第1章 單片微型計(jì)算機(jī)概述

第1章單片微型計(jì)算機(jī)概述

[學(xué)習(xí)目的]

[學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)]1、微型計(jì)算機(jī)的組成及應(yīng)用形態(tài)。2、80C51單片機(jī)系列。1、了解單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程及產(chǎn)品近況2、了解單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域。3、掌握微型計(jì)算機(jī)的組成及應(yīng)用形態(tài)4、掌握80C51單片機(jī)系列1.1微型計(jì)算機(jī)概述1.2單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程及產(chǎn)品近況1.3單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域1.4單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)1.1.1微型計(jì)算機(jī)的組成及應(yīng)用形態(tài)

1.1.2單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)組成

1.1.380C51單片機(jī)系列

1.2.1單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程

1.2.2單片機(jī)產(chǎn)品近況1.3.1單片機(jī)的特點(diǎn)

1.3.2單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域思考題與習(xí)題本章小結(jié)1.1.1微型計(jì)算機(jī)的組成及應(yīng)用形態(tài)一、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件組成。

1.硬件是指組成計(jì)算機(jī)的物理實(shí)體，是看得見(jiàn)摸得著的部分，如圖1-1所示。它是由微處理器CPU、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）、基本輸入/輸出（I/O）接口電路和總線（BUS）接口等組成。

2.軟件簡(jiǎn)單地說(shuō)就是程序，指專(zhuān)業(yè)軟件開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件等。返回二、微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用形態(tài)從應(yīng)用形態(tài)上，微機(jī)可以分成三種：?jiǎn)伟鍣C(jī)單片機(jī)系統(tǒng)機(jī)（多板機(jī)）

1、多板微型計(jì)算機(jī)或系統(tǒng)機(jī)將微處理器CPU、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）、基本輸入/輸出（I/O）接口電路和總線接口等組裝在一塊主機(jī)板（即微機(jī)主板）。各種適配（卡）插在主機(jī)板的擴(kuò)展槽上并與電源、軟/硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和光驅(qū)等裝在同一機(jī)箱內(nèi)，再配上系統(tǒng)軟件，就構(gòu)成了一臺(tái)完整的多板微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)系統(tǒng)機(jī)或多板機(jī)）圖1-2微型計(jì)算機(jī)硬件組成二、微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用形態(tài)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將CPU芯片、存儲(chǔ)器芯片、I/O接口芯片和簡(jiǎn)單的I/O設(shè)備（小鍵盤(pán)、LED顯示器）等裝配在一塊印刷電路板上，再配上監(jiān)控程序（固化在ROM中），就構(gòu)成了一臺(tái)單板微型計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)單板機(jī)）。單板微型計(jì)算機(jī)組成如圖1-3所示。

主要應(yīng)用于工業(yè)控制器、家用電器等。2、單板微型計(jì)算機(jī)單板微型計(jì)算機(jī)圖1-3

在一片大規(guī)模集成電路芯片上集成微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）、I/O接口電路，從而構(gòu)成了單芯片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)。

單片機(jī)體積小、價(jià)格低、可靠性高，其非凡的嵌入式應(yīng)用形態(tài)對(duì)于滿(mǎn)足嵌入式應(yīng)用需求具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。圖1.4單板微型計(jì)算機(jī)3、單片微型計(jì)算機(jī)一、單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)由微處理器CPU、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、基本輸入/輸出(I/O)接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)等部件組成，并把它們制作在一塊大規(guī)模集成電路芯片上，就構(gòu)成一個(gè)完整的單片微型計(jì)算機(jī)。

1.1.2單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)組成返回二、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的組成

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心，再加上接口電路及外設(shè)等硬件電路和軟件，就構(gòu)成了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。因此，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員必須從硬件和軟件角度來(lái)研究單片機(jī)，這樣才能研究

和開(kāi)發(fā)出單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)和產(chǎn)品。

單片機(jī)硬件系統(tǒng)單片機(jī)軟件系統(tǒng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)軟件系統(tǒng)單片機(jī)硬件系統(tǒng)學(xué)習(xí)的目的：了解、熟悉、掌握現(xiàn)有的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)-->會(huì)使用

改進(jìn)、改造、改善現(xiàn)有的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)-->會(huì)提升

設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、研制全新的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)-->會(huì)創(chuàng)新

Intel公司生產(chǎn)的MCS系列單片機(jī)，盡管單片機(jī)型號(hào)很多，但從目前來(lái)看，使用最為廣泛的應(yīng)該MCS-51單片機(jī)。

本書(shū)主要研究MCS-51系列8位單片機(jī)80C51。分析和研究80C51的硬件結(jié)構(gòu)、工作原理、軟件及工程應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。1.1.380C51單片機(jī)系列返回

表1-180C51系列單片機(jī)分類(lèi)表分類(lèi)芯片型號(hào)存儲(chǔ)器類(lèi)型及字節(jié)數(shù)/B片內(nèi)其他功能單元數(shù)量ROMRAM并口串口定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷源總線型基本型80C31－1284個(gè)1個(gè)2個(gè)5個(gè)80C514K掩膜1284個(gè)1個(gè)2個(gè)5個(gè)87C514K1284個(gè)1個(gè)2個(gè)5個(gè)★89C514KFlash1284個(gè)1個(gè)2個(gè)5個(gè)89S514KISP1284個(gè)1個(gè)2個(gè)5個(gè)增強(qiáng)型80C32－2564個(gè)1個(gè)3個(gè)6個(gè)80C528K掩膜2564個(gè)1個(gè)3個(gè)6個(gè)87C528K2564個(gè)1個(gè)3個(gè)6個(gè)★89C528K2564個(gè)1個(gè)3個(gè)6個(gè)89S528KISP2564個(gè)1個(gè)3個(gè)6個(gè)非總線型89C20512KFlash1282個(gè)1個(gè)2個(gè)5個(gè)★89C40514KFlash1282個(gè)1個(gè)2個(gè)5個(gè)注意：1、表中加★的被ATMEL公司的AT89S51/89S52新產(chǎn)品所取代，新產(chǎn)品具有ISP（在系統(tǒng)編程）功能，使用非常方便，實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)首選。2、89C51已停產(chǎn)。1.2單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程及產(chǎn)品近況

1.2.1單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程單片機(jī)技術(shù)發(fā)展過(guò)程可分為三個(gè)主要階段：第一階段（1947～1978年）為初級(jí)單片機(jī)形成階段。其典型產(chǎn)品是Intel公司推出了MCS-48系列單片機(jī)。8位CPU、1K字節(jié)ROM、64字節(jié)RAM、27根I/O線和1個(gè)8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。

特點(diǎn)是：存儲(chǔ)器容量較小，尋址范圍?。ú淮笥?K），無(wú)串行接口，指令系統(tǒng)功能不強(qiáng)。

第二階段（1978～1983年）為高性能單片機(jī)階段。其典型產(chǎn)品是Intel公司推出了MCS-51系列單片機(jī)：8位CPU、4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、4個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍64K，并有控制功能較強(qiáng)的布爾處理器。返回

特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點(diǎn)進(jìn)一步突出。現(xiàn)在，MCS-51已成為公認(rèn)的單片機(jī)經(jīng)典機(jī)種。第三階段（1983年以后）微控制器化階段。其典型產(chǎn)品是Intel推出MCS-96系列單片機(jī)。芯片內(nèi)集成：16位CPU、8K字節(jié)ROM、232字節(jié)RAM、5個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍64K。片上還有8路10位ADC、1路PWM輸出及高速I(mǎi)/O部件等。

特點(diǎn)是：片內(nèi)面向測(cè)控系統(tǒng)外圍電路增強(qiáng)，使單片機(jī)可以方便靈活地用于復(fù)雜的自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)及設(shè)備。單片機(jī)產(chǎn)品已達(dá)60多個(gè)系列，600多個(gè)品種。但近年來(lái)推出的與80C51兼容的主要產(chǎn)品有：1、ATMEL公司E2PROM、Flash存儲(chǔ)器技術(shù)的AT89系列單片機(jī)。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ADμC8xx高精度ADC系列。6、LG公司的GMS90/97低壓高速系列。7、SST公司的ST89XXXX系列的IAP型單片機(jī)。1.2.2、單片機(jī)產(chǎn)品近況1.3單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域1.3.1單片機(jī)的特點(diǎn)單片機(jī)芯片的集成度非常高，它將微型計(jì)算機(jī)的主要部件都集成在一塊芯片上，因此，具有如下特點(diǎn)：

1、體積小、重量輕、價(jià)格低、耗電少、易于產(chǎn)品化。

2、控制性能。實(shí)時(shí)控制功能強(qiáng)、運(yùn)行速度快。因?yàn)镃PU可以對(duì)I/O端口直接進(jìn)行指令操作，而且位指令操作能力更是其它計(jì)算機(jī)無(wú)法比擬的。

3、可靠性高。由于CPU、存儲(chǔ)器及I/O接口集成在同一芯片內(nèi)，各部件間的連接緊湊，數(shù)據(jù)在傳送時(shí)受干擾的影響較小，且不易受環(huán)境條件的影響，所以單片機(jī)的可靠性非常高。返回1.3.2單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

1、家用電器。家用電器是單片機(jī)的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，前景廣闊。如微波爐、電視機(jī)、電飯煲、空調(diào)器、電冰箱、洗衣機(jī)等。

2、在交通領(lǐng)域中。如交通燈、汽車(chē)、火車(chē)、飛機(jī)等均有單片機(jī)的廣泛應(yīng)用。

3、智能儀器儀表。如各種智能電氣測(cè)量?jī)x表、智能傳感器等。

4、機(jī)電一體化產(chǎn)品。如醫(yī)療設(shè)備（B超）、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)包裝機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)等。

5、實(shí)時(shí)工業(yè)控制。如溫度控制、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、生產(chǎn)線控制等。1.4單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

20世紀(jì)80年代以來(lái)，單片機(jī)有了新的發(fā)展，各半導(dǎo)體器件廠商也紛紛推出自己的產(chǎn)品系列。根據(jù)市場(chǎng)的需求要求，未來(lái)單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)有如下幾個(gè)方面：

1、單片機(jī)的字長(zhǎng)由4位、8位、16位發(fā)展到32位。目前8位的單片機(jī)仍然占主流地位，只有在精度要求特別高的場(chǎng)合如圖像處理等，才采用16位或32位的單片機(jī)，用戶(hù)可以根據(jù)需要進(jìn)行字長(zhǎng)的選擇。

2、運(yùn)行速度不斷提高。單片機(jī)的使用最高頻率由6MHz、12MHz、24MHz、33MHz發(fā)展到40MHz和更高，用戶(hù)可以根據(jù)產(chǎn)品的需要進(jìn)行速度的選擇。

3、單片機(jī)內(nèi)的RAM、ROM存儲(chǔ)容量越來(lái)越大。單片機(jī)內(nèi)的RAM、ROM存儲(chǔ)容量由1KB、2KB、4KB、8KB、16KB、32KB、64KB發(fā)展到128KB等，用戶(hù)可以根據(jù)程序和數(shù)據(jù)量的大小來(lái)選擇。

4、單片機(jī)程序存儲(chǔ)器ROM的編程越來(lái)越方便。單片機(jī)程序存儲(chǔ)器有ROM型（掩模型）、OTP型（一次性編程）、EPROM（紫外線擦除編程）、E2PROM（電擦除編程）及FLASH（閃速編程）。編程方式越來(lái)越方便，目前有脫機(jī)編程、在系統(tǒng)編程（ISP）、在應(yīng)用編程（IAP）等。可供用戶(hù)選擇。

5、輸入/輸出端口多功能化。單片機(jī)內(nèi)除集成有并行接口、串行接口外，還集成有A/D、D/A、LED/LCD顯示驅(qū)動(dòng)、DMA控制、PWM（脈寬調(diào)制輸出）、PLC（鎖相環(huán)控制）、PCA(邏輯陣列）WDT（看門(mén)狗）等。用戶(hù)可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。

6、功耗低、電壓范圍寬單片機(jī)采用CHMOS制作工藝使單片機(jī)的功耗降低，設(shè)立空閑和掉電兩種工作方式；電壓范圍從2.6～6V，變得更寬，可供用戶(hù)選擇更廣。

7、單片機(jī)結(jié)合專(zhuān)用集成電路ASIC、精簡(jiǎn)指令集（RISC）技術(shù)，使單片機(jī)發(fā)展成為嵌入式的處理器，深入到數(shù)字信號(hào)處理、圖象處理、人工智能、機(jī)器人等領(lǐng)域。

8、工作溫度范圍廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、內(nèi)部資源豐富。1、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。硬件主要是由CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口和I/O設(shè)備組成，采用總線結(jié)構(gòu)形式。軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類(lèi)，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言分為三級(jí)，分別是機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。2、單片機(jī)是將CPU、RAM、ROM、基本輸入/輸出接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)等部件組制作在一塊大規(guī)模集成電路芯片上。3、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是由單片機(jī)、接口電路及外設(shè)等硬