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1、单片机原理及应用（C语言版）第1章 单片机概述中国水利水电出版社第1章 单片机概述目 录1.1 单片机的基本概念1.2 单片机的发展概况1.3 单片机的特点及应用1.4 常用单片机简介1.5 单片机系统的开发方法本章主要介绍了单片机的基本概念，单 片机的发展概况，单片机的应用及其特点， 以及一些常用的单片机。通过本章的学习，我们可以了解到什么是 单片机，单片机的发展历史。并且对单片机 的应用和开发方法有个初步的认识。第1章 单片机概述1.1 单片机的基本概念单片机：将CPU、随机存储器、只读存储器、 中断系统、定时器/计数器以及I/O接口电路等， 微型计算机的主要部件集成在一块芯片上，使其 具
2、有计算机的基本功能。 此就是“单片微型计算机”（Single Chip Micro Computer，SCMC或SCM），简称为“ 单片微机”、或“单片机”。 微控制器概念：芯片上除了具有微机的功能部 件之外，还集成有外部设备，如A/D、D/A、 RTC、PWM 、USB、Watchdog等。 微处理器 存储器 外部设备 接口适配器 地址总线数据总线控制总线图1-1 微机的组成1.1 单片机的基本概念1.2 单片机的发展概况 主要内容1.2.1 单片机的历史 1.2.1 单片机技术的发展1.2.1 单片机的历史 一 、4位单片机阶段 1971年Intel公司首先开发出了第一片4位微处理器 40
3、04，主要用于家用电器、计算器、高级玩具中 。 4004的问世，既标志着微处理器的诞生，也标志 着单片机、嵌入式系统的诞生。 1975年美国德克萨斯仪器公司（TI）推出4位单片 机TMS-1000。4位单片机主要用于家用电器、电子玩具 等。二、 8位单片机阶段1976年9月，美国Intel公司首先推出了MCS-48系 列8位单片机，其增强型便是MCS-51。8位单片机由于功能强大，被广泛用于工业控制、 智能接口、仪器仪表等各个领域。三、16位单片机阶段1983 年Intel公司推出了16位单片机MCS-96系列。 16位单片机可用于高速复杂的控制系统。四、32位单片机近几年，更高性能的32位单
4、片机得到广泛的应用 ，典型的机型有ARM、DSP等系列。1.2.1 单片机的历史1.2.2 单片机技术的发展一、片内程序存储器的发展单片机的程序存储器（ROM）经历了ROM EPROME2PROMFLASH ROM的发展，容量也 由小变大。二、看门狗定时器单片机在运行时由于干扰等原因，可能会出现软件 混乱。看门狗电路就是用于在CPU处于软件混乱时，使系 统正常工作的一种恢复方法。 1.2.2 单片机技术的发展三、节电模式 在节电模式下，CPU和部分部件进入睡眠状态 ，但片内RAM和寄存器等部件保持工作状态， 以达到节能的目的。四、加强输入输出功能某有些单片机具备大功率的输入/输出接口，可 直接
5、驱动荧光显示器、LCD和LED。还有一些增加了接口或定时器的数量，或者增 加了新型的接口，如IIC、SPI等。五、单片机制造工艺提高半导体制作工艺的提高，使单片机的体积可以 做的更小，时钟频率更高。可以集成更多的存储 器和部件。降低产品的价格。六、在线编程和调试技术一些新型的单片机实现了在系统编程（ISP） 和在应用编程（IAP）功能。1.2.2 单片机技术的发展1.3 单片机的特点及应用主要内容 1.3.1 单片机的特点1.3.2 单片机的应用一、ROM和RAM存储器区分使用ROM称为程序存储器，只存放程序、固定常 数及数据表格。RAM则为数据存储器，用作工作区及存放用 户数据。 二、采用面
6、向控制的指令系统为满足控制的需要，单片机有更强的逻辑控制 能力，特别是具有很强的位处理能力。1.3.1 单片机的特点三、I/O引脚通常多功能由于单片机芯片上引脚数目有限，为了解决实际 引脚数和需要的信号线的矛盾，采用了引脚功能复 用的方法。引脚处于何种功能，可由指令来设置或 由机器状态来区分。四、单片机外部扩展能力强在内部的各种功能部分不能满足应用需求时，均 可在外部进行扩展（如扩展ROM、RAM，I/O接 口，定时器/计数器，中断控制器等），与许多通 用的微机接口芯片兼容，给应用系统设计带来极大 的方便和灵活性。1.3.1 单片机的特点五、体积小、价格低易于产品化，它能方便地组成各种智能化的
7、控制 设备和仪器，做到机电一体化。 六、抗干扰、可靠性高在各种恶劣的环境下都能可靠地工作，这是其它 类型计算机无法比拟的。七、易实现多机和分布式控制使整个控制系统的效率和可靠性大为提高1.3.1 单片机的特点单片机的应用范围十分广泛，主要的应用 领域有： 工业控制仪器仪表 计算机外部设备与智能接口 商用产品家用电器 消费类电子产品 通讯设备和网络设备 儿童智能玩具 汽车、轮船、飞机等大型运输工具 交通控制设备1.3.2 单片机的应用单片机的应用（2）当前我国嵌入式系统的主要应用领域客户分布：主要在电信、医疗、汽车、安 全、工业控制和消费类等行业。 产品分布：主要在消费类电子、通信、医 疗、安全
8、等行业。 其中在消费类电子领域占 最大的市场份额。 发展重点：移动多媒体、数字娱乐、手机 终端、汽车电子、医疗成为嵌入式系统应用 市场的发展重点。 1.4 常用单片机简介主要内容1.4.1 MCS-51系列单片机1.4.2 STC89/12系列单片机1.4.3 ATMEL89系列单片机1.4.4 常见的其它系列单片机1.4.1 MCS-51系列单片机MCS-51系列单片机：Intel在1980-1982 年陆续推出了指令系统完全相同、内部结 构基本相同的8031、8051和8751等型号单 片机，初步形成MCS-51系列，被奉为“ 工业控制单片机标准”。 8031：片内无ROM8051：片内有
9、掩膜PROM8751：片内有紫外线擦除的PROMMCS-51增强型单片机： MCS-51系列 单片机除了89C51之外，主要包括89C52、 89C54、89C58、89C516等型号，它们的区 别主要是三个方面：一是片内RAM由128B 增加到256B；二是多一个定时器/计数器； 三是片内Flash ROM由4KB分别增加到了 8KB、16KB、32KB和64KB。不同厂家的产品可能还增加有其它外 设或功能，但引脚和指令都是完全兼容的 。 为了讨论方便起见，我们将89C51（包括 8031、8051、8751等）称为基本型，其他 的型号称为增强型。1.4.1 MCS-51系列单片机1.4.2
10、 STC89/12系列单片机一、STC 89C5xRC/RD系列单片机STC 89C5xRC/RD系列单片机是宏晶科技 推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单 片机。 指令代码完全兼容传统8051 单片机，12时钟 /机器周期和6时钟/机器周期可任意选择。1.4.2 STC89/12系列单片机STC 89C51RC/RD系列单片机特点如下 ： 增强型6或12时钟/机器周期8051 CPU； 工作电压：5.5V3.4V（5V单片机）/ 3.8V 2.0V（3V 单片机）； 工作频率范围：040MHz，相当于普通8051 的 080MHz； 用户应用程序空间 4K 64K 字节； 片上集成128
11、0字节/512字节RAM； 通用I/O口32 / 36 个； ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程）， 无需专用编程器/仿真器； 内部E2PROM 功能； 硬件看门狗； 内部集成MAX810专用复位电路（D版本才有）, 外部晶体20M以下时，可省外部复位电路； 共3个16位定时器/计数器； 外部中断4路； 通用异步串行口，还可用定时器软件实现多个 UART； 工作温度范围：0 75，4085； 封装：LQFP-44 ,PDIP-40 , PLCC -44 , PQFP-44 。（QFP：4面扁平封装）1.4.2 STC89/12系列单片机1.4.3 ATMEL 89系列单片机Atmel
12、公司生产的89系列单片机是市场上 比较具有代表性的MCS-51单片机。一、ATMEL89系列单片机型号 说明AT89系列单片机型号由三个部分组成， 它们分别是前缀、型号、后缀，其格式如下 ：AT89C（LV、S）XXXX-XXXX1、前缀前缀由字母“AT”组成，它表示该器 件是ATMEL公司的产品。1.4.2 ATMEL89系列单片机2、型号型号由“89CXXXX”或“89LVXXXX”或 “89SXXXX”等表示。 “9”表示芯片内部含Flash存储器； “C”表示是CMOS产品； “LV”表示低电压产品； “S”表示含可下载的Flash存储器。 “XXXX”为表示型号的数字，如：51、52
13、、 2051、8252等。3、后缀后缀由“XXXX”四个参数组成，与产品 型号间用“-”号隔开。后缀中第一个参数“X”表示速度 后缀中第二个参数“X”表示封装后缀中第三个参数“X”表示温度范围后缀中第四个参数“X” 说明产品的处理 情况 如AT89S52-24PC，后缀表示24MHz、 塑料封装、商业级（I为工业级）1.4.2 ATMEL89系列单片机二、AT89C51单片机AT89C51单片机特点： 与MCS-51产品完全兼容； 具有4K字节的Flash内部程序存储器， 可写/擦1000次； 全静态操作：0Hz24MHz； 三级程序存储器加密； 128字节内部RAM；1.4.2 ATMEL8
14、9系列单片机 32根可编程I/O线； 2个16位定时器/计数器； 6个中断源； 可编程串行UART通道； 低功耗空闲和掉电方式。 CMOS工艺，低功耗1.4.2 ATMEL89系列单片机三、AT89S52单片机AT89S52单片机特点： 与MCS-51产品兼容； 具有8K字节可在系统编程的Flash内部 程序存储器，可写/擦1000次； 4.0V5.5V的工作电压范围； 全静态操作：0Hz24MHz； 三级程序存储器加密； 256字节内部RAM；1.4.2 ATMEL89系列单片机 全双工异步串行通信通道； 低功耗空闲和掉电方式； 通过中断中止掉电方式； 看门狗定时器； 两个数据指针。1.4.
15、2 ATMEL89系列单片机LQFP也就是薄型QFP（Low-profile Quad Flat Package）指封装本体厚度为1.4mm的QFP，是 日本电子机械工业会根据制定的新QFP外形规格 所用的名称。 PQFP(Plastic Quad Flat Package，塑料方块平面 封装)一种芯片封装形式。PQFP封装的芯片的四 周均有引脚，其引脚总数一般都在100以上，而 且引脚之间距离很小，管脚也很细，一般大规模 或超大规模集成电路采用这种封装形式。 LCC(Leadless chip carrier): 无引脚芯片载体.指陶 瓷基板的四个侧面只有电极接触而无引脚的表面 贴装型封装.
16、 QFN(quad flat non-leaded package) 四侧无引脚扁 平封装。表面贴装型封装之一。现在多称为 LCC1.4.3 STC89/12系列单片机1.4.4 常见的其它系列单片机 AVR单片机 Motorola单片机 MicroChip单片机 Scenix单片机 EPSON单片机 东芝单片机 GMS90单 片机 华邦单片机 Zilog单片机 NS单片机 AX1001单片机1.5 单片机系统的开发方法主要内容1.5.1 单片机系统的设计要求1.5.2 单片机系统的开发特点1.5.3 单片机系统的开发工具及环境1.5.4 单片机系统设计中芯片的选择1.5 单片机系统的开发方法单片机系统是软件和硬件的
