第01章单片机概述

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1、1.单片机的基本概念2.单片机的发展3.单片机的发展趋势4.单片机的特点5.单片机的应用第第1 1章章单单片片机机概概述述 本章内容本章内容Single Chip Microcomputer单片机的基本概念 单片机，就是把中央处理器CPU（Central Processing Unit）、存储器（Memory）、定时器/计数器、中断、输入/输出I/0（Input/Output）接口电路等功能部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机，如下图所示。单片机常被作为控制部件嵌入在应用系统中，所以也被称为嵌入式微控制器或嵌入式单片微机。 程序存储器ROM数据存储器RAM振荡器与时钟CPU总线控制逻辑定时

2、/计数器并行端口中断系统串行端口XTAL1 XTAL2T0 T1P0 P1 P2 P3TXD RXD INT0 INT1 RST ALE EA PSEN系 统 总 线微型计算机系统通常由多块印刷电路板制成：微型计算机系统通常由多块印刷电路板制成：多板机多板机 主板显卡显卡声卡声卡存储器接口存储器接口网卡网卡输入输出接口输入输出接口内存条内存条CPUv中央处理器：计算机的核心部件, 它由运算器和控制器组成, 主要完成计算机的运算和控制功能。v存储器：具有记忆功能的电子部件，分为程序存储器和数据存储器两类。程序存储器用来存储程序、表格等相对固定的信息；数据存储器用来存储程序运行期间所用到的数据信息

3、。 v输入/输出接口：CPU与相应的I/O设备（如: 键盘、 鼠标、显示器、 打印机等）进行信息交换的桥梁, 其主要功能是协调、匹配CPU与外设的工作。v串行口：实现单片机和其他设备之间的串行数据传送,它即可作为全双工异步通用收发器使用,又可作为同步移位寄存器使用。v定时器/计数器：用于实现定时或计数功能,并以其定时或计数结果对操作对象进行控制.v中断控制系统：单片机为满足各种实时控制的需要而设制的，是重要的输入输出方式。8051单片机中有5个中断源，它们又可以分为高级和低级两个优先级别。v时钟电路：主要由振荡器和分频器组成，为系统各工作部件提供时间基准。串口、中断、定时/计数是单片机重要的内

4、部资源，为CPU控制外部设备，实现信息交流提供了强有力的支持。v总线（BUS）：计算机各工作部件之间传送信息的公共通道。总线按照其功能可分为: 数据总线DB（Data Bus）、地址总线 AB（Address Bus）和控制总线 CB（Control Bus）三类，分别传送数据信息、地址信息和控制信息。单片机的发展 单片机自诞生以来，发展迅速，应用广泛。先后经历了4位机、8位机、16位机和32位机几个有代表性的发展阶段。v14 4位单片机位单片机 自1975年美国德克萨斯仪器公司首次推出4位单片机TMS-1000后，各个计算机生产公司竟相推出4位单片机。 特点：体积小，价格便宜，功能简单，片内

5、程序存储器ROM为2-8KB，数据存储器RAM为128*4-512*4位。应用：家用电器、计算机、高档电子玩具等数据量要求较小而时间要求较高的领域。 v8 8位单片机位单片机 1976年9月，美国INTEL公司首先推出了MCS-48系列8位单片机，从此，单片机发展进入了一个新的阶段，8位单片机应运而生。随着集成电路工艺水平的提高，在1978年到1983年期间集成电路的集成度提高到几万只管/片，因而一些高性能的8位单片机相继问世。 随着应用需求的不断增长，各生产厂家在高档8位单片机的基础上，又相继推出了超8位单片机。 v16位单片机位单片机 1983年以后，集成电路的集成度可达十几万只管/片，1

6、6位单片机逐渐问世。16位单片机把单片机的功能又推向了一个新的台阶，功能强大，常用于高速复杂的控制系统。v32位单片机位单片机 随着集成电路技术的不断发展和实际应用需要的快速增长，各个计算机生产厂家相继进入高性能32位单片机研制、生产阶段。32位单片机，不仅包含有存储器和I/O接口，而且还包含有专门的通信链路接口，能按计算方法的特点直接连成线形的、树形的或矩形的阵列，满足快速响应的要求。可用于信号处理、仪表、 通信 、 数据处理 、 图像处理 、高速控制和语音处理等许多方面。单片机的发展趋势v1 1制作工艺制作工艺CMOSCMOS化化 v2 2应用系统单片化应用系统单片化 v3 3共性与个性共

7、存共性与个性共存 单片机的特点v1单片机的程序存储器单片机的程序存储器ROMROM和数据存储器和数据存储器RAMRAM是是严格区分的严格区分的。程序存储器只存放程序、固定常数及数据表格。数据存储器用作工作区及存放用户数据。小容量的数据存储器能以高速RAM形式集成在单片机内，以加速单片机的执行速度。 v 2 2采用面向控制的指令系统。采用面向控制的指令系统。为满足控制的需要，单片机有强大的逻辑控制能力，特别是具有很强的位处理能力。v3 3单片机的单片机的I/OI/O引脚通常是多功能的引脚通常是多功能的。引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。能解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾。v4

8、 4单片机的外部扩展能力强单片机的外部扩展能力强。在内部的各种功能部件不能满足应用需要时，均可在外部进行扩展（如扩展ROM、RAM，I/O接口，定时器/计数器，中断系统等），与许多通用的微机接口芯片兼容。给应用系统设计带来极大的方便和灵活性。v5 5结构功能优化结构功能优化。能方便灵活地组成各种智能测控仪器仪表和设备。v6 6可靠件高可靠件高。单片机芯片按工业测校环境要求设计的。产品在120温度条件下经44小时老化处理，并通过电气测试及最终质量检验，可以适应各种恶劣的工作环境。此外单片机还具有体积小，成本低，使用灵活、集成度高、面向控制、可靠性高、抗干扰能力强、低功耗、低电压、可以方便地实现多

9、机和分布式控制等特点。单片机的应用单片机应用广泛，无处不有。下面列出几个方面为例。v1 1日常生活中的单片机电器产品日常生活中的单片机电器产品电子秤电子秤 、电脑缝纫机 、便携式心率监护仪 、洗衣机 v2 2单片机在计算机外部设备中的应用单片机在计算机外部设备中的应用微型打印机微型打印机 、软盘驱动器 、硬盘驱动器 v3 3智能化仪器仪表智能化仪器仪表这是目前单片机应用最多、最活跃的领域。在各类仪器仪这是目前单片机应用最多、最活跃的领域。在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表数字化、智能化、微型化，并表中引入单片机，使仪器仪表数字化、智能化、微型化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪

10、表的硬件结可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性价比。构，提高其性价比。v4 4单片机在实时控制中的应用单片机在实时控制中的应用工业测控、航空航天、尖端武器、机器人、汽车、船舶等实时控制系统中 。单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳状态，提高系统的工作效率和产品质量。保持在最佳状态，提高系统的工作效率和产品质量。v5 5单片机在计算机网络及通信技术中的应用单片机在计算机网络及通信技术中的应用在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通

11、信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。比较高档的单片机都具有通信接口，为单片机在计算机网络与通信设备中的应用创造了很好的条件。 1.5常用单片机简介v1.Intel公司系列单片机 MCS-48、 MCS-51 、MCS-96三个系列。存储器采用哈佛结构，即程序存储器和数据存储器独立寻址。v2.Philips公司单片机 与MCS-51兼容，片内有I2C总线，A/D转换器等丰富的外围接口。PHILIPS单片机独特的创造是具有I2C总线，这是一种集成电路和集成

12、电路之间的串行通信总线。也可用于多机通信。v3.Motorola公司单片机 通用型单片机的代表是MC68HC11系列，有几十个型号。 专用型单片机性价比高，应用时一般采用“单片”形式。典型产品如MC68HC05/MC68HC04v4.Atmel51系列单片机 AT89C51系列标准型 AT89S51系列高档型 v5.Microchip公司的单片机 是世界上最有影响力的嵌入式微控制器之一。PIC八位单片机可分为基本级，中级和高级三个系列。基本级：如：PIC16C5X,PIC12C5XX中级： 如：PIC16C7X，PIC16C6X等，带有A/D，WDT，PWM等功能。高级： 如：PIC17CX，

13、PIC18CXX。 增加硬件乘法器，CAN模块，参考 电压等。v6.TI公司的单片机 德州仪器TI公司推出的MSP430F14X系列单片机是低功耗Flash型16位RISC指令集单片机。它采用冯诺伊曼结构，具有丰富的外围接口，性价比极高。v7.ARM公司单片机 ARM公司成立于1990年。由于ARM内核具有功耗低，成本低等显著优点，因此获得了众多半导体厂家和整机厂商的大力支持，在32位嵌入式应用领域获得了巨大的成功，在低功耗，低成本的嵌入式应用领域确立了市场领先地位。v目前，单片机种类繁多，性能各异。特别是专用单片机，产品种类更是数不胜数。这一方面为用户提供了广阔的选择空间，另一方面也为用户制造了选择难题。因此，全面了解单片机的技术发展，掌握不同种类单片机的性能特点，是正确选用单片机的基础。目前比较流行的单片机有：MCS-51系列单片机、PIC系列单片机、MSP430系列单片机、MC68HC11系列单片机、AT89系列单片机及各种ARM芯片。学习掌握这些单片机的性能特点，对开发高性能单片机应用系统至关重要。v 查阅资料，学习总结目前比较流行的MCS-51系列单片机、PIC系列单片机、MSP430系列单片机、MC68HC11系列单片机、AT89系列单片机及各种ARM芯片的特点及适用范围。