1 单片机概述

第一章单片机入门知识概述1.1 单片机的发展历程单片机的应用在后PC时代得到了前所未有的发展，但对处理器的综合性能要求也越来越高。

综观单片机的发展，以应用需求为目标，市场越来越细化，充分突出以“单片”解决问题，而不像多年前以MCS51/96等处理器为中心，外扩各种接口构成各种应用系统。

单片机系统作为嵌入式系统的一部分，主要集中在中、低端应用领域（嵌入式高端应用主要由DSP、ARM、MIPS等高性能处理器构成），在这些应用中，目前也出现了一些新的需求，主要体现在以下几个方面：（1）以电池供电的应用越来越多，而且由于产品体积的限制，很多是用钮扣电池供电，要求系统功耗尽可能低，如手持式仪表、水表、玩具等。

（2）随着应用的复杂，对处理器的功能和性能要求不断提高。

既要外设丰富、功能灵活，又要有一定的运算能力，能做一些实时算法，而不仅仅做一些简单的控制。

（3）产品更新速度快，开发时间短，希望开发工具简单、廉价、功能完善。

特别是仿真工具要有延续性，能适应多种MCU，以免重复投资，增加开发费用。

（4）产品性能稳定，可靠性高，既能加密保护，又能方便升级。

1. 单片机技术的发展特点自单片机出现至今，单片机技术已走过了近20年的发展路程。

纵观20年来单片机发展历程可以看出，单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。

（1）单片机寿命长这里所说的长寿命，一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠地工作十年、二十年，另一方面是指与微处理器相比的长寿命。

随着半导体技术的飞速发展，MPU更新换代的速度越来越快，以386、486、586为代表的MPU，很短的时间内就被淘汰出局，而传统的单片机如68HC05、8051等年龄已有20岁以上，产量仍是上升的。

这一方面是由于其对相应应用领域的适应性，另一方面是由于以该类CPU为核心，集成以更多I/O功能模块的新单片机系列层出不穷。

单片机常考知识点总结归纳一、单片机概述单片机是一种集成了微处理器、存储器和输入/输出功能的集成电路芯片，也称为微控制器。

常见的单片机有8051系列、AVR系列、PIC系列等。

单片机通常具有CPU、存储器、定时器、串行通信接口、模拟输入/输出和数字输入/输出等外围设备。

二、单片机的基本特点1. 控制功能：单片机是用来控制各种设备和系统的，其核心是实现程序控制和数据处理。

2. 内部存储器：单片机有自带的ROM、RAM和EEPROM存储器，存储程序和数据。

3. 输入输出功能：单片机通过外设和接口实现与外部设备的连接和通信。

4. 超低功耗：单片机通常工作在微功耗下，能长时间运行在电池供电环境中。

5. 嵌入式应用：单片机广泛应用于嵌入式系统、家电控制、自动化设备等领域。

三、单片机常考的知识点1. 单片机的基本原理：包括单片机的工作原理、内部结构、外围设备和程序存储等内容。

2. 单片机的硬件结构：包括CPU、存储器、输入输出设备、定时器计数器、串行通信接口等部分。

3. 单片机的编程开发：包括汇编语言编程、C语言编程、软件开发工具和调试技术等内容。

4. 单片机的应用实例：包括LED显示、按键控制、数码管驱动、定时器应用、串口通信等应用案例。

5. 单片机的系统设计：包括单片机系统设计的原则、方法和技术要点等内容。

6. 单片机的外围接口：包括串行通信接口、模拟输入输出、数字输入输出等外围接口知识。

7. 单片机的存储器管理：包括ROM的存储器结构、程序存储、数据存储和EEPROM的应用。

8. 单片机的中断处理：包括中断的类型、中断的嵌套、中断的优先级和中断的应用等知识点。

9. 单片机的定时器应用：包括定时器的工作原理、定时器的编程、定时器的应用实例等内容。

10. 单片机的串口通信：包括串口的工作原理、串口的编程、串口的数据传输和应用实例等。

11. 单片机的模拟输入输出：包括模拟输入输出的工作原理、模拟输入输出的编程和应用实例等。

第1章 单片机概述1.1 单片机的概念1.1.1 单片机的定义单片机的全称是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer，SCM），也称为微控制器（Micro-Controller Unit，MCU），它是将中央处理单元（Central Processing Unit，CPU）、数据存储器RAM（Random Access Memory，随机读写存储器）、程序存储器ROM（Read Only Memory，只读存储器）以及I/O（Input/Output，输入/输出）接口集成在一块芯片上，构成的一个计算机系统，其组成框图如图1.1所示。

单片机可用下面的“表达式”来表示：单片机 = MPU+ROM+RAM+I/O+功能部件图1.1 单片机的组成框图1.1.2 单片机的诞生单片机诞生于20世纪70年代末，具有代表性的事件是1976年Intel公司推出了MCS-48单片机系列的第一款产品：8048。

这款单片机在一个芯片内集成了超过17000个晶体管，包含一个CPU，1KB的EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory，可擦可编程只读存储器），64字节的RAM，27个I/O端口和一个8位的定时器。

8048很快就成为了控制领域的工业标准，它们起初被广泛用来替代诸如洗衣机或交通灯等产品中的控制部分。

1980年，Intel公司在MCS-48的基础上推出了MCS-51系列的第一款单片机8051，这款单片机的功耗、大小和复杂程度都比8048提高了一个数量级。

8051集成了超过60000个晶体管，拥有4KB的ROM，128B的RAM，32个I/O端口，一个串行通信接口和两个16位的定时器。

经过三十多年的发展，MCS-51系列单片机已经形成了一个规模庞大、功能齐全、资源丰富的产品群。

单片机原理与应用技术·2·1.1.3 单片机的应用领域单片机在我们的日常生活和工作中无处不在、无处不有：家用电器中的微波炉、洗衣机、电饭煲、豆浆机、电子秤；住宅小区的监控系统、电梯智能化控制系统；汽车电子设备中的ABS、GPS、ESP、TPMS；医用设备中的呼吸机，各种分析仪，监护仪，病床呼叫系统；公交汽车、地铁站的IC卡读卡机、滚动显示车次和时间的LED点阵显示屏；电脑的外设，如键盘、鼠标、光驱、打印机、复印机、传真机、调制解调器；计算机网络的通信设备；智能化仪表中的万用表、示波器、逻辑分析仪；工厂流水线的智能化管理系统，成套设备中关键工作点的分布式监控系统；导弹的导航装置，飞机上的各种仪表等。

目录第 1 章概述 (1)1.1 单片机的应用领域 (2)1.2 AVR单片机及其主要特点 (3)1.3 单片机的发展历史 (4)1.4 单片机的发展趋势 (6)1.5 AVR系列单片机简介 (8)第 1 章概述单片机是一种超大规模集成电路芯片。

把具有数据处理功能的微处理器(CPU)，具有数据存储功能的程序存储器(只读存储器，ROM)和数据存储器(可读可写存储器，RAM)，具有与外界交换数据功能的输入输出接口电路(I/O口)集成在同一块芯片上就构成了一个基本的单片机，为方便应用，一般还把一些常用的外围器件也集成到同一块芯片上，常见的外围器件有定时计数器（T/C），各种串行通信接口(RS232异步串行接口,SPI接口,一总线接口，I2C总线接口等)，脉宽调制电路(PWM)，模拟信号多路切换器及模数转换器（A/D）等，实际上单片机就是一个单芯片的计算机系统。

单片机中的微处理器CPU在时钟脉冲产生的时间序列信号控制下，从第一条指令开始一步一步地执行预先写入在只读程序存储器(ROM)中的程序，在程序的控制下，通过各种输入输出接口与外界（或集成在内部的外围器件）交换信息，完成各种既定的任务。

输入信息一般有传感器，按键，开关，定时器，串行接口等信号，输出信息一般用于控制继电器，屏幕，电机，开关，串行接口等，程序执行过程中产生的中间数据则存放在CPU寄存器和数据存储器(RAM)中，实际上，单片机的任务就是在时序信号控制下，逐条执行程序指令，与外界交换跟踪信息，单片机硬件至少有CPU，ROM，RAM，I/O，工作时还要有一个可以产生时序的时钟信号。

一个简单的例子就是程序控制的洗衣机，厂家把各种洗衣的定时程序预先写入到单片机的只读程序存储器ROM里，单片机的输入接口与传感器（水位传感器，称重传感器，温度传感器，混浊度传感器等），按键，开关相连，输出接口与洗衣机电机，电磁阀门，显示器，指示灯等执行设备相连，洗衣机运行时，CPU在时钟控制下，一步一步地执行预先写入的程序，通过不断查询的方式或外部器件主动要求的中断方式读取输入接口信息，如根据混浊度传感器获得是否换水的信息，根据水位传感器获得水位信息，根据使用人员对按键的操作获得应执行那段程序（毛毯或丝绸）的信息，然后根据程序预定的处理方法对输入数据进行分析处理，获得控制输出接口的数据，如电磁阀的开关，电机的正反转，显示器显示的内容等数据，把这些数据送到输出接口控制相应的执行设备运行，完成洗衣任务。

什么是单片机（一）引言概述：单片机（Microcontroller，简称MCU）是一种集成了处理器核心、内存、输入/输出控制器和各种外设功能的微型计算机系统。

它具有体积小、功耗低、成本低廉、易编程等特点，并广泛应用于嵌入式系统中。

本文将从单片机的原理、功能、应用领域、优势和发展趋势等五个大点进行阐述。

一、单片机的原理1. 单片机的基本组成及结构2. 单片机的工作原理和运行方式3. 单片机的逻辑结构和存储结构4. 单片机的时钟系统和中断系统5. 单片机和传统计算机的比较二、单片机的功能1. 单片机的数据处理功能2. 单片机的输入和输出功能3. 单片机的定时和计数功能4. 单片机的通信功能5. 单片机的其他功能（如模拟信号处理、PWM输出等）三、单片机的应用领域1. 工业控制领域中的单片机应用2. 消费电子领域中的单片机应用3. 汽车电子领域中的单片机应用4. 医疗设备领域中的单片机应用5. 家电及智能家居领域中的单片机应用四、单片机的优势1. 体积小、功耗低、成本低廉的优势2. 简单易用的开发工具和开发环境3. 丰富的外设资源和接口通信能力4. 可靠性和稳定性较高5. 灵活性和可扩展性较强五、单片机的发展趋势1. 集成度的不断提高2. 功耗的进一步降低3. 多核技术的应用和发展4. 物联网和嵌入式系统的需求推动5. 特定领域需求的定制化发展总结：通过对单片机的原理、功能、应用领域、优势和发展趋势的阐述，我们可以看到单片机在现代技术中的广泛应用和重要作用。

单片机的小巧、低功耗、灵活性等特点，使其成为嵌入式系统设计的高效工具。

随着技术的不断发展和需求的不断增加，单片机将继续迎来更广阔的应用领域和更好的发展前景。