第一章 单片机概况

单片机原理及应用

章鹏

重庆大学光电工程学院2012年3月

课程说明

主要参考书目 考核方法

主要参考书目

1．张友德主编：单片微型机原理、应用与实验，复旦大学出版社。

2．何立民主编：MCS-51单片机应用系统设计，北京航空航天大学出版。

3．孙涵芳主编：MCS51/96单片机原理及应用，北航版。

4．李华主编：MCS-51单片机实用接口技术。

考核方法

?考试：笔试，占总成绩70％

?实验成绩占25％，平时成绩占5％

目录

第一章单片机概况

第三章MCS-51系列单片机系统结构

第四章MCS-51软件系统

第五章MCS-51系统扩展与接口技术

第六章MCS-51单片机系统设计方法和调试第七章单片机C 语言程序设计

第一章单片机概况§1-1 单片机简介

§1-2 单片机发展史

§1-3 单片机的应用领域

§1-4 单片机的类型

§1-5 单片机的发展趋势

§1-1 单片机简介

只要外加少许电子零件便可以构成一套简易的计算机控制系统，故又称单片微型计算机（single chip Microcomputer）1、什么是单片机？

单片微型计算机简称单片机。由于它的结构及功能均按工业控制要求设计，所以又称单片微控制器（single chip Microcontroller ）。

它是将组成微型计算机机所必须的部件（中央处理器CPU 、程序存贮器（ROM)、数据存贮器（RAM)、输入/输出（I/O)接口、定时/计数器、串行口、系统总线等）集成在一个超大规模集成电路芯片上。

2、单片机与PC机之异同

微型计算机的发展形成两大分支：

?PC机：PC机系统全力实现海量高速数据处理，兼顾控制功能。

?单片机：单片机系统全力满足测控对象的测控功能，兼顾数据处理能力。

单片机与PC机之异同（1）

组成：

?CPU(进行运算、控制) RAM(数据存储器)?I/O口(串口、并口等) ROM(程序存储器)?PC机：上述部件以芯片形式安装在主板上。?单片机：上述部件被集成到单芯片中。

通用PC包括：键盘、显示器、鼠标、硬/软/光驱、音箱、打印机、扫描仪…等外设。

单片机则只是一片集成电路。（……100、48、

40、32、28、20、16、8条引脚）。

单片机与PC机之异同（2）

功能：

PC机：数据运算、采集、处理、存储、传输；单片机：控制（或受控于）外设。

通用计算机擅长于数据运算、采集、处理、存储和传输；

单片机的专长则是测控，往往嵌入某个仪器/设备/系统中，使其达到智能化的效果。

单片机与PC机之异同（3）

应用特点：

PC机：

体积大，功耗大，价格高，用途较固定，属通用计算机。易于学习掌握和使用，但用于控制时必须制作或购买专用的接口卡，并编制专门的应用软件。

单片机：

体积小，功耗小，价格低，用途灵活，无处不在，属专用计算机。是一种特殊器件，需经过专门学习方能掌握应用，应用中要设计专业的硬件和软件。

§1-2 单片机发展史

1、单片机诞生于20世纪70年代。

1946: 第一台电子计算机诞生

1973:TI公司注册了世界上第一个单片机专利

单片机仍处在初级的发展阶段，元件

集成规模还比较小，功能比较简单，

一般均把CPU、RAM有的还包括了一

些简单的I/O口集成到芯片上，象

Farichild公司就属于这一类型，它还需

配上外围的其他处理电路方才构成完

整的计算系统。类似的单片机还有

Zilog公司的Z80微处理器。

2、单片机的发展、应用里程碑。

TI 公司推出TMS1000单片机

TI 公司高速反雷达导航器

INTEL公司推出了MCS-48单

片机，起到8位机的引领和带

头作用，Zilog公司的Z8系列

在其带领下产生的。

DALLAS (June 11, 1978) 一种新

的单片集成电路电子语音合成器由Texas Instruments 开发.

3、80年代初，单片机发展高性能阶段。

1982年以后，16位单片机问世，代表产品是INTEL公司的MCS-96系列，16位单片机比起8位机，数据宽度增加了一倍，实时处理能力更强，主频更高，集成度达到了12万只晶体管，RAM增加到了232字节，ROM则达到了8kB，并且有8个中断源，同时配置了多路的A/D转换通道，高速的I/O 处理单元，适用于更复杂的控制系统。

4、九十年代以后，单片机获得了飞速的发展

世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的单片机。美国Microchip公司发布了一种完全不兼容MCS-51的新一代PIC系列单片机，引起了业界的广泛关注，特别它的产品只有33条精简指令集吸引了不少用户，使人们从INTEL的111条复杂指令集中走出来。PIC 单片机获得了快速的发展，在业界中占有一席之地。

1.3 单片机的应用领域

1、智能仪器仪表上

交直流电压电流表

数字式测角仪

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵

活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表

中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功

率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、

长度、硬度、元素、压力等的量。采用单片机控制使

得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采

用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备

（功率计，示波器，各种分析仪）。

2、工业控制

数控车床数控线切割机床

用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。

3、家用电器

?智能冰箱

?智能饭煲

?智能食品配料机

可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。

4、计算机网络和通信领域

现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制。

?手机

?电话机

?程控交换机

?楼宇自动通信呼叫系统

?列车无线通信

?日常工作中随处可见的移动电话

?集群移动通信，

?无线电对讲机等。

第1章单片机概述

第1章 单片机概述 1.1 单片机的概念 1.1.1 单片机的定义 单片机的全称是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer，SCM），也称为微控制器（Micro-Controller Unit，MCU），它是将中央处理单元（Central Processing Unit，CPU）、数据存储器RAM（Random Access Memory，随机读写存储器）、程序存储器ROM（Read Only Memory，只读存储器）以及I/O（Input/Output，输入/输出）接口集成在一块芯片上，构成的一个计算机系统，其组成框图如图1.1所示。单片机可用下面的“表达式”来表示： 单片机 = MPU+ROM+RAM+I/O+功能部件 图1.1 单片机的组成框图 1.1.2 单片机的诞生 单片机诞生于20世纪70年代末，具有代表性的事件是1976年Intel公司推出了MCS-48单片机系列的第一款产品：8048。这款单片机在一个芯片内集成了超过17000个晶体管，包含一个CPU，1KB的EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory，可擦可编程只读存储器），64字节的RAM，27个I/O端口和一个8位的定时器。8048很快就成为了控制领域的工业标准，它们起初被广泛用来替代诸如洗衣机或交通灯等产品中的控制部分。 1980年，Intel公司在MCS-48的基础上推出了MCS-51系列的第一款单片机8051，这款单片机的功耗、大小和复杂程度都比8048提高了一个数量级。8051集成了超过60000个晶体管，拥有4KB的ROM，128B的RAM，32个I/O端口，一个串行通信接口和两个16位的定时器。经过三十多年的发展，MCS-51系列单片机已经形成了一个规模庞大、功能齐全、资源丰富的产品群。

单片机第一章知识点

第一章单片机概述 一、单片机的定义 单片机是单片微型计算机的简称。它采用了超大规模集成技术，将微型计算机的中央处理器、存储器、输入/输出接口电路集成在同一块芯片上，构成一个既小巧又完善的计算机硬件系统，在单片机应用软件的控制下，准确、迅速、高效地完成规定的控制任务。 二、单片机的组成 1、中央处理器 中央处理器即CPU，是单片机的核心部件。包括算数逻辑单元（ALU）和控制器。 2、存储器 计算机的记忆部件，用于存放程序和数据。一般分为只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）3、输入/输出接口电路 输入/输出接口电路又称I/O接口电路，用来连接CPU和输入/输出设备，完成信号转换与驱动、数据传输和控制等功能。 三、单片机的特点 1．抗干扰性强，工作温度范围宽 2. 高可靠性 3. 控制功能强，数值计算能力相对较差 4. 指令系统比通用微机简单，并具有许多面向控制的指令。 四、单片机的应用领域 1、家用电器领域 2、办公自动化领域 3、商业营销领域 4、工业自动化领域 5、智能控制领域

五、各种进制之间的转换 （1）各种进制转换为十进制数 方法：各位按权展开相加即可。 例：11011B = 1×24 + 1×23 + 0×22 + 1×21+ 1×20 = 16 + 8 + 0 + 2 + 1 = 27 1FBH = 1×162 + 15×161 + 11×160 = 256 + 240 + 11 = 507D （2）十进制数转换为各种进制 方法：整数部分采用“除基取余法”，小数部分采用“乘基取整法”。 例：23.66D = 10111.1010B （3）二进制数与十六进制数之间的相互转换 方法：每四位二进制转换为一位十六进制数。 例：10101111011B = 57BH 六、带符号数的三种表示方法 （1）原码：机器数的原始表示，最高位为符号位（0‘+’1‘-’），其余各位为数值位。 例：X = + 1100 , 则（X）原= 00001100 X = - 1100 , 则（X）原= 10001100 （2）反码：正数的反码与原码相同。负数的反码把原码的最高位不变，其余各位求反。 例：X = + 1100 , 则（X）反= 00001100 X = - 1100 , 则（X）反= 11110011 （3）补码：正数的补码与原码相同。负数的补码为反码加1。 例：X = + 1100 , 则（X）补= 00001100 X = - 1100 , 则（X）补= 11110100 原码、反码的表示范围：-127～+127，补码的表示范围：-128～+127。 七、计算机中使用的编码 （1）BCD码：每4位二进制数对应1位十进制数。 （2）ASCII码：7位二进制数表示字符。0～9的ASCII码30H～39H，A的ASCII码41H，a 的ASCII码61H。 例：（59.73）BCD = 01011001.01110011