单片机在通信设备中起着重要的作用，如手机、路由器等。
通过单片机的控制，可以实现无线通信、数据处理等功能。
三、单片机的发展趋势随着科技的不断发展，单片机也在不断演进和进步。
下面将介绍单片机的几个发展趋势：1. 高性能：随着半导体技术的不断进步，单片机的处理能力越来越强大，可以处理更复杂的任务。
2. 低功耗：随着对节能环保的要求越来越高，单片机的功耗也在不断降低，以满足电池供电等低功耗应用的需求。
PIC内部结构
工作和寻址。
第一章
PIC系列单片机结构原理
第一章
PIC系列单片机结构原理
1.2 PIC单片机基本结构及信号引脚
1.2.2 PIC单片机基本信号引脚 PIC16F87X系列单片机 的引脚分为两种：一种 为40脚（包括 871，874， 877这三种），如图1-3 所示；另一种为28脚 （包括 870，872，873， 876这四种）
1.5.2 唤醒与低电耗运行 休眠（SLEEP）方式与单片机的唤醒
单片机执行一条SLEEP指令后，便进入了休眠（SLEEP）方式。
单片机系统的低功耗设计
（1）选择合适的模块 （2）选择合适的工作条件 （3）选择合适的振荡方式 （4）合理处理I/O管脚
第一章
PIC系列单片机结构原理
1．5复位、唤醒与看门狗功能
1: 屏蔽端口 B 上拉电阻设置； 0: 允 许端口 B 上拉电阻设置，是否设置 还要依据各位的锁存的值。
0：外中断RB0/INT选择上升沿 触发； 1：外中断RB0/INT选择下降沿 触发。
TMR0比率WDT比率PS2 PS1 PS0 1:2 1:1 000 1:4 1:2 001 1:8 1:4 010 1:16 1:8 011 1:32 1:16 100 1:64 1:32 101 1:128 1:64 110 1:256 1:128 111
第一章
PIC系列单片机结构原理
1.1 单片机概述
微型计算机是一种以电子器件为基础，可以接受 输入信息，并能够对各种输入的数字化信息进行算术 和逻辑运算，最后产生输出的电子设备。 微型计算机既有快速运算能力，又有极强逻辑判 断能力和大容量存储功能，它是20世纪人类最卓越的 科学发明之一。 单片微型计算机就是将CPU、RAM、ROM、定 时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的 微型计算机。
单片机概述
单片机概述
一.基本概念：
在一片半导体硅片上，集成了中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断系统、系统时钟电路及系统总线的，用于测控领域的单片微型计算机，简称单片机。
单片机还可以称为嵌入式控制器或微控制器。
【特点：】
1.体积小，成本低。
2.标志着计算机正式形成通用计算机和嵌入式计算机两大分支。
一.发展历史：
根据其基本操作处理的二进制数主要分为8位单片机、16位单片机、32位单片机。
二.特点：
1.单片机是集成电路技术与微型计算机技术高速发展的产物，其
发展与普及给工业自动化等领域带来一场重大革命和技术进步。
2.单片机广泛应用的原因：
（1）简单方便，易于掌握和普及。
（2）功能齐全，用用可靠，抗干扰能力强。
（3）发展迅速，前景广阔。
（4）嵌入容易，用途广泛。
三.应用：
1.工业控制与检测：机电一体化技术。
2.仪器仪表：（1）自动化和智能化。
（2）加速仪器仪表向数字化、智能化、多功能化发
展。
3.消费类电子产品。
4.通信。
5.武器装备：现代化武器装备。
6.各种终端及计算机外部设备。
7.汽车电子设备。
8.分布式多机系统。
四.发展趋势：（见书P4 - 5）。
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了定时/计数、中断处理功能，在指令操作中又设置了大批位操
作指令，与片内位寻址空间一起构成独有的布尔操作系统，使得 单片机成为名副其实的微控制器。它的使用长盛不衰，成为当今 的主流机型。
单片机应用技术
第6章 MCS-51单片机系统扩展技术
6.1 MCS-51单片机系统扩展的基本概念 6.2 程序存储器扩展技术 6.3 数据存储器扩展
6.4 输入/输出口扩展技术
单片机应用技术
第7章 串行通信及其接口
7.1 概述 7.2 MCS-51的串行口 7.3 串行口的控制
单片机应用技术
第8章 MCS-51单片机的人机界面接口技术
单片机应用技术
建议参考书
《单片机原理及应用》 孙涵芳等编著 北京航空航天大学出版社 《单片机系统设计工及程应用》雷思孝等编著 西安电子科技大学出版社 《单片微型计算机原理及接口技术》 杨光友等编著
中国水利水电出版社
《新编单片机原理及应用》 潘永雄编著
西安电子科技大学出版社
《单片机原理与应用技术》黄惟公等编著
1.1 单片微型计算机发展概况
单片机应用技术
单片机是将计算机的基本部件微型化并集成到一 块芯片上的微型计算机。通常在芯片内含有CPU、 ROM、RAM、并行I/O口、串行口、定时/计数器、 中断控制系统、系统时钟及系统总线等。单片机一词 来源于“Single Chip Microcomputer”(SCM)。“SCM” 一词目前国际上已基本上不大采用，而被微控制器 (MCU—Microcontroller Unit)或嵌入式控制器 (Embedded Controller)所代替。
单片机应用技术
第3章 MCS-51单片机指令系统
3.1 MCS-51指令系统的分类、格式及一般说明 3.2 寻址方式 3.3 分类指令
单片机应用技术
第4章 汇编语言程序设计
4.1 汇编语言基本概念 4.2 汇编语言程序设计
单片机应用技术
第5章 定时/计数器与中断系统
5.1 定时/计数器结构特点及控制 5.2 中断系统结构及管理 5.3 定时/计数器及中断系统综合应
西安电子科技大学出版社
主要内容
第一章：单片微型计算机概述
第二章： MCS-51单片机的硬件结构 第三章： MCS-51单片机指令系统 第四章：汇编语言程序设计 第五章：定时/计数器与中断系统
单片机应用技术
第六章： MCS-51单片机系统扩展技术
第七章：串行通信及其接口 第八章： MCS-51单片机的人机界面接口 技术 第九章： MCS-51与D/A及A/D转换器接 口 第十章：系统应用实例
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单片机应用技术
1976年问世的MCS-48系列单片机的内部构造过于简单，以
其典型产品8048为例，内部仅由8位CPU、27条I/O线、1 KB
ROM、64 B RAM和1个8位定时/计数器组成，由于没有集成串 行接口及中断控制，它的应用范围日益缩小。
1980年诞生的MCS-51系列单片机，虽然也是8位机，但由于
单片机应用技术
如果把MCS-48、MCS-51机型分别算作单片机发展进程中 的第一代和第二代，那么1984年由Intel公司推出的MCS-96系列 就成为单片机的第三代。这一代计算机的特点是字长16位、运 算速度快，但这一代计算机应用范围不广，并没有形成气候。 之所以16位MCS-96系列机(代表机型8098)取代不了MCS-51系列 机，正是因为微控制领域多数场合下字长用不着16位，而且 MCS-96系列机价格又普遍偏高。
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1.1 单片微型计算机发展概况
单片机应用技术
单片机在过程控制、机电一体化产品、智能家用 电器、机器人、智能玩具、智能检测、智能仪器仪表 中，以及在制约生产环节的温度、压力、流量测量等 方面，均具有得天独厚的优势，其地位不能被通用微 机取代。在计算机网络及通讯等方面也得到广泛应用。
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单片机应用技术
第1章 单片微型计算机概述
1.1 1.2 1.3 1.4 单片微型计算机发展概况 微计算机系统概念 单片机的特点 计算机中的数和编码
1.1 单片微型计算机发展概况
单片机应用技术
通用微机和单片机是当代微型计算机发展的两 大分支，它们有各自的应用领域，不能互换。以 IBM-PC机为代表的通用微机，追求高速运行程序、 增大存储容量，采用了高速缓冲存储(Cache)技术、 虚拟存储技术、流水线作业技术、乱序执行技术等 一系列当代计算机新技术，数据处理的位数也达64 位，从而广泛应用在科学计算、图像处理、文字处 理、数学建模、系统仿真、数据批量处理等领域。 以数据检测、实时控制为目的的单片机具有体积 小、功能全、功耗低、可靠性高和性价比高的特点， 成为智能系统中一个必不可少的环节。
8.1 键盘及其接口 8.2 显示器接口 8.3 打印机接口 8.4 拨码盘及语音接口
单片机应用技术
第9章 MCS-51与D/A及A/D转换器接口
9.1 概述 9.2 D/A转换器及其接口 9.3 A/D转换器及其接口
单片机应用技术
第10章 系统应用实例
10.1 步进电机控制系统 10.2 红外线感应自动门控制系统 10.3 通用多点温度控制系统
单片机应用技术
第1章 单片微型计算机概述
1.1 1.2 1.3 1.4 单片微型计算机发展概况 微计算机系统概念 单片机的特点 计算机中的数和编码
单片机应用技术
第2章 MCS-51单片机的硬件结构
2.1 MCS-51单片机的基本结构
2.2 MCห้องสมุดไป่ตู้-51单片机的引脚及片外总线结构
2.3 MCS-51单片机的存储器配置 2.4 CPU的时序及辅助电路
单片机应用技术
目前在市场上较为流行的单片机品种除Intel公司的MCS-51、 MCS-96系列外，还有： Motorola 公司：68HC5、68HC11系列； Zilog公司：Z86EXXXPSC系列；
Texas公司：MSP430FXX系列；
Micro Chip公司：PIC16C系列。 这些产品中，MCS-51系列所占市场份额最大。世界上许多