单片机概述
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
单片机概述
一．单片机的由来单片机，专业名称—Micro Controller Unit(微控制器件)，它是由大名鼎鼎的INTEL 公司发明的，最早的系列是MCS-48，后来有了MCS-51，现在还有MCS-96 系列，我们经常说的51 系列单片机就是MCS-51，它是一种8 位的单片机，而MCS-96 系列则是一种16 位的单片机，至于它们之间有何区别，我们以后会讲到。
后来INTEL 公司把它的核心技术转让给了世界上很多的小公司（不过，再小也有几个亿的销售年哦），所以世界上就有许多公司生产51 系列兼容单片机，比如飞利浦的87 LPC 系列，伟邦的W78L系列，达拉斯的DS87 系列，现代的GSM97 系列等等，目前在我国比较流行的就是美国ATMEL （爱特梅尔半导体成立于1984年，总部位于美国。
是世界上高级半导体产品设计、制造和行销的领先者，产品包括了微处理器、可编程逻辑器件、非易失性存储器、安全芯片、混合信号及RF射频集成电路。
通过这些核心技术的组合，ATMEL生产出了各种通用目的及特定应用的系统级芯片，以满足当今电子系统设计工程师不断增长和演进的需求。
）公司的89C51，它是一种带Flash ROM 的单片机（至于什么是Flash ROM，我在这儿先不作介绍，等以后大家学到相关的知识时自然就会明白），我们的讲座就是以该型号的单片机来作实验的。
讲到这里，也许有的人会问：我平时在各种书上看到全是讲解8031，8051 等型号的单片机，它们又有什么不同呢？其实它们同属于一个系列，只是89C51 的单片机更新型一点(事实上,89C51 目前正在用89S51 代替，我们的实验系统采用就是89S52 的，兼容89C52)。
这里随便说一下，目前国内的单片机教材都是以8051 为蓝本的，尽管其内核也是51 系列的，但毕竟8051 的单片机已经属于淘汰产品，在市场上也很少见到了，所以由此感叹，国内的高等教育是如此的跟不上时代的发展需要！这话可能会引起很多人的不满,所以大家千万别传出去哦！！！二．主要单片机的分类接着上面的话题，再给大家介绍一下我们经常在各种刊物上看到的A VR 系列和PIC 系列单片机是怎么回事？以便让大家对单片机的发展有一个较全面的认识。
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。
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单
片
什么是单片机？
机
单片机硬件结构
概
述
单片机特点及应用
单片机工作过程
一、什么是单片机
1、微型计算机硬件结构 ——常见的微机外形
台式微机
立式微机
便携式微机
微型计算机硬件结构 ——微机硬件组成
显示器 主机 键盘
鼠标
微型计算机硬件结构 —— 内部结构
输
输入 入接 设口 备电
路
CPU
运算器 控制器
5
36
6 8031 35
7 片内 34
8 R8O75M1 33
9
32
10 11
8051
31 30
12
29
13 89C51 28
14 片内 27
15 RAM 26
16
25
17
24
18
24
19
22
20
21
1
28
2
27
3
26
4
25
5
24
6 7
RAM
23 22
8 6264 21
9
20
10
19
11
18
12
17
◆目前8位单片机仍是单片机的主流机型；
◆生产厂商：
美国微芯片公司:PIC16C××系列、PIC17C××系列、PIC1400系列， 美国英特尔公司的MCS-48和MCS-51系列， 美国摩托罗拉公司的MC68HC05系列和MC68HC11系列， 美国齐洛格公司的Z8系列， 日本电气公司的μPD78××系列， 美国莫斯特克公司和仙童公司合作生产的F8（3870）系列等。
13
16
14
15
64K
1
28
2
27
3
26
4
25
5
24
6 7
RAM
23 22
8 6264 21
9
20
10
19
111812171316
14
15
256B（字节）
1
28
2
27
3
26
4
25
5 EPR2O4 M
6
23
7
22
8
21
9
20
10 2764 19
11
18
12
17
13
16
14
15
1
28
2
27
3
26
4
25
5 EPR2O4 M
1、电源线：VCC(+5V)、VSS(地) 2、振荡电路：XTAL1、XTAL2 3、复位引脚：RST 4、并行口：P0、P1、P2、P3 5、EA：访问程序存储控制信号 6、PSEN：外部ROM读选通信号 7、ALE：地址锁存控制信号
P3口线的第二功能
3. 存 储 器
4K
1
40
2
39
3
38
4
37
时钟电路
CPU
三、单片机硬件结构
T0 T1
ROM
RAM 定时计数器
并行接口 串行接口
中断系统
P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1
结构框图
?
?
并8中位行央的I/处OI/O口理口：P器40个、
PC1P、UP：2、8P位3。，
? 内运部算R和OM控：制
?
?
?
串双时4功中用5个K行工钟断于能B中口串电掩控存断：行路膜制放源口一：系程R（O。个可统序M外全：、，
的。
2、单片微型计算机
输
输
入
入
接
设
口
备
设
备
微型计算机系统
CPU
运算器
输 出
控制器
接 口
设
备 存储器
硬件系统
输
软
出
设
+件
备 系
统
单片微型计算机 是指集成在一个芯片上的微型计算机， 简称单片机 —— 单片机实质上就是一个芯片
P0-P3
单片机内部结构示意图
T
INT
定时器/计数器
中断系 统
并
CPU
串
行
行
1. 中央处理器CPU：8位，运算和控制功能 2. 内部RAM：共256个RAM单元，用户使用前128个单元，
用于存放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。 3. 内部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表
格。 4. 定时/计数器：两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功
能。 5. 并行I/O口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。 6. 串行口：一个全双工串行口。 7. 中断控制系统：5个中断源（外中断2个，定时/计数中断2
? ?
产序振1原中定格/两个时个现功内2元前用计25生列频/始断时。个，）定能M1部，于6计数2个H时，率2/1数串时。R用存8数中计6个ZR个A6钟允据行或户放位器断数AMM，单脉许和中计使可的M，2器H：定元冲晶表断数单Z用读定实：共时和，1
写数据，后
128个单元被
专用寄存器占
用。
1、8051单片机的基本组成
存储器 硬件系统
输
出输 接出 口设 电备 路
微型计算机系统
输
输入 入接 设口 备电
路
微型计算机系统
CPU
运算器 控制器
存储器 硬件系统
输
出输
软
接出
口 设 +件
电备
路
系
统
硬件系统 ——构成微机 的实体和装置
软件系统——微机系统所 使用的各种程序的总称
软件系统与硬件系统共同 构成实用的微机系统，两
者是相辅相成、缺一不可
6
23
7
22
8
21
9
20
10 2764 19
11
18
12
17
13
16
14
15
64K
(1)程序存储器
FFFFH
(64K)
0FFFH (4K)
0000H
内部
EA=1
外部
EA=0 0000H
个，串行中断1个） 8. 时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHZ和
12MHZ
2、MCS-51 单片机信号引脚简介
P1. 0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST RXD/ P3. 0 TXD/ P3.1 INT0/ P3.2 INT1/ P3.3 T0/ P3.4 T1/ P3.5 WR/ P3.6 RD/ P3.7 XTAL2 XTAL1 VSS
1
40
2
39
3
38
4 5
8031
37 36
6
35
7 8051 34
8
33
9 10
8751
32 31
11
30
12 89C51 29
13
28
14
27
15
26
16
25
17
24
18
24
19
22
20
21
VCC P0. 0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA ALE PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0
TxD
I/
I/
RxD
O
O
口
存储 器
口
单片机应用系统
单片机应用系统
单
接口
片 机
＋
电路 及外
设等
＋
软 件
硬件
单片机应用系统由 硬件和软件组 成
硬件是应用系统的基础
软件是在硬件的基础上对其资源 进行合理调配和使用，从而完成 应用系统所要求的任务，二者相 互依赖，缺一不可
注：本课程的重点 1.掌握单片机应用系统硬件原理的分析方法。 2.掌握软件设计与调试的基本技能。
二、单片机的特点及应用
1. 单片机的特点
体积小，重量轻 电源单一，功耗低 功能强，价格低 运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高
可以嵌入到电子产品中——嵌入式应用系统
2. 单片机应用
电讯方面
工业方面
汽车方面 仪表方面
民用方面 数据处理方面
3. 单片机种类
◆单片机的发展经历了由4位机到8位机,再到16 位机的发展过程