第一章 單片機(jī)概述

單片機(jī)原理及應(yīng)用

性質(zhì)：專業(yè)技術(shù)課考核方式：考試學(xué)時(shí)：482/4/20231教材：《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》

編著：李朝青北京航空航天大學(xué)出版社參考書：1、《單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)》謝維成，清華大學(xué)出版社2、《單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)》李群芳等，電子工業(yè)出版社3、《單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)》馬忠梅等，北京航空航天大學(xué)出版社4、《單片機(jī)基礎(chǔ)》

李廣弟等，北京航空航天大學(xué)出版社第1章單片機(jī)概述

1.1單片機(jī)的概念

1.2單片機(jī)的發(fā)展

1.3單片機(jī)的應(yīng)用2/4/20233

1.1.1單片機(jī)的名稱

1.1.2通用單片機(jī)和專用單片機(jī)

1.1.3單片機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)

1.1.4單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)

1.1.5單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)語言和軟件1.1單片機(jī)的概念2/4/202341.1.1 單片機(jī)的名稱單片微機(jī)是早期SingleChipMicrocomputer的直譯，它忠實(shí)地反映了早期單片微機(jī)的形態(tài)和本質(zhì)。單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)（SingleChipMicrocomputer），又稱微控制器（MicrocomputerUnit）。將計(jì)算機(jī)的基本部件微型化，使之集成在一塊芯片上。片內(nèi)含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)時(shí)鐘及總線等。

隨后,按照面向?qū)ο?、突出控制功能，在片?nèi)集成了許多外圍電路及外設(shè)接口，突顯其對(duì)象的智能化控制能力，突破了傳統(tǒng)意義的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，發(fā)展成microcontroller的體系結(jié)構(gòu)，目前國外已普遍稱之為微控制器MCU（MicroControllerUnit）。鑒于它完全作嵌入式應(yīng)用，故又稱為嵌入式微控制器EmbeddedMicrocontroller）。2/4/202351.1.2通用單片機(jī)和專用單片機(jī)根據(jù)控制應(yīng)用可分為：通用型和專用型兩大類。1、早期——通用型單片微機(jī)。通過不同的外圍擴(kuò)展來滿足不同的應(yīng)用對(duì)象要求。2、隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大出現(xiàn)了專門為某一類應(yīng)用而設(shè)計(jì)的單片機(jī)——專用型單片微機(jī)。目的：降低成本、簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提高可靠。如：用于計(jì)費(fèi)率電表、用于電子記事簿的單片機(jī)等。2/4/202361.1.3 單片機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)通常是指芯片本身，集成的是一些基本組成部分。是典型的嵌入式系統(tǒng)的主要構(gòu)成單元，只能作為嵌入式應(yīng)用，即嵌入到對(duì)象環(huán)境、結(jié)構(gòu)、體系中作為其中的一個(gè)智能化控制單元。

如：洗衣機(jī)、電視機(jī)、VCD、DVD等家用電器，打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、通信設(shè)備、智能儀表、現(xiàn)場總線控制單元等。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中包括了滿足對(duì)象（如洗衣機(jī)）要求的全部硬件電路和應(yīng)用軟件。構(gòu)成各種嵌入式應(yīng)用的電路系統(tǒng)，統(tǒng)稱為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)：按照單片機(jī)要求在外部配置單片機(jī)運(yùn)行所需要的時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等，構(gòu)成了單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)。2/4/202371.1.4單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)是單片機(jī)的開發(fā)調(diào)試的工具，有仿真器、單片機(jī)開發(fā)板等。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬、軟件開發(fā)。2/4/202381.1.5單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)語言和軟件機(jī)器語言：單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)只使用機(jī)器語言（指令的二進(jìn)制代碼，又稱指令代碼）。機(jī)器語言指令組成的程序稱目標(biāo)程序。MCS-51兩個(gè)寄存器相加的機(jī)器語言指令：00101000匯編語言：

與機(jī)器語言指令一一對(duì)應(yīng)的英文單詞縮寫，稱為指令助記符。匯編語言編寫的程序稱為匯編語言程序。MCS-51兩個(gè)寄存器相加匯編語言指令：ADDA，R0

機(jī)器語言（MachineLanguage)有三類匯編語言

(Assemble)

高級(jí)語言

(HighLevelLanguage)2/4/20239高級(jí)語言：高級(jí)語言源程序C-51、C、PL/M51等。簡單——控制程序不太長。復(fù)雜——多種多樣的控制對(duì)象，少有現(xiàn)成程序借鑒。簡單系統(tǒng)——不含管理和開發(fā)功能。復(fù)雜系統(tǒng)——實(shí)時(shí)系統(tǒng)，需要監(jiān)控系統(tǒng)（甚至實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)）。編譯型高級(jí)語言可生成機(jī)器代碼；解釋型高級(jí)語言必須在解釋程序支持下直接解釋執(zhí)行。因此，只有編譯型高級(jí)語言才能作為微機(jī)開發(fā)語言。2/4/202310不同計(jì)算機(jī)語言的應(yīng)用： 源程序通過編譯得到機(jī)器能執(zhí)行的目標(biāo)程序。匯編語言程序可以高效率利用計(jì)算機(jī)資源，目標(biāo)程序占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，適合于自動(dòng)測控系統(tǒng)反應(yīng)快速、結(jié)構(gòu)緊湊的要求。實(shí)際應(yīng)用中，常與C語言配合使用。高級(jí)語言程序容易掌握，通用性好，但編譯程序系統(tǒng)開銷大，目標(biāo)程序占用內(nèi)存多，且執(zhí)行時(shí)間比較長，多用于科學(xué)計(jì)算、工業(yè)設(shè)計(jì)、企業(yè)管理。源程序目標(biāo)程序編譯程序2/4/2023111.2.1單片機(jī)發(fā)展概述1.2.2MCS-51單片機(jī)系列1.2單片機(jī)的發(fā)展2/4/202312一、電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史

1、第一代（1946—1958）：電子管計(jì)算機(jī)。用于：科學(xué)計(jì)算2、第二代（1958—1964）：晶體管計(jì)算機(jī)。用于：科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制3、第三代（1964—1971）：小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)。用于：科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制、事務(wù)管理。4、第四代（1971—）：大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。用于：計(jì)算量極大的高尖技術(shù)及國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域出現(xiàn)了微型機(jī)。5、第五代：智能型計(jì)算機(jī)正在研制中。用于：模擬人的智能，識(shí)別圖像、語言和物體，聯(lián)想、推理、解答問題，使用自然語言進(jìn)行會(huì)話處理。1.2.1 單片機(jī)發(fā)展概述2/4/202313

微機(jī)結(jié)構(gòu)（馮.諾依曼結(jié)構(gòu)）2/4/202314二、微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史微型計(jì)算機(jī)的核心部分：微處理器的發(fā)展已經(jīng)歷了五代。第一代（1971—1973）：4位→8位（初級(jí)）第二代（1973—1975）：8位（初級(jí)）第三代（1975—1978）：初級(jí)8位單片機(jī)IntelMCS—48系列單片機(jī)第四代（1978—80年代中期）：高檔8位單片機(jī)

IntelMCS—51系列單片機(jī)→16位、32位第五代（80年代中期至今）：→64位2/4/2023151976-：初級(jí)8位單片機(jī)IntelMCS-48系列1980-：高檔8位單片機(jī)IntelMCS-51系列：

—51子系列：8031/8051/8751/89C51—52子系列：8032/8052/8752/89C51/89S52

低功耗型80C31

高性能型80C252

廉價(jià)型89C2051/10511983-

：16位單片機(jī)IntelMCS-96系列：

8098/8096、80C198/80C19632位單片機(jī)809602/4/202316低檔型：8021、8022MCS—48基本型：8048、8748、8038（從1976年起）改進(jìn)型：8049、8749、8039和8050、8750、8040基本型：8051、8751、8031MCS—51改進(jìn)型：8052、8752、8032（從1980年起）低功耗型：80C51、87C51、80C31強(qiáng)性能型：83C252、87C252、80C252早期產(chǎn)品：8X9X（8096）MCS—96改進(jìn)型：8X9XBH、8X9XJF（從1983年起）新產(chǎn)品：8098（準(zhǔn)）強(qiáng)功能型：80C196、80C198（準(zhǔn)）2/4/2023171.2.2 MCS-51單片機(jī)系列MCS-51系列基本產(chǎn)品型號(hào)：8051、8031、8751、89C51稱為51子系列。不同型號(hào)MCS-51單片機(jī)CPU處理能力和指令系統(tǒng)完全兼容，只是存儲(chǔ)器和I/O接口的配置有所不同。

硬件配置基本配置：1.

8位CPU2.片內(nèi)ROM/EPROM、RAM3.片內(nèi)并行I/O接口4.片內(nèi)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5.片內(nèi)中斷處理系統(tǒng)6.片內(nèi)全雙工串行I/O口2/4/202318

MCS—51系列單片機(jī)的3種基本產(chǎn)品8051：片內(nèi)含有掩膜ROM型程序存儲(chǔ)器；只能由生產(chǎn)廠家代為用戶固化；批量大、永久保存、不修改時(shí)用。8751：片內(nèi)含EPROM型程序存儲(chǔ)器；用戶可固化，可用紫外線光照射擦除；但價(jià)格高。8031：片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器，可在片外擴(kuò)展；方便靈活，價(jià)格便宜。89C51：片內(nèi)含E2PROM型存儲(chǔ)器；可固化程序，為電檫除。CHMOS：低功耗，高速度和高密度(HMOS)待機(jī)和掉電保護(hù)2/4/202319MCS-51系列單片機(jī)按內(nèi)部資源配置不同分：兩種系列、四種類型，每個(gè)類型有兩個(gè)子類2/4/2023201.3.1單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域1.3.2單片機(jī)的發(fā)展趨勢1.3.3單片機(jī)的開發(fā)1.3單片機(jī)的應(yīng)用、發(fā)展趨勢

及開發(fā)2/4/2023211.3.1單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)自動(dòng)化方面：力、熱、速度、加速度、位移。儀器儀表：降低成本、簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提高可靠性。家用電器：小家電中要求小型價(jià)廉、程序容量不大。信息和通信產(chǎn)品：

要求大容量存儲(chǔ)、大屏幕LCD顯示、極低功耗等。軍事裝備方面：可靠性、極低功耗。2/4/202322單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用遍布國民經(jīng)濟(jì)與人民生活的各個(gè)領(lǐng)域2/4/2023231.3.2單片機(jī)的發(fā)展趨勢

1.運(yùn)算速度和精度提高2.內(nèi)部資源增加3.低電壓，低功耗4.采用高級(jí)語言編寫程序2/4/2023241.3.3單片機(jī)的開發(fā)1.明確任務(wù)2.硬件設(shè)置3.編寫程序4.仿真5.固化