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。

1.1单片机基本概念（1）CPU-单片机中央处理器（Central Processing Unit）的缩写，即CPU，CPU是电脑中的核心配件，其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据（2）SCM，MCU，ECU（3）单片机与通用微机主要区别（cpu、存储器、I/O）微处理器（CPU）的区别:通用微机的CPU主要面向数据处理，其发展主要围绕数据处理功能、计算速度和精度的进一步提高。

单片机主要面向控制，控制中的数据类型及数据处理相对简单，所以单片机的数据处理功能比通用微机相对要弱一些，计算速度和精度也相对要低一些。

存储器区别:通用微机中存储器组织结构主要针对增大存储容量和CPU对数据的存取速度。

单片机中存储器的组织结构比较简单，存储器芯片直接挂接在单片机的总线上，CPU对存储器的读写按直接物理地址来寻址存储器单元，存储器的寻址空间一般都为64 KBI/O接口:通用微机中I/O接口主要考虑标准外设,用户通过标准总线连接外设，能达到即插即用。

单片机应用系统的外设都是非标准的，且千差万别，种类很多。

（4）单片机与嵌入式系统嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。

它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。

（5）单片机系统单板机：将微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路以及简单的输入/输出设备组装在一块印刷电路板上，称其为单板微型计算机，简称单板机。

单片机：将微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路和相应实时控制器件集成在一块芯片上，称其为单片微型计算机，简称单片机。

微型计算机：微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路由总线有机地连接在一起的整体，称为微型计算机。

微型计算机系统：微型计算机与外围设备、电源、系统软件一起构成的系统，称为微型计算机系统。

单片机的发展与应用随着科学技术的不断发展，单片机已成为人类社会不可或缺的一部分，其应用范围涵盖了多个领域。

下面我们来了解一下单片机的发展与应用。

单片机（Microcontroller）是一种集成度很高的微型计算机系统，由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口，时钟和电源等单元构成。

它通常内置有程序存储器、数据存储器、时钟电路、定时器、中断控制器、各种接口电路和各种逻辑电路等多种功能模块，可以实现各种各样的任务。

单片机诞生于20世纪70年代，当时它的应用主要是在科研和工程领域。

随着硬件技术的进一步发展，单片机的功能越来越强大，应用范围也越来越广泛，如今已经进入了生活的方方面面。

在医疗保健领域中，单片机的应用非常广泛。

医药、生物技术、医学影像学、生殖技术等领域的许多设备均使用了单片机，如电子血压计、呼吸机、X射线机、医学图像采集处理系统等，这些设备能够对患者的身体状况进行监测和诊断。

在家居领域中，单片机在各种家电产品中都有应用，如电视机、音响、洗衣机、空调、热水器等，这些产品通过单片机控制，实现自动化、智能化功能，提高了家庭生活的舒适度。

在交通运输领域中，单片机的应用也非常广泛。

例如，车载导航、汽车安全控制系统、智能交通信号灯控制系统等。

在农业领域中，单片机被广泛应用于自动化作业设备上，如农机、植保机等。

通过单片机进行控制，提高了农业生产的效率和品质。

在工业控制领域中，单片机的应用也是非常广泛的。

如机床控制、过程控制、自动化流水线、工业机器人等。

单片机通过快速的运算和控制能够有效地提高生产效率和质量，减少生产成本。

总之，单片机已经融入到人们生活的各个方面，成为人们生产、生活中重要的技术支撑。

随着科技不断发展，单片机的功能也将不断升级和扩展，为人类创造更多便利和可能性。

单片机原理及接口技术张毅刚单片机原理及接口技术。

单片机（Microcontroller）是一种集成了微处理器、存储器和各种输入输出端口的微型计算机系统，广泛应用于各种电子设备中。

单片机的原理和接口技术是单片机应用中的核心知识，掌握了这些知识，才能更好地进行单片机的开发和应用。

首先，我们来了解一下单片机的原理。

单片机的核心是微处理器，它具有运算能力和控制能力，可以执行各种指令，完成特定的功能。

此外，单片机还包括存储器，用于存储程序和数据；输入输出端口，用于与外部设备进行通信；时钟电路，用于提供时序信号。

这些组成部分共同构成了单片机的基本原理。

在单片机的开发过程中，接口技术是至关重要的。

接口技术是指单片机与外部设备进行通信和交互的技术，包括数字接口和模拟接口两种。

数字接口主要是通过数字信号进行通信，包括并行接口、串行接口、总线接口等；模拟接口则是通过模拟信号进行通信，包括模数转换、数模转换等。

掌握了接口技术，单片机才能与外部设备进行有效的交互，实现各种功能。

单片机的原理和接口技术是紧密相关的，原理决定了单片机的基本架构和功能，而接口技术则是实现这些功能的关键。

在单片机的开发过程中，我们需要根据具体的应用需求，选择合适的单片机型号和接口技术，进行系统设计和软件开发。

只有深入理解单片机的原理和接口技术，才能更好地应用单片机，实现各种功能。

总的来说，单片机的原理及接口技术是单片机应用中的重要知识点，掌握了这些知识，才能更好地进行单片机的开发和应用。

希望通过本文的介绍，能够让大家对单片机的原理及接口技术有更深入的了解，为单片机的应用打下坚实的基础。

习题参考答案1章第1章单片机概述1．除了单片机这一名称之外，单片机还可称为和答：微控制器，嵌入式控制器。

2．单片机与普通微型计算机的不同之处在于其将、、和3部分集成于一块芯片上。

答：CPU、存储器、I/O口。

3．8051与8751的区别是A．内部数据存储单元数目不同B．内部数据存储器的类型不同C．内部程序存储器的类型不同D．内部寄存器的数目不同答：C。

4．在家用电器中使用单片机应属于微计算机的A．辅助设计应用；B．测量、控制应用；C．数值计算应用；D．数据处理应用答：B。

5．微处理器、微计算机、微处理机、CPU、单片机它们之间有何区别？答：微处理器、微处理机和CPU都是中央处理器的不同称谓；而微计算机、单片机都是一个完整的计算机系统，单片机特指集成在一个芯片上的用于测控目的的单片微计算机。

6．MCS-51系列单片机的基本型芯片分别为哪几种？它们的差别是什么？答：MCS-51系列单片机的基本型芯片分别是8031、8051和8751。

它们的差别是在片内程序存储器上。

8031无片内程序存储器，8051片内有4KB的程序存储器ROM，而8751片内集成有4KB的程序存储器EPROM。

7．为什么不应当把51系列单片机称为MCS-51系列单片机？答：因为MCS-51系列单片机中的“MCS”是Intel公司生产的单片机的系列符号，而51系列单片机是指世界各个厂家生产的所有与8051的内核结构、指令系统兼容的单片机。

8．AT89C51单片机相当于MCS-51系列单片机中的哪一种型号的产品？答：相当于MCS-51系列中的87C51，只不过是AT89C51芯片内的4KBFlah存储器取代了87C51片内的4KB的EPROM。

第2章AT89C51单片机片内硬件结构1．在AT89C51单片机中，如果采用6MHz晶振，一个机器周期为答：2μ2．AT89C51单片机的机器周期等于个时钟振荡周期。

答：12。

3．内部RAM中，位地址为40H、88H的位，该位所在字节的字节地址分别为和答：28H；88H。

第1~3章3.单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）简称单片机。

它是将微处理器、存储器 RAM、ROM、定时/计数器、中断控制器、DMA 控制器、串行通信控制器及并行I/O接口控制器及I/O电路等集成在一块芯片上，构成的微型计算机系统。

单片机分为4位、8位、16位至32位。

其中8位机是主流产品。

8位单片机系列/种类都很多，应用最为广泛。

如Inter的MCS-51系列、PIC系列、Motorola M68HC11/ M68HC05/ M6805系列、A VR系列等。

构成单片机的必要部分：（1）中央处理器（CPU）；（2）存储器，包括ROM和RAM；（3）定时/计数器；（4）输入、输出（I/O）接口。

51系列属于哈佛体系结构，他的程序存储器和数据存储器各自独立，编址范围均为64K。

微机中有内部总线和外部总线两类。

外部总线包括：数据总线DB（Data Bus），地址总线AB（Address Bus）和控制总线CB（Control Bus）。

51机主要由九个主要部件组成：① 1个8位的中央处理器（ALU）；② 4KB的只读程序存储器ROM或EPROM （89系列为Flash 型程序存储器，8052系列为8KB）；③ 128B的数据存储器RAM（8052系列为256B）；32条I/O线（4个8位并口P0、P1、P2、P3）；④ 2个（8052系列为3个）定时计数器；⑤ 1个具有5个中断源（8052系列为6个）、2个优先级的中断嵌套结构的中断控制器；⑥ 1个支持多微机通信的全双工的异步串口；⑦特殊功能寄存器组（FSR）；⑧ 1个片内振荡器和定时控制逻辑。

P3口是要特别强调的，51机对内置的功能模块的操作均在此端口上，包括外部中断源、计数器的输入、全双工串口端口及对扩展接口芯片的读、写控制信号（称为第二功能）。

1.主电源管 VCC （40脚）外接电源正极，MCS-51均为+5V ，电压范围一般为（5 5%）V 。

1-什么是单片机？1、所谓的“单片机”、“单片微型计算机”、“MCU”（Microcontroller Unit）、“微控制单元”、“微控制器”这些名字都是一个意思，解释为一个单芯片的计算机，或者一台微型计算机。

为什么这么说呢？是因为它虽然只是一颗芯片，却集成了处理器、内存、硬盘、IO口等计算机的组成部分。

2、单片机（也就是计算机）的主要组成：CPU（Central Processing Unit，中央处理器）、IO口（输入输出接口）和存储器。

下面进行具体介绍。

2.1、CPU：CPU是单片机（或计算机）的核心，相当于人的大脑，功能上为运算器+控制器。

在硬件上表现为：ALU+cache+BUSALU（算术逻辑单元）cache（高速缓存存储器，介于CPU与主存之间，解决两者的速度匹配问题）BUS（即总线。

其他功能模块均是通过总线和CPU进行连接）2.2、IO口，也就是单片机的引脚（手脚）。

如在计算机中键盘、鼠标、触摸屏等就是输入设备，也就是input，输入口；LCD显示器、声卡等就是输出设备，也就是output，输出口。

2.3、存储器2.3.1 计算机中的存储器的内存和外存内存（Memory，如RAM，一般是DRAM）：距离CPU比较近，可以被CPU直接访问，可以按照字节来访问；CPU的速度>cache>内存速度；用来存储程序运行中的变量；容量小而贵。

如下图任务管理器中就可以看到我们计算机的内存大小，我的电脑是8G的，也有4G,16G的，越大电脑运行速度越快。

外存（Storage，如U盘、光盘、硬盘）：距离CPU比较远，不能被CPU直接访问，一般按照块的单位访问；速度比内存慢；程序和数据一般均放在外存，计算机用的时候从外存读取到内存，然后CPU再从内存中读取数据使用。

举个例子，手机上下载的各种APP就在外存中，而你打开的应用如微信、扣扣、知乎都在后台即内存中运行，所以内存越大，手机运行越了流畅2.3.2 单片机中的存储器的内存和外存内存一般指RAM（Random access memory，随机访问存储器）外存一般指ROM（Read only memory，只读存储器）即Flash（闪存）单片机中的RAM一般都是SRAM。

《单片机原理及接口技术》（第3版）人民邮电出版社第1章单片机概述思考题及习题11．除了单片机这一名称之外，单片机还可称为和。

答：微控制器，嵌入式控制器.2．单片机与普通微型计算机的不同之处在于其将、、和三部分，通过内部连接在一起，集成于一块芯片上。

答：CPU、存储器、I/O口、总线3．在家用电器中使用单片机应属于微计算机的。

答： BA．辅助设计应用B．测量、控制应用C．数值计算应用D．数据处理应用4．微处理器、微计算机、微处理机、CPU、单片机、嵌入式处理器它们之间有何区别？答：微处理器、微处理机和CPU它们都是中央处理器的不同称谓，微处理器芯片本身不是计算机。

而微计算机、单片机它们都是一个完整的计算机系统，单片机是集成在一个芯片上的用于测控目的的单片微计算机。

5．AT89S51单片机相当于MCS-51系列单片机中的哪一型号的产品？“S”的含义是什么？答：相当于MCS-51系列中的87C51，只不过是AT89S51芯片内的4K字节Flash存储器取代了87C51片内的4K字节的EPROM。

6．什么是“嵌入式系统”? 系统中嵌入了单片机作为控制器，是否可称其为“嵌入式系统”? 答：广义上讲，凡是系统中嵌入了“嵌入式处理器”，如单片机、DSP、嵌入式微处理器，都称其为“嵌入式系统”。

但多数人把“嵌入”嵌入式微处理器的系统，称为“嵌入式系统”。

目前“嵌入式系统”还没有一个严格和权威的定义。

目前人们所说的“嵌入式系统”，多指后者。

7．嵌入式处理器家族中的单片机、DSP、嵌入式微处理器各有何特点？它们的应用领域有何不同？答：单片机体积小、价格低且易于掌握和普及，很容易嵌入到各种通用目的的系统中，实现各种方式的检测和控制。

单片机在嵌入式处理器市场占有率最高，最大特点是价格低，体积小，应用广泛。

DSP是一种非常擅长于高速实现各种数字信号处理运算（如数字滤波、FFT、频谱分析等）的嵌入式处理器。

能够高速完成各种复杂的数字信号处理算法。

单片机技术的发展与应用第一章：引言单片机是指一个单独的芯片，其中包括CPU、存储器和IO端口等大量基本硬件模块。

单片机技术以其高度集成化、应用广泛等优点，在电子技术领域得到了广泛的应用。

本文将从单片机技术的发展历程、主流单片机的特点、单片机应用等几个方面进行探讨。

第二章：单片机技术的发展历程单片机技术的萌芽可以追溯到上世纪60年代，当时，美国Intel公司推出了首款单芯片CPU——4004芯片。

同一时期，Motorola公司也推出了6800芯片。

而在上世纪70年代，Intel公司推出了首款单片机——8048芯片。

上世纪80年代，单片机技术得到了飞速发展。

普通的单片机开始集成更多的硬件模块，包括ROM、RAM、串行/并行接口等。

此外，80年代还是单片机应用迅猛发展的年代，单片机应用逐渐从工业自动化拓展到了家居电器领域。

到了上世纪90年代，集成度更高、性能更好的单片机开始问世。

同时，一些新型单片机应用也开始逐渐兴起，比如嵌入式系统、智能家居领域等等。

随着大数据、人工智能等新技术的兴起，单片机技术也在不断的更新迭代，不断拓展应用领域。

第三章：主流单片机的特点目前比较主流的单片机有Atmel公司的AVR系列、Microchip公司的PIC系列、ST公司的STM32系列等。

这些单片机都有着一些共性，比如高性价比、易于学习、开发周期短等，但又有着各自的特点。

AVR单片机具有低功耗、体积小、速度快等特点，同时开发环境友好、可扩展性好。

PIC单片机则具有价格低廉、易使用、高效等优点，同时其自带的编程器也方便用户进行调试。

STM32单片机则具有高效能、低功耗、可靠性高等优点，同时其强大的外设和完善的开发环境也受到了广泛的好评。

第四章：单片机应用单片机的应用范围非常广泛。

从家居电器到机械加工、嵌入式系统领域，从大型工厂到小型创客空间，几乎任何领域都可以找到单片机的身影。

在家居电器方面，单片机已经非常普及。

电视、空调、洗衣机等家电产品中的控制板大都采用单片机，以实现更高效的控制。

第1讲导学
Intel的8051已成为国内外公认的8位单片机标准体系结构，被许多厂家作为基核，并推出多种兼容机型，在世界范围内得到广泛应用。

美国ATMEL公司的AT89S5x系列单片机，尤其是该系列中的AT89S51/AT89S52仍是目前应用较为广泛的机型，也是单片机初学者首选的入门机型。

本讲介绍单片机的基础知识、发展历史、发展趋势及应用领域，本讲除了对AT89S51单片机作以简单介绍外，还对目前应用较为广泛的非8051内核单片机，如PIC、AVR单片机作以了说明。

最后对对嵌入式处理器家族中其他成员如DSP、嵌入式微处理器进行了概括性的介绍，以使读者对其有初步了解，为后续学习DSP、嵌入式微处理器打下基础。

第1章单片机应用系统概述单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)简称单片机，它是在一片硅片上集成了中央处理器（CPU）存储器（RAM，ROM）和各种输入输出接口（I/O，定时器/记数器，串行口，A/D转换器，D/A转换器等）这样一块芯片具有一台计算机的功能，因而称作单片微型计算机。

由于单片机主要用于实时控制，常作为其他系统的组成部分使用。

所以又称作嵌入式控制器（Embedded Controller）。

1.1单片机的发展概述1.1.1单片机的发展历史自七十年代中期推出美国仙童（Fairchild）公司生产出第一台F8单片机到目前，单片机作为微型计算机的一个重要分支，其发展主要经历了以下四个阶段：第一节段（1974—1976年）：单片机初级阶段。

因半导体工艺限制，单片机采用双片的形式而且功能比较简单。

例如仙童公司生产的F8单片机，实际上只包括了8位CPU、64个字节RAM和两个并行口。

因此，还须、需加1块3815（由1K ROM、定时器/记数器和2个并行I/O口构成）才能组成一台完整的计算机。

第二阶段（1976—1978年）：低性能单片机问世，以INTEL公司的MCS—48为代表。

这个系列的单片机内集成有8位CPU、并行I/O口、8位定时器，RAM和ROM等，寻址范围在4K内，不足之处是无串行口，中断处理比较简单。

第三阶段（1978—1983年）：高性能单片机问世。

在这一阶段推出的单片机普遍带有串行口，有多级中断处理系统、16位定时器/记数器。

片内RAM、ROM容量加大，寻址范围可达64K字节，有的片内还带有A/D转换器接口。

这类单片机的典型代表是Intel公司的MCS-51系列、Motorola公司的6801系列和Zilog公司的Z8等。

这类单片机的性价比较高，目前仍被广泛应用，是目前应用数量较多的单片机。

第四阶段（1983—当今）：8位单片机巩固发展以及16位单片机32位单片机推出阶段。