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1、1单片机电子教案单片机电子教案2第第1 1章章 绪 论 本章主要介绍微型计算机应用形态、单片机的特点及应用领域、单片机应用系统开发方式。1.1 电子计算机的发展概述电子计算机的发展概述1.2 单片机的发展过程及产品近况单片机的发展过程及产品近况1.3 单片机的特点及应用领域单片机的特点及应用领域1.4 单片机应用系统开发简介单片机应用系统开发简介31.1 电子计算机发展概述电子计算机发展概述1.1.1 1.1.1 电子计算机的问世及其经典结构电子计算机的问世及其经典结构n1946年年2月月15日日，第一台电，第一台电子数字计算机子数字计算机ENIAC问世，这问世，这标志着计算机标志着计算机时代
2、的到来。时代的到来。（CALCULATOR）4 ENIAC是是电电子子管管计计算算机机，时时钟钟频频率率仅仅有有100 KHz，但但能能在在1秒秒钟钟的的时时间间内完成内完成5000次加法运算。次加法运算。 与与现现代代的的计计算算机机相相比比，有有许许多多不不足足，但但它它的的问问世世开开创创了了计计算算机机科科学学技技术术的的新新纪纪元元，对对人人类类的的生生产产和和生生活方式产生了巨大的影响活方式产生了巨大的影响 。5 匈匈牙牙利利籍籍数数学学家家冯冯诺诺依依曼曼在在方方案案的的设设计计上上做做出出了了重重要要的的贡贡献献。1946年年6月月，他他又又提提出出了了“程程序序存存储储”和和
3、“二二进进制制运运算算”的的思思想想，进进一一步步构构建建了了计计算算机机由由运运算算器器、控控制制器器、存存储储器器、输输入入设设备备和和输输出设备组成出设备组成这一计算机的经典结构。这一计算机的经典结构。（EDVAC-ELECTRONIC DISCRETE VARIABLE AUTOMATIC COMPUTER）6电电子子计计算算机机技技术术的的发发展展，相相继继经经历历了了五五个时代：个时代：电子管计算机；电子管计算机；晶体管计算机；晶体管计算机；集成电路计算机；集成电路计算机；大规模集成电路计算机；大规模集成电路计算机；超大规模集成电路计算机。超大规模集成电路计算机。计计算算机机的的结
4、结构构仍仍然然没没有有突突破破冯冯诺诺依依曼曼提提出的计算机的经典结构框架。出的计算机的经典结构框架。71.1.2 1.1.2 微型计算机的组成及其应用形态微型计算机的组成及其应用形态一、微型计算机的组成一、微型计算机的组成 n 1971 1971年年1 1月，月，INTELINTEL公司公司的特德的特德霍夫在与日本商霍夫在与日本商业通讯公司合作研制台式业通讯公司合作研制台式计算器时，将原始方案的计算器时，将原始方案的十几个芯片压缩成三个集十几个芯片压缩成三个集成电路芯片。其中的两个成电路芯片。其中的两个芯片分别用于存储程序和芯片分别用于存储程序和数据，数据，另一芯片集成了运另一芯片集成了运算
5、器和控制器算器和控制器及一些寄存及一些寄存器，称为器，称为微处理器微处理器（即（即Intel 4004Intel 4004）。）。8微微处处理理器器、存存储储器器加加上上I/O接接口口电电路路组组成成微微型型计计算算机机。各各部部分分通通过过地地址址总总线线（AB）、数数据据总总线（线（DB）和控制总线（）和控制总线（CB）相连。）相连。9二、微型计算机的应用形态二、微型计算机的应用形态从应用形态上，微型计算机可以分成三种：从应用形态上，微型计算机可以分成三种：（1 1）多板机（系统机）多板机（系统机） 将将CPU、存储器、存储器、I/O接口电路和总线接口接口电路和总线接口等组装在一块主机板（
6、即微机主板）上，再通过等组装在一块主机板（即微机主板）上，再通过系统总线和其它多块外设适配板卡连接键盘、显系统总线和其它多块外设适配板卡连接键盘、显示器、打印机、软示器、打印机、软/硬盘驱动器及光驱等设备。硬盘驱动器及光驱等设备。各种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、各种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、软软/硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内，再配硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内，再配上系统软件，就构成了一台完整的微型计算机系上系统软件，就构成了一台完整的微型计算机系统（简称系统机）。统（简称系统机）。工业工业PC机机 也属于多板机。也属于多板机。10（2 2） 单板机单板机 将将CP
7、U芯片、芯片、存储器存储器芯片、芯片、I/O接口接口芯片和简单的芯片和简单的I/O设备设备（小键盘、（小键盘、LED显示显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上器）等装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序监控程序（固化在（固化在ROM中），就构成了一中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。台单板微型计算机（简称单板机）。单板机图片单板机图片11 单单板板机机的的I/O设设备备简简单单，软软件件资资源源少少，使使用用不不方方便便。早早期期主主要要用用于于微微型型计计算算机机原原理理的的教教学学及及简简单的测控系统单的测控系统，现在已很少使用。，现在已很少使用。12 （3 3）单片机）单片
8、机： 单片机就是把单片机就是把 中央处理器中央处理器CPU (Central Processing Unit)、 只读存储器只读存储器ROM (Read Only Memory)、 随机存取存储器随机存取存储器RAM (Random Access Memory)、 定时定时/计数器计数器T/C(Timer/Counter)以及以及 I/O(Input/Output)接口电路等主要计算机部件，接口电路等主要计算机部件，集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。虽集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。虽然单片机只有一个芯片，但从组成和功能上看，然单片机只有一个芯片，但从组成和功能上看，它已具有了微机系
9、统的含义。它已具有了微机系统的含义。13 单片机图片14三种应用形态的比较三种应用形态的比较 ：单板机单板机单片机单片机系统机（多板机）系统机（多板机）15 系系统统机机（桌桌面面应应用用）属属于于通通用用计计算算机机，主主要要应应用用于于数数据据处处理理、办办公公自自动动化化及及辅辅助助设设计。计。 单单片片机机（嵌嵌入入式式应应用用）属属于于专专用用计计算算机机，主主要要应应用用于于智智能能仪仪表表、智智能能传传感感器器、智智能能家家电电、智智能能办办公公设设备备、汽汽车车及及军军事事电电子子设设备等应用系统。备等应用系统。 单片机单片机体积小体积小、价格低价格低、可靠性高可靠性高，其非凡
10、的嵌入式应用形态对于满足嵌入式其非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。应用需求具有独特的优势。161.2 单片机的发展过程及产品近况单片机的发展过程及产品近况1.2.1 1.2.1 单片机的发展过程单片机的发展过程 单片机技术发展过程可分为三个主要阶段：单片机技术发展过程可分为三个主要阶段： （1）单芯片微机形成阶段单芯片微机形成阶段 1976年，年，Intel公司推出了公司推出了MCS-48系列单片机系列单片机 。 8位位CPU、1K字节字节ROM、64字节字节RAM、27根根I/O线和线和1个个8位定时位定时/计数器计数器。 特点是特点是：存储器容量较小，寻址范围小（不
11、大：存储器容量较小，寻址范围小（不大于于4K），无串行接口，指令系统功能不强。），无串行接口，指令系统功能不强。 17 （2）性能完善提高阶段）性能完善提高阶段 1980年，年，Intel公司推出了公司推出了MCS-51系列单系列单片机：片机：8位位CPU、4K字节字节ROM、128字节字节RAM、4个个8位并口、位并口、1个全双工串行口、个全双工串行口、2个个16位定时位定时/计数器。寻址范围计数器。寻址范围64K，并有控制功能较强，并有控制功能较强的布尔处理器。的布尔处理器。 特点是特点是：结构体系完善，性能已大大提：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出。现在，高，面向控
12、制的特点进一步突出。现在，MCS-51已成为公认的单片机经典机种已成为公认的单片机经典机种 。18 （3）微控制器化阶段）微控制器化阶段 1982年，年，Intel推出推出MCS-96系列单片机。系列单片机。 芯片内集成：芯片内集成：16位位CPU、8K字节字节ROM、232字字节节RAM、5个个8位并口、位并口、1个全双工串行口、个全双工串行口、2个个16位定时位定时/计数器。寻址范围计数器。寻址范围64K。片上还有。片上还有8路路10位位ADC、1路路PWM输出及高速输出及高速I/O部件等部件等。 特点是特点是：片内面向测控系统外围电路增强，：片内面向测控系统外围电路增强，使单片机可以方便
13、灵活地用于复杂的自动测控系使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。统及设备。“微控制器微控制器”的称谓更能反应单片机的本质的称谓更能反应单片机的本质。191.2.2 1.2.2 单片机产品近况单片机产品近况 （1 1）80C5180C51系列系列单片机产品繁多，单片机产品繁多，主流地位已主流地位已经形成，经形成，近年来推出的近年来推出的与与80C5180C51兼容兼容的主要产品的主要产品有：有： ATMELATMEL公司融入公司融入FlashFlash存储器技术的存储器技术的AT89AT89系列；系列； Philips Philips公司的公司的80C5180C51、80C5528
14、0C552系列；系列； 华邦公司的华邦公司的W78C51W78C51、W77C51W77C51高速低价高速低价系列；系列； ADI ADI公司的公司的ADC8xxADC8xx高精度高精度ADCADC系列；系列； LG LG公司的公司的GMS90/97GMS90/97低压高速低压高速系列；系列； Maxim Maxim公司的公司的DS89C420DS89C420高速（高速（50MIPS50MIPS）系列；系列； Cygnal Cygnal公司的公司的C8051FC8051F系列高速系列高速SOCSOC单片机。单片机。20 （2）非非80C51结构单片机新品结构单片机新品不断推出，给用不断推出，给
15、用户提供了更为广泛的选择空间户提供了更为广泛的选择空间 ，近年来推出的，近年来推出的非非80C51系列的主要产品有：系列的主要产品有：Intel的的MCS-96系列系列16位单片机位单片机 ； Microchip的的PIC系列系列RISC单片机单片机 ；TI的的MSP430F系列系列16位位低功耗低功耗单片机单片机 。211.3 单片机的特点及应用领域单片机的特点及应用领域1.3.1 1.3.1 单片机的特点单片机的特点 （1 1）控制性能控制性能和和可靠性可靠性高高 实时控制功能特别强实时控制功能特别强，其，其CPUCPU可以对可以对I/OI/O端口直接进端口直接进行操作，行操作，位操作能力
16、位操作能力更是其它计算机无法比拟的。另更是其它计算机无法比拟的。另外，由于外，由于CPUCPU、存储器及、存储器及I/OI/O接口接口集成在同一芯片内集成在同一芯片内，各部件间的连接紧凑，数据在传送时各部件间的连接紧凑，数据在传送时受干扰的影响较受干扰的影响较小小，且不易受环境条件的影响，所以单片机的，且不易受环境条件的影响，所以单片机的可靠性可靠性非常高非常高。 近期推出的单片机产品，内部集成有高速近期推出的单片机产品，内部集成有高速I/OI/O口、口、ADCADC、PWMPWM、WDTWDT等部件，并在低电压、低功耗、串行等部件，并在低电压、低功耗、串行扩展总线、控制网络总线和开发方式（如在系统编程扩展总线、控制网络总线和开发方式（如在系统编程ISPISP）等方面都有了进一步的增强。）等方面都有了进一步的增强。22（2）体积小、价格低、易于产品化）体积小、价格低、易于产品化 单片机芯片即是一台完整的微型计算机单片机芯片即是一台完整的微型计算机，对，对于批量大的专用场合，一方面可以在众多的单于批量大的专用场合，一方面可以在众多的单片机品种间进行匹配选择，同时还可以专门进片机品种间进行
