第一章单片机基础知识综述
第一章 单片机基础知识
第一章单片机入门知识概述1.1 单片机的发展历程单片机的应用在后PC时代得到了前所未有的发展，但对处理器的综合性能要求也越来越高。
综观单片机的发展，以应用需求为目标，市场越来越细化，充分突出以“单片”解决问题，而不像多年前以MCS51/96等处理器为中心，外扩各种接口构成各种应用系统。
单片机系统作为嵌入式系统的一部分，主要集中在中、低端应用领域（嵌入式高端应用主要由DSP、ARM、MIPS等高性能处理器构成），在这些应用中，目前也出现了一些新的需求，主要体现在以下几个方面：（1）以电池供电的应用越来越多，而且由于产品体积的限制，很多是用钮扣电池供电，要求系统功耗尽可能低，如手持式仪表、水表、玩具等。
（2）随着应用的复杂，对处理器的功能和性能要求不断提高。
既要外设丰富、功能灵活，又要有一定的运算能力，能做一些实时算法，而不仅仅做一些简单的控制。
（3）产品更新速度快，开发时间短，希望开发工具简单、廉价、功能完善。
特别是仿真工具要有延续性，能适应多种MCU，以免重复投资，增加开发费用。
（4）产品性能稳定，可靠性高，既能加密保护，又能方便升级。
1. 单片机技术的发展特点自单片机出现至今，单片机技术已走过了近20年的发展路程。
纵观20年来单片机发展历程可以看出，单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。
（1）单片机寿命长这里所说的长寿命，一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠地工作十年、二十年，另一方面是指与微处理器相比的长寿命。
随着半导体技术的飞速发展，MPU更新换代的速度越来越快，以386、486、586为代表的MPU，很短的时间内就被淘汰出局，而传统的单片机如68HC05、8051等年龄已有20岁以上，产量仍是上升的。
这一方面是由于其对相应应用领域的适应性，另一方面是由于以该类CPU为核心，集成以更多I/O功能模块的新单片机系列层出不穷。
单片机基础教程第一章概述
存储器
存储器是单片机中用于存储程序代码 和数据的部件。根据其作用和特点， 可以分为程序存储器和数据存储器。
存储器的容量决定了单片机能够存储的 程序代码和数据的大小，常见的存储器 容量有64KB、128KB、256KB等。
程序存储器用于存储程序代码，如汇 编语言或C语言编写的程序。数据存 储器用于存储临时数据或工作变量。
单片机基础教程第一 章概述
目录
• 单片机简介 • 单片机的基本组成 • 单片机的工作原理 • 单片机的学习方法与建议
01
单片机简介
单片机的定义
总结词
单片机是一种集成电路芯片，集成了中央处理器、存储器、输入输出接口等计算机主要功能模块，具有微型化、 集成度高、可靠性强的特点。
详细描述
单片机是一种集成电路芯片，它将中央处理器、存储器、输入输出接口等计算机主要功能模块集成在一块芯片上， 实现了微型化、集成度高、可靠性强的特点。单片机可以通过编程实现各种数字和模拟信号的处理和控制，广泛 应用于工业控制、智能仪表、智能家居等领域。
令、控制指令等。
单片机指令中操作数的寻 址方式，如直接寻址、间 接寻址、寄存器寻址等。
指令执行周期
单片机执行一条指令所 需的时间，通常以机器 周期或时钟周期表示。
指令格式
单片机的指令格式，包 括操作码和操作数等部
分。
单片机的编程语言
01
02
03
汇编语言
使用助记符和符号表示指 令，易于理解和记忆。
C语言
学习单片机编程语言
实践应用与项目开发
根据所使用的单片机型号和开发环境，学 习相应的编程语言和开发工具，如C语言、 汇编语言等。
通过实践应用和项目开发，加深对单片机 应用的理解，提高实际操作能力和解决问 题的能力。
1第一章：单片机基础知识概述
第一章：单片机各位同学大家好，很高兴跟大家一起学习单片机原理及其应用这门课程。
这门课程主要包括理论课和实验课两部分：理论课讲述基本原理、结构和应用系统的设计方法；实验课根据实验大纲的要求完成。
教材：该课程需要用到的知识有电路、电子技术基础、计算机应用基础和计算机组成原理等课程的相关内容，如果用到这些知识，需要大家再翻看这些书籍。
这门课程是以MCS-51单片机为主要的研究对象进行讲解的，主要讲解内容包括MCS-51单片机的硬件结构和程序设计，程序设计主要包括指令系统的设计、汇编程序的编制、仿真软件的使用和开发等等，另外还有定时/计数器，串行口，中断系统，存储器扩展包括：程序存储器、数据存储器，接口设计：扩展I/O、AD/DA、键盘显示等这些内容。
本课程的特点就是实践性强，希望大家重视实验课对实际能力的培养，在学习过程中要多问多想。
通过课程的学习，掌握软件编程和硬件电路的设计的方法，能够通过简单的单片机应用系统的设计、调试工作。
课程时间比较少，需要用到的知识又比较多，希望大家做好预习、复习的工作1.MCS-51的概述主要讲解单片机的概念，单片机发展历史，应用特点，典型的单片机产品，发展趋势，开发条件以及硬件设计概述。
我们来看一下什么是单片机，单片机是电子计算机的一种，电子计算机是科技发展的产物，计算机的飞速发展归功于半导体集成技术的发展，在最初半导体器件在一个硅片上所能集成的门电路的门数比较少，随着电子技术的发展，集成度越来越高，一个硅片上能够集成的门电路的门数越来越多，功能也越来越强。
计算机的发展趋势：微型化、巨型化、网络化、智能模拟化，主要向微型机和巨型机方向发展。
微型机大家应用的比较多，比如台式机和笔记本电脑，是由大规模集成电路、超大规模集成电路等组成，其有功能强、结构紧凑、系统可靠性高等特点。
微型机中包括一片主要的集成电路中央处理器(CPU)，还包括存储器、通用或专用I/O接口电路等。
它分单片微机、单板微机和多板微机。
单片机第一章知识点
第一章单片机概述一、单片机的定义单片机是单片微型计算机的简称。
它采用了超大规模集成技术，将微型计算机的中央处理器、存储器、输入/输出接口电路集成在同一块芯片上，构成一个既小巧又完善的计算机硬件系统，在单片机应用软件的控制下，准确、迅速、高效地完成规定的控制任务。
二、单片机的组成1、中央处理器中央处理器即CPU，是单片机的核心部件。
包括算数逻辑单元（ALU）和控制器。
2、存储器计算机的记忆部件，用于存放程序和数据。
一般分为只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）3、输入/输出接口电路输入/输出接口电路又称I/O接口电路，用来连接CPU和输入/输出设备，完成信号转换与驱动、数据传输和控制等功能。
三、单片机的特点1．抗干扰性强，工作温度范围宽2. 高可靠性3. 控制功能强，数值计算能力相对较差4. 指令系统比通用微机简单，并具有许多面向控制的指令。
四、单片机的应用领域1、家用电器领域2、办公自动化领域3、商业营销领域4、工业自动化领域5、智能控制领域五、各种进制之间的转换（1）各种进制转换为十进制数方法：各位按权展开相加即可。
例：11011B = 1×24 + 1×23 + 0×22 + 1×21+ 1×20 = 16 + 8 + 0 + 2 + 1 = 27 1FBH = 1×162 + 15×161 + 11×160 = 256 + 240 + 11 = 507D（2）十进制数转换为各种进制方法：整数部分采用“除基取余法”，小数部分采用“乘基取整法”。
例：23.66D = 10111.1010B（3）二进制数与十六进制数之间的相互转换方法：每四位二进制转换为一位十六进制数。
例：10101111011B = 57BH六、带符号数的三种表示方法（1）原码：机器数的原始表示，最高位为符号位（0‘+’1‘-’），其余各位为数值位。
第1章 51单片机的基础知识
第1章 51单片机的基础知识51单片机是一种广泛应用的嵌入式微控制器，具有强大的功能和灵活性。
在学习和使用51单片机之前，了解其基础知识是至关重要的。
本章将介绍51单片机的基础知识，包括硬件结构、寄存器、指令集和编程语言。
1.1 51单片机的硬件结构51单片机的硬件结构是指其内部的组成部分和外部连接。
51单片机包含中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O)口、定时器/计数器、串行通信口等功能模块。
这些功能模块共同协作，完成各种任务。
1.1.1 中央处理器(CPU)51单片机的中央处理器是核心部件，负责执行指令、控制程序运行和处理数据。
51单片机采用哈佛结构，将程序存储器和数据存储器分开。
它包含一个8位的累加器(A)和一个指令寄存器(IR)，用于指令的执行。
1.1.2 存储器51单片机的存储器包括程序存储器和数据存储器。
程序存储器用于存储程序指令，可以是内部存储器或外部存储器。
数据存储器用于存储程序运行中产生的数据，包括RAM和ROM。
1.1.3 输入/输出(I/O)口51单片机具有一定数量的I/O口，用于与外部设备进行数据交互。
输入口用于接收外部信号，输出口用于发送数据或控制外部设备。
它们可以是并行口或串行口，根据需要进行配置。
1.1.4 定时器/计数器定时器/计数器是51单片机的重要组成部分，用于产生定时延迟和计数脉冲。
定时器可以设置为定时模式或计数模式，定时器中断可用于实现时间控制和精确计时。
1.1.5 串行通信口串行通信口是51单片机与外部设备进行串行通信的接口，常用的有UART和SPI。
它们通过串行传输数据，实现与外部设备的数据交换和通信。
1.2 51单片机的寄存器51单片机具有一组特殊功能寄存器，用于配置和控制其各项功能。
这些寄存器负责存储和传输数据，执行各种功能操作。
常见的寄存器包括通用寄存器、状态寄存器、特殊功能寄存器等。
1.2.1 通用寄存器通用寄存器是用于存储临时数据的寄存器，包括8个存储器编号，分别为R0 - R7。
第1章单片机基础知识
其中8051是最典型的产品，其它单片机都是在8051的基础 上进行功能的增、减改变而来的，所以人们习惯于用8051来 称呼MCS-51系列单片机。
20世纪80年代中期Intel公司将MCS-51的核心技术授权给 了很多其他公司，如：Atmel、Philips、STC、Siemens、 Winbond等，这些厂商生产的芯片是MCS-51系列的兼容产 品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机，这些单 片机的系统结构与8051相同，并且都采用CHMOS工艺，因 而常用80C51系列来称呼它们。
单片机实物图1
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第1章单片机基础知识
3
单片机实物图(2)
单片机芯片 AT89C51 AT89S51 AT89S52 AT89C2051
双列直插式DIP40 (Dual In-line Package)封装
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第1章单片机基础知识
4
单片机实物图(3)
塑料扁平式PQFP/TQFP
(Plastic Quad Flat Package)封装
外围设备
接口
控制器
CPU
内存
主机
计算机的基本结构
中央处理单元CPU：运算器、控 制器合称为中央处理单元 CPU(Central Processing Unit) 。
主机：通常把运算器、控制器、存 储器这三部分称为计算机主机。
外设：输入、输出设备称为计算机 的外围设备(简称“外没”)。
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第1章单片机基础知识
Motorola单片机特点之一是在同样速度下所用的时钟频率 较Intel类单片机低很多，因而使得高频噪声低，抗干扰能力 强，更适合用于工控领域及恶劣的环境。Motorola 8位单片 机过去的策略是以掩膜为主，最近推出了OTP计划以适应单 片机发展新趋势。在32位机上，M.CORE在性能和功耗方面 都胜过ARM7。
单片机初级教程知识点总结
单片机初级教程知识点总结一、单片机的基本概念1. 什么是单片机单片机是一种嵌入式微处理器，集成了中央处理器、存储器、输入输出接口和定时器等功能的微型计算机系统。
它能够完成特定的功能，包括数字信号处理、控制、通信等。
2. 单片机的特点单片机主要有以下几个特点：（1）集成度高，封装紧凑；（2）内置存储器、输入输出接口，可直接控制外部设备；（3）资源丰富，包括中央处理器、定时器、串口、模拟数字转换器等；（4）功耗低，适合嵌入式应用。
3. 单片机的分类根据指令系统架构，单片机一般分为CISC（复杂指令集计算机）和RISC（精简指令集计算机）两种类型；根据应用领域，单片机可以分为通用单片机和专用单片机；根据架构，单片机可以分为8位、16位和32位单片机。
二、单片机的基本原理1. 单片机的内部结构单片机一般包括中央处理器、存储器、输入输出接口和定时器等部分。
中央处理器（CPU）负责执行指令集，控制运算与逻辑单元，实现数据处理功能；存储器包括程序存储器和数据存储器，用于存放程序和数据；输入输出接口用于与外部设备进行数据交换；定时器用于产生定时和计数。
2. 单片机的工作原理单片机的工作主要分为两个阶段，即指令执行阶段和数据操作阶段。
指令执行阶段主要是根据程序计数器获取指令，经过译码和执行产生结果；数据操作阶段主要是执行算术和逻辑运算，读写存储器，进行输入输出操作。
3. 单片机的编程逻辑单片机的编程逻辑主要包括输入指令、存储指令、执行指令和输出结果等步骤。
程序员需要根据硬件特性编写程序，利用指令集和寄存器进行数据处理，最终实现特定功能。
三、单片机的主要应用1. 工业控制单片机在工业控制领域得到广泛应用，可用于控制电机、传感器、执行器等设备，实现自动化生产和制造。
2. 仪器仪表单片机可以用于制造各种仪器仪表，包括数字示波器、多功能电表、数据采集卡等，用于科研、实验和测试。
3. 通信设备单片机可以用于设计各种通信设备，包括调制解调器、路由器、交换机等，实现数据传输和通信功能。
第一章单片机基础知识
Intel公司主要单片机产品
工作电 压(V) OTP ROM(B) RAM （B ） UART ( 个) 定时器 ( 个) I/O口线 (条)
型号
主频
8031
8051 8751 8052
5
5 5 5
12MHz
12MHz 12MHz 12MHz 8K 4K
128
128 128 256
1
1 1 1
2
2 2 3
一、程序存储器
程序存储器用于存放编好的程序 或表格常数。 MCS-51单片机程序 存储器的读取顺序由EA确定。
FFFFH 外部 ROM
EA=1 时，则 PC 的值在 0000H-0FFFH 之间， CPU 先从片内程序存储器空间取指执行； 当 PC 的值大于 0FFFH 时才访问外部的程 序存储器空间。 1000H 若EA=0时，则片内程序存储器空间被忽 略， CPU 只从片外程序存储器空间取指 0FFFH 0FFFH 执行。 内部 外部 ROM ROM 复位后PC=0000H。 (EA=1) 0000H (EA=0) 0000H 程序存储器中的某些单元预留给系
数据地址指针DPTR(16位）:存放程序存储器的地址或外部数据 存储器的地址。可分DPH和DPL两个独立8位寄存器使用。 访问范围：0000-0FFFFH。 程序计数器PC（16位）：指向下一条执行的指令地址执行指令 后自动加一，常将PC值设置成程序第一条指令的内存地址。 访问范围：0000-0FFFFH。 栈底 指令寄存器IR：存放当前执行的指令。 SP 指令译码器ID：解释指令，产生相应 SPSP+1 的控制信号。 堆栈指针SP（8位）：专门存放堆栈 的栈顶位置。遵循“先进后出”的 入栈 出栈 原则。
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1. 单片计算机(Single Chip Microcomputer)
SCM——将通用微计算机基本功能部件集成在一块芯片上 构成的一种专用微计算机系统，现在国际上通用的另一简称 为MCU(Micro Controller Unit)。
应用：SCM硬件+SCM软件+少量外围电路→嵌入式微机 系统+被控对象→微电脑控制产品
定时/计数器
中断系统 串行通信
第一章单片机基础知识综述
硬件内部结构
P0.0～P0.7
P2.0～P2.7
VCC (+5V)
GND
RAM地址 锁存器
RAM
P0口驱动器
P2口驱动器
P0口锁存器
P2口锁存器
ROM/ EPROM
程序地址寄存器
PSEN ALE
EA RST
B寄存器 ACC TMP2
TMP1
堆栈指针SP
第一章单片机基础知识综述
二进制：0、1 ；规则：逢二进一，后缀为B。 一般表达式为：
N B b n 1 • 2 n 1 b n 2 • 2 n 2 b 1 • 2 1 b 0 • 2 0
其中，基数为2，各位加权数为0，1。 例如：
1B 1 1 2 0 3 1 2 1 2 0 2 1 1 2 0
→
电路实验箱
虚拟实验平台
第一章单片机基础知识综述
PROTEUS单片机仿真软件
第一章单片机基础知识综述
Keil集成开发环境软件
Keil C51简介
Keil C51是51单片机软件开 发的C语言和汇编语言环境，可 以进行纯软件仿真；也可以与 Proteus软件联合进行仿真。
第一章单片机基础知识综述
使用教材
自动驾驭系统、通信系统及运行监视器(黑匣子)等； (5) 智能家电，如洗衣机、微波炉等；
第一章单片机基础知识综述
单片机应用范例
第一章单片机基础知识综述
3.单片机的发展：以Intel为例
1971年推出了4位单片机4004 1972年推出了基本雏形8位单片机8008 1976年起推出实用8位单片机8048（8位） 1978年起推出增强型8位单片机8051 1982年起推出16位单片机8096（16位） 迄今为止，世界各地厂商已相继研制出大约50个系列300多个品 种的单片机产品。 单片机的发展趋势是：高集成度、高性能、高性价比、低功耗— —微控制器（Micro Controller Unit) 增强功能的单片机，8位的51内核单片机仍然是目前主流机型。
特点：
（1）以C51编程语言作为贯穿 全书各章节的主线，汇编语言 内容仅按能读懂源代码程序的 要求安排。
（2）将近年来国际上热门的单 片机仿真软件引进到教材体系 中，使单片机的抽象概念直观 化，编程效果可视化。
（3）以仿真实验代替实物实验， 实验指导中包括了相关内容的 阅读材料。
第一章单片机基础知识综述
单片机常用的数制有十进制、二进制、十六进制。
十进制：0～9；规则：逢十进一，ห้องสมุดไป่ตู้缀为D，但可忽略。 一般表达式为：
N D d n 1 • 1 n 1 0 d n 2 • 1 n 2 0 d 1 • 1 1 d 0 0 • 1 0 0
基数
加权数0～9
例如：1 2 1 1 3 3 2 0 4 1 2 3 0 1 1 4 0 1 00
第一章单片机基础知识综述
教学目标——掌握单片机原理与应用系统设计技能 需要具备——单片机硬件、软件、接口三方面知识
硬件系统 软件系统
80C51型单片机
接口系统
各组成部分既相对 独立，又相互交叉
第一章单片机基础知识综述
硬件结构
硬件结构（RAM，ROM，IO，T/C，INT，UART）
存储器
输入/输出单元
第一章单片机基础知识综述
2.单片机的特点和应用
特点：小体积、低功耗、高性价比、开发性能好 应用领域： (1) 工业自动化，如工业过程控制、过程监测、机电一体化
产品等； (2) 智能仪器仪表，如常用的智能电度表、精密数字温度计
等； (3) 信息和通信产品，如打印机，电话机、传真机等； (4) 汽车电子和航空航天器电子系统，如动力监控监测系统、
第1章单片机基础知识概述
1.1 单片机概述 1.2 单片机学习的预备知识 1.3 Proteus软件简介
第一章单片机基础知识综述
1.1 单片机概述
1.1 单片机概述
1、什么是单片机 2、单片机的特点和应用 3、单片机的发展趋势 4、单片机的学习
1.2 单片机学习的预备知识 1.3 Proteus软件简介
第一章单片机基础知识综述
汽车电控系统中的单片机应用
第一章单片机基础知识综述
ABS系统：Anti-
LockBrake System 的英文缩写，翻译 过来可以叫做“刹车 防抱死系统”。
4、单片机的学习
(1)、熟悉单片机的原理，结构，片内资源及其应用 (2)、熟练运用电路基础知识； (3)、熟练掌握用C语言和汇编语言编程； (4)、熟悉操作系统原理； (5)、掌握Proteus 仿真技能； (6)、掌握实际系统的设计技术； (7)、具有制作实际电路、软、硬件调试能力。
XTAL2
第一章单片机基础知识综述
P1.0～P1.7
P3.0～P3.7
软件编程
汇编语言程序
C51语言程序
第一章单片机基础知识综述
接口系统
接口系统（LED，KEY，A/D，D/A，IO扩展）
数码管
键盘电路
键盘
模数转换
数模转换 可编程接口
第一章单片机基础知识综述
单片机的学习方法
理论教学→掌握基本原理→课堂讲解+课后复习练习 实验教学→掌握基本技能→教学实验+实验报告
定时 指 指 和 令令 控制 寄 译 逻辑 存 码
器器
ALU PSW
PCON SCON TMOD TCON
TH0 TL0 TH1 TL1
SBUF(TX/RX) IE
IP
中断、串行口和定时器逻辑
P1口锁存器
P3口锁存器
振荡器
P1口驱动器
P3口驱动器
缓冲器 PC递增器 程序计数器PC DPTR指针
XTAL1
1.2 单片机学习的预备知识
1.1 单片机概述 1.2 单片机学习的预备知识
1、数制及常用数制 2、数制转换 3、有符号数 4、位-字节-字 5、BCD码 6、ASCII码 7、逻辑门电路
1.3 Proteus软件简介
第一章单片机基础知识综述
1.数制定义
数制，进位设计制的简称，用时位方式计数的方法以。