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第1章 微机与单片机概述

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第1章 微型计算机与单片机基础知识

第1章 微型计算机与单片机基础知识

单片机技术及应用——基于 汇编及C51程序设计
第1章 微型计算机与单片机基础 知识
2017/7/30
1
第1章 微型计算机与单片机基础知识
主要内容：
1.1 微型计算机与单片机 1.2 计算机硬件的基本组成 1.3 微型计算机的硬件构成 1.4 计算机中信息的表示 1.5 单片机概述
2017/7/30
2017/7/30
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第1章 微型计算机与单片机基础知识
1.5 单片机概述
三、单片机发展概况 （1）4位单片机 （2）8位单片机 （3）16位单片机 （4）32位单片机
2017/7/30
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第1章 微型计算机与单片机基础知识
习题
3、8、9
2017/7/30
15
2
第1章 微型计算机与单片机基础知识
1.1 微型计算机与单片机
计算机产生：1946年 美国 ENIAC 发展：电子管、晶体管、中小规模集成电路 和大规模、超大规模集成电路 微型计算机：微处理器(Microprocessor) 单片微型计算机：单片机，把CPU、存储器、 I/O接口电路、定时器/计数器以及串行 口等制作在一块芯片中的计算机。
45
2017/7/30
00101101B
6
第1章 微型计算机与单片机基础知识
1.4 计算机中信息的表示
二、有符号数
机 器 数
符号位 0：正数 1：负数
数值位
原码表示法、反码表示法和补码表示法
2017/7/30 7
第1章 微型计算机与单片机基础知识
1.4 计算机中信息的表示
1、 原码
符号位 0：正数 1：负数 绝对值
地址总线（AB） 存储器 ROM 存储器 RAM
单片机基础教程第一章概述

单片机基础教程第一章概述


存储器
存储器是单片机中用于存储程序代码 和数据的部件。根据其作用和特点， 可以分为程序存储器和数据存储器。
存储器的容量决定了单片机能够存储的 程序代码和数据的大小，常见的存储器 容量有64KB、128KB、256KB等。
程序存储器用于存储程序代码，如汇 编语言或C语言编写的程序。数据存 储器用于存储临时数据或工作变量。
单片机基础教程第一 章概述
目录
• 单片机简介 • 单片机的基本组成 • 单片机的工作原理 • 单片机的学习方法与建议
01
单片机简介
单片机的定义
总结词
单片机是一种集成电路芯片，集成了中央处理器、存储器、输入输出接口等计算机主要功能模块，具有微型化、 集成度高、可靠性强的特点。
详细描述
单片机是一种集成电路芯片，它将中央处理器、存储器、输入输出接口等计算机主要功能模块集成在一块芯片上， 实现了微型化、集成度高、可靠性强的特点。单片机可以通过编程实现各种数字和模拟信号的处理和控制，广泛 应用于工业控制、智能仪表、智能家居等领域。
令、控制指令等。
单片机指令中操作数的寻 址方式，如直接寻址、间 接寻址、寄存器寻址等。
指令执行周期
单片机执行一条指令所 需的时间，通常以机器 周期或时钟周期表示。
指令格式
单片机的指令格式，包 括操作码和操作数等部
分。
单片机的编程语言
01
02
03
汇编语言
使用助记符和符号表示指 令，易于理解和记忆。
C语言
学习单片机编程语言
实践应用与项目开发
根据所使用的单片机型号和开发环境，学 习相应的编程语言和开发工具，如C语言、 汇编语言等。
通过实践应用和项目开发，加深对单片机 应用的理解，提高实际操作能力和解决问 题的能力。
MCS-51_第01章_单片机概述

MCS-51_第01章_单片机概述


MCU芯片示例
MCU系统示例
DSP芯片示例
DSP系统示例
ARM芯片示例
ARM系统示例
IPC (工控机)机箱与主板
IPC控制系统示例
(2) 单片机是进行电子制作和毕业设计的最重要 的工具之一。 (3) 熟练进行单片机系统的设计是成为一位合格 电子工程师的必由之路。 2. 基础要求 《电路》、《模拟电子》、《数字电子》、 《微机原理》等。 3. 如何学好本课 理论与实践相结合。 4. 本课常用软件 Keil uVision, Proteus, Protel。
单片机原理及应用
河北科技大学电气信息学院自动化系 王 雷
前 言
1. 本课的重要意义 (1) 单片机(MCU)是嵌入式系统的入门级芯片： ①嵌入式系统小范围概念：ARM等含嵌入式操作 系统的32位系统。 ②嵌入式系统中范围概念：MCU、DSP、ARM ③嵌入式系统大范围概念：MCU、DSP、ARM、 IPC ④嵌入式系统现常指：MCU、DSP、ARM、 CPLD/FPGA
Keil uVision2
Proteus ISIS
Protel99 SCH
Protel99 PCB
Protel99 PCB 3D
第一章 单片机概述
1.1 什么是单片机
单片机就是在一块硅片上集成了微处理器 (CPU)，存储器(RAM，ROM，EPROM)和各种输 入、输出接口(定时器/计数器，并行I/O口，串 行口，A/D转换器，脉冲调制器PWM等) ，这样 一块芯片具有一台计算机的属性，称为单片微型 计算机，简称单片机。 主要应用于测控领域，一般称为微控制器 MCU(Micro Control Unit)，我国习惯使用“单片 机”。
4. 外围电路内装化(增加片内外设) 必有：ROM、RAM、定时器/计数器、中断系统、 SCI。 集成：A/D、D/A、PWM、QEP、DMA控制器、 中断控制器、锁相环、频率合成器、字符发生器、声 音发生器、CRT控制器、LCD控制器、译码驱动器等。
第1章 单片机概述

第1章 单片机概述

第一章单片机概述1.1微机的产生与发展1.1.1 微机的发展微型计算机自出现以来，便以其集成度高、功能强、体积小、功耗低、价格廉、灵活方便等一系列优点，广泛应用于国防、航空航天、海洋、地质、气候、教育、经济、日常生活的各个领域，并发挥着巨大的作用。

自第一台微型计算机MCS-4诞生后，一直到现在，微型计算机的发展非常迅速，对于微型计算机的发展，一般以字长和典型的微处理器芯片作为划分标志，将微型计算机的发展划分为五个阶段。

第一个阶段(1971年～1973年)主要是字长为4位的微型机和字长为8位的低档微型机。

这一阶段的典型微处理器有：世界上第一个微处理器芯片4004，以及随后的改进版4040，它们都是字长为4 位的。

在随后的第二年，Intel又研制出了字长为8位的处理器芯片8008，集成度和性能都有所提高。

第一代微型机就采用了PMOS工艺，基本指令时间约为10～20μS，字长为4位或8位，指令系统比较简单，运算功能较差，速度较慢，系统结构仍然停留在台式计算机的水平上，软件主要采用机器语言或简单的汇编语言，其价格低廉。

第二个阶段（1974年～1978年）主要是字长为8位的中、高档微型机。

这一阶段典型的微处理器芯片有：Intel公司的I8080、I8085，Motorola公司的M6800等。

第二代微型机的特点是采用NMOS工艺，集成度提高1～4倍，运算速度提高10～15倍，基本指令执行时间约为1～2μS，指令系统比较完善，已经具有典型的计算机系统结构以及中断DMA等控制功能，寻址能力也有所增强，软件除采用汇编语言外，还配有BASIC、FORTRAN、PL/M等高级语言及其相应的解释程序和编译程序，并在后期开始配上操作系统。

第三个阶段（1979年～1985年）主要是字长为16位的微型机。

这一阶段典型的微处理器芯片有：Intel公司的8086/8088/80286，Motorola公司的M68000等。

第三代微型机的特点是采用HMOS工艺，基本指令时间约为0.05μS，从各个性能指标评价，都比第二代微型机提高了一个数量级，已经达到或者超过中、低档小型机的水平。

微型计算机与单片机

微型计算机与单片机


CPU
微型机
存储器 输入/输出接口
5
地址总线AB 数据总线DB
微 处 理 器 CPU
控制总线CB
ROM
RAM
I/O接口
外 设
6
微型机组成框图
时钟OSC
程序存储器 ROM
数据存储器 RAM
CPU
中断
各种I/O
定时器/计数器
MCS-51单片机组成框图来自7几个概念
1、单片机：又称单片微控制器 ,它不是完成某一个逻 辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片 上。概括的讲：它主要是将微处理器、部分存储器、 输入输出接口都集成在一块集成电路芯片上，一块芯 片就成了一台计算机 。 2、单板机：将计算机的各个部分都组装在一块印制电 路板上，包括微处理器 /存储器 /输入输出接口，还有 简单的七段发光二极管显示器、小键盘、插座等。功 能比单片机强，适于进行生产过程的控制。可以直接 在实验板上操作，适用于教学。 3、PC机(Personal Computer ) :面向个人单独使用的一 类微机，实现各种计算、数据处理及信息管理等。
自单片机诞生以来的近30年中，单片机已有70多个 系列的近500个机种。国际上较有名、影响较大的公司 及他们的产品如下所述： Intel公司的MCS—48、MCS—51、MCS—96系列； Motorola公司的6801、6802、6803、6805、68HCl l系列产品； Zilog公司的Z8、Super8系列产品； 仙童(Fairchild)公司和Mostek公司的F8、3870系 列产品；
12
MCS-51系列单片机分类
资源 配置 子 系列 51子系列 52子系列 无
片内ROM形式
ROM EPR E2PR OM OM
第一章-单片机概述

第一章-单片机概述


89C51 4kB EEPROM 128字节
80C32
无
256字节
52
80C52 8kB掩膜ROM 256字节
系
列
87C52 8kB EPROM 256字节
89C52 8kB EEPROM 256字节
2x16位
5
2x16位
5
2x16位
5
2x16位
5
3x16位
6
3x16位
6
3x16位
6
3x16位
6
第一章 单片机概述
第一章 单片机概述
3、家用电器
1. 智能冰箱 2．智能饭煲 3．智能食品配料机
可以这样说，现在的家用电 器基本上都采用了单片机控 制，从电饭褒、洗衣机、电 冰箱、空调机、彩电、其他 音响视频器材、再到电子秤 量设备，五花八门，无所不 在。
第一章 单片机概述
4、计算机网络和通信领域
•手机 •电话机 •程控交换机 •楼宇自动通信呼叫系统 •列车无线通信 •日常工作中随处可见的 移动电话
第一章 单片机概述
1.1 单片机的名称
中央处理机 CPU
随机存储器 RAM
只读存储器 ROM
中断系统
定时器/计数器
I/O
单片微型计算机 SCMC
微控制器 MCU 嵌入式微控制器 EMCU
第一章 单片机概述
第一章 单片机概述
第一章 单片机概述 ➢ 单片机与单片机系统 ➢ 单片机的程序设计语言 ➢单片机的仿真开发
电池分析仪
麻醉信息管理系统
第一章 单片机概述
➢ 单片机典型应用案例
出租汽车计价器
按键
8051
显示
产生中断 中断服务子程序
第1章单片机基础知识

第1章单片机基础知识

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。
单片机实物图1
23:50
第1章单片机基础知识
3
单片机实物图(2)
单片机芯片 AT89C51 AT89S51 AT89S52 AT89C2051
双列直插式DIP40 (Dual In-line Package)封装
23:50
第1章单片机基础知识
4
单片机实物图(3)
塑料扁平式PQFP/TQFP
(Plastic Quad Flat Package)封装
外围设备
接口
控制器
CPU
内存
主机
计算机的基本结构
中央处理单元CPU：运算器、控 制器合称为中央处理单元 CPU(Central Processing Unit) 。
主机：通常把运算器、控制器、存 储器这三部分称为计算机主机。
外设：输入、输出设备称为计算机 的外围设备(简称“外没”)。
23:50
第1章单片机基础知识
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。
单片机课件第一章__微型计算机基础知识

单片机课件第一章__微型计算机基础知识


3．二进制、十六进制之间的相互转换
将二进制数转换为十六进制数，从低位开始， 每四位一组，然后将其转换为对应的十六进制数 。如最后一组不足四位，需在左边补0。
用同样方法可将二进制小数转换十六进制小数 。只是分组应从小数点右边开始分成四位一组。
十六进制数转换为二进制数，将每位十六进制 数直接转换成相应的二进制数。
表
1-1
六 进 制 数 对 照 表
十 进 制 数 、 二 进 制
数
、
十
返回本节
1.4.4 不同进制数之间的转换
1．二进制转换为十进制 基本方法：将二进制数按权展开式，利用十进制 数的运算法则求和，即可得到等值的十进制数。
2．十进制到二进制的转换 l 十进制整数转换为二进制整数 l 十进制小数转换为二进制小数 l 带小数的十进制数转换为二进制数
l 反码：正数的反码=原码；负数的反码=原码 的符号位不变而数值按位取反。所谓按位取反， 即将各位的1变成0，0变成1。
例如，x1=＋13， [x1]反=[＋13]原=0 0001101B 。
又如，x2=－13， [x2]原=[－13]原=1 0001101B，
[x2]反=[－13]反=1 1110010B。
码 表
美 国
标
准
信
息
交
换
返回本节
1.5 单片机的供应状态
用户在使用通用单片机时，必须了解单片机的 供应状态。单片机的供应状态决定于片内ROM 的配置状态，通常有五种：
1、片内ROM状态
自带掩膜ROM，由厂家出厂前统一写入，适用 于批量生产。一般不这样做。
2、片内EPROM状态
用户自已写入，并可改写，可简化系统。8051
第一章 微型计算机基础知识
微机原理与单片机技术复习

微机原理与单片机技术复习


MCS-51单片机设有四个8位双向I/O端口（P0、P1、 P2、P3），每一条I/O线都能独立的作为输入或输出。 P0口为三态双向口，能带8个LSTTL电路。P1、P2、 P3口为准双向口，负载能力为4个LSTTL电路。 （在 作为输入线时，口锁存器必须先写入“1”，故称为准 双向口） 一、端口功能 P0口 P0口可以作为输入输出口，但在实际应用中通 常作为地址/数据总线口，即低8位地址/数据 线分时使用P0口，低8位地址由ALE信号的负 跳变使它锁存到外部地址锁存器中，而高8位地 址由P2口输出。
微处理器 主机 硬件系统 微机系统 存储器 I/O 接口 系统总线 外设、电源机箱等 程序设计语言：机器语言 软件系统 汇编语言 高级语言 系统软件：操作系统、监控程序 与编译解释程序等 应用软件：数据库、软件包 和窗口软件等 微机系统示意图
第2章 计算机基础知识
• 数制：十进制D、二进制B、十六进制H、 八进制O • 数制之间的转换 • 有符号数的表示方法：原码、反码、补码 • 二进制编码：压缩BCD码、非压缩BCD码
P1口 P2口
P1口每一位都能作为可编程的输入输出线。 P2口可以作为输入口或输出口使用，外界I/O设备 时，又作为扩展系统的地址总线，输出高8位地址， 与P0口一起组成16位地址总线。对于8031单片机 来说，P2口一般只作为地址总线使用，而不作为 I/O线直接与外设相连接。 P3口 P3口为双功能口。作为第一功能使用时，其功能同 P1口。当作为第二功能使用时，功能定义如下表。
4个I/O端口的主要异同点 • 同：(1)8位双向口，都可作为双向通用I/O端 口；(2)都包括锁存器、输出驱动器和输入缓 冲器；(3) 读引脚前先写“1”；(4)可按字节 或位访问。 • 异：P0真正双向口，其余准双向；P0驱动能 力最强；P0漏极开路，作为I/O需接上拉电阻； P3口均有第二功能(每位的功能是什么)。
单片机概述

单片机概述

2010-122010-12-2 3
◆单板机 CPU芯片 存储器芯片、I/O接口芯片 芯片、 将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片 和简单的I/O设备 小键盘、LED显示器 设备（ 显示器） 和简单的I/O设备（小键盘、LED显示器）等 装配在一块印刷电路板上， 装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序 固化在ROM中），就构成了一台单板微型 （固化在ROM中），就构成了一台单板微型 计算机（简称单板机）。 计算机（简称单板机）。
2010-122010-12-2 12
1.3.2 单片机产品近况
◆ 80C51系列单片机产品繁多，主流地位已 80C51系列单片机产品繁多 系列单片机产品繁多，
经形成，近年来推出的与80C51兼容的主要产 80C51兼容的主要产 经形成，近年来推出的与80C51 品有： 品有：
﹡ATMEL公司融入Flash存储器技术的AT89系列； ATMEL公司融入Flash存储器技术的AT89系列； 公司融入Flash存储器技术的AT89系列 Philips公司的80C51、80C552系列 公司的80C51 系列； ﹡Philips公司的80C51、80C552系列； 华邦公司的W78C51 W77C51高速低价系列 W78C51、 高速低价系列； ﹡华邦公司的W78C51、W77C51高速低价系列； ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列 公司的ADμC8xx高精度ADC系列； ﹡ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列； LG公司的GMS90/97低压高速系列 公司的GMS90/97低压高速系列； ﹡LG公司的GMS90/97低压高速系列； Maxim公司的DS89C420高速 50MIPS）系列； 公司的DS89C420高速（ ﹡Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列； Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机 公司的C8051F系列高速SOC单片机。 ﹡Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机。
前言第一章单片机概述

前言第一章单片机概述

控制单片机各个部分的功能。
输入/输出接口
并行输入输出接口
连接单片机和外部设备，实现数 据的输入和输出。
串行通信接口
实现单片机与外部设备的串行通 信。
时钟电路
晶体振荡器
产生时钟信号，控制单片机的运行速 度。
定时器/计数器
在时钟信号的控制下，实现定时或计 数功能。
04 单片机的编程语言
汇编语言
01
单片机概述
目 录
• 前言 • 单片机简介 • 单片机的基本组成 • 单片机的编程语言 • 单片机的开发环境 • 单片机的发展趋势与未来展望
01 前言
编写目的
介绍单片机的概念、 发展历程和应用领域。
为后续深入学习单片 机打下基础。
帮助读者了解单片机 的基本原理和特点。
背景知识
01
02
03
微处理器
IAR Embedded Workbench
高效的编译器
IAR
Embedded
Workbench的编译器具有
高效、可靠的特点，能够
生成优化的代码。
强大的调试器
IAR
Embedded
Workbench的调试器功能
强大，支持多种调试工具
和调试方法。
易于使用的界面
IAR
Embedded
Workbench的界面设计简
03 单片机的基本组成
中央处理器
运算器
进行算术和逻辑运算，处理数据。
控制器
控制单片机各部分协调工作，是单片机的指挥中心。
指令寄存器
存储从内存中取得的指令。
程序计数器
存储下一条要执行的指令的地址。
存储器
程序存储器
用于存储程序和表格。

第1章单片机概述

1、微型计算机硬件结构 ——常见的微机外形
台式微机
立式微机
便携式微机
微型计算机硬件结构 ——冯.诺依曼结构
输入 设备
输出 设备
I/O设备
主存储器 主机
运算器 控制器 CPU
计算机系统通常由多块印刷电路板制成：
内存条
CPU
主板
多板机
单片机
单片机是将计算机主机 (CPU、内存和I/O接 口 等集成在一小块硅片上的微型机，所以称作 单片微型计算机。
5.低电压、低功耗
? 工作电压：一般在 3～6V范围内工作，有的已能在 1.2V 或0.9V电压下工作。几乎所有的单片机都具有省电运行 方式。
区分几个概念
? CPU: Central Processing Unit ? MCU: Microcontroller Unit ? DSP: Digital Signal Processing ? DSPs: Digital Signal Processors
单片机的分类（按用途）
（1）通用型单片机 （2）专用型单片机
2. 存储器的发展
? 加大存储器容量。 片内 RAM 256B ，片内外扩 RAM (ERAM)2KB，ROM容量从4K、16K、32K到64K。
? 片内 EPROM采用 E2PROM或Flash存储器。 编程和擦 除完全是电气实现。编程和擦除速度快，可以使用通用 的编程器脱机编程，也可在线编程（ ISP：In-System Program）。
第1章 单片机概述
1.1 什么是单片机 1.2 单片机的历史及发展概况 1.3 8 位单片机的主要生产厂家和机型 1.4 单片机的发展趋势 1.5 单片机的应用 1.6 MCS-51 系列单片机 1.7 单片机的开发与开发工具

单片机01第一章概述

为了适应物联网应用的需求，单片机需要具备低功耗、高性能、高集成度等特点，同时还需要支持多 种通信协议和安全机制，以确保数据传输的可靠性和安全性。
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时钟信号的频率决定了单片机的工作速度。不 同单片机的时钟频率可能有所不同，但通常都 在数兆赫兹至数百兆赫兹之间。
时钟电路通常由石英晶体振荡器和相关电路组 成，以确保提供稳定、准确的时钟信号。
03 单片机的编程语言
汇编语言
01
汇编语言是一种低级语言，与硬件紧密相关，可以直接控制硬 件。
02
汇编语言具有高效性，能够直接访问内存和寄存器，适用于对
使用高级语言编程可以降低开发难度， 提高开发效率，但可能会牺牲一些性 能。
04 单片机的开发环境
Keil软件
01
是一款由德国Keil公司开发的集成开发环境（IDE），
专为单片机开发而设计。
02
提供了一个完整的工具链，包括编译器、链接器、调
试器和仿真器等，支持多种单片机型号和开发语言。
03
界面友好，易于使用，适合初学者和经验丰富的开发
低功耗设计
随着环保意识的增强，低功耗设计已成为单片机发展的必然 趋势。低功耗单片机在延长产品使用寿命、降低能耗、减少 散热等方面具有显著优势，尤其在便携式设备和物联网领域 的应用前景广阔。
低功耗设计涉及芯片架构优化、电源管理、动态电压调节等 多方面技术，需要单片机厂商在硬件和软件层面进行深入研 究与创新。
性能要求较高的场合。
汇编语言可移植性差，不同的单片机需要不同的汇编语言。
03
C语言
C语言是一种中级语 言，介于汇编语言和 高级语言之间。
C语言具有较好的可 读性和可维护性，易 于学的单片机 上使用相同的C语言 代码。

第01章单片机概述

电压等。
❖ 6.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。
❖ 7.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。
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
❖ 1.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。
❖ 2.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电 路之间的串行通信总线。也可用于多机通信。
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。
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。
❖ 1．4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TMS1000后，各个计算机生产公司竟相推出4位单片机。

单片机原理与应用技术第一章微型计算机系统基本知识

指令系统
指令系统是单片机软件系统的核心，它规定了单片机能够执行的指令集合。指 令系统包括算术指令、逻辑指令、控制指令等，每种指令都有特定的功能和操 作码。
汇编语言
汇编语言是一种低级语言，与硬件直接相关，易于理解和编写。在单片机编程 中，汇编语言通常用于编写底层驱动程序和优化性能要求高的程序。
单片机的高级语言与编程
智能热量表
单片机可以实现热量表的自动读数和远程抄表功能。
单片机在其他领域的应用
医疗设备
单片机可以用于医疗设备 的控制和监测，如监护仪、 呼吸机等。
交通工具
单片机可以用于车辆的控 制系统和安全监测系统， 如汽车电子、轨道交通等。
物流行业
单片机可以用于物流设备 的控制和监测，如智能仓 储、智能物流等。
02
单片机的基本知识
单片机的定义与特点
总结词：概述
详细描述：单片机是一种集成电路芯片，它集成了中央处理器、存储器、输入输 出接口等计算机主要部件的功能，具有体积小、功耗低、可靠性高、价格便宜等 特点。
单片机的分类与选型
总结词
分类与选型
详细描述
根据不同的分类标准，单片机可以分为多种类型。按位数可分为4位、8位、16位和32位单片机；按结构可分为 CISC和RISC单片机；按指令集可分为冯诺依曼和哈弗结构单片机。在选型时，需要根据实际需求和应用场景选 择合适的单片机，考虑其性能、功能、成本等因素。
单片机的存储器
程序存储器
用于存储程序代码，如ROM、 EPROM、Flash等。
数据存储器
用于存储程序执行过程中的数 据，如RAM。
特殊功能寄存器
用于控制单片机各部分的工作 状态和参数设置。
存储器组织
根据不同需求，单片机内部存储 器可以分为不同的区域，如程序 存储器、数据存储器、堆栈等。

单片机微机原理 第1章概述

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是取代MCS-51系列(xìliè)单片机的主流芯片之一 。 表1-3为ATMEL公司生产的AT89系列(xìliè)单片机的主要产品的片内
硬件资源。
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低档机型 低电压型 ---“LV” 尽管AT89C5x系列单片机有多种机型，但是掌握好基本型
AT89C51是十分重要的，是具有8051内核的各种型号单片机 的基础，具有典型性、代表性，也是各种增强型、扩展型 等衍生品种的基础。 因此，以AT89C51为51单片机的代表机型来介绍，并简写为 89C51。 除了8位单片机得到(dé dào)广泛应用外，一些厂家的16位单 片机也得到(dé dào)用户的青睐。
LED和VFD（荧光显示器）。
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（2）设置特殊的串行接口功能，课构成分布式、网络化系统 。 4．低功耗化 CMOS化 CHMOS工艺。 5．外围电路内装化 集成度不断提高，把众多的外围功能部件集成在片内－－系统的
单片化。 典型：美国Cygnal公司C8051F020 8位单片机，采用流水线结构，
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习惯把兼容机等衍生产品统称为51系列单片机或51单片机。 在8051的基础上又进行了一些扩充,称为增强型、扩展型，如52
子系列单片机，功能(gōngnéng)和市场竞争力更强。 世界单片机芯片生产厂商推出的与8051（80C51）兼容的主要产
品如表1-2所示。
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众多的MCS-51单片机及其各种增强型、扩展型衍生品种，ATMEL公 司推出的AT89C5x系列，尤其是该系列中的AT89C51单片机在8 位单片机应用中占有相当大的市场份额。
动化等领域带来了一场重大革命和技术进步。 单片机几乎可以在任何设施或任意装置上做成非常小的、功能比
较完善的单片机嵌入系统置于其中，以实现各种方式的检测、 计算或控制(kòngzhì)，在这一点上，一般的微型计算机根本 做不到。 由于单片机本身就是一个计算机系统，因此只要在单片机的外部 适当增加一些必要的外围扩展接口电路，就可以灵活地构成各 种应用系统。
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1958年开始的第二代晶体管计算机 1958年开始的第二代晶体管计算机 年开始的第二代
运算速度提高到几万次至几十万次，可靠性提高， 运算速度提高到几万次至几十万次，可靠性提高， 体积缩小，成本降低，工业控制机开始得到应用， 体积缩小，成本降低，工业控制机开始得到应用，磁芯 作主存储器, 磁盘作外存储器，开始使用高级语言编程。 作主存储器, 磁盘作外存储器，开始使用高级语言编程。
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■ 1986年开始的第五代巨大规模集成电路计算机 1986年开始的第五代巨大规模集成电路计算机 年开始的第五代
运算速度提高到每秒几亿次至上百亿次， 运算速度提高到每秒几亿次至上百亿次，由一片巨 大规模集成电路实现的单片机开始出现。 大规模集成电路实现的单片机开始出现。
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微型计算机系统的三个层次： 1.3 微型计算机系统的三个层次：
微型计算机系统从全 局到局部分为三个层 次： 1.微处理器 1.微处理器 2.微型计算机 2.微型计算机 3.微型计算机系统 3.微型计算机系统
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微机与单片机系统及应用
1.微机与单片机概述 1.微机与单片机概述
《微》第1章 & 《单》第1章 章 章
1.1 微型计算机的特点和发展 1.2 微机的分类与单片机 1.3 微处理器、微计算机和微计算机系统之间 微处理器、 的关系 1.4 微机与单片机的应用 1.5 微型计算机的性能指标 1.6 计算机中的数与码
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2010-2011 春季学期
一、微处理器
微处理器(Microprocessor)：简称µ MP， 微处理器(Microprocessor)：简称µP或MP，或MPU (Microprocessor) Unit)。MPU是采用大规模和超大规 (MicroProcessing Unit)。MPU是采用大规模和超大规 模集成电路技术将算术逻辑部件ALU（ 算术逻辑部件ALU 模集成电路技术将算术逻辑部件ALU（Arithmetic Unit）、控制部件CU ）、控制部件CU（ Unit） Logic Unit）、控制部件CU（Control Unit）和寄存 器组R Registers） 器组R（Registers）三个基本部分以及内部总线集成 在一块半导体芯片上构成的电子器件。又称为“ 在一块半导体芯片上构成的电子器件。又称为“中央 处理单元” Unit)， 处理单元”(Central Processor Unit)，即通常所称 CPU。 的CPU。
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按系统规模分类： 按系统规模分类： 单片机 个人计算机(台式机Desktop) 个人计算机(台式机Desktop) 笔记本电脑(Laptop) 笔记本电脑(Laptop) 掌上电脑
有关单片机
单片机的概念： 单片机的概念：
单片机即单片微型计算机，它是将CPU、RAM、ROM、定时/ 单片机即单片微型计算机，它是将CPU、RAM、ROM、定时/计数 CPU 器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。 器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。 单片机也称为微控制器(MiCrocontroller MCU)、 单片机也称为微控制器(MiCrocontroller Unit, MCU)、嵌入 微控制器 式控制器(Embedded EMCU)。 式控制器(Embedded MiCrocontroller Unit, EMCU)。
单片机的特点： 单片机的特点：
集成度高，功能强。单片机在一块芯片上集成了CPU RAM、ROM、 CPU、 (1) 集成度高，功能强。单片机在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、
I/O接口等资源，在芯片上还包含了中断系统、串行通信接口、定时器/ I/O接口等资源，在芯片上还包含了中断系统、串行通信接口、定时器/计 接口等资源 数器等功能部件。芯片功能强、体积小、集成度高。 数器等功能部件。芯片功能强、体积小、集成度高。
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单片机的分类： 单片机的分类：
单片机分为通用型和专用型两种， 单片机分为通用型和专用型两种，通用型单片机把可开发的内 通用型 两种 部资源全部提供给用户，内部资源丰富、性能全面、适应性强。 部资源全部提供给用户，内部资源丰富、性能全面、适应性强。 专用型单片机针对某些产品的特定用途而制作， MCU发展的 专用型单片机针对某些产品的特定用途而制作，是MCU发展的 一个趋势。 一个趋势。
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微处理器发展过程
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1.2 微机的分类与单片机
微型计算机的分类
按处理器的字长分类： 按处理器的字长分类： 4位微处理器 8位微处理器 16位微处理器 16位微处理器 32位微处理器 32位微处理器
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二、微型计算机
微型计算机（ Computer）是计算机的微型化， 微型计算机（Micro Computer）是计算机的微型化，简 称微机，它由CPU 存储器、输入接口、输出接口以及 CPU、 以及系统总 称微机，它由CPU、存储器、输入接口、输出接口以及系统总 组成。该层次就是已安装了CPU和内存条的主板。 CPU和内存条的主板 线组成。该层次就是已安装了CPU和内存条的主板。微型计算 机的硬件结构如图1 所示： 机的硬件结构如图1-1所示：
微型计算机的特点： 微型计算机的特点： ① ② ③ ④ 体积小、重量轻。 。 价格低廉 可靠性高、结构灵活 应用面广
Hale Waihona Puke 计算机的发展： 计算机的发展： 1946年在美国宾夕法尼亚大学制成的世界上第一 自1946年在美国宾夕法尼亚大学制成的世界上第一 台电子数字计算机以来，计算机的发展大致经历了 台电子数字计算机以来， 五代的变化： 五代的变化：
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CPU内部包含如下三部分： CPU内部包含如下三部分： 内部包含如下三部分 算术逻辑部件 累加器和寄存器组 控制器 CPU的功能： CPU的功能： 的功能 进行算术和逻辑运算 可保存较少量数据 能对指令进行译码并执行规定的动作 能和寄存器、 能和寄存器、外设交换数据 提供整个系统所需要的定时和控制 响应其他部件发来的中断请求
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3．I/O接口 I/O接口
I/O接口（Interface） CPU与I/O设备之间的连接 I/O接口（Interface）是CPU与I/O设备之间的连接 接口 电路，不同的I/O设备有不同的I/O接口电路。 I/O设备有不同的I/O接口电路 电路，不同的I/O设备有不同的I/O接口电路。
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1965年开始的第三代 年开始的第三代中小规模集成电路计算机 ■ 1965年开始的第三代中小规模集成电路计算机 使用半导体存储器， 使用半导体存储器，出现多终端计算机和计算机 半导体存储器 网络，可靠性进一步提高,体积进一步缩小， 网络，可靠性进一步提高,体积进一步缩小，成本进 一步下降，运算速度提高到几十万次至几百万次。 一步下降，运算速度提高到几十万次至几百万次。在 此期间，形成机种多样化，生产系列化，使用系统化， 此期间，形成机种多样化，生产系列化，使用系统化， 小型计算机开始出现。 小型计算机开始出现。 年开始的第四代大规模集成电路计算机 ■ 1971年开始的第四代大规模集成电路计算机 年开始的第四代 出现了微型计算机、单片微型计算机， 出现了微型计算机、单片微型计算机，外部设备多 样化，可靠性更进一步提高，体积更进一步缩小， 样化，可靠性更进一步提高，体积更进一步缩小，成本 更进一步降低，速度提高到每秒几百万次至几千万次。 更进一步降低，速度提高到每秒几百万次至几千万次。
本章的学习重点
1、CPU的功能和内部模块。 CPU的功能和内部模块。 的功能和内部模块 2、微型计算机的基本结构。 微型计算机的基本结构。
CPU三组总线 数据总线、 三组总线： 3、CPU三组总线：数据总线、地址总线和控制总线
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微型计算机的特点和发展： 1.1 微型计算机的特点和发展：
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1．微处理器(CPU) 微处理器(CPU)
微处理器是微型计算机的核心， 微处理器是微型计算机的核心，它的性能决定了整个微 型机的各项关键指标。 型机的各项关键指标。
2．存储器(用于存放程序与数据的半导体器件) 存储器(用于存放程序与数据的半导体器件)
第1阶段(1971~1976)：单片机萌芽阶段。 阶段(1971~1976)：单片机萌芽阶段。 (1971~1976) 阶段(1976~1980) 初级单片机阶段。 (1976~1980)： 第2阶段(1976~1980)：初级单片机阶段。 阶段(1980~1983) 高性能单片机阶段。 (1980~1983)： 第3阶段(1980~1983)：高性能单片机阶段。 阶段(1983~1990) (1983~1990)： 位单片机巩固发展及16 16位单片机推出 第4阶段(1983~1990)：8位单片机巩固发展及16位单片机推出 阶段。 阶段。 阶段(1990~ )：单片机在集成度、功能、速度、可靠性、 第5阶段(1990~ )：单片机在集成度、功能、速度、可靠性、 应用领域等方面高速发展。 应用领域等方面高速发展。