第1章 单片机基础知识 机基础知识

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第一章 单片机基础知识

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内容单片机概述

1.1 1.2 1.3

微型计算机系统组成微型计算机的运算基础知识

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1.1 单片机概述1.1.1 什么是单片机?单片机是指在一块半导体芯片上，集成了微处 理器、存储器、输入/输出接口、定时器/计数器 以及中断系统等功能部件，构成一台完整的微型 计算机。

单片机实物图110:51 3

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单片机实物图(2)

单片机芯片

AT89C51AT89S51 AT89S52 AT89C2051双列直插式DIP40 (Dual In-line Package)封装10:51 4

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单片机实物图(3)

塑料扁平式PQFP/TQFP(Plastic Quad Flat Package)封装

带引线的塑料芯片封装PLCC44(Plastic Leaded Chip Carrier)

单片机芯片STC89C52

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1.1.2 单片机与微型计算机的关系计算机的发展经历了从电子管、晶体管、集成电路到大规 模集成电路四代的演变。微型计算机属于第四代计算机。

微型计算机的发展以微处理器的发展为特征，主要表现： 芯片集成度的提高(从最初的约2000个晶体管/片发展到 目前的几百万个晶体管/片); 处理器位数的增加(从4位增加到64位); 时钟频率的加快(从1MHz到约几个GHz); 价格的逐渐降低等方面。

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1.1.2 单片机与微型计算机的关系

微型计算机有两个主要发展方向： 一是向高速度、高性能、大容量的高档微型计 算机方向发展； 二是向稳定可靠、小而廉、能适应各种控制领 域需要的单片机方向发展。

单片机是微型计算机发展的一个重要分支！10:51 7

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1.1.3 常用的单片机系列

MCS-51系列及与之兼容的80C51系列单片机 Atmel公司的AVR系列 Microchip公司的PIC系列 Motorola公司的单片机 TI公司MSP430系列单片机 基干ARM核的32位单片机

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MCS-51系列及与之兼容的80C51系列单片机MCS-51系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的高性 能单片机。 型号：8051、8751、8031、8032、8052等。 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。

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Atmel公司的AVR系列AVR系列单片机是1997年Atmel公司为了充分发 挥其Flash的技术优势，而推出的全新配置的精简 指令集(Reduced Instruction Set Computer ,简称 RISC)单片机。该系列单片机一进入市场，就以其 卓越的性能而大受欢迎。通过这几年的发展，AVR 单片机已形成系列产品，其Attiny系列、AT90S系

列与Atmega系列分别对应为低、中、高档产品(高 档产品含JTAG ICE仿真功能)。

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Microchip公司的PIC系列 Microchip单片机是市场份额增长最快的单片机。它 的主要产品是PIC系列8位单片机，它的CPU采用了精 简指令集(RISC)结构的嵌入式微控制器，其高速度、 低电压、低功耗、大电流LCD驱动能力和低价位OTP 技术等都体现出单片机产业的新趋势。 PIC 8位单片机产品共有3个系列，即基本级、中级 和高级。用户可根据需要选择不同档次和不同功能的 芯片。

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Motorola公司的单片机 (现在的飞思卡尔公司)Motorola公司是世界上最大的单片机厂商，该公司的特点 是品种全、选择余地大、新产品多，在8位机方面有68HC05 和升级产品68HC08,68HC05有30多个系列，200多个品种， 产量已超过20亿片。8位增强型单片机68HC11也有30多个品 种，年产量在1亿片以上。升级产品有68HC12。16位机 68HC16也有10多个品种。32位单片机的683XX系列也有几 十个品种。 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。 由于Motorola单片机产品以前主要是以掩膜为主，不太适 合于教学，所以没有被选做教学用机型。 10:51 12

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TI公司MSP430系列单片机TI公司MSP430系列单片机是超低功耗Flash型单片机，有 “绿色微控制器(Green MCUs)”称号，是目前单片机业界所 有内部集成闪速存储器(Flash ROM)产品中功耗最低的，消 耗功率仅为其他闪速微控制器(Flash MCUs)的1/5。在3V工 作电压下其耗电电流低于350μA/MHz,待机模式仅为 1μA/MHz,具有5种节能模式。 该系列产品的工作温度范围为-40oC~85oC,可满足工业 应用要求。 MSP430 微控制器可广泛地应用于煤气表、水表、电子 电度表、医疗仪器、火警智能探头、通信产品、家庭自动化 产品、便携式监视器及其他低耗能产品。由于MSP430微控 制器的功耗极低，可设计出只需一块电池就可以使用长达10 年的仪表应用产品。MSP430 Flash系列的确是不可多得的 10:51 13 高性价比单片机。

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基于ARM核的32位单片机ARM ( Advanced RISC Machine )是一种通用的32位RISC处理器。 32位是指处理器的外部数据总线是32位的，与8位和16位的相同主频 处理器相比性能更强大。 ARM是一种功耗很低的高性能处理器，如ARM7 TDMI具有每瓦生 产690MIPS(Millions Instruction Per Second,百万条指令/秒)的能力， 已被证明在工业界处于领先水平。 ARM公司并不生产芯片，而是将ARM的

技术授权其他公司生产。 ARM本质并不是一种芯片，而是一种芯片结构技术，不涉及芯片生 产工艺。 授权生产ARM结构芯片的公司采用不同的半导体技术，面对不同 的应用进行扩展和集成，标有不同的系列号。 目前可以提供含ARM核CPU芯片的著名半导体公司有：Intel、TI、 三星半导体、摩托罗拉、飞利浦半导体、意法半导体、亿恒半导体、 科胜讯、ADI公司、安捷伦、高通公司、Atmel、Intersil、Alcatel、 Altera、Cirrus Logic、Linkup、Parthus、LSI Logic、Micronas等。 ARM的应用范围非常广泛，如嵌入式控制—汽车、电子设备、保安 设备、大容量存储器、调制解调器、打印机，数字消费产品—数码相 机、数字式电视机、游戏机、GPS、机顶盒、便携式产品—手提式计 10:51算机、移动电话、PDA、灵巧电话。 14

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1.1.4 单片机的应用单片机属于控制类数字芯片，目前其应用领域已非常广 泛，典型应用如下： 1. 工业自动化。如数据采集、测控技术。 2. 智能仪器仪表。如数字示波器、数字信号源、数字万 用表、感应电流表等。 3. 消费类电子产品。如洗衣机、电冰箱、空调机、电视 机、微波炉、IC卡、汽车电子设备等。 4. 通信方面。如调制解调器、程控交换技术、手机、小 灵通等。 5. 武器装备。如飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、 鱼雷制导、智能武器等。10:51 15

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1.1.5 一个简单的单片机控制系统实例系统硬件设计 5V

330

5V1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RESET RXD(P3.0) TXD(P3.1) INT0 (P3.2) INT1(P3.3) T0(P3.4) T1(P3.5) WR (P3.6) RD(P3.7) X2 X1 GND VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 32 31 EA / Vpp 30 ALE / PROG 29 PSEN 28 P2.7 27 P2.6 26 P2.5 25 P2.4 24 P2.3 23 P2.2 22 P2.1 21 P2.0 40 39 38 37 36 35 34 33

D1 5V复位 电路

1k

10μF

2k

10k

12MHz

晶振 电路

(1) 单片机 (2) 电源 (3) 晶振 (4) 复位电路 就构成了真正 可使用的单片 机最小应用系 统

30pF 30pF10:51

STC89C5216

点亮一个发光二极管的单片机控制系统

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系统软件设计/*点亮一个发光二极管的程序*/ #include <reg52.h> //包含52系列单片机头文件 sbit led1=P1^0; //声明单片机P1口的第一位，P1.0的位名称位led1 void main() //主程序 { led1=0; //* P1.0口输出低电平，点亮LED发光二极管 while(1); //程序运行到此处停止 }

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相关网站/sc8/c/6021038 盐城工学院天空教室教学平台 /other Proteus仿真软件教程网址 天祥电子 /wjyl 盐城工学院单片机原理与应用精品课程网站 51单片机学习网 /c51blog/inex.html 单片机的C语言 / 广州周立功单

片机 / Philips公司 Intel公司 Motorola公司 凌阳大学计划 北京单片机开发网 中原单片机 /news/?89_639.html 盐城工学院电气与新能源综合实验教 学中心10:51 18

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单片机原理与接口技术课程的学习1 学习本课程应硬件、软件兼顾并重，既要注意单片机 的结构、原理，也要注意其语句和程序，做到两者融会 贯通，能够将两者相互渗透。 2 会组成单片机应用系统。学习时对单片机扩展用到的芯 片、接口、以及各种应用实例(环节)须给予足够的重视。 3 学习本课程时，宜结合习题、实验、课程设计，以提高 学习质量，巩固和扩大学习收获。 4 总学时 64+S16 周学时6(1-11周)

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考核方法和成绩评定说明考试采用统一命题，闭卷考试，考试时间为120分钟。成绩评定：闭卷笔试 (70%)+实验(20%)+平时成绩 (10%)其中：平时成绩含作业及课堂学习情况。

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参考文献1. 新概念51单片机C语言教程—入门、提高、开发拓展全攻略 郭天祥编著 电子工业出版社 2010.3 2. 单片机原理及应用 张毅刚主编 高等教育出版社 2008.5

3. 单片机C语言程序设计实训100例—基于8051+Proteus仿真 彭伟编著 电子工业出版社 2010.6 4. 张大明. 单片机控制实训指导及综合应用实例[M].北京：清 华大学出版社， 2004 5. 张齐，朱宁西. 单片机应用系统设计技术—基于C51的

Proteus仿真 [M].北京：化学工业出版社，2004.10:51 21