第1讲单片机基础知识

四．单片机环境温度问题
• 单片机应用中的环境温度问题，是指单片 机应用中的抗干扰特性和温度特性。由于 单片机的应用是面向工业现场，因此，它 应具有很强的抗干扰能力，这是其他计算 机无法相比的。单片机的温度特性，与其 他集成电路芯片一样，按所能适应的环境 温度，可分为如下3个等级。民用级：0～ +70℃；工业级：-40～+85℃；军用级：65～+125℃。因此，在工业应用中应根据 现场环境温度来选择单片机芯片。
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表1-1 80C51系列单片机分类表
芯片型号 分类 总 线 型 基 本 型 8来自百度文库C31 80C51 87C51 存储器类型及字节数/B 片内其他功能单元数量
ROM
－ 4K掩膜 4K
RAM
128 128 128
并口
4个 4个 4个
串口
1个 1个 1个
定时/计数器
2个 2个 2个
中断源
5个 5个 5个
1.2 单片机的发展过程及产品近况
1.2.1单片机的发展过程
单片机技术发展过程可分为三个主要阶段： 第一阶段（1947～1978年）为初级单片机形成阶段。 其典型产品是Intel公司推出了MCS-48系列单片机。8位CPU、 1K字节ROM、64字节RAM、27根I/O线和1个8位定时/计数 器。 特点是：存储器容量较小，寻址范围小（不大于4K）， 无串行接口，指令系统功能不强。 第二阶段（1978～1983年）为高性能单片机阶段。 其典型产品是Intel公司推出了MCS-51系列单片机：8位 CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双 工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K，并有控制 功能较强的布尔处理器。
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特点是：结构体系完善，性能已大大提高，面向控 制的特点进一步突出。现在，MCS-51已成为公认的 单片机经典机种 。 第三阶段（1983年以后）微控制器化阶段。 其典型产品是Intel推出MCS-96系列单片机。芯 片内集成：16位CPU、8K字节ROM、232字节RAM、 5个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数 器。寻址范围64K。片上还有8路10位ADC、1路 PWM输出及高速I/O部件等。 特点是：片内面向测控系统外围电路增强，使单片 机可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。
图1.4单片微型计算机
内部结构：在塑料基底 的中央有一个微型的芯 片，还有连接芯片和单 片机管脚的细导线。单 片机起主要作用的是芯 片部分，细导线只是起 到了在芯片和管脚之间 传递信号的作用。
单片机
存储器 时钟电路 控制电路 CPU 定时器
片
I / O口
晶
单 硅
单片微机
随着大型集成电路技术的不断进 步，80年代发展出了能在一个芯 片上集成CPU、RAM、ROM、I/O口 等电子电路的超微型计算机，这 种单个芯片式的微型计算机就被 命名为单片微型计算机 (Single Chip Microcomputer),简称为单 片微机或单片机。
• 二、芯片中“C”和“S”的含义
• MCS-51系列单片机采用两种半导体工艺生产。一种 是采用高速度、高密度和短沟道HMOS工艺。另 外一种是采用高速度、高密度和低功耗的互补 金属氧化物的CHMOS工艺。表1-1中芯片型号中带 有字母“C”的，为CHMOS芯片，不带“C”的为一 般的HMOS芯片。 • 带“C”的芯片具有低功耗（例如8051的功耗为 630 mW，而80C51的功耗只有120 mW）的特点之外， 还具有各I/O口电平既与 TTL电平兼容，也与 CMOS电平兼容。 • AT89S51/89S52带“S”系列产品最大的特点是 具有在系统可编程功能。用户只要连接好下载电路， 就可以在不拔下51芯片的情况下，直接在系统中进 行编程。编程期间系统是不能运行程序的。
单片 机硬 件系 统
单片 机软 件系 统
单片 机应 用系 统
图1.6 单片机应用系统的组成
1.1.3 80C51单片机系列
Intel公司生产的MCS系列单片机，尽管单片机型号 很多，但从目前来看，使用最为广泛的应该MCS-51单片 机。主要研究MCS-51系列8位单片机80C51。分析和研 究80C51的硬件结构、工作原理、软件及工程应用系统的 设计。 80C51系列单片机如表1-1所示。表1-1中列出了 80C51单片机系列的芯片型号及主要技术指标，由此可对 80C51单片机系列有一个全面的了解。下面我们就在这个 表的基础上进一步对80C51系列单片机作一些说明。
六.AT89C51与AT89S51的区别
• AT89S51单片机是在对AT89C51单片机进行了很 多改进，新增加了很多功能，性能有了较大提升， 价格基本不变，甚至比AT89C51更低，使用上与 80C51单片机完全兼容。 • AT89S51相对与AT89C51曾加的新功能主要有： ISP在线编程功能、最高工作频率提升为33MHz、 具有双工UART串行通道、内部集成看门狗计时 器、双数据指示器、电源关闭标识、全新的加密 算法，程序的保密性大大加强等。 • 注意，向AT89C51单片机写入程序与向AT89S51 单片机的写入程序的方法有所不同，所以，购买 的编程器，必须具有写入AT89S51单片机的功能， 以适应产品的更新。Atmel公司现已停止生产 AT89C51型号的单片机，被其AT89S51型号的单 片机所代替
图1-2
通用微机、单板机与单片机区别
通用微机系统通常由多块印刷电路板制成：
内存条
CPU
主板
多板机
2、单板微型计算机
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）等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计算机 （简称单板机）。单板微型计算机组成如图1-3所示。 主要应用于工业控制器、家用电器等。
★89C51
89S51 增 强 型 80C32 80C52 87C52 ★ 89C52 89S52
4K Flash
4K ISP － 8K掩膜 8K 8K 8K ISP
128
128 256 256 256 256 256
4个
4个 4个 4个 4个 4个 4个
1个
1个 1个 1个 1个 1个 1个
2个
2个 3个 3个 3个 3个 3个
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
微型计算机系统
微型计算机系统
CPU
输 入 设 备
输 入 接 口 电 路
运算器 控制器
存储器 硬件系统
输 出 接 口 电 路
硬件系统 —— 构成微机 的实体和装置
输 出 设 备 软
+
件 系 统
软件系统——微机系统所 使用的各种程序的总称
5个
5个 6个 6个 6个 6个 6个
89C2051 非总线 型 ★89C4051
2K Flash
4K Flash
128
2个
2个
1个
1个
2个
2个
5个
5个
注意：1、表中加★ 的被ATMEL公司的AT89S51/89S52新产品所取代，新产 品具有ISP（在系统编程）功能，使用非常方便，实际应用时应首选。 2、89C51已停产。
一、基本型和增强型
80C51系列又分为基本型（51子系列）和增强型（52子系 列）两个子系列，并以芯片型号的最末位数字是1还是2来区别。
从表1-1所列内容中可以看出增强型增强的功能具体方面
如下：
(1) 片内ROM从4KB增加到8KB; (2) 片内RAM从128B增加到256B; (3) 定时/计数器从2个增加到3个; (4) 中断源从5个增加到6个。
第1章 单片机基础知识
计算机的分类
1.1 概述 什么是单 片机？
单片微型控制器。 Chip Microcontroller
单片机是把微型计算机的各个功能部件（中 央处理器 CPU 、随机存取存储器 RAM 、只读存 储器ROM、I/O接口、定时器/计数器以及串行通 信接口等）集成在一块芯片上，构成一个完整的 计算机 。
图1-3
单板机
印
输入输出接口 芯片 CPU 芯片 CPU
存储器芯片
A/D、D/A 芯片
内存条
刷
电 路
定时计数器 芯片
板
3、单片微型计算机
在一片大规模集成电路芯片上集成微处理器（CPU）、存储器 （RAM、ROM）、I/O接口电路 ，从而构成了单芯片微型计算机，简 称单片机。单片微型计算机如图1.4所示。单片机主要应用于智能 仪表、智能传感器、智能家电、智能办公设备、汽车及军事电子设 备等应用系统。 单片机体积小、价格低、可靠性高，其非凡的嵌 入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。
五.80C51与AT89C51的区别
• Intel公司在1980年推出80C51系列单片机，由于80C51 单片机应用早，影响面很大，已经成为工业标准。后来 很多著名厂商如Atmel，philps等公司申请了版权，生产 了各种与80C51兼容的单片机系列。虽然制造工艺在不 断地改进，但内核却没有变化，指令系统完全兼容，而 且大多数管脚也兼容。因此，我们称这些与80C51内核 相同的单片机为80C51系列单片机或51系列单片机。 • 由于80C51单片机是早期产品，用户无法将自己编写的 应用程序烧写到单片机内的存储器，只能将程序交由芯 片厂商代为烧写，并且是一次性的。8751单片机的内部 存储器有了改进，用户可以将自己编写的程序写入单片 机的内部存储器中，但需要用紫外线灯照射25分钟以上 再烧写，烧写次数和电压也是有一定限制的。 • AT89C51单片机是Atmel公司1989年生产的产品， Atmel率先把80C51内核与Flash技术相结合，推出了轰 动业界的AT89系列单片机。AT89C51单片机指令系统、 管脚完全与80C51兼容。
三．片内ROM程序存储器配置形式 80C51单片机片内程序存储器有4种配置形式，即掩膜ROM、 EPROM、FlashROM和没有（无ROM）。这4种配置形式对应4种 不同的单片机芯片,它们各有特点，也各有其适用场合，在使用时 应根据需要进行选择。具体说明如下所示。 （1）无ROM（即ROMLess），即80C31单片机片内无程序存储 器，应用时要在片外扩展程序存储器。 （2）掩膜ROM（即MaskROM）型，只能一次性由芯片生产厂商 写入，用户无法写入。 （3）EPROM型，通过紫外光照射擦除，用户通过写入装置写入程 序。 （4）Flash ROM型，程序可以用电写入或电擦除（当前常用方 式）。
• 不同厂商不同 型号的单片机 产品有不同的 特点： • 存储器的容量、 管脚数、 • 内部结构、 • 工作电压、 • 运算速度、 • 指令等……
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 的。
1、微型计算机
将微处理器CPU、存储器（RAM、ROM）、基本输入/输出（I/O 接口电路和总线接口等组装在一块主机板（即微机主板）。各种适 配（卡）插在主机板的扩展槽上并与电源、软/硬盘驱动器和光驱等 装在同一机箱内，再配上系统软件，就构成了一台完整的微型计算 机系统。微型计算机硬件组成如图1-2所示。
微型计算机系统
CPU
输 入 设 备
输 入 接 口 设 备
运算器 控制器
输 出 接 口 设 备
输 出 设 备
软
+
件 系 统
存储器
硬件系统
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
单片机应用系统的组成
单片机应用系统的组成如图1.6所示。单片机应用系统是 以单片机为核心，再加上接口电路及外设等硬件电路和软件， 就构成了单片机应用系统。因此，单片机应用系统的设计人 员必须从硬件和软件角度来研究单片机，这样才能研究 和开发出单片机应用系统和产品。
1.2.2、单片机产品近
单片机产品已达60多个系列，600多个品种。但近年来 推出的与80C51兼容的主要产品有： 1、ATMEL公司E2PROM、Flash存储器技术的AT89 系列单片机。 2、Philips公司的80C51、80C550、80C552系列。 3、 Motorola公司M68HC05系列。 4、Microchip公司PIC系列。 5、ADI公司的ADμ C8xx高精度ADC系列。 6、LG公司的GMS90/97低压高速系列。 7、Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系 列。 8、Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机。