1、第 1章单片机概述单片机原理及接口技术（ C51编程）（第 2版）目录CONTENTS1.1 单片机 简介1.2 单片机 的发展历史1.3 单片机 的特点1.4 单片机 的应用1.5 单片机 的发展趋势1.6 MCS-51系列与 AT89C5x系列单片机1.7 各种 衍生品种的 51单片机1.8 PIC系列单片机与 AVR系列单片机 1.9 其它 的嵌入式处理器简介1.1 单片机简介一片半导体硅片集成： 中央处理单元（ CPU）、存储器（ RAM、 ROM）、并行 I/O、串行 I/O、定时器 /计数器、中断系统、系统时钟电路及系统总线 的微型计算机。具有 微型计算机 属性，因而被称为单片微型
2、计算机，简称 单片机 。1.1 单片机简介主要 应用 测控领域 。单片机 处于测控系统的核心地位并嵌入其中，所以国际上通常把单片机称为 嵌入式控制器 （EMCU， Embedded MicroController Unit），或 微控制器 （ MCU， MicroController Unit）。我国习惯于使用 “单片机 ” 这一名称 。单片机是计算机技术发展史上重要里程碑，标志着计算机正式形成了 通用计算机系统 和 嵌入式计算机系统 两大分支。单片机 体积小、成本低 ，嵌入到工业控制单元、机器人、智能仪器仪表、汽车电子系统、武器系统、家用电器、办公自动化设备、金融电子系统、玩具、个人信息终端
3、及通讯产品中。1.1 单片机简介按用途可分为 通用型 和 专用型 两大类。通用型 ： 内部 可开发资源（如存储器、 I/O等各种外围功能部件等）可全部提供给 用户。01OPTION02OPTION专用型 专门针对某些产品的特定用途而制作的。根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核心，再配以外围接口电路及外围设备，并编写相应软件来满足各种不同需要的测控系统。通常所说和 本书 介绍的是指 通用型单片机 。1.1 单片机简介例如 ，各种家用电器中的控制器等。由于特定用途，单片机芯片制造商常与产品厂家合作，设计和生产 “ 专用 ” 的单片机。在设计中，已对 “ 专用 ” 单片机的系统 结构最简化 、 可
4、靠性 和 成本的最佳化 等做了全面综合考虑，所以 “ 专用 ” 单片机具有十分明显的综合优势。无论 “ 专用 ” 单片机在用途上有多么 “ 专 ” ，其基本结构和工作原理都是以 通用单片机为基础 。目录CONTENTS1.1 单片机 简介1.2 单片机 的发展历史1.3 单片机 的特点1.4 单片机 的应用1.5 单片机 的发展趋势1.6 MCS-51系列与 AT89C5x系列单片机1.7 各种 衍生品种的 51单片机1.8 PIC系列单片机与 AVR系列单片机 1.9 其它 的嵌入式处理器简介1.2 单片机的发展历史按处理 二进制位数 主要分为： 4位 单片机、 8位 单片机、 16位 单片
5、机和 32位 单片机 。发展 大致分为 4个阶段 。第一阶段 （ 1974年 1976年）：单片机 初级阶段 。因工艺限制，双片形式且功能较简单。 1974年 12月，仙童公司推出了 8位的 F8单片机，实际只包括了 8位 CPU、 64B RAM和 2个并行口。第二阶段 （ 1976年 1978年）： 低性能单片机阶段 。1976年 Intel的 MCS-48单片机（ 8位）极大地促进了单片机变革和发展， 1977年 GI公司推出 PIC1650，但这个阶段仍处于低性能阶段。1.2 单片机的发展历史第三 阶段 （ 1978年 1983年）： 高性能单片机阶段 。1978年， Zilog公司
6、推出 Z8单片机 ， 1980年， Intel公司 在MCS-48系列基础上 推出 MCS-51系列 ， Mortorola推出 6801单片机。使单片机性能及应用跃上新台阶 。此后 ，各公司 8位单片机迅速发展。推出的单片机普遍带有串行 I/O口、多级中断系统、 16位定时器 /计数器，片内ROM、 RAM容量加大，且寻址范围可达 64KB，有的片内还带有 A/D转换器。由于这类单片机性 /价比高，得到广泛应用，是目前应用数量最多的单片机。1.2 单片机的发展历史第四阶段 （ 1983年现在）： 8位单片机巩固发展及16位单片机、 32位单片机 推出阶段 。16位典型产品 Intel公司 的
7、 MCS-96系列 单片机。而 32位单片机除具有更高集成度外，其数据处理速度比 16位单片机提高许多，性能比 8位、 16位单片机更加优越。20世纪 90年代 单片机大发展时期， Mortorola、 Intel、ATMEL、德州仪器（ TI）、三菱、日立、飞利浦、 LG等公司开发一大批性能优越的单片机，极大推动单片机应用。近年，不少 新型高集成度的单片机 涌现 。 目前，除 8位单片机得到广泛应用外， 16位单片机、 32位单片机也得到广大用户青睐。目录CONTENTS1.1 单片机 简介1.2 单片机 的发展历史1.3 单片机 的特点1.4 单片机 的应用1.5 单片机 的发展趋势1.6
8、 MCS-51系列与 AT89C5x系列单片机1.7 各种 衍生品种的 51单片机1.8 PIC系列单片机与 AVR系列单片机 1.9 其它 的嵌入式处理器简介1.3 单片机的特点单片机是 集成电路技术 与 微型计算机技术 高速发展的产物。体积小、价格低、应用方便、稳定可靠，因此， 给工业自动化等领域带来了一场重大革命和技术进步 。由于 体积小，很容易地嵌入到系统 之中，以实现各种方式的检测、计算或控制，这一点，一般微机根本做不到 。由于单片机 本身就是一个 微型计算机，因此只要在单片机的外部适当增加一些必要的外围扩展电路，就可灵活构成各种应用系统， 如工业自动检测监视系统、数据采集系统、自动
9、控制系统、智能仪器仪表等 。1.3 单片机的特点为什么 应用广泛 ？ 由于具有 以下优点 ：01OPTION简单方便，易普及。单片机技术是易掌握技术。应用系统设计、组装、调试已经是一件容易的事情，工程技术人员通过学习可很快掌握其应用设计技术 。02OPTION功能 齐全，应用可靠，抗干扰能力强 。03OPTION发展 迅速，前景广阔。短短几十年，单片机经过 4位机、 8位机、 16位机、 32位机 等几大发展阶段。 集成度高、功能日臻完善的单片机 不断问世，使单片机在工业控制及工业自动化领域获得长足发展和大量应用。 目前 ，单片机内部结构愈加完美，片内外围功能部件越来越完善，向 更高层次 和
10、更大规模 的发展奠定坚实基础。1.3 单片机的特点嵌入 容易，用途广泛，体积小、性 /价比高，应用灵活性强 等特点在嵌入式微控制系统中具有十分重要地位。单片机问世前， 制作一套测控系统，大量模拟电路、数字电路、分立元件完成，以实现计算、判断和控制功能。系统体积庞大，线路复杂，连接点多，易出故障。单片机出现后， 绝大部分测控功能由单片机软件程序实现，其它电子线路则由 片内 外围功能部件 替代。04OPTION目录CONTENTS1.1 单片机 简介1.2 单片机 的发展历史1.3 单片机 的特点1.4 单片机 的应用1.5 单片机 的发展趋势1.6 MCS-51系列与 AT89C5x系列单片机1
11、.7 各种 衍生品种的 51单片机1.8 PIC系列单片机与 AVR系列单片机 1.9 其它 的嵌入式处理器简介1.4 单片机的应用1工业检测与控制主要应用： 工业过程控制、智能控制、设备控制、数据采集和传输、测试、测量、监控等。在工业自动化领域中，机电一体化技术 将发挥愈来愈重要的作用，在这种集机械、微电子和计算机技术为一体的综合技术（如 机器人技术 ）中，单片机发挥着非常重要作用。1.4 单片机的应用2仪器仪表目前对仪器仪表的 自动化 和 智能化 要求越来越高。单片机的使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减小体积而易于携带和使用， 加速仪器仪表向数字化、智能化、多功能化方向 发
12、展。1.4 单片机的应用3消费类电子产品例如，洗衣机、电冰箱、空调机、电风扇、电视机、微波炉、加湿机、消毒柜等。嵌入了单片机后，功能和性能大大提高，并实现智能化、最优化控制。4通信在调制解调器、各类手机、传真机、程控电话交换机、信息网络及各种通讯设备中，单片机也已得到广泛应用。1.4 单片机的应用5武器装备现代化武器装备 ，如飞机、军舰、坦克、导弹、鱼雷制导、智能武器装备、航天飞机导航系统，都有单片机嵌入其中。6各种终端及计算机外部设备计算机网络终端（如银行终端）及计算机外部设备（如打印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等）中都使用了单片机作为控制器。1.4 单片机的应用7汽车电子设备已广
13、泛应用在 各种汽车电子设备 中， 如 汽车安全系统、汽车信息系统、智能自动驾驶系统、卫星汽车导航系统、汽车紧急请求服务系统、汽车防撞监控系统、汽车自动诊断系统及汽车黑匣子等。1.4 单片机的应用8分布式多机系统在 较复杂多节点测控系统中，常采用 分布式多机系统 。一般 由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。在这种系统中，单片机往往作为一个终端机，安装在系统某些节点上，对现场信息进行实时测控。 从 工业自动化、自动控制、智能仪器仪表、消费类电子产品 等方面， 直到国防尖端技术领域 ，单片机都发挥 十分重要作用 。目录CONTENTS1.1 单片机
14、简介1.2 单片机 的发展历史1.3 单片机 的特点1.4 单片机 的应用1.5 单片机 的发展趋势1.6 MCS-51系列与 AT89C5x系列单片机1.7 各种 衍生品种的 51单片机1.8 PIC系列单片机与 AVR系列单片机 1.9 其它 的嵌入式处理器简介1.5 单片机的发展趋势1 CPU的改进（ 1）增加 CPU数据总线宽度 。例如，各种 16位单片机和 32位单片机，数据处理能力要优于 8位单片机。另外， 8位单片机内部采用 16位数据总线 ，其数据处理能力明显优于一般 8位单片机。（ 2）采用 双 CPU结构，以提高数据处理能力。1.5 单片机的发展趋势2存储器的发展片 内程序
15、存储器普遍采用 闪存 。可不用外扩展程序存储器，简化系统结构 。加大存储容量 。目前有的单片机片内程序存储器容量可达 128KB甚至更多。1.5 单片机的发展趋势3片内 I/O的改进（ 1）增加并行口 驱动 能力，以减少外部驱动芯片。有的单片机可直接输出大电流和高电压，以便能直接驱动 LED和 VFD（荧光显示器） 。（ 2）有些单片机设置了一些 特殊的串行 I/O功能 ，为构成分布式 、 网络化系统 提供方便条件。1.5 单片机的发展趋势4低功耗化5外围电路内装化CMOS化，功耗小，配置有 等待状态、睡眠状态、关闭状态 等工作方式。消耗电流仅在 A或 nA量级，适于电池供电的便携式、手持式的
16、仪器仪表及其它消费类电子产品。1.5 单片机的发展趋势5外围电路内装化众多外围电路全部装入片内，即 系统的单片化 是目前发展趋势之一。 例如， 美国 Cygnal公司的 C8051F020 8位单片机，内部采用流水线结构，大部分指令的完成时间为 1或 2个时钟周期， 峰值处理能力 为 25MIPS。片上集成有 8通道 A/D、两路 D/A、两路电压比较器，内置温度传感器、定时器、可编程数字交叉开关和 64个通用 I/O口、电源监测。6编程及仿真的简单化1.5 单片机的发展趋势目前 大多数单片机都支持程序的 在线编程 ，也称在系统编程 ISP（ In System Program），只需一条 I
17、SP并口下载线，就可把仿真调试通过的程序从 PC机写入单片机的 Flash存储器内，省去编程器。某些机型还支持 在线应用编程（ IAP）， 可在线升级或销毁单片机应用程序，省去了仿真器。综上所述 ，单片机正在 向多功能、高性能、高速度（时钟达 40MHz）、低电压（ 2.7V即可工作）、低功耗、低价格（几元钱）、外围电路内装化以及片内程序存储器和数据存储器容量不断增大 的方向发展。7实时操作系统的使用1.5 单片机的发展趋势单片机 可配置 实时操作系统 RTX51。RTX51是一个针对 8051单片机的多任务内核。从本质上简化对实时事件反应速度要求较高的复杂应用系统设计、编程和调试，已完全集成到 C51编译器中，使用简单方便。目录CONTENTS1.1 单片机 简介1.2 单片机 的发展历史1.3 单片机 的特点1.4 单片机 的应用1.5 单片机 的发展趋势1.6 MCS-51系列与 AT89C5x系列单片机1.7 各种 衍生品种的 51单片机1.8 PIC系列单片机与 AVR系列单片机 1.9 其它 的嵌入式处理器简介
