单片机概述
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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
单片机第一章第二章第三章
码的大小、执行效率，部分型号FLASH非常大，特别适用于使
用高级语言进行开发；
·作输出时与PIC的HI/LOW相同，可输出40mA（单一输
出），作输入时可设置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，具
备10mA-20mA灌电流的能力；
·片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、
启动延时等功能，外围电路更加简单，系统更加稳定可靠；
整理课件
属于RISC结构的有Microchip公司的PIC系列、 Atmel的AT90S系列、 Zilog的Z86系列、韩国三星 公司的KS57C系列4位单片机、台湾义隆的EM-78系 列等。
一般来说，控制关系较简单的小家电，可以采用 RISC型单片机；控制关系较复杂的场合，如通讯产品、 工业控制系统应采用CISC单片机。
整理课件
三、 单片机的特点、分类、及应用
1. 单片机的特点
（1）性价比高 （2）控制功能强 （3）高集成度、高可靠性、体积小 （4）低电压、低功耗
2. 单片机的分类
（1）按单片机内部程序存储器分类 片内无ROM型 片内带掩膜ROM（QTP）型、片内EPROM型、
片内一次可编写型（OTP型）和片内带Flash型等。 整理课件
（4）按单片机字长分类 4位、8位、16位、32位整理、课件和64位机
3. 单片机均可用单片机实现
四、MCS-51和8051、8031、89C51等的关系
MCS-51是指INTEL公司生产的一系列单片机的总称。
此系列包括好多品种，如8031，8051，8751， 8032，8052，8752等等。
系统。
单片机片内的各功能部件 通过内部总线相互连接，
集成在单片机内的这 些部件如何连接和进
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。
单片机
那么是什么原因使得现代计算机技术形 成两大分支呢？
通用计算机系统
技术要求: 高速、海量的数值计算。 技术发展方向: 总线速度的无限提升，存储容
量的无限扩大。
20世纪末、21世纪初，计算机专业领域 集中精力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、486到奔腾系 列；操作系统则迅速扩展计算机基于高速海 量的数据文件处理能力。
嵌入式计算机系统 （嵌入式系统）
技术要求： 对象的智能化控制能力。 技术发展方向：与对象系统密切相关的嵌入性能、
控制能力与控制的可靠性。 嵌入式计算机系统则走上了一条完全不同 的道路，这条独立发展的道路就是单芯片化道 路。它使得传统电子系统领域的厂家与专业人 士，接过起源于计算机领域的嵌入式系统，承 担起发展与嵌入式系统的历史任务，迅速地将 传统的电子系统发展到智能化的现代电子系统 时代。
低耗化
MOSCMOSCHMOS
MCS-51 系列中的80C31/80C51/87C51采用的 就是CHMOS工艺，正常运行时，工作电流为 16mA。
1.6
MCS –51 系列单片机
MCS-51系列、80C51系列、8051、AT89C51的区别？
原理属于ROM型 8051是MCS-51系列基本产品当中的一个。 MCS是Intel公司专用的单片机的系列符号，例如 20世纪80年代中期，Intel公司以专利转让的形式把 AT89C51是美国ATMEL 存储器，功能上 8051内核技术转让给了许多半导体芯片生产厂家， 公司的产品。它在我国使 又可随时改写， MCS-48、MCS-51、MCS-96系列单片机。MCS-51系 作用又相当于 如ATMEL、PHILIPS、DALLAS公司等。这些厂家生产 用较多。该芯片具有低功 列单片机既包括三个基本型8031、8051、8751也包 RAM。 的芯片是MCS-51系列的兼容产品（指令系统兼容）。 耗、高性能的特点，其内 括对应的低功耗型80C31、80C51、87C51, 因此 这些兼容机与8051的系统结构相同，采用CMOS工艺， 部含有4KB的闪烁存储器 MCS-51系列特指Intel公司的这几种型号的单片机。 因此常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的 在线编程，价格较低，在 国内很受欢迎。 单片机。
单片机及控制-第一章单片机基础知识
关于逻辑高低电平： 1) 5V CMOS 、 HC 、 AHC 、 AC 中 ， 输 入 大 于 3. 5V 算 高 电 平 ， 输 入 小 于 1.5 V 算 低 电 平 ； 2) 5 V TTL 、 AB T 、 AHCT 、 HC T 、 ACT 中 ， 输 入 大 于 2 V 算 高 电 平 ， 输 入 小 于 0. 8V 算 低 电 平 ； 3) 3. 3V LV TTL 、 LV T 、 L VC 、 AL VC 、 LV 、 AL V T 中 ，输 入 大 于 2V 算高电平 | | 输 入 小 于 0. 8V 算 低 电 平 ；
【单片机的应用领域】 目前单片机渗透到我们生活的各个领域， 几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。 导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程 的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像 机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。 更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应 用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
AT89S52 具有以下标准功能：8K 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定 时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行 口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选 择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一 个中断或硬件复位为止。
第1章 单片机概述
MCS-51系列以及80C51系列单片机有多种类型， MCS-51系列以及80C51系列单片机有多种类型， 但 系列以及80C51系列单片机有多种类型 掌握好MCS-51的基本型（8031、8051、8751或80C31、 掌握好MCS-51的基本型（8031、8051、8751或80C31、 MCS 的基本型 80C51、87C51）是十分重要的。 80C51、87C51）是十分重要的。 它们是具有MCS-51内核的各种型号单片机的基础， 它们是具有MCS-51内核的各种型号单片机的基础， MCS 内核的各种型号单片机的基础 也是各种增强型 扩展型等衍生品种的核心。 各种增强型、 也是各种增强型、扩展型等衍生品种的核心。
在下述的各个领域广泛的应用： 在下述的各个领域广泛的应用： 1. 工业自动化 2. 智能仪器仪表 3．消费类电子产品 4. 通讯 5．武器装备 6．终端及外部设备控制 7．多机分布式系统 MCS-51系列单片机 1.6 MCS-51系列单片机 20世纪80年代后期:Intel公司以专利的形式把 20世纪80年代后期:Intel公司以专利的形式把 世纪80年代后期 8051内核技术转让给厂家 内核技术转让给厂家。 8051内核技术转让给厂家。
70年代问世。 世纪70年代问世 已广泛应用在： 已广泛应用在： 工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用 工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、 电器、电力电子、机电一体化设备等方面。 电器、电力电子、机电一体化设备等方面。 1.1 什么是单片机 在半导体硅片上集成了微处理器(CPU)，存储器 在半导体硅片上集成了微处理器(CPU)， (CPU) (RAM、ROM、EPROM)和各种输入、输出接口。 (RAM、ROM、EPROM)和各种输入、输出接口。 和各种输入
1.1 单片机概述
第1章 单片机基础知识概述
随着单片机从早期的4位发展到8位、16位直至32位，单片 机的功能在不断增强，嵌入式应用能力也在不断提高。
然而，由于复杂系统的功能大都可以通过简单嵌入式系统 组合实现，而8位单片机以其价格低廉性能适中的特点， 已可满足简单嵌入式系统的要求。这表明，嵌入式应用领 域中大量需要的仍是8位单片机，在当前及以后的相当一 段时间内8位单片机仍将占据单片机应用的主导地位。
第1章 单片机基础知识概述
第二阶段：MCU（Micro Controller Unit）即微控制器阶段 ，其主要的技术发展方向是，不断推进在嵌入式系统中集 成各种外围电路与接口电路的能力，以满足智能化控制的 需求。在此阶段中，Philips公司以其在嵌入式应用方面的 强大实力，推出了基于MCS-51内核的微控制器系列产品 ，使单片机进入MCU阶段。
第1章 单片机基础知识概述
③ 低功耗。目前，市场上有一半以上的单片机产品已 CHMOS化，这类单片机具有功耗小的优点，许多单片机 已可以在2.2V电压下运行，有的能在1.2V或0.9V低电压 下工作，功耗为μW级。
④ 高性价比。随着单片机的应用越来越广泛，各单片 机厂家会进一步改进单片机的性能，从而增强产品的竞 争力。同时，价格也是各厂家竞争的一个重要方面。所 以，更高性价比的单片机会逐渐进入市场。
第1章 单片机基础知识概述
④ 汽车电子与航空航天电子系统。通常这些系统中的集中 显示系统、动力监测控制系统、自动驾驭系统、通信系统 及运行监视器（黑匣子）等，都是将单片机嵌入其中实现 系统功能。
第1章 单片机基础知识概述
⑤ 家用电器。单片机应用到消费类产品之中，能大大提高 它们的性价比，提高产品在市场上的竞争力。目前家用电 器几乎都是单片机控制的产品，例如，空调、冰箱、洗衣 机、微波炉、彩电、音响、家庭报警器及电子玩具等。
单片机概述
2010-122010-12-2 3
◆单板机 CPU芯片 存储器芯片、I/O接口芯片 芯片、 将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片 和简单的I/O设备 小键盘、LED显示器 设备（ 显示器） 和简单的I/O设备（小键盘、LED显示器）等 装配在一块印刷电路板上， 装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序 固化在ROM中），就构成了一台单板微型 （固化在ROM中），就构成了一台单板微型 计算机（简称单板机）。 计算机（简称单板机）。
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1.3.2 单片机产品近况
◆ 80C51系列单片机产品繁多，主流地位已 80C51系列单片机产品繁多 系列单片机产品繁多，
经形成，近年来推出的与80C51兼容的主要产 80C51兼容的主要产 经形成，近年来推出的与80C51 品有： 品有：
﹡ATMEL公司融入Flash存储器技术的AT89系列； ATMEL公司融入Flash存储器技术的AT89系列； 公司融入Flash存储器技术的AT89系列 Philips公司的80C51、80C552系列 公司的80C51 系列； ﹡Philips公司的80C51、80C552系列； 华邦公司的W78C51 W77C51高速低价系列 W78C51、 高速低价系列； ﹡华邦公司的W78C51、W77C51高速低价系列； ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列 公司的ADμC8xx高精度ADC系列； ﹡ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列； LG公司的GMS90/97低压高速系列 公司的GMS90/97低压高速系列； ﹡LG公司的GMS90/97低压高速系列； Maxim公司的DS89C420高速 50MIPS）系列； 公司的DS89C420高速（ ﹡Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列； Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机 公司的C8051F系列高速SOC单片机。 ﹡Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机。
◆单板机 CPU芯片 存储器芯片、I/O接口芯片 芯片、 将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片 和简单的I/O设备 小键盘、LED显示器 设备（ 显示器） 和简单的I/O设备（小键盘、LED显示器）等 装配在一块印刷电路板上， 装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序 固化在ROM中），就构成了一台单板微型 （固化在ROM中），就构成了一台单板微型 计算机（简称单板机）。 计算机（简称单板机）。
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1.3.2 单片机产品近况
◆ 80C51系列单片机产品繁多，主流地位已 80C51系列单片机产品繁多 系列单片机产品繁多，
经形成，近年来推出的与80C51兼容的主要产 80C51兼容的主要产 经形成，近年来推出的与80C51 品有： 品有：
﹡ATMEL公司融入Flash存储器技术的AT89系列； ATMEL公司融入Flash存储器技术的AT89系列； 公司融入Flash存储器技术的AT89系列 Philips公司的80C51、80C552系列 公司的80C51 系列； ﹡Philips公司的80C51、80C552系列； 华邦公司的W78C51 W77C51高速低价系列 W78C51、 高速低价系列； ﹡华邦公司的W78C51、W77C51高速低价系列； ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列 公司的ADμC8xx高精度ADC系列； ﹡ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列； LG公司的GMS90/97低压高速系列 公司的GMS90/97低压高速系列； ﹡LG公司的GMS90/97低压高速系列； Maxim公司的DS89C420高速 50MIPS）系列； 公司的DS89C420高速（ ﹡Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列； Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机 公司的C8051F系列高速SOC单片机。 ﹡Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机。
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20世纪70年代问世，广泛地应用在工业自动化、自动检测与控 制、智能仪器仪表、机电一体化设备、汽车电子、家用电器 等各个方面。什么是单片机？ 1.1 什么是单片机
一片半导体硅片集成：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微型计算机。 具有微型计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单 片机。
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看门狗、多种类型的串行接口（两个UART、SPI）等。一片 芯片就是一个“测控”系统。
综上所述，单片机正在向多功能、高性能、高速度（时钟达 40MHz）、低电压（2.7V即可工作）、低功耗、低价格 （几元钱）、外围电路内装化以及片内程序存储器和数据 存储器容量不断增大的方向发展。
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1.6
MCS-51系列与AT89C5x系列单片机
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一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务， 它们通过串行通信相互联系、协调工作。在这种系统中， 单片机往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上， 对现场信息进行实时的测量和控制。 从工业自动化、自动控制、智能仪器仪表、消费类电子产品 等方面，直到国防尖端技术领域，单片机都发挥着十分重 要的作用。
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1.3Biblioteka 单片机的特点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。 体积小、价格低、应用方便、稳定可靠，因此，给工业自 动化等领域带来了一场重大革命和技术进步。 由于体积小，很容易地嵌入到系统之中，以实现各种方式的 检测、计算或控制，这一点，一般微机根本做不到。 由于单片机本身就是一个微型计算机，因此只要在单片机的 外部适当增加一些必要的外围扩展电路，就可以灵活地构 成各种应用系统，如工业自动检测监视系统、数据采集系 统、自动控制系统、智能仪器仪表等。
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2．存储器的发展 （1）片内程序存储器普遍采用闪烁（Flash）存储器。可不 用外扩展程序存储器，简化系统结构。 （2）加大存储容量。目前有的单片机片内程序存储器容量 可达128KB甚至更多。 3．片内I/O的改进 （1）增加并行口驱动能力，以减少外部驱动芯片。有的单 片机可以直接输出大电流和高电压，以便能直接驱动LED 和VFD（荧光显示器）。 （2）有些单片机设置了一些特殊的串行I/O功能，为构成分 布式、网络化系统提供方便条件。
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（4）嵌入容易，用途广泛，体积小、性能价格比高，应用 灵活性强等特点在嵌入式微控制系统中具有十分重要的地 位。 单片机出现前，制作一套测控系统，大量的模拟电路、数字 电路、分立元件完成，以实现计算、判断和控制功能。系 统的体积庞大，线路复杂，连接点多，易出现故障。 单片机出现后，测控功能的绝大部分由单片机的软件程序实 现，其它电子线路则由片内的外围功能部件来替代。 1.4 单片机的应用
第1章
单片机概述
1
第1章 1.1 什么是单片机 1.2 单片机的发展历史 1.3 单片机的特点 1.4 单片机的应用 1.5 单片机的发展趋势
目录
1.6 MCS-51系列与AT89C5x系列单片机 1.6.1 MCS-51系列单片机 1.6.2 AT89C5x（AT89S5x）系列单片机 1.7 其它的51单片机 1.7.1 ADμC812单片机
2
1.7.2 C8051Fxxx单片机 1.7.3 台湾华邦公司W78系列和W77系列单片机 1.8 AVR系列单片机与PIC系列单片机 1.8.1 AVR系列单片机 1.8.2 PIC系列单片机 1.9 各类嵌入式处理器简介 1.9.1 嵌入式微控制器（单片机） 1.9.2 嵌入式DSP处理器(DSP) 1.9.3 嵌入式微处理器 1.9.4 嵌入式片上系统SOC(System On Chip)
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1.2
单片机的发展历史
单片机按其处理的二进制位数主要分为：4位单片机、8位单 片机、16位单片机和32位单片机。 发展大致分为4个阶段。 第一阶段（1974年～1976年）：单片机初级阶段。因工艺限 制，单片机采用双片的形式而且功能比较简单。1974年12 月，仙童公司推出了8位的F8单片机，实际上只包括了8位 CPU、64B RAM和2个并行口。 第二阶段（1976年～1978年）：低性能单片机阶段。1976年 Intel的MCS-48单片机（8位）极大地促进了单片机的变革
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内容概要 介绍单片机基础知识、发展历史、应用领域及发展趋势。 8位单片机的主流机型，较大市场份额的MCS-51系列单片机 及其兼容的单片机（统称为51系列单片机） 对目前流行的51单片机的代表性机型：美国ATMEL公司的 AT89C5x/AT89S5x系列单片机及代表性产品AT89S51详细 介绍。 简要介绍其它类型的单片机。 初步了解嵌入式处理器：单片机，数字信号处理器（DSP）、 嵌入式微处理器
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第四阶段（1983年～现在）：8位单片机巩固发展及16位单 片机、32位单片机推出阶段。 16位典型产品Intel公司的MCS-96系列单片机。而32位单片 机除了具有更高的集成度外，其数据处理速度比16位单片 机提高许多，性能比8位、16位单片机更加优越。 20世纪90年代单片机制造业大发展时期，Mortorola、Intel、 ATMEL、德州仪器（TI）、三菱、日立、飞利浦、LG等公 司开发一大批性能优越的单片机，极大推动单片机的应用。 近年，又有不少新型的高集成度的单片机产品涌现出来， 出现了产品丰富多彩的局面。目前，除8位单片机得到广 泛应用外，16位单片机、32位单片机也得到广大用户青睐。
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主要应用于测控领域。单片机使用时，通常是处于测控系统 的核心地位并嵌入其中，所以国际上通常把单片机称为嵌 入式控制器（EMCU，Embedded MicroController Unit）， 或微控制器（MCU，MicroController Unit）。我国习惯 于使用“单片机”这一名称。 单片机是计算机技术发展史上的一个重要里程碑，标志着计 算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大 分支。 单片机体积小、成本低，嵌入到工业控制单元、机器人、智 能仪器仪表、汽车电子系统、武器系统、家用电器、办公 自动化设备、金融电子系统、玩具、个人信息终端及通讯 产品中。
20世纪80年代以来，发展迅速，世界一些著名厂商投放市场 的产品就有几十个系列，数百个品种，Intel公司的MCS48、MCS-51，Motorola公司的6801、6802，Zilog公司的 Z8系列，Rockwell公司的6501、6502等。此外，荷兰的 Philips公司、日本的NEC公司、日立公司等也相继推出了 各自的产品。 尽管机型很多，但是在20世纪80年代以及90年代，在我国使 用最多的8位单片机还是Intel公司的MCS-51系列单片机以 及与其兼容的单片机（称为51系列单片机）。
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4．低功耗化 CMOS化，功耗小，配置有等待状态、睡眠状态、关闭状态等 工作方式。消耗电流仅在µA或nA量级，适于电池供电的便 携式、手持式的仪器仪表以及其它消费类电子产品。 5．外围电路内装化 众多外围电路全部装入片内，即系统的单片化是目前发展趋 势之一。例如，美国Cygnal公司的C8051F020 8位单片机， 内部采用流水线结构，大部分指令的完成时间为1或2个时 钟周期，峰值处理能力为25MIPS。片上集成有8通道A/D、 两路D/A、两路电压比较器，内置温度传感器、定时器、 可编程数字交叉开关和64个通用I/O口、电源监测、
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按照其用途可分为通用型和专用型两大类。 （1）通用型单片机就是其内部可开发的资源（如存储器、 I/O等各种外围功能部件等）可以全部提供给用户。 用户根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核心，再配 以外围接口电路及其它外围设备，并编写相应的软件来满 足各种不同需要的测控系统。通常所说的和本书介绍的是 指通用型单片机。 （2）专用型单片机是专门针对某些产品的特定用途而制作 的单片机。
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例如，各种家用电器中的控制器等。由于用于特定用途，单 片机芯片制造商常与产品厂家合作，设计和生产“专用” 的单片机芯片。 由于在设计中，已经对“专用”单片机的系统结构最简化、 可靠性和成本的最佳化等方面都做了全面的综合考虑，所 以“专用”单片机具有十分明显的综合优势。 无论“专用”单片机在用途上有多么“专”，其基本结构和 工作原理都是以通用单片机为基础的。
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6．各种终端及计算机外部设备 计算机网络终端（如银行终端）以及计算机外部设备（如打 印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等）中都使 用了单片机作为控制器。 7．汽车电子设备 已经广泛地应用在各种汽车电子设备中，如汽车安全系统、 汽车信息系统、智能自动驾驶系统、卫星汽车导航系统、 汽车紧急请求服务系统、汽车防撞监控系统、汽车自动诊 断系统以及汽车黑匣子等。 8．分布式多机系统 在较复杂多节点的测控系统中，常采用分布式多机系统。
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1.5
单片机的发展趋势
单片机的发展趋势将是向大容量、高性能化，外围电路内装 化等方面发展。为满足不同用户的要求，各公司竞相推出 能满足不同需要的产品。 1．CPU的改进 （1）增加CPU数据总线宽度。例如，各种16位单片机和32位 单片机，数据处理能力要优于8位单片机。另外，8位单片 机内部采用16位数据总线，其数据处理能力明显优于一般 8位单片机。 （2）采用双CPU结构，以提高数据处理能力。
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1.6.1
MCS-51系列单片机
MCS是Intel公司单片机的系列符号，如MCS-48、MCS-51、 MCS-96系列单片机。 MCS-51系列是在MCS-48系列基础上于20世纪80年代初发展起 来的，是最早进入我国，并在我国得到广泛应用的单片机 主流品种。 MCS-51系列单片机主要包括 基本型：8031/8051/8751（低功耗型80C31/80C51/87C51） 增强型：8032/8052/8752。已为我国广大技术人员所熟悉 和掌握。在上世纪80年代和90年代，MCS-51系列是在我国 应用最为广泛的单片机机型之一。 MCS-51系列品种丰富，经常使用的是基本型和增强型。
20世纪70年代问世，广泛地应用在工业自动化、自动检测与控 制、智能仪器仪表、机电一体化设备、汽车电子、家用电器 等各个方面。什么是单片机？ 1.1 什么是单片机
一片半导体硅片集成：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微型计算机。 具有微型计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单 片机。
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看门狗、多种类型的串行接口（两个UART、SPI）等。一片 芯片就是一个“测控”系统。
综上所述，单片机正在向多功能、高性能、高速度（时钟达 40MHz）、低电压（2.7V即可工作）、低功耗、低价格 （几元钱）、外围电路内装化以及片内程序存储器和数据 存储器容量不断增大的方向发展。
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MCS-51系列与AT89C5x系列单片机
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一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务， 它们通过串行通信相互联系、协调工作。在这种系统中， 单片机往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上， 对现场信息进行实时的测量和控制。 从工业自动化、自动控制、智能仪器仪表、消费类电子产品 等方面，直到国防尖端技术领域，单片机都发挥着十分重 要的作用。
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1.3Biblioteka 单片机的特点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。 体积小、价格低、应用方便、稳定可靠，因此，给工业自 动化等领域带来了一场重大革命和技术进步。 由于体积小，很容易地嵌入到系统之中，以实现各种方式的 检测、计算或控制，这一点，一般微机根本做不到。 由于单片机本身就是一个微型计算机，因此只要在单片机的 外部适当增加一些必要的外围扩展电路，就可以灵活地构 成各种应用系统，如工业自动检测监视系统、数据采集系 统、自动控制系统、智能仪器仪表等。
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2．存储器的发展 （1）片内程序存储器普遍采用闪烁（Flash）存储器。可不 用外扩展程序存储器，简化系统结构。 （2）加大存储容量。目前有的单片机片内程序存储器容量 可达128KB甚至更多。 3．片内I/O的改进 （1）增加并行口驱动能力，以减少外部驱动芯片。有的单 片机可以直接输出大电流和高电压，以便能直接驱动LED 和VFD（荧光显示器）。 （2）有些单片机设置了一些特殊的串行I/O功能，为构成分 布式、网络化系统提供方便条件。
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（4）嵌入容易，用途广泛，体积小、性能价格比高，应用 灵活性强等特点在嵌入式微控制系统中具有十分重要的地 位。 单片机出现前，制作一套测控系统，大量的模拟电路、数字 电路、分立元件完成，以实现计算、判断和控制功能。系 统的体积庞大，线路复杂，连接点多，易出现故障。 单片机出现后，测控功能的绝大部分由单片机的软件程序实 现，其它电子线路则由片内的外围功能部件来替代。 1.4 单片机的应用
第1章
单片机概述
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第1章 1.1 什么是单片机 1.2 单片机的发展历史 1.3 单片机的特点 1.4 单片机的应用 1.5 单片机的发展趋势
目录
1.6 MCS-51系列与AT89C5x系列单片机 1.6.1 MCS-51系列单片机 1.6.2 AT89C5x（AT89S5x）系列单片机 1.7 其它的51单片机 1.7.1 ADμC812单片机
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1.7.2 C8051Fxxx单片机 1.7.3 台湾华邦公司W78系列和W77系列单片机 1.8 AVR系列单片机与PIC系列单片机 1.8.1 AVR系列单片机 1.8.2 PIC系列单片机 1.9 各类嵌入式处理器简介 1.9.1 嵌入式微控制器（单片机） 1.9.2 嵌入式DSP处理器(DSP) 1.9.3 嵌入式微处理器 1.9.4 嵌入式片上系统SOC(System On Chip)
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1.2
单片机的发展历史
单片机按其处理的二进制位数主要分为：4位单片机、8位单 片机、16位单片机和32位单片机。 发展大致分为4个阶段。 第一阶段（1974年～1976年）：单片机初级阶段。因工艺限 制，单片机采用双片的形式而且功能比较简单。1974年12 月，仙童公司推出了8位的F8单片机，实际上只包括了8位 CPU、64B RAM和2个并行口。 第二阶段（1976年～1978年）：低性能单片机阶段。1976年 Intel的MCS-48单片机（8位）极大地促进了单片机的变革
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内容概要 介绍单片机基础知识、发展历史、应用领域及发展趋势。 8位单片机的主流机型，较大市场份额的MCS-51系列单片机 及其兼容的单片机（统称为51系列单片机） 对目前流行的51单片机的代表性机型：美国ATMEL公司的 AT89C5x/AT89S5x系列单片机及代表性产品AT89S51详细 介绍。 简要介绍其它类型的单片机。 初步了解嵌入式处理器：单片机，数字信号处理器（DSP）、 嵌入式微处理器
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第四阶段（1983年～现在）：8位单片机巩固发展及16位单 片机、32位单片机推出阶段。 16位典型产品Intel公司的MCS-96系列单片机。而32位单片 机除了具有更高的集成度外，其数据处理速度比16位单片 机提高许多，性能比8位、16位单片机更加优越。 20世纪90年代单片机制造业大发展时期，Mortorola、Intel、 ATMEL、德州仪器（TI）、三菱、日立、飞利浦、LG等公 司开发一大批性能优越的单片机，极大推动单片机的应用。 近年，又有不少新型的高集成度的单片机产品涌现出来， 出现了产品丰富多彩的局面。目前，除8位单片机得到广 泛应用外，16位单片机、32位单片机也得到广大用户青睐。
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主要应用于测控领域。单片机使用时，通常是处于测控系统 的核心地位并嵌入其中，所以国际上通常把单片机称为嵌 入式控制器（EMCU，Embedded MicroController Unit）， 或微控制器（MCU，MicroController Unit）。我国习惯 于使用“单片机”这一名称。 单片机是计算机技术发展史上的一个重要里程碑，标志着计 算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大 分支。 单片机体积小、成本低，嵌入到工业控制单元、机器人、智 能仪器仪表、汽车电子系统、武器系统、家用电器、办公 自动化设备、金融电子系统、玩具、个人信息终端及通讯 产品中。
20世纪80年代以来，发展迅速，世界一些著名厂商投放市场 的产品就有几十个系列，数百个品种，Intel公司的MCS48、MCS-51，Motorola公司的6801、6802，Zilog公司的 Z8系列，Rockwell公司的6501、6502等。此外，荷兰的 Philips公司、日本的NEC公司、日立公司等也相继推出了 各自的产品。 尽管机型很多，但是在20世纪80年代以及90年代，在我国使 用最多的8位单片机还是Intel公司的MCS-51系列单片机以 及与其兼容的单片机（称为51系列单片机）。
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4．低功耗化 CMOS化，功耗小，配置有等待状态、睡眠状态、关闭状态等 工作方式。消耗电流仅在µA或nA量级，适于电池供电的便 携式、手持式的仪器仪表以及其它消费类电子产品。 5．外围电路内装化 众多外围电路全部装入片内，即系统的单片化是目前发展趋 势之一。例如，美国Cygnal公司的C8051F020 8位单片机， 内部采用流水线结构，大部分指令的完成时间为1或2个时 钟周期，峰值处理能力为25MIPS。片上集成有8通道A/D、 两路D/A、两路电压比较器，内置温度传感器、定时器、 可编程数字交叉开关和64个通用I/O口、电源监测、
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按照其用途可分为通用型和专用型两大类。 （1）通用型单片机就是其内部可开发的资源（如存储器、 I/O等各种外围功能部件等）可以全部提供给用户。 用户根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核心，再配 以外围接口电路及其它外围设备，并编写相应的软件来满 足各种不同需要的测控系统。通常所说的和本书介绍的是 指通用型单片机。 （2）专用型单片机是专门针对某些产品的特定用途而制作 的单片机。
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例如，各种家用电器中的控制器等。由于用于特定用途，单 片机芯片制造商常与产品厂家合作，设计和生产“专用” 的单片机芯片。 由于在设计中，已经对“专用”单片机的系统结构最简化、 可靠性和成本的最佳化等方面都做了全面的综合考虑，所 以“专用”单片机具有十分明显的综合优势。 无论“专用”单片机在用途上有多么“专”，其基本结构和 工作原理都是以通用单片机为基础的。
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6．各种终端及计算机外部设备 计算机网络终端（如银行终端）以及计算机外部设备（如打 印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等）中都使 用了单片机作为控制器。 7．汽车电子设备 已经广泛地应用在各种汽车电子设备中，如汽车安全系统、 汽车信息系统、智能自动驾驶系统、卫星汽车导航系统、 汽车紧急请求服务系统、汽车防撞监控系统、汽车自动诊 断系统以及汽车黑匣子等。 8．分布式多机系统 在较复杂多节点的测控系统中，常采用分布式多机系统。
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1.5
单片机的发展趋势
单片机的发展趋势将是向大容量、高性能化，外围电路内装 化等方面发展。为满足不同用户的要求，各公司竞相推出 能满足不同需要的产品。 1．CPU的改进 （1）增加CPU数据总线宽度。例如，各种16位单片机和32位 单片机，数据处理能力要优于8位单片机。另外，8位单片 机内部采用16位数据总线，其数据处理能力明显优于一般 8位单片机。 （2）采用双CPU结构，以提高数据处理能力。
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MCS-51系列单片机
MCS是Intel公司单片机的系列符号，如MCS-48、MCS-51、 MCS-96系列单片机。 MCS-51系列是在MCS-48系列基础上于20世纪80年代初发展起 来的，是最早进入我国，并在我国得到广泛应用的单片机 主流品种。 MCS-51系列单片机主要包括 基本型：8031/8051/8751（低功耗型80C31/80C51/87C51） 增强型：8032/8052/8752。已为我国广大技术人员所熟悉 和掌握。在上世纪80年代和90年代，MCS-51系列是在我国 应用最为广泛的单片机机型之一。 MCS-51系列品种丰富，经常使用的是基本型和增强型。