第一章单片机基础知识知识

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1.1 单片机概述1.2 单片机的组成结构1.3 单片机的工作过程1.4 单片机的主要品种系列1.5 单片机应用系统的开发1.6 任务1 用单片机控制闪烁灯1.7 数制与码制基础1.1.1 微型计算机电子计算机高速发展到今天，通常可分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机五类。

它们在系统结构和基本工作原理方面并无本质的区别，只是在体积、性能和应用领域方面有所不同。

软件系统硬件系统＋控 制 器运 算 器存 储 器输入设备CPU 微型计算机系统输入接口电路输出接口电路输出设备1.1.2 单片机的概念1、概念单片机是指将CPU、存储器、定时/计数器、I/O接口电路和必要的外设集成在一块芯片上的微型计算机，其构成一个既小巧又很完善的计算机硬件系统，实现微机的基本功能，因此早期称其为单片微型计算机SCM（Single Chip Microcomputer），简称单片机。

单片机芯片CPU RAM，ROM I/O接口电路定时/计数器必要外设1.1.2 单片机的概念2、单片机与通用微型计算机CPU的区别（1）通用的微型计算机CPU它以发展超强运算速度与强大数据处理能力为己任，如Intel公司目前的“酷睿2”微处理器，已将4片高达2.53GHz时钟频率的可协同并行运行的CPU核心模块集成于一片芯片内；通用的微型计算机CPU价格较高，体积较大，功耗也很高。

（2）单片机它主要用于控制领域，也发展了16位、32位等机型，但发展方向是高可靠性、抗干扰、低功耗、低电压、低噪音和低成本；单片机芯片在没有被使用者开发前，只是一片集成电路，如对其进行应用开发，便成为一个小型的微机控制系统。

1.1.3 单片机的特点（1）体积小巧（2）可靠性高（3）控制功能强（4）易于扩展（5）低电压、低功耗（6）性能价格比优异1.1.4 单片机的发展历史（1）低性能8位单片机阶段约1976～1978年，以Intel公司的MCS-48系列单片机为代表，主要用于工业控制领域。