第1章 单片机基础知识

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。

单片机复习总结第1章单片机基础1.1 基本结构1.1.1 MCS-51的系列两个子系列：51子系列和52子系列，简单了解各自特点（P3 表1-1）1.1.2 结构简单了解P4 图1-11.1.3 外部引脚●常见的为双列直插(DIP)式封装，40引脚（P5 图1-2）。

●分为4类：（P6）电源引脚、时钟引脚、控制引脚、I/O引脚●大致了解各个引脚的功能。

在进行外部扩展时，P0口作用、P0+P2口作用、ALE、PSEN、EA作用。

P3口的第2功能（注：第2功能由CPU自行决定何时启用，无需人工干预，无需在编程中体现）1.2 中央处理器CPU1.2.1 运算部件ALU、ACC、B程序状态字PSW的格式和各位的含义（P7~P8）——由于可以位寻址，我们常常在程序中直接使用CY、AC、OV等位，因此不要忽略它们都位于PSW这个SFR中。

例1：进位标志位CY位于哪一个特殊功能寄存器中？A、IE B、IP C、PSW D、TCON例2：某程序中设定RS1=0、RS0=0，则工作寄存器R0～R7的直接地址为00H~07H 。

1.2.2 控制部件程序计数器PC——结合P12，理解PC的工作方式1.2.3 CPU时序1) 电路（P9 图1-3）2) 时序机器周期Tm = 12 * 时钟周期Tc 注：单片机的最小时序定时单位是Tm，而非Tc6MHz的CPU，Tm=2us 12MHz的CPU，Tm=1us指令周期Ti = 1、2、4 * Tm 大致了解各类指令的Ti，其中MOV Rn，#data和DJNZ的Ti必须掌握1.2.4 CPU复位1) 电路（P11 图1-6）2) 各个寄存器的复位值（P11 表1-4）——SP、P0~P3特殊，其它均为01.3 存储器结构1.3.1 存储器结构重点掌握：P12 图1-71.3.2 程序存储器1) 编址——先片内、后片外，片内、外连续编址PC的工作方式EA引脚的作用：当EA接高电平时，先访问片内ROM(4KB，52系列8KB)，超出该范围时自动改为访问片外ROM。

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。

第一章、绪论单片机定义：把CPU、寄存器、RAM/ROM、I/O接口等电路集成在一块集成电路芯片上，构成一个完整的微型计算机。

单片机特点：体积小、功耗低、性价比高；数据大都在片内传送，抗干扰能力强，可靠性高；结构灵活,应用广泛。

单片机发展趋势：数据位长1——>4——〉8-->16--〉32位；CPU处理能力和速度不断提高；增大片内RAM和ROM容量；增加片内I/O口和功能模块种类和数量；扩大对外部RAM/IO 口和程序存储器寻址能力；缩小体积，降低功耗。

单片机应用：控制应用：应用范围广泛，从实时性角度可分为离线应用和在线应用。

软硬件结合：软硬件统筹考虑，不仅要会编程，还要有硬件的理论和实践知识.应用现场环境恶劣：电磁干扰、电源波动、冲击震动、高低温等环境因素的影响。

要考虑芯片等级选择、接地技术、屏蔽技术、隔离技术、滤波技术、抑制反电势干扰技术等。

应用空间大：工业自动化、仪器仪表、家用电器、信息和通信产品、军事装备、物联网等领域。

第三章：MCS—51单片机结构与原理3。

1 MCS—51单片机的物理结构及逻辑结构51单片机的引脚定义：P0、P1、P2、P3（输入输出口）；RST（复位）/ VPD(后备电源引入端）；EA (读内/外ROM控制）/Vpp(编程电压）；ALE（地址低8位锁存）/ PROG(编程脉冲)；PSEN （外部ROM读选通信号)；XTAL1、XTAL2 （外接晶振端）Vcc （+5v电源）；Vss （地)逻辑结构--51单片机的系统结构图（教材P26）51单片机基本组成：一个8位微处理器CPU；数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR；内部程序存储器ROM；两个定时/计数器，用以对外部事件进行计数,也可用作定时器;四个8位可编程的I/O（输入/输出）并行端口;一个串行端口，用于数据的串行通信;中断控制系统;内部时钟电路。

MCS-51单片机的CPU：运算器:由8位算术逻辑运算单元ALU（Arithmetic Logic Unit）、8位累加器ACC（Accumulator)、8位寄存器B、程序状态字寄存器PSW（Program Status Word)、8位暂存寄存器TMP1和TMP2等组成。

单片机原理及应用知识点各章总结单片机原理及应用知识点各章总结第一章：单片机基础知识概述单片机是一种集成电路，包含中央处理器、存储器和输入输出设备。

它具有微型化、低功耗、可编程等特点，在现代电子设备中得到广泛应用。

该章节主要介绍了单片机的基本组成、工作原理和分类。

第二章：单片机内部结构单片机主要由中央处理器、内存和外设组成。

中央处理器负责指令执行和数据处理，内存用于存储程序和数据，外设用于与外界进行通信。

内部结构包括中央处理器的各个模块以及与之连接的总线和时钟。

第三章：单片机编程语言单片机编程语言包括汇编语言和高级语言。

汇编语言直接操作硬件，编程效率高；高级语言更易学习和使用，但运行效率相对低。

该章节介绍了常用的汇编语言指令和高级语言的编程方法。

第四章：单片机输入输出技术单片机输入输出技术是单片机与外界进行数据交换的重要方式。

该章节介绍了常见的输入输出方式，包括并行输入输出、串行输入输出、模拟输入输出和中断输入输出等。

同时介绍了GPIO口的工作原理和使用方法。

第五章：单片机中断技术中断技术是单片机实现多任务的一种重要方式。

该章节介绍了中断的概念、分类和工作原理。

同时介绍了中断优先级、中断屏蔽和中断向量表等相关知识。

还介绍了中断服务程序的编写方法和注意事项。

第六章：单片机定时器和计数器定时器和计数器是单片机中常见的计时和计数装置。

该章节介绍了定时器和计数器的工作原理和使用方法。

还介绍了定时器和计数器在实际应用中的常见用途，如延时、频率测量和PWM 控制等。

第七章：单片机串行通信接口串行通信接口是单片机与外界进行数据通信的一种常见方式。

该章节介绍了串行通信的基本概念和工作原理。

同时介绍了常用的串行通信协议，如UART、SPI和I2C等。

还介绍了串行通信在实际应用中的常见用途。

第八章：单片机模拟量输入输出模拟量输入输出是单片机处理模拟信号的一种重要方式。

该章节介绍了模拟量输入输出的基本概念和工作原理。

同时介绍了ADC和DAC等模拟量转换器的原理和使用方法。

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。