第一章单片机基础知识综述

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。

第一章：单片机各位同学大家好，很高兴跟大家一起学习单片机原理及其应用这门课程。

这门课程主要包括理论课和实验课两部分：理论课讲述基本原理、结构和应用系统的设计方法；实验课根据实验大纲的要求完成。

教材：该课程需要用到的知识有电路、电子技术基础、计算机应用基础和计算机组成原理等课程的相关内容，如果用到这些知识，需要大家再翻看这些书籍。

这门课程是以MCS-51单片机为主要的研究对象进行讲解的，主要讲解内容包括MCS-51单片机的硬件结构和程序设计，程序设计主要包括指令系统的设计、汇编程序的编制、仿真软件的使用和开发等等，另外还有定时/计数器，串行口，中断系统，存储器扩展包括：程序存储器、数据存储器，接口设计：扩展I/O、AD/DA、键盘显示等这些内容。

本课程的特点就是实践性强，希望大家重视实验课对实际能力的培养，在学习过程中要多问多想。

通过课程的学习，掌握软件编程和硬件电路的设计的方法，能够通过简单的单片机应用系统的设计、调试工作。

课程时间比较少，需要用到的知识又比较多，希望大家做好预习、复习的工作1.MCS-51的概述主要讲解单片机的概念，单片机发展历史，应用特点，典型的单片机产品，发展趋势，开发条件以及硬件设计概述。

我们来看一下什么是单片机，单片机是电子计算机的一种，电子计算机是科技发展的产物，计算机的飞速发展归功于半导体集成技术的发展，在最初半导体器件在一个硅片上所能集成的门电路的门数比较少，随着电子技术的发展，集成度越来越高，一个硅片上能够集成的门电路的门数越来越多，功能也越来越强。

计算机的发展趋势：微型化、巨型化、网络化、智能模拟化，主要向微型机和巨型机方向发展。

微型机大家应用的比较多，比如台式机和笔记本电脑，是由大规模集成电路、超大规模集成电路等组成，其有功能强、结构紧凑、系统可靠性高等特点。

微型机中包括一片主要的集成电路中央处理器(CPU)，还包括存储器、通用或专用I/O接口电路等。

它分单片微机、单板微机和多板微机。

第一章单片机概述一、单片机的定义单片机是单片微型计算机的简称。

它采用了超大规模集成技术，将微型计算机的中央处理器、存储器、输入/输出接口电路集成在同一块芯片上，构成一个既小巧又完善的计算机硬件系统，在单片机应用软件的控制下，准确、迅速、高效地完成规定的控制任务。

二、单片机的组成1、中央处理器中央处理器即CPU，是单片机的核心部件。

包括算数逻辑单元（ALU）和控制器。

2、存储器计算机的记忆部件，用于存放程序和数据。

一般分为只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）3、输入/输出接口电路输入/输出接口电路又称I/O接口电路，用来连接CPU和输入/输出设备，完成信号转换与驱动、数据传输和控制等功能。

三、单片机的特点1．抗干扰性强，工作温度范围宽2. 高可靠性3. 控制功能强，数值计算能力相对较差4. 指令系统比通用微机简单，并具有许多面向控制的指令。

四、单片机的应用领域1、家用电器领域2、办公自动化领域3、商业营销领域4、工业自动化领域5、智能控制领域五、各种进制之间的转换（1）各种进制转换为十进制数方法：各位按权展开相加即可。

例：11011B = 1×24 + 1×23 + 0×22 + 1×21+ 1×20 = 16 + 8 + 0 + 2 + 1 = 27 1FBH = 1×162 + 15×161 + 11×160 = 256 + 240 + 11 = 507D（2）十进制数转换为各种进制方法：整数部分采用“除基取余法”，小数部分采用“乘基取整法”。

例：23.66D = 10111.1010B（3）二进制数与十六进制数之间的相互转换方法：每四位二进制转换为一位十六进制数。

例：10101111011B = 57BH六、带符号数的三种表示方法（1）原码：机器数的原始表示，最高位为符号位（0‘+’1‘-’），其余各位为数值位。

第1章 51单片机的基础知识51单片机是一种广泛应用的嵌入式微控制器，具有强大的功能和灵活性。

在学习和使用51单片机之前，了解其基础知识是至关重要的。

本章将介绍51单片机的基础知识，包括硬件结构、寄存器、指令集和编程语言。

1.1 51单片机的硬件结构51单片机的硬件结构是指其内部的组成部分和外部连接。

51单片机包含中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O)口、定时器/计数器、串行通信口等功能模块。

这些功能模块共同协作，完成各种任务。

1.1.1 中央处理器(CPU)51单片机的中央处理器是核心部件，负责执行指令、控制程序运行和处理数据。

51单片机采用哈佛结构，将程序存储器和数据存储器分开。

它包含一个8位的累加器(A)和一个指令寄存器(IR)，用于指令的执行。

1.1.2 存储器51单片机的存储器包括程序存储器和数据存储器。

程序存储器用于存储程序指令，可以是内部存储器或外部存储器。

数据存储器用于存储程序运行中产生的数据，包括RAM和ROM。

1.1.3 输入/输出(I/O)口51单片机具有一定数量的I/O口，用于与外部设备进行数据交互。

输入口用于接收外部信号，输出口用于发送数据或控制外部设备。

它们可以是并行口或串行口，根据需要进行配置。

1.1.4 定时器/计数器定时器/计数器是51单片机的重要组成部分，用于产生定时延迟和计数脉冲。

定时器可以设置为定时模式或计数模式，定时器中断可用于实现时间控制和精确计时。

1.1.5 串行通信口串行通信口是51单片机与外部设备进行串行通信的接口，常用的有UART和SPI。

它们通过串行传输数据，实现与外部设备的数据交换和通信。

1.2 51单片机的寄存器51单片机具有一组特殊功能寄存器，用于配置和控制其各项功能。

这些寄存器负责存储和传输数据，执行各种功能操作。

常见的寄存器包括通用寄存器、状态寄存器、特殊功能寄存器等。

1.2.1 通用寄存器通用寄存器是用于存储临时数据的寄存器，包括8个存储器编号，分别为R0 - R7。

单片机初级教程知识点总结一、单片机的基本概念1. 什么是单片机单片机是一种嵌入式微处理器，集成了中央处理器、存储器、输入输出接口和定时器等功能的微型计算机系统。

它能够完成特定的功能，包括数字信号处理、控制、通信等。

2. 单片机的特点单片机主要有以下几个特点：（1）集成度高，封装紧凑；（2）内置存储器、输入输出接口，可直接控制外部设备；（3）资源丰富，包括中央处理器、定时器、串口、模拟数字转换器等；（4）功耗低，适合嵌入式应用。

3. 单片机的分类根据指令系统架构，单片机一般分为CISC（复杂指令集计算机）和RISC（精简指令集计算机）两种类型；根据应用领域，单片机可以分为通用单片机和专用单片机；根据架构，单片机可以分为8位、16位和32位单片机。

二、单片机的基本原理1. 单片机的内部结构单片机一般包括中央处理器、存储器、输入输出接口和定时器等部分。

中央处理器（CPU）负责执行指令集，控制运算与逻辑单元，实现数据处理功能；存储器包括程序存储器和数据存储器，用于存放程序和数据；输入输出接口用于与外部设备进行数据交换；定时器用于产生定时和计数。

2. 单片机的工作原理单片机的工作主要分为两个阶段，即指令执行阶段和数据操作阶段。

指令执行阶段主要是根据程序计数器获取指令，经过译码和执行产生结果；数据操作阶段主要是执行算术和逻辑运算，读写存储器，进行输入输出操作。

3. 单片机的编程逻辑单片机的编程逻辑主要包括输入指令、存储指令、执行指令和输出结果等步骤。

程序员需要根据硬件特性编写程序，利用指令集和寄存器进行数据处理，最终实现特定功能。

三、单片机的主要应用1. 工业控制单片机在工业控制领域得到广泛应用，可用于控制电机、传感器、执行器等设备，实现自动化生产和制造。

2. 仪器仪表单片机可以用于制造各种仪器仪表，包括数字示波器、多功能电表、数据采集卡等，用于科研、实验和测试。

3. 通信设备单片机可以用于设计各种通信设备，包括调制解调器、路由器、交换机等，实现数据传输和通信功能。

第一章单片机基础知识单片机基础知识单片机（Microcontroller）是一种被广泛应用于电子设备中的微型计算机芯片，它集成了中央处理器（CPU）、存储器、输入输出端口及定时器等重要元件。

它的应用范围非常广泛，从简单的家电控制器到复杂的工控系统，无不离开单片机的应用。

一、单片机的起源及发展单片机的起源可以追溯到上世纪70年代早期，当时Intel公司推出了Intel 8048和Intel 8051，这两款单片机被视为单片机的奠基之作。

此后，各大芯片厂商纷纷推出了自己的单片机产品，并且随着技术的不断进步，单片机的功能和性能也得到了极大的提升。

二、单片机的组成单片机由CPU、存储器、输入输出端口和定时器等组成。

其中，CPU是单片机的核心部件，它负责执行指令和进行计算。

存储器主要用来存储程序指令和数据。

输入输出端口用于与外部设备进行数据交互。

定时器则负责计算时间和生成定时信号。

三、单片机的工作原理单片机以时钟信号驱动，指令按照一定的时序依次执行。

当单片机上电后，首先会复位，然后进入初始化程序，接着执行主程序。

单片机可以根据需要从输入端口读取数据，经过处理后再通过输出端口输出结果。

四、单片机的应用单片机广泛应用于各个领域，如家电控制、工控系统、汽车电子、医疗设备等。

以家电控制为例，我们可以通过单片机来实现空调的温度控制、洗衣机的程序控制、电视机的遥控功能等。

五、单片机的学习方法学习单片机需要掌握汇编语言和C语言编程。

首先，我们需要了解单片机的基本原理和功能，然后学习如何使用编译器和开发环境搭建单片机的开发环境。

接下来，可以通过编写简单的程序来加深对单片机的理解，并逐步掌握单片机的高级功能和应用。

六、单片机的发展趋势随着科技的不断进步，单片机的功能和性能将会不断提升。

未来，单片机将朝着低功耗、高性能和高可靠性的方向发展。

同时，随着物联网的兴起，单片机的应用也将会更加广泛。

七、总结单片机作为一种重要的电子元件，广泛应用于各种电子设备中。

第1章 单片机基础知识概述内容概述：本章主要介绍单片机的定义、发展历史，单片机分类方法、应用领域及发展趋势，单片机中数的表示和运算方法，基本逻辑门电路，以及与单片机系统仿真工具Proteus相关的内容。

教学目标：●了解单片机的概念及特点；●掌握单片机中数的表示和运算方法及基本逻辑门电路；●初步了解Proteus软件的功能。

1.1 单片机概述1.1.1 单片机及其发展概况1．什么是单片机单片机是在一块半导体硅片上集成了计算机基本功能部件的微型计算机。

随着大规模集成电路技术的发展，可以将中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM）、定时/计数器及输入/输出（I/O）接口电路等主要计算机部件，集成在一块电路芯片上。

虽然只是一个芯片，但从组成和功能上，单片机都已具有了微机系统的基本含义。

单片机自从问世以来，性能都在不断提高和完善，它不仅能够满足很多应用场合的需要，而且具有集成度高、功能强、速度快、体积小、使用方便、性能可靠、价格低廉等特点。

因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信、智能接口、商业营销等领域得到广泛应用，并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统。

2．单片机的发展单片机诞生于1971年，大体经历了SCM、MCU和SoC三大阶段。

SCM（Single Chip Microcomputer）即单片微型计算机阶段，其主要的技术发展方向是：寻求最佳单片形态的嵌入式系统体系结构。

在开创嵌入式系统的发展道路上，Intel公司功不可没，奠定了SCM与通用微机完全不同的发展道路。

这一阶段最有代表性的产品是Intel公司的8位MCS-51系列单片机。

MCU（Micro Controller Unit）即微控制器阶段，其主要的技术发展方向是：不断推进在嵌入式系统中集成各种外围电路与接口电路的能力，以满足智能化控制的需求。

在此阶段中，Philips 公司以其在嵌入式应用方面的强大实力，推出了基于MCS-51内核的微控制器系列产品，使单片机进入MCU阶段。

单片机及控制-第一章单片机基础知识单片机及控制第一章单片机基础知识在当今科技飞速发展的时代，单片机作为一种重要的微控制器，广泛应用于各个领域，从家用电器到工业自动化，从汽车电子到航空航天，都能看到单片机的身影。

那么，什么是单片机？它又是如何工作的呢？让我们一起来揭开单片机的神秘面纱，走进单片机的基础知识世界。

单片机，顾名思义，就是将计算机的主要功能部件集成在一块芯片上的微型计算机。

它通常包括中央处理器（CPU）、存储器（包括程序存储器和数据存储器）、输入/输出接口（I/O 接口）、定时器/计数器以及中断系统等。

这些部件协同工作，使得单片机能够完成各种复杂的控制任务。

中央处理器（CPU）是单片机的核心，它负责执行指令和进行数据运算。

就像人的大脑一样，指挥着整个系统的运行。

单片机的 CPU 虽然性能不如我们常见的个人电脑 CPU 那么强大，但它具有功耗低、体积小、成本低等优点，非常适合用于控制特定的设备和系统。

存储器是单片机用来存储程序和数据的地方。

程序存储器用于存放单片机运行所需的程序代码，数据存储器则用于存储运行过程中的临时数据。

程序存储器通常是只读存储器（ROM），如闪存（Flash），而数据存储器可以是随机存取存储器（RAM）。

输入/输出接口（I/O 接口）是单片机与外部世界进行交互的通道。

通过这些接口，单片机可以接收外部的输入信号，如传感器的检测信号，也可以向外输出控制信号，驱动执行机构工作。

例如，控制电机的转动、点亮 LED 灯等。

定时器/计数器在单片机中也起着重要的作用。

它们可以用于实现定时功能，比如定时发送数据、控制周期性的操作等。

计数器则可以用于对外部脉冲进行计数，实现测量、计数等功能。

中断系统则让单片机能够及时响应外部的紧急事件。

当有中断请求发生时，单片机可以暂停当前正在执行的任务，转而去处理中断服务程序，处理完后再返回原来的任务继续执行。

单片机的工作过程可以简单地描述为：首先，通过编程将所需的控制程序写入程序存储器。