第1章 单片微型计算机概述

1、第第1 1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述第第1 1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述 学习目的学习目的学习重点和难点学习重点和难点 1、微型计算机的组成及应用形态。、微型计算机的组成及应用形态。2、80C51单片机系列。单片机系列。1、了解单片机的发展过程及产品近况、了解单片机的发展过程及产品近况2、了解单片机的特点及应用领域。、了解单片机的特点及应用领域。3、掌握微型计算机的组成及应用形态、掌握微型计算机的组成及应用形态4、掌握、掌握80C51单片机系列单片机系列第第1 1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述1.1 1.1 微型计算机概述微型计算机概述1.2 1.2

2、 单片机的发展过程及产品近况单片机的发展过程及产品近况1.3 1.3 单片机的特点及应用领域单片机的特点及应用领域1.4 1.4 单片机的发展趋势单片机的发展趋势1.1.1 1.1.1 微型计算机的组成及应用形态微型计算机的组成及应用形态1.1.2 1.1.2 单片机内部结构及单片机应用系统组成单片机内部结构及单片机应用系统组成1.1.3 80C511.1.3 80C51单片机系列单片机系列 1.2.1 1.2.1 单片机的发展过程单片机的发展过程1.2.2 1.2.2 单片机产品近况单片机产品近况1.3.1 1.3.1 单片机的特点单片机的特点1.3.2 1.3.2 单片机的应用领域单片机的

3、应用领域思考题与习题思考题与习题本章小结本章小结第第1 1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述1.1.11.1.1微型计算机的组成及应用形态微型计算机的组成及应用形态一、微型计算机系统的组成一、微型计算机系统的组成 微型计算机系统是由微型计算机系统是由硬件和软件硬件和软件组成。组成。 1.1.硬件是指组成计算机的物理实体，是看得硬件是指组成计算机的物理实体，是看得见摸得着的部分，如见摸得着的部分，如图图1-11-1所示。它是由所示。它是由微处理微处理器器CPUCPU、存储器（、存储器（RAMRAM、ROMROM）、基本输入）、基本输入/ /输出输出（I/OI/O）接口电路和总线（）接口电

4、路和总线（BUSBUS）接口）接口等组成。等组成。 2.2.软件简单地说就是程序，指专业软件开发软件简单地说就是程序，指专业软件开发者开发的者开发的系统软件和应用软件系统软件和应用软件等。等。返回第第1 1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述第第1 1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述二、微型计算机的应用形态二、微型计算机的应用形态 从应用形态上，微机可以分成三种：从应用形态上，微机可以分成三种：单板机单板机单片机单片机系统机（多板机）系统机（多板机）第第1 1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述 1、多板微型计算机或系统机、多板微型计算机或系统机 将微处理器将微处理器CP

5、U、存储器（、存储器（RAM、ROM）、基本输入）、基本输入/输出（输出（I/O）接口电路和接口电路和总线总线接口等组装在一块主机板（即微机主板）。各种适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装在同一机箱内，再配上系统软件，就构成了一台完整的 图1-2 微型计算机硬件组成微型计算机硬件组成二、微型计算机的应用形态二、微型计算机的应用形态微型计算微型计算机系统机系统第第1 1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述 将将C

6、PUCPU芯片、存储器芯片、芯片、存储器芯片、I/OI/O接口芯片和接口芯片和（小键盘、（小键盘、LEDLED显示器）等装配在一块印刷电路板上，显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序（固化在再配上监控程序（固化在ROMROM中），就构成了一台单板微中），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型计算机（简称单板机）。单板微型计算机组成如图1-31-3所示。所示。 主要应用于工业控制器、家用电器等。主要应用于工业控制器、家用电器等。2、单板微型计算机、单板微型计算机单板微型单板微型计算机计算机图图1-3第第1 1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述 在一片

7、大规模集成电路芯片上集成微处理器在一片大规模集成电路芯片上集成微处理器（CPUCPU）、存储器（）、存储器（RAMRAM、ROMROM）、）、I/OI/O接口电路接口电路 ，从而构成了单芯片微型计算机，简称从而构成了单芯片微型计算机，简称。 单片机体积小、价格低、可靠性高，其非凡的单片机体积小、价格低、可靠性高，其非凡的形态对于满足嵌入式应用需求具有独形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。特的优势。 图1.4单板微型计算机3、单片微型计算机、单片微型计算机第第1 1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述一、单片机内部结构一、单片机内部结构 单片机内部结构由单片机内部结构由微处理器微处理

8、器CPU、随机存取存储器、随机存取存储器RAM、只读存储器、只读存储器ROM、基本输入、基本输入/输出输出(I/O)接口电路、接口电路、定时器定时器/计数器和中断系统计数器和中断系统等部件组成，并把它们制作在等部件组成，并把它们制作在一块大规模集成电路芯片上，就构成一个完整的单片微型一块大规模集成电路芯片上，就构成一个完整的单片微型计算机。计算机。 1.1.21.1.2单片机内部结构及单片机应用系统组成单片机内部结构及单片机应用系统组成返回第第1 1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述二、单片机应用系统的组成二、单片机应用系统的组成 单片机应用系统是以单片机为核心，再加上接单片机应用系统

9、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，应用系统。因此，这样才能研究，这样才能研究和开发出单片机应用系统和产品。和开发出单片机应用系统和产品。 单片单片机硬机硬件系件系统统单片单片机软机软件系件系统统单片单片机应机应用系用系统统单片单片机应机应用系用系统统单片单片机软机软件系件系统统单片单片机硬机硬件系件系统统学习的目的：了解、熟悉、掌握现有的单片机应用系统学习的目的：了解、熟悉、掌握现有的单片机应用系统-会使用会使用 改进、改造、改善现有的单片机应用系统改进、改造、改善现有的单片机应用系统-会提升会提升

10、 设计、开发、研制全新的单片机应用系统设计、开发、研制全新的单片机应用系统-会创新会创新第第1 1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述 Intel公司生产的公司生产的MCS系列单片机，尽管单片系列单片机，尽管单片机型号很多，但从目前来看，使用最为广泛的应机型号很多，但从目前来看，使用最为广泛的应该该MCS-51单片机。单片机。 本书主要研究本书主要研究MCS-51系列系列8位单片机位单片机80C51。分析和研究分析和研究80C51的硬件结构、工作原理、软件及的硬件结构、工作原理、软件及工程应用系统的设计。工程应用系统的设计。1.1.3 80C511.1.3 80C51单片机系列单片机系列

11、返回第第1 1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述 表表1-1 80C51系列单片机分类表系列单片机分类表分类分类芯片型号芯片型号存储器类型及字节数存储器类型及字节数/B片内其他功能单元数量片内其他功能单元数量ROMRAM并口并口串口串口定时定时/计数器计数器中断源中断源总总线线型型基基本本型型80C311284个个1个个2个个5个个80C514K掩膜掩膜1284个个1个个2个个5个个87C514K1284个个1个个2个个5个个89C514K Flash1284个个1个个2个个5个个89S514K ISP1284个个1个个2个个5个个增增强强型型80C322564个个1个个3个个6个个8

12、0C528K掩膜掩膜2564个个1个个3个个6个个87C528K2564个个1个个3个个6个个 89C528K2564个个1个个3个个6个个89S528K ISP2564个个1个个3个个6个个非总线非总线型型89C20512K Flash1282个个1个个2个个5个个89C40514K Flash1282个个1个个2个个5个个注意：注意：1、表中加、表中加 的被的被ATMEL公司的公司的AT89S51/89S52新产品所取代，新产新产品所取代，新产品具有品具有ISP（在系统编程）功能，使用非常方便，实际应用时应首选。（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。已

13、停产。第第1 1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述1.2 单片机的发展过程及产品近况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的发展过程 单片机技术发展过程可分为三个主要阶段：单片机技术发展过程可分为三个主要阶段： 第一阶段（第一阶段（19471978年）为年）为初级单片机初级单片机形成阶段。形成阶段。 其典型产品是其典型产品是Intel公司推出了公司推出了MCS-48系列单片机。系列单片机。8位位CPU、1K字节字节ROM、64字节字节RAM、27根根I/O线和线和1个个8位定时位定时/计数计数器。器。 特点是：存储器容量较小，寻址范围小（不大于特点是：存储器容量较

14、小，寻址范围小（不大于4K），），无串行接口，指令系统功能不强。无串行接口，指令系统功能不强。 第二阶段（第二阶段（19781983年）为年）为高性能单片机高性能单片机阶段。阶段。 其典型产品是其典型产品是Intel公司推出了公司推出了MCS-51系列单片机：系列单片机：8位位CPU、4K字节字节ROM、128字节字节RAM、4个个8位并口、位并口、1个全双个全双工串行口、工串行口、2个个16位定时位定时/计数器。寻址范围计数器。寻址范围64K，并有控制，并有控制功能较强的布尔处理器。功能较强的布尔处理器。返回第第1 1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述 特点是：结构体系完善，性能已大

15、大提高，面向控特点是：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，制的特点进一步突出。现在，MCS-51已成为公认的已成为公认的单片机经典机种单片机经典机种 。 第三阶段（第三阶段（1983年以后）年以后）微控制器化微控制器化阶段。阶段。 其典型产品是其典型产品是Intel推出推出MCS-96系列单片机。芯系列单片机。芯片内集成：片内集成：16位位CPU、8K字节字节ROM、232字节字节RAM、5个个8位并口、位并口、1个全双工串行口、个全双工串行口、2个个16位定时位定时/计数计数器。寻址范围器。寻址范围64K。片上还有。片上还有8路路10位位ADC、1路路PWM输出及高

16、速输出及高速I/O部件部件等。等。 特点是：片内面向测控系统外围电路增强，使单片特点是：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机可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备自动测控系统及设备。第第1 1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述单片机产品已达单片机产品已达6060多个系列，多个系列，600600多个品种。但多个品种。但近年来推出的与近年来推出的与80C5180C51兼容的主要产品有：兼容的主要产品有： 1 1、ATMELATMEL公司公司E E2 2PROMPROM、FlashFlash存储器技术的存储器技术的AT89AT89系列单片机。系列单片机。 2

17、2、PhilipsPhilips公司的公司的80C5180C51、80C55080C550、80C55280C552系列。系列。 3 3、 Motorola Motorola公司公司M68HC05M68HC05系列。系列。 4 4、MicrochipMicrochip公司公司PICPIC系列。系列。 5 5、ADIADI公司的公司的ADC8xxADC8xx高精度高精度ADCADC系列。系列。 6 6、LGLG公司的公司的GMS90/97GMS90/97低压高速系列。低压高速系列。 7 7、SSTSST公司的公司的ST89XXXXST89XXXX系列的系列的IAPIAP型单片机。型单片机。1.2

18、.2、单片机产品近况、单片机产品近况第第1 1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述1.3单片机的特点及应用领域单片机的特点及应用领域1.3.1单片机的特点单片机的特点 单片机芯片的集成度非常高，它将微型计算机的主要单片机芯片的集成度非常高，它将微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，因此，具有如下特点：部件都集成在一块芯片上，因此，具有如下特点： 1、体积小、重量轻、价格低、耗电少、易于产品化。、体积小、重量轻、价格低、耗电少、易于产品化。 2、控制性能。、控制性能。 实时控制功能强、运行速度快。因为实时控制功能强、运行速度快。因为CPU可以对可以对I/O端端口直接进行指令操作，而且位指

19、令操作能力更是其它计算口直接进行指令操作，而且位指令操作能力更是其它计算机无法比拟的。机无法比拟的。 3、可靠性高。、可靠性高。 由于由于CPU、存储器及、存储器及I/O接口集成在同一芯片内，各部接口集成在同一芯片内，各部件间的连接紧凑，数据在传送时受干扰的影响较小，且不件间的连接紧凑，数据在传送时受干扰的影响较小，且不易受环境条件的影响，所以单片机的可靠性非常高。易受环境条件的影响，所以单片机的可靠性非常高。返回第第1 1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述1.3.2单片机的应用领域单片机的应用领域 1、家用电器。家用电器是单片机的重要应用领域、家用电器。家用电器是单片机的重要应用领域

20、之一，前景广阔。如微波炉、电视机、电饭煲、空调器、之一，前景广阔。如微波炉、电视机、电饭煲、空调器、电冰箱、洗衣机等。电冰箱、洗衣机等。 2、在交通领域中。如交通灯、汽车、火车、飞机、在交通领域中。如交通灯、汽车、火车、飞机等均有单片机的广泛应用。等均有单片机的广泛应用。 3、智能仪器仪表。如各种智能电气测量仪表、智、智能仪器仪表。如各种智能电气测量仪表、智能传感器等。能传感器等。 4、机电一体化产品。如医疗设备（、机电一体化产品。如医疗设备（B超）、机器人、超）、机器人、数控机床、自动包装机、打印机、复印机等。数控机床、自动包装机、打印机、复印机等。 5、实时工业控制。如温度控制、电机转速控

21、制、实时工业控制。如温度控制、电机转速控制、生产线控制等。生产线控制等。第第1 1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述1.4单片机的发展趋势单片机的发展趋势 2020世纪世纪8080年代以来，单片机有了新的发展，各半导年代以来，单片机有了新的发展，各半导体器件厂商也纷纷推出自己的产品系列。根据市场的需体器件厂商也纷纷推出自己的产品系列。根据市场的需求要求，未来单片机的发展趋势有如下几个方面：求要求，未来单片机的发展趋势有如下几个方面： 1 1、单片机的、单片机的字长字长由由4 4位、位、8 8位、位、16 16 位发展到位发展到3232位。位。 目前目前8 8位的单片机仍然占主流地位位的

22、单片机仍然占主流地位，只有在精度要求，只有在精度要求特别高的场合如图像处理等，才采用特别高的场合如图像处理等，才采用1616位或位或3232位的单片位的单片机，用户可以根据需要进行字长的选择。机，用户可以根据需要进行字长的选择。 2 2、运行、运行不断提高。不断提高。 单片机的使用最高频率由单片机的使用最高频率由6MHz6MHz、12MHz 12MHz 、24MHz24MHz、33MHz33MHz发展到发展到 40MHz40MHz和更高，用户可以根据产品的需要和更高，用户可以根据产品的需要进行速度的选择。进行速度的选择。第第1 1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述 3 3、单片机内的、

23、单片机内的RAMRAM、ROMROM存储存储越来越大。越来越大。 单片机内的单片机内的RAMRAM、ROMROM存储容量由存储容量由1KB1KB、 2KB2KB、 4KB4KB、 8KB8KB、 16KB16KB、 32KB32KB、64KB64KB发展到发展到 128KB128KB等，用户可以等，用户可以根据程序和数据量的大小来选择。根据程序和数据量的大小来选择。 4 4、单片机、单片机存储器存储器ROMROM的的越来越越来越。 单片机程序存储器有单片机程序存储器有 ROMROM型（掩模型）、型（掩模型）、OTPOTP型（一型（一次性编程）、次性编程）、EPROMEPROM（紫外线擦除编程）

24、、（紫外线擦除编程）、E2PROME2PROM（电（电擦除编程）及擦除编程）及FLASHFLASH（闪速编程）。（闪速编程）。 编程方式越来越方便，目前有编程方式越来越方便，目前有脱机编程、在系统编程脱机编程、在系统编程（ISPISP）、在应用编程（）、在应用编程（IAPIAP）等。可供用户选择。等。可供用户选择。 5 5、输入、输入/ /输出端口多功能化。输出端口多功能化。 单片机内除集成有并行接口、串行接口外，还集成单片机内除集成有并行接口、串行接口外，还集成有有A/DA/D、D/AD/A、LED/LCDLED/LCD显示驱动、显示驱动、DMADMA控制、控制、PWMPWM（脉宽（脉宽调制

25、输出）、调制输出）、PLCPLC（锁相环控制）、（锁相环控制）、PCA(PCA(逻辑阵列）逻辑阵列）WDTWDT（看门狗）等。用户可以根据需要进行选择。（看门狗）等。用户可以根据需要进行选择。第第1 1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述 6 6、功耗低、电压范围宽、功耗低、电压范围宽 单片机单片机CHMOSCHMOS制作工艺使单片机的功耗降低，设制作工艺使单片机的功耗降低，设立空闲和掉电两种工作方式；立空闲和掉电两种工作方式；从从，变，变得更宽，可供用户选择更广。得更宽，可供用户选择更广。 7 7、单片机结合专用集成电路、单片机结合专用集成电路ASICASIC、精简指令集（、精简指令集（RISCRISC）技术，使单片机发展成为嵌入式的处理器，深入到数字技术，使单片机发展成为嵌入式的处理器，深入到数字信号处理、图象处理、人工智能、机器人等领域。信号处理、图象处理、人工智能、机器人等领域。 8 8、工作温度范围广、可靠性高、抗干扰能力强、内部、工作温度范围广、可靠性高、抗干扰能力强、内部资源丰富。资源丰富。第第1 1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述 1 1、微型计算机、微型计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分