8位、16位单片机
《单片机应用技术》课件
CHAPTER
02
单片机硬件结构
单片机的基本组成
运算器
用于执行算术和逻辑运算的部 件。
控制器
控制单片机各部件协调工作的 中心部件。
存储器
存储程序和数据的部件。
输入/输出接口
实现单片机与外部设备进行数 据交换的部件。
单片机的引脚与封装
引脚
单片机上用于与其他电路连接的接口 。
封装
将单片机芯片封装起来的壳体，便于 安装和连接。
工业自动化控制系统
工业自动化控制系统是单片 机应用的另一个重要领域， 通过单片机实现对生产设备 的自动化控制，提高生产效 率和产品质量。
工业自动化控制系统可以实 现的功能包括：自动化流水 线控制、工业机器人控制、 电机驱动与控制等。
单片机在工业自动化控制系 统中主要负责接收和处理各 种传感器和设备的信息，根 据预设的程序逻辑进行控制 ，并通过通信接口与其他设 备进行信息交互。
智能工业控制
单片机在工业自动化领域的应用将更 加广泛，提高生产效率和产品质量。
单片机与其他技术的融合发展
与传感器技术的融合
单片机可以与传感器技术结合，实现各种物理量的测量和智能化 处理。
与云计算技术的融合
通过云计算技术，可以实现单片机的远程监控和管理，提高数据处 理能力。
与人工智能技术的融合
单片机可以作为人工智能技术的硬件基础，实现各种智能化应用。
单片机的应用领域
总结词
智能仪表、工业控制、智能家居、通 信设备
详细描述
单片机被广泛应用于智能仪表、工业 控制、智能家居、通信设备等领域， 如智能电表、智能家居控制系统、智 能路由器等。
单片机的发展历程
总结词
4位单片机、8位单片机、16位单片机、32位单片机
单片机教程11：单片机算术运算指令
单⽚机教程11：单⽚机算术运算指令不带进位位的单⽚机加法指令ADD A,#DATA ;例：ADD A，#10HADD A,direct ;例：ADD A，10HADD A,Rn ;例：ADD A，R7ADD A,@Ri ;例：ADD A，@R0⽤途：将A中的值与其后⾯的值相加，最终结果否是回到A中。
例：MOV A，#30HADD A，#10H则执⾏完本条指令后，A中的值为40H。
下⾯的题⽬⾃⾏练习MOV 34H，#10HMOV R0，#13HMOV A，34HADD A，R0MOV R1，#34HADD A，@R1带进位位的加法指令ADDC A，RnADDC A,directADDC A,@RiADDC A,#data⽤途：将A中的值和其后⾯的值相加，并且加上进位位C中的值。
说明：由于51单⽚机是⼀种8位机，所以只能做8位的数学运算，但8位运算的范围只有0-255，这在实际⼯作中是不够的，因此就要进⾏扩展，⼀般是将2个8位的数学运算合起来，成为⼀个16位的运算，这样，能表达的数的范围就能达到0-65535。
如何合并呢？其实很简单，让我们看⼀个10进制数的例程：66+78。
这两个数相加，我们根本不在意这的过程，但事实上我们是这样做的：先做6+8（低位），然后再做6+7，这是⾼位。
做了两次加法，只是我们做的时候并没有刻意分成两次加法来做罢了，或者说我们并没有意识到我们做了两次加法。
之所以要分成两次来做，是因为这两个数超过了⼀位数所能表达的范置（0-9）。
在做低位时产⽣了进位，我们做的时候是在适当的位置点⼀下，然后在做⾼位加法是将这⼀点加进去。
那么计算机中做16位加法时同样如此，先做低8位的，如果两数相加产⽣了进位，也要“点⼀下”做个标记，这个标记就是进位位C，在PSW中。
在进⾏⾼位加法是将这个C加进去。
例：1067H+10A0H，先做67H+A0H=107H，⽽107H显然超过了0FFH，因此最终保存在A 中的是7，⽽1则到了PSW中的CY位了，换⾔之，CY就相当于是100H。
从8位、16位微控制器到ARM处理器
的关 系都 非常的 困难 。
的 话 ，价 格 大 约 在 ４ ５５美 元 。当然 ，不 可 能 －．
去 年 的 嵌 入 式市 场 ， 基 于 ＡＲ ７ ＤＭＩ 与 种 类 繁 多 的 ８位 微 控 制 器 一 件 一 件 地 进 行 Ｍ Ｔ
内 核 的 Ｓ Ｃ 微 控 制 器 吸 引 了 很 多 人 的 注 意 。 比 较 ， 是 ， 面 比较 的 是 主 要 的 部 分 ， 或 ｏ 但 上 你 它 们 集 成 了 更 多 的 外 设 ，价 格 也 更具 有 竞 争 许 希 望 有 １ ＫＢ的 Ｅ Ｐ Ｍ ， 而 ＡＲＭ７Ｓ Ｃ Ｅ ＲＯ 然 ｏ
试 着 看 那 些 设 备 的 驱 动 是 否 可 以 省 时 省 力 地 全 力 以 赴 的 用 它 了 ， 因 为 它 无 须 额 外 的 存 储
力 ， 型 的 封 装 ， 用 的 外 设 ， 配 置 的 存 储 小 通 可 是 没 有 的 。 从 另 一 方 面 说 ，那 些 对 成本 特 别
器 以 及 快 得 令 人 瞠 目 的 频 率 。 本 文 将 把 注 意 在 意 的 人 或 许 会 希 望 ＡＲＭ ７内 有 １ ＫＢ 的 ６
的不 同 。
许 多 ８位 机 的 资 深 研 发 人 员通 常 会 对 要 阅 读 ＡＲＭ７ 手 册 感 到 头 疼 。相 比 ＡＲ 的 Ｍ７寄
在 短 期 ，主 要 的 因 素 是 芯 片价 格 ，功 能 存 器 的 设 置 ， 位 机 的控 制 寄 存 器 的 设 置 显 得 ８
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王ｌ 莹
从 ８位、１ 位微控制器到 Ａ Ｍ处理器 ６ Ｒ
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单片机课件第二章 ARM体系结构
2.5
ARM微处理器指令系统
2.5.1 基本寻址方式
寻址方式是根据指令中给出的地址码字段来实现寻找真实操作数地 址的方式，ARM处理器有9 种基本寻址方式。
1.寄存器寻址
操作数的值在寄存器中，指令中的地址码字段给出的是寄存器编 号，指令执行时直接取出寄存器值操作。
例如指令： MOV R1,R2 SUB R0,R1,R2
11111
系统模式
PC，R14～R0，CPSR（ARM v4及以上版本）
并非所有的模式位组合都能定义一种有效的处理器模式。其他组合的 结果不可预知。
2.2 ARM微处理器的寄存器结构
2.2.4 Thumb状态的寄存器集
2.2 ARM微处理器的寄存器结构
2.2.4 Thumb状态的寄存器集
Thumb 状态的寄存器在ARM 状态的寄存器上的映射
在Thumb状态下，程序计数器PC（Program Counter）使用位[1]选 择另一个半字。ARM处理器在两种工作状态之间可以切换。
Thumb状态：当操作数PSR控制位T为1时，执行BX指令进入Thumb 状态。如果处理器在Thumb状态进入异常，则当异常处理（IRQ、 FIQ、Undef、Abort和SWI）返回时，自动转换到Thumb状态。（异 常都是在ARM 状态中执行） ARM状态：当操作数PSR控制位T为0时，执行BX指令进入ARM状态 ；处理器发生异常（IRQ、FIQ、Reset、Undef、Abort和SWI）。在 此情况下，把PC内容复制到异常模式的链接寄存器中，并且异常处 理将从异常向量地址开始。
sys（系统模式）：运行具有特权的操作系统任务。
und（未定义指令中止模式）：当未定义的指令执行时进入该 模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。
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。
单片机的历史和发展
单片机的历史和发展一．单片机的发展史（1）第一阶段（1976-1978）：单片机的控索阶段。
以Intel公司的MCS–48为代表。
MCS –48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola 、Zilog等，都取得了满意的效果。
这就是SCM的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。
（2）第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。
Intel公司在MCS–48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS–51。
它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。
①完善的外部总线。
MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。
②CPU外围功能单元的集中管理模式。
③体现工控特性的位地址空间及位操作方式。
④指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。
（3）第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。
Intel公司推出的MCS–96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。
随着MCS–51系列的广应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制的特征。
（4）第四阶段（1990—）：微控制器的全面发展阶段。
随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。
二．单片机的未来趋势作为一个炙手可热的产品，单片机未来的走势会是怎么样的呢？作为一种应用型产品无外乎就是节省快速两个方面。
在资源日益枯竭的今天，节能成为所用产品不可避免的话题，所以低功耗是未来单片机的一个重要方向。
STM8S103中文手册
STM8S103K3STM8S103F3 STM8S103F2
基础型系列，16MHz STM8S 8位单片机，多达8K字节Flash 集成数据EEPROM，10位ADC，3个定时器，UART，SPI，I²C 芯片特点
内核 高级STM8内核，具有3级流水线的哈佛 结构 扩展指令集 存储器 程序存储器：8K字节Flash；10K次擦写 后在55°C环境下数据可保存20年 数据存储器：640字节真正的数据 EEPROM；可达30万次擦写 RAM：1K字节 时钟、复位和电源管理 2.95到5.5V工作电压 灵活的时钟控制，4个主时钟源 – 低功率晶体振荡器 – 外部时钟输入 – 用户可调整的内部16MHz RC – 内部低功耗128kHz RC 带有时钟监控的时钟安全保障系统 电源管理： – 低功耗模式(等待、活跃停机、停机) – 外设的时钟可单独关闭 永远打开的低功耗上电和掉电复位 中断管理 带有32个中断的嵌套中断控制器 6个外部中断向量，最多27个外部中断 定时器 高级控制定时器：16位，4个捕获/比较 通道，3个互补输出，死区控制和灵活的 同步
7 8 9 10
中断向量映像 ..........................................................................................................27 选项字节 .................................................................................................................28 特有ID .....................................................................................................................31 电气特性 .................................................................................................................32
单片机复习题(参考答案)
一、填空题1．计算机中最常用的字符信息编码是 ASCII码。
2．计算机中常用的码制有原码，反码和补码。
3. 十进制数29的二进制表示为 11101B。
4. 十进制数-29的8位补码表示为 11100011B 。
5．如果存储单元的数据位为8位，当它存放无符号数时，则该数的范围为 0~255 ；存放有符号数时，以原码表示的范围为 -127~127 ，以补码表示，范围为 -128~127 。
6．设X=87H，Y=E6H，则X与Y按位“或”运算为 E7H，X与Y的按位“异或”运算为 61H 。
（要求结果写成16进制形式）7.按照CPU对数据处理的位数，单片机通常分为 4 位、8 位、 16 位、 32 位等四类。
8.计算机的经典结构由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成。
9.一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。
10. 如果存储单元的数据位为16位，当它存放无符号数时，则该数的范围为 0~65536 。
11．计算机三大总线分别为地址总线、数据总线和控制总线。
二、单选题1．数据的存储结构是指（C）。
A、存储在外存中的数据B、数据所占的存储空间量C、数据在计算机中的顺序存储方式D、数据的逻辑结构在计算机中的表示2．真值0表示形式唯一的机器数是（C ）。
A. 原码B．反码C．补码D．原码和反码3．计算机能直接识别的语言是（C）。
A．汇编语言 B．自然语言 C．机器语言 D．C语言一、填空题1. 复位后寄存器PC= 0 、SP= 7 、P0～P3= FFH 、PSW= 0 。
2．EA引脚的作用是允许访问片外程序存储器输入线。
3. 8051是 8 位的单片机，其内部存储器容量为 128B RAM， 4KB ROM。
4．当80C51引脚ALE信号有效时，表示从P0口稳定地送出了低8位地址。
5. 80C51单片机有两种复位方式，即上电自动复位和按键手动复位。
6．8051单片机片内包含 4KB ROM和 128B RAM（填容量）， 2 个定时器。
单片机的构成
单片机的构成单片机是一种集成电路芯片，内部集成了微处理器核心、存储器、输入输出接口、定时器/计数器、模拟数字转换器等组件，可独立完成控制和数据处理等任务。
单片机不需要外接电路，具有功耗低、体积小、可靠性高、操作简便等优点，被广泛应用于自动化控制、通信、计算机外围设备等领域。
单片机的最基本结构分为三部分：核心单元、存储器、输入输出接口。
其中，核心单元又称为“CPU”（中央处理器），是单片机的工作核心，负责处理指令、数据等任务。
存储器主要包括程序存储器、数据存储器和一些特殊存储器（如EEPROM等），存储程序和数据等信息。
输入输出接口则是单片机与外部设备进行信息交换的通道，负责接收外界信号和向外部设备发送控制信号。
1.核心单元核心单元由中央处理器和一些必要的设备组成。
中央处理器是整个单片机系统的中枢，其内部集成了控制单元、算数逻辑单元、寄存器组、总线接口等模块，可实现指令译码、运算处理、数据读写等任务。
常见的单片机CPU有8位、16位和32位等多种规格，如8051、PIC、AVR、ARM等。
2.存储器单片机内存储器一般包括程序存储器（ROM）、随机存储器（RAM）和特殊存储器。
其中，程序存储器是存放程序代码的地方，可分为只读存储器（ROM）和可擦写可编程存储器（EPROM、EEPROM、FLASH等）。
随机存储器是用于存放变量、临时数据等的地方，由于RAM 的读写速度很快，因此非常适合用于数据存储。
特殊存储器包括口罩寄存器、中断向量表、IO口等，功能各不相同。
3.输入输出接口单片机的输入输出接口用于与外部设备连接，由于单片机内部电子元件是数字电路，不能直接处理模拟信号或高电压信号，因此需要输入输出接口来进行信号转换和电平适配。
输入输出接口中比较基本的有通用输入输出口（GPIO）、模拟数字转换器（ADC/DAC）、串行通信口（UART/SPI/I2C等）等。
在实际应用中，根据需要还可以增加LCD液晶显示、键盘、LED指示灯等设备来进行控制和数据显示。
avr单片机
六、开发AVR单片机需要的编译器
软件名称
AVR Studio IDE、汇编编译器
类型
简介
ATMEL AVR Studio集成开发环境(IDE)，可使用汇编语言进行开发（使用其 它语言需第三方软件协助），集软硬件仿真、调试、下载编程于一体。 ATMEL官方及市面上通用的AVR开发工具都支持AVRStudio。 GCC是Linux的唯一开发语言。GCC的编译器优化程度可以说是目前世界上 民用软件中做的最好的，另外，它有一个非常大优点是，免费！在国外，使 免费！ 免费 用它的人几乎是最多的。但，相对而言，它的缺点是，使用操作较为麻烦。 市面上(大陆)的教科书使用它作为例程的较多，集成代码生成向导，虽然它 的各方面性能均不是特别突出，但使用较为方便。虽然ICCAVR软件不是免 费的，但，它有Demo版本，在45天内是完全版。 与KeilC51的代码风格最为相似，集成较多常用外围器件的操作函数，集成 代码生成向导，有软件模块，不是免费软件，Demo版为限2KB版。
三、AVR单片机的型号标识解析
1. 型号紧跟的字母，表示电压工作范围。带“V”：1.8-5.5V；若缺省，不带“V”： 2.7-5.5V。 例：ATmega48-20AU，不带“V”表示工作电压为2.7-5.5V。 2. 后缀的数字部分，表示支持的最高系统时钟。 例：ATmega48-20AU，“20”表示可支持最高为20MHZ的系统时钟。 3. 后缀第一（第二）个字母，表示封装。“P”：DIP封装，“A”：TQFP封装， “M”：MLF封装。 例：ATmega48-20AU，“A”表示TQFP封装。 4. 后缀最后一个字母，表示应用级别。“C”：商业级，“I”：工业级（有铅）、 “U”工业级（无铅）。 例：ATmega48-20AU，“U”表示无铅工业级。ATmega48-20AI，“I”表示有铅 工业级。
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11
• 所谓8位单片机（内部来讲是有8根数据 线，能运行2的8次方运算）。 8位机就是在写程序的时候操作数（也就 是用到的存数据的地方）可以是8位的， 而16位机就是可以是16位的，也就是说， 同样16位数据，在4位机上我要移动4次， 而在32位机上我如400+500 这个对8位单片机而言要 做2次8位加法运算 并整合（2^8=256 8位单片机数据处理一次最大只能是255） • 而16位单片机只要一次就可以了 因为 2^16=65536 400和500均远远小于 这个数
22
• “位”就是单片机的处理芯片(相当于 CPU)处理的速度 8位就是2的8次方次运算，16位就是2 的16次方，就是说8位机每秒能进行 256次运算，16位的能进行65536次运 算。速度越快说明单片机的位数越高。
33
• X位单片机主要指它在一个指令周期内可 以同时处理的数据位数。一般用寄存器 位数表达。地址线数量是指总线处理能 力。两个指标在同一单片机上可以不同。 总线带宽由地址线位数和总线工作频率 决定。 • 所有单片机的内部均是二进制操作，基 于编译系统和语言不同，一般支持各种 数制。