第1一章單片機概述

第一章概述單片機及其發(fā)展單片機的結(jié)構(gòu)及特點單片機應(yīng)用單片機：

SCM（Single-ChipMicrocomputer）

單片微型計算機

單片機是把主要計算機功能部件都集成在一塊芯片上的微型計算機。第一章概述§1.1單片機及其發(fā)展概況一.計算機：1.計算機：不需要人工的直接干預(yù)，能夠?qū)Ω鞣N數(shù)字信息進(jìn)行算術(shù)和邏輯運算的快速電子設(shè)備。2.計算機的四個發(fā)展時期：電子管計算機（1945~1955年）晶體管計算機（1955~1965年）集成電路計算機（1965~1975年）大、超大規(guī)模集成電路計算機（1975~今）§1.1單片機及其發(fā)展概況3.計算機分類：巨型機、大型機、中型機、小型機、微型機4.微型計算機：微型計算機是第四代計算機向微型化方向發(fā)展的結(jié)果。具有以下特點：（1）體積小、重量輕、價格低；（2）結(jié)構(gòu)靈活；（3）應(yīng)用面廣，普及程度高。

主機（CPU+RAM+ROM+I/O+電源）外設(shè)（鍵盤、CRT、打印機…）§1.1單片機及其發(fā)展概況二.微處理器、微型計算機、微型計算機系統(tǒng)1.微處理器：（簡稱CPU、μP）（1）定義：微型化的中央處理器，通常是由一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理部件。（2）功能:1)實現(xiàn)算術(shù)和邏輯運算，并具有邏輯判斷能力

2)能對指令進(jìn)行譯碼,并執(zhí)行指令所規(guī)定的操作

3)具有訪問存儲器和外設(shè)的能力

4)提供整個系統(tǒng)所需要的定時和控制信號

5)可響應(yīng)中斷請求

（3）CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)上包含下列部分

1)算術(shù)邏輯部件處理各種數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行算術(shù)運算和邏輯運算。

2)累加器和通用寄存器組保存參與運算的數(shù)據(jù)、運算的中間結(jié)果和地址。

3)程序計數(shù)器、指令寄存器和指令譯碼器

4)時序和控制部件 產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號并送到時序和控制邏輯電路中，形成外部電路所需要的控制信號，以控制整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作?！?.1單片機及其發(fā)展概況§1.1單片機及其發(fā)展概況（4）微處理器的發(fā)展第一代微處理器：

1971~1972年：處理字長4或8位；集成度2000管/片；1MHz、20μs；如Intel公司4004、8008；第二代微處理器

1973~1977年：8位；9000管/片；2~4MHz；1~2μs；如Intel公司8080/8085、Zilog公司Z80、Motorola公司M6800；第三代微處理器

1977~1978年：16位；20000~60000管/片；4~8MHz；0.5μs；如 Intel公司8086/8088、Zilog公司Z8000;第四代微處理器

1980年：16位；100000管/片；10MHz；0.2μs；如Intel公司80186/80286；

1985年：32位；150000~200000管片；16~20MHz；0.1μs；如Intel公司80386；

第五代微處理器

1990年：64位；3100000管/片；66MHz；如Intel公司80486、Pentium;§1.1單片機及其發(fā)展概況2.微型計算機（μC）

（1）定義：以微處理器為核心，配上存儲器、輸入/輸出接口電路和系統(tǒng)總線所組成的計算機。

（2）基本結(jié)構(gòu)：

1)CPU2)存儲器

3)輸入/輸出 接口電路

4)總線§1.1單片機及其發(fā)展概況3.微型計算機系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分，它是以微型計算機為主體，配上系統(tǒng)軟件和外部設(shè)備組成的?！?.1單片機及其發(fā)展概況輸入設(shè)備運算器輸出設(shè)備控制器存儲器三.單片機及其發(fā)展1.單片機：單片機是將中央處理器(CPU)、隨機存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM或EPROM)、定時器／計數(shù)器芯片和一些輸入／輸出接口電路集成在一個芯片上的微型計算機，又稱為微控制器(Micro-controller)。它是專為工業(yè)控制和智能儀器設(shè)計的一種集成度很高的微型計算機?！?.1單片機及其發(fā)展概況單片機有著微處理器所不具備的功能，它可單獨地完成現(xiàn)代控制所要求的智能化控制功能，這是單片機最大的特征?！?.1單片機及其發(fā)展概況76年；Intel公司MCS-48；8位；

78年；Intel公司MCS-51、Zilog公司Z8、Motorola公司；6805；8位；

83年；Intel公司MCS-96；16位

88年；Intel公司9098；準(zhǔn)16位

90年；Intel公司80960；32位2.單片機的發(fā)展：自1974年美國仙童公司(Fairchild)生產(chǎn)第一個單片機F8以來，TI、Rockwell、Intel、Zilog、Motoro1a、NEC公司都紛紛推出自己的單片機系列。出現(xiàn)了4位、8位、16位、32位單片機。

單片機的發(fā)展過程可劃分為四個階段：

（1）單片機初級階段（1974～1976年）：元件集成規(guī)模還比較小，功能較簡單，一般均把CPU、RAM有的還包括了一些簡單的I/O口集成到芯片上，如仙童公司的F8單片機、Zilog公司的Z80微處理器§1.1單片機及其發(fā)展概況（2）低性能單片機階段（1976～1978年）：

采用了單片結(jié)構(gòu)，如Intel公司的MCS-48系列，8位CPU、8位定時器、并行I/O口、RAM和ROM，ROM的容量小，尋址范圍一般不超過4K字節(jié)，中斷處理較簡單，無串行I/O口。

MCS-48系列體積小、功能全、價格低，為單片機的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，成為單片機發(fā)展史上重要的里程碑。（3）高性能單片機階段（1978～）：

在SFR管理下的模塊化結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)的外部三總線，有串行I/O口、16位定時器、較高級的中斷處理，內(nèi)RAM、ROM容量較大，尋址范圍可達(dá)64K字節(jié)，有的還帶有A/D等，如Intel公司的MCS-51系列單片機?！?.1單片機及其發(fā)展概況（4）16位單片機階段（1982～）：

16位CPU，內(nèi)RAM、ROM的容量進(jìn)一步增大，中斷處理能力更強、高速I/O、多通道的A/D轉(zhuǎn)換器等,如Intel公司的MCS-96系列單片機從單片機的結(jié)構(gòu)和功能分為三代：

（1）第一代單片機：

只是將CPU及RAM、ROM、I/O口、CTC等功能單元集成在同一個芯片上。如Intel公司的MCS-48系列單片機。（2）第二代單片機：

在SFR統(tǒng)一管理下的模塊化結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)的外部三總線結(jié)構(gòu)，及可用于多機通信的全雙工串行口。如Intel公司的MCS－51系列單片機?！?.1單片機及其發(fā)展概況（3）第三代單片機：

大力發(fā)展控制功能，提高系統(tǒng)運行的可靠性，將測控系統(tǒng)中需要的外部接口電路，如高速I/O、ADC、PWM納入片內(nèi)，朝著微控制器的目標(biāo)邁進(jìn)。這一目標(biāo)首先在Intel公司的MCS－96單片機中得到體現(xiàn)?！?.1單片機及其發(fā)展概況§1.1單片機及其發(fā)展概況第三代單片機的技術(shù)特點：普遍采用CMOS工藝，通常都能與TTL電路兼容。提供不同類型的存儲器，并不斷擴展存儲容量。大力提高運行速度，主要措施是提高時鐘頻率。努力擴大接口功能。采用多種措施，提高芯片及系統(tǒng)工作的可靠性。不斷發(fā)展和完善串行總線。單片機的發(fā)展趨勢

：

1.大容量、高性能化；2.小容量、低價格化；3.外圍電路內(nèi)裝化；4.全盤CMOS化，實現(xiàn)全面功耗管理。§1.1單片機及其發(fā)展概況一.單片機的結(jié)構(gòu)：

§1.2單片機的結(jié)構(gòu)及特點單片機系統(tǒng)硬件部分軟件部分單片機芯片外圍器件CPU內(nèi)存中斷控制邏輯通用接口運算器寄存器組控制器并行I/O口串行UART定時/計數(shù)器ADC0809、DAC0832825382518255A、81552764、6264指令系統(tǒng)應(yīng)用程序二.單片機的結(jié)構(gòu)特點：

1.集成度高；2.片內(nèi)RAM采用寄存器結(jié)構(gòu)形式，提高存取速度；3.指令采用緊湊的格式；4.片內(nèi)有完善的輸入/輸出部件；5.采用Harvard結(jié)構(gòu)，即把程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器分開?！?.2單片機的結(jié)構(gòu)及特點一.單片機的優(yōu)點：

1.小巧、靈活、成本低，易于產(chǎn)品化；2.面向各類控制任務(wù)，可選度大，能獲得最佳的性價比；3.抗干擾能力強，適應(yīng)溫度范圍寬；4.可以方便地實現(xiàn)多機、分布式的集散控制?！?.3單片機的應(yīng)用二.單片機的應(yīng)用：

1.在智能儀器儀表上的應(yīng)用

單片機體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)電壓、頻率、溫濕度、速度、長度、壓力等物理量的測量。采用單片機控制實現(xiàn)儀器儀表的數(shù)字化、智能化、微型化。

2.軍事上在一些新式武器裝備控制方面的應(yīng)用?！?.3單片機的應(yīng)用3.在工業(yè)控制中的應(yīng)用

用單片機構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。實現(xiàn)分布式、嵌入式控制。

4.在家用電器中的應(yīng)用

現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、音響視頻器材、電子秤量設(shè)備，無所不在。

§1.3單片機的應(yīng)用5.在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用

現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件?，F(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信等。

§1.3單片機的應(yīng)用6.在汽車工業(yè)中應(yīng)用

顯示系統(tǒng)、動力測控系統(tǒng)、運行監(jiān)視器（黑匣子）等。7.單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用

單片機在醫(yī)用設(shè)備中的用途相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等?！?.3單片機的應(yīng)用§1.4Intel單片機系列一、三個系列產(chǎn)品

MCS-48系列單片機：Intel公司早期產(chǎn)品，主要用于簡單的應(yīng)用系統(tǒng)。

MCS-51系列單片機：采用HMOS技術(shù)，高性能8位機。我國應(yīng)用最廣泛。

MCS-96系列單片機：功能強大的16位或準(zhǔn)16位單片機。二、三種片內(nèi)存儲器配置形式片內(nèi)帶掩膜式ROM：適用于定型大批量生產(chǎn)；片內(nèi)帶EPROM：適用于研制產(chǎn)品樣機；片內(nèi)無ROM、EPROM：必須外接EPROM，用于新產(chǎn)品研制。

FPGA(FieldProgrammableGateArray)：現(xiàn)場可編程門陣列