第1章 单片微型计算机基础知识

单片机原理及应用第1章 单片微型计算机基础知识

第1章 单片微型计算机基础知识总体要求：●熟练掌握单片机发展概况的基本知识 ●熟练掌握计算机中数和字符表示方法的基本知 识 ●掌握计算机语言的基本知识 ●能够独立完成本章作业

学习重点：●单片机的发展概况及应用特点 ●单片机的主要生产厂商及其产品 ● MCS-51系列单片机的分类和性能1

单片机原理及应用第1章 单片微型计算机基础知识

1.1 单片机的发展概况 1.2 计算机中数的表示方法 1.3 计算机语言

单片机原理及应用第1章 单片微型计算机基础知识

1.11.1.1

单片机的发展概况什么是单片机

中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口、 定时器/计数器、中断系统等多种资源集成在一个半 导体芯片上，使得一块集成电路芯片就能构成一个完 整的微型计算机。这种集成电路芯片被称为单片微型 计算机(single chip microcomputer),简称单片机。

单片机原理及应用第1章 单片微型计算机基础知识

第一章 第一节

1.1.2 单片机发展概况 第一阶段(1974~1978):初级单片机阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。这个系列的单片机在片内集成了8位CPU、并行I/O口、 8位定时/计数器、RAM等，无串行I/O口，寻址范围不大于4K。 第二阶段(1978~1983):高性能单片机阶段。以MCS51系列为代表，这个阶段的单片机内均带有串行I/O口，具有多级中断处 理系统，定时/计数器为16位，片内RAM和ROM容量相对增大，且寻址 范围可达64K。这类单片机应用领域极为广泛。

第三阶段(1983~ ): 8位单片机巩固完善及16位 单片机推出阶段。以MCS-96系列为16位单片机的代表，其内部除了CPU为16位以外，还采用了新颖的寄存器堆/逻辑部件(RALU),片内 RAM和ROM的容量进一步增大，片内ROM为8KB甚至更大且可以加密， 片内还带有高速输入输出部件、多通道10位A/D转换器，具有8级中断 等。近年来，32位单片机也已进入实用阶段。

单片机原理及应用第1章 单片微型计算机基础知识1.1.3 单片机的应用及发展 1. 单片机的应用领域 (1) 生产自动化 自动化生产线、机器手、数控机床 等自动化生产设备都能由单片机实现其智能化的自动控 制功能。 (2) 实时测控 单片机工作稳定、可靠，抗干扰能力 强，体积小使用灵活，适用于各种恶劣环境，最宜承担 测控工作。 (3) 智能化产品 传统的机电产品与单片机结合后， 可简化产品结构、升级产品功能、并实现控制智能化。 单片机与机械技术相结合，称为机电一体化，是机械工 业的发展方向。 5

单片机原理及应用第1章 单片微型计算机基础知识(4) 智能化仪表 用单片机

改造、设计制造仪器 仪表，大大促进了仪表向数字化、智能化、多功能化、 综合化和柔性化方向发展，并能同时提高仪器仪表的 精度和准确度，简化结构，减小体积。 (5) 信息通信技术 多机系统(各种网络)中的 各计算机之间的通信联系，计算机与其外围设备(键 盘、打印机、传真机、复印机等)之间的协作都有单 片机的参与 。 (6) 科学研究 小到实验测控台，大到卫星、运 载火箭，单片机都发挥着极其重要的作用。 (7) 国防现代化 各种军事装备管理通信系统都 有单片机深入其中。 6

单片机原理及应用第1章 单片微型计算机基础知识2. 单片机的应用特点 (1) 面向控制的应用 由于单片机内部采用了微控制技术，其结构及功能均 按自动控制的要求设计，因而主要应用于控制领域。微控 制技术从根本上改变了传统的控制系统设计思想，它通过 对单片机编程的方法代替由模拟电路或数字电路实现的大 部分控制功能，是对传统控制方式的一次革命。 (2) 在线应用 在线应用就是以单片机代替常规模拟或数字控制电路， 使其成为测控系统的一部分，在被控对象工作过程中实行 实时检测，并实时控制。在线应用为实时测控提供了可能 和方便。 7

单片机原理及应用第1章 单片微型计算机基础知识(3) 嵌入式应用 单片机在应用时通常装入到各种智能化产品之 中，所以又称嵌入式微控制器(Embedded Micro Controller Unit EMCU)。单片机应用系统就是典型 的嵌入式系统。 单片机以较小的体积、现场运行环境的高可靠 性满足了许多对象的嵌入式应用要求。在嵌入式系 统中，单片机是最重要也是应用最多的智能核心器 件。

单片机原理及应用第1章 单片微型计算机基础知识3. 单片机应用系统 单片机应用系统，如果按其系统扩展及配置状况，可 分为最小系统、最小功耗系统、典型系统等。 单片机最小系统是指单片机嵌入一些简单的控制对象 (如开关状态的输入/输出控制等),并能维护单片机运行 的控制系统。这种系统成本低，结构简单，其功能完全取 决于单片机芯片技术的发展水平。 单片机最小功耗系统是指系统功耗最小。其系统框图 如图1-1所示。

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图1-1 单片机典型应用系统

单片机原理及应用第1章 单片微型计算机基础知识4.单片机的发展趋势 (1) 微型化 早期单片机大量使用双列直插式封装，现在单片机 采用了各种符合贴片工艺的封装，大大减小芯片的体积， 为嵌入式系统提供了可能。 (2) 低功耗 新型单片机的功耗越来越小，特别是很多单片机都 设置了多种工作方式，包括等待、暂

停、睡眠、空闲、 节电等工作方式。扩大电源电压范围以及在较低电压下 仍然能工作是当今单片机发展的目标之一。目前，一般 单片机都可在3.3~5.5V的条件下工作，一些厂家甚至 生产出可以在2.2~6V条件下工作的单片机。 11

单片机原理及应用第1章 单片微型计算机基础知识(3) 高速化 早期MCS-51单片机的典型时钟为12MHz,目前西门 子公司的C500系列单片机的(与MCS-51兼容)时钟频率 为36MHz;EMC公司的EM78系列单片机的时钟频率高达 40MHz;现在已有更快的32位100MHz的单片机产品出现。 (4) 集成更多资源 新型单片机在内部已集成了越来越多的部件，这些 部件包括一些常用的电路，例如，定时器、比较器、 A/D转换器、D/A转换器、串行通信接口、Watchdog看门 狗电路、LCD控制器等。有的单片机为了构成控制网络 或形成局部网，内部含有局部网络控制模块，甚至将网 络协议固化在其内部。 12

单片机原理及应用第1章 单片微型计算机基础知识(5) 通信及网络功能加强 在某些单片机内部由于封装了局部网络控制模块， 因此这类单片机十分容易构成网络。特别是在控制系统 较为复杂时，构成一个控制网络十分有用。目前，将单 片机嵌入式系统和Internet连接起来已是一种趋势。 (6) 专用型单片机发展加快 专用型单片机具有最大程度简化的系统结构，资源 利用率最高，大批量使用有着可观的经济效益。

单片机原理及应用第1章 单片微型计算机基础知识1.1.4 单片机的主要生产厂商及产品 1.单片机的主要生产厂商及产品 在国际上影响较大的公司及其产品如表1-1所示。

表1-1 单片机主要生产厂商及产品公 司 Intel Philips Motorola TMEL Microchip 典型产品系列 MCS-48、MCS-51、MCS-96系列 与MCS系列兼容的51系列 MC68系列 与MCS系列兼容的51系列 PICl6C5X系列

Zilog

Z8系列

单片机原理及应用第1章 单片微型计算机基础知识2.单片机主要产品 (1) Intel公司系列单片机 Intel公司的系列单片机可分为MCS-48、MCS-51、MCS96三个系列。Intel的单片机每一类芯片的ROM根据型号一 般有片内掩膜ROM、片内EPROM和外接EPROM三种方式，这是 Intel公司的首创，现已成为单片机的统一规范。最近 Intel公司又推出了片内带E2PROM型单片机。片内掩膜ROM 型单片机适合于已定型的产品，可以大批量生产；片内带 EPROM型、外接EPROM型及片内带E2PROM型单片机适合于研 制新产品和生产产品样机。

单片机原理及应用第1章 单片微型计算机基础知识表1-2 MCS-51系列单片机性能表型号 8031 805l 8051 8751 8032 程序存储器 无 4KB R0M 4KB EPR0M 无 RAM(B) 128 128 128 256 I/O口线 32 32 32 32 定时器(个×位) 2×16 2×16 2×16 3×16 中断源 5 5 5

6 晶振(MHz) 2~12 2~12 2~12 2~12

8052

80528752 80C31

8KB R0M8KB EPROM 无 4KB ROM 4KB EPROM

256256 128 128 128

3232 32 32 32

3×163×16 2×16 2×16 2×16

66 5 5 5

2~122~12 2~12 2~12 2~12

80C51

80C51 87C51

80C52

80C3280C52

无8KB R0M 16KB ROM 16KB R0M 32KB EPROM

256256 256 256 256

3232 32 32 32

3×163×16 3×16 3×16 3×16

66 6 6 6

2~122~12 2~20 2~20 2~20

80C54 80C54 80C58 87C58

87C54