1、第一章第一章 单片机介绍单片机介绍模块概述模块概述单片机是一个单芯片形态、面向控制对象的嵌入式应用计算机单片机是一个单芯片形态、面向控制对象的嵌入式应用计算机系统。它的出现及发展使计算机技术从通用型数值计算领域进系统。它的出现及发展使计算机技术从通用型数值计算领域进入到智能化的控制领域。从此，计算机技术在两个重要领域入到智能化的控制领域。从此，计算机技术在两个重要领域通用计算机领域和嵌入式计算机领域都得到了极其重要的发展，通用计算机领域和嵌入式计算机领域都得到了极其重要的发展，并正在深深地改变着我们的社会。并正在深深地改变着我们的社会。单片机作为一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理
2、能力单片机作为一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器的微处理器(CPU)，随机存，随机存取数据存储器取数据存储器(RAM)，只读程序存储器，只读程序存储器(ROM),输入输出电路输入输出电路(I/O)，可能还包括定时计数器，串行通信口可能还包括定时计数器，串行通信口(SCI)，显示驱动电路，显示驱动电路(LCD或或LED驱动电路驱动电路)，脉宽调制电路，脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换器及，模拟多路转换器及A/D转换器等电转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小然而完善的计算机
3、系统，这些电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小然而完善的计算机系统，这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。下一页第1页，共530页。第一章第一章 单片机介绍单片机介绍教学目标教学目标1.了解单片机的概念、发展历史。了解单片机的概念、发展历史。2.了解单片机的应用领域。了解单片机的应用领域。3.了解单片机的发展趋势。了解单片机的发展趋势。4.掌握单片机的特点以及基本组成。掌握单片机的特点以及基本组成。下一页第2页，共530页。第一章第一章 单片机介绍单片机介绍1.1单片机的概念单片机的概念1.2
4、单片机发展历程单片机发展历程1.3常见单片机的类型介绍常见单片机的类型介绍1.4单片机的发展趋势单片机的发展趋势1.5练习练习第3页，共530页。1.1单片机的概念单片机的概念1.1.1单片机的特点单片机的特点1.高集成度、高可靠性高集成度、高可靠性 单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪声性能优于一般通用的内部布线很短，其抗工业噪声性能优于一般通用的CPU.单片机单片机程序指令、常数及表格等固
5、化在程序指令、常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。道均在一个芯片内，故可靠性高。2.控制功能强控制功能强 为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件条件:分支转移能力、分支转移能力、I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。于专门的控制功能。下一页返回第4页，共530页。1.1单片机的概念单片机的概念 3.低电压、低功耗低电压、低功耗 为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为为了满足广泛使用于便携式
6、系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8-3.6V，而工作电流仅为数百微安。，而工作电流仅为数百微安。4.优异的性能价格比优异的性能价格比 单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用RISC流水线和流水线和DSP等技术。单片机的寻址能力也已突破等技术。单片机的寻址能力也已突破64KB的限的限制，有的已可达到制，有的已可达到1MB和和16MB，片内的，片内的ROM容量可达容量可达62MB,RAM容量则可达容量则可达2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价
7、格十分低廉，其性能价格比极高。公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。下一页上一页返回第5页，共530页。1.1单片机的概念单片机的概念1.1.2单片机的特点单片机的特点 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件机所需要的大部分部件:CPU、内存、内部和外部总线系统，目、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有前大部分还会具有外存。同时集成诸如通信接口、定时器，外存。同时集成诸如通信接
8、口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。然而单片机又不同于单板机，芯片在没有开发前，它只是具备然而单片机又不同于单板机，芯片在没有开发前，它只是具备功能极强的超大规模集成电路，如果赋予它特定的程序，它便功能极强的超大规模集成电路，如果赋予它特定的程序，它便是一个最小的、完整的微型计算机控制系统，它与单板机或个是一个最小的、完整的微型计算机控制系统，它与单板机或个人电脑人电脑(PC机机)有着本质的区别，单片机的
9、应用属于芯片级应用，有着本质的区别，单片机的应用属于芯片级应用，需要用户了解单片机芯片的结构和指令系统以及其他集成电路需要用户了解单片机芯片的结构和指令系统以及其他集成电路应用技术和系统设计所需要的理应用技术和系统设计所需要的理下一页上一页返回第6页，共530页。1.1单片机的概念单片机的概念论和技术，用这样特定的芯片设计应用程序，从而使该芯片具论和技术，用这样特定的芯片设计应用程序，从而使该芯片具备特定的功能。备特定的功能。不同的单片机有着不同的硬件特征和软件特征，即它们的技术特征均不同的单片机有着不同的硬件特征和软件特征，即它们的技术特征均不尽相同，硬件特征取决于单片机芯片的内部结构，用户
10、要使用某种不尽相同，硬件特征取决于单片机芯片的内部结构，用户要使用某种单片机，必须了解该型产品是否满足需要的功能和应用系统所要求的单片机，必须了解该型产品是否满足需要的功能和应用系统所要求的特性指标。这里的技术特征包括功能特性、控制特性和电气特性等，特性指标。这里的技术特征包括功能特性、控制特性和电气特性等，这些信息需要从生产厂商的技术手册中得到。软件特征是指指令系统这些信息需要从生产厂商的技术手册中得到。软件特征是指指令系统特性和开发支持环境，指令特性即我们熟悉的单片机的寻址方式，数特性和开发支持环境，指令特性即我们熟悉的单片机的寻址方式，数据处理和逻辑处理方式，输入输出特性及对电源的要求等
11、。开发支持据处理和逻辑处理方式，输入输出特性及对电源的要求等。开发支持的环境包括指令的兼容及可移植性，支持软件的环境包括指令的兼容及可移植性，支持软件(包含可支持开发应用程包含可支持开发应用程序的软件资源序的软件资源)及硬件资源。要利用某型号单片机开发自己的应用系统，及硬件资源。要利用某型号单片机开发自己的应用系统，掌握其结构特征和技术特征是必须的。掌握其结构特征和技术特征是必须的。下一页上一页返回第7页，共530页。1.1单片机的概念单片机的概念 单片机的结构特征是将组成计算机的基本部件集成在一块晶体芯片上，单片机的结构特征是将组成计算机的基本部件集成在一块晶体芯片上，构成一台功能独特的、完
12、整的单片微型计算机。构成一台功能独特的、完整的单片微型计算机。图图1-1为单片机的典为单片机的典型结构框图。型结构框图。下面简要介绍各组成部分。下面简要介绍各组成部分。1.中央处理器中央处理器单片机中的中央处理器单片机中的中央处理器CPU和通用微处理器基本相同，由运算器和控制器和通用微处理器基本相同，由运算器和控制器组成，另外增设了组成，另外增设了“面向控制面向控制”的处理功能，如位处理、查表、多种跳转、的处理功能，如位处理、查表、多种跳转、乘除法运算、状态检测、中断处理等，增强了实时性。乘除法运算、状态检测、中断处理等，增强了实时性。下一页上一页返回第8页，共530页。1.1单片机的概念单片
13、机的概念2.存储器存储器 单片机的存储空间有两种基本结构。一种是普林斯顿结构单片机的存储空间有两种基本结构。一种是普林斯顿结构(Princeton，将程序和数据合用一个存储器空间，即，将程序和数据合用一个存储器空间，即ROM和和RAM的地址同在一个空间里分配不同的地址。的地址同在一个空间里分配不同的地址。CPU访问存储器时，访问存储器时，一个地址对应唯一的一个存储单元，可以是一个地址对应唯一的一个存储单元，可以是ROM，也可以是，也可以是RAM，用同类的访问指令。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开用同类的访问指令。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开分别寻址的结构，称为哈佛分别寻址的
14、结构，称为哈佛(Harvard)结构。结构。CPU用不同的指令用不同的指令访问不同的存储器空间。由于单片机实际应用中访问不同的存储器空间。由于单片机实际应用中“面向控制面向控制”的特的特点，一般需要较大的程序存储器。目前，包括点，一般需要较大的程序存储器。目前，包括MCS一一51和和80C51系列的单片机均采用程序存储器和数据存储器截然分开的系列的单片机均采用程序存储器和数据存储器截然分开的哈佛结构。哈佛结构。下一页上一页返回第9页，共530页。1.1单片机的概念单片机的概念(1)数据存储器数据存储器(RAM)在单片机中，用随机存取的存储器在单片机中，用随机存取的存储器(RAM)来存储来存储数
15、据，暂存运行期间的数据、中间结果、缓冲和标志位等，所以称之为数数据，暂存运行期间的数据、中间结果、缓冲和标志位等，所以称之为数据存储器。一般在单片机内部设置一定容量据存储器。一般在单片机内部设置一定容量(64-256B)的的RAM，并以高，并以高速速RAM的形式集成在单片机内，以加快单片机的运行速度。同时，单片机的形式集成在单片机内，以加快单片机的运行速度。同时，单片机内还把专用的寄存器和通用的寄存器放在同一片内内还把专用的寄存器和通用的寄存器放在同一片内RAM统一编址，以利于统一编址，以利于运行速度的提高。对于某些应用系统，还可以外部扩展数据存储器。运行速度的提高。对于某些应用系统，还可以外
16、部扩展数据存储器。(2)程序存储器程序存储器(ROM)单片机的应用中常常将开发调试成功后的单片机的应用中常常将开发调试成功后的应用程序存储在程序存储器中，因为不再改变，所以这种存储器都应用程序存储在程序存储器中，因为不再改变，所以这种存储器都采用只读存储器采用只读存储器ROM的形式。的形式。下一页上一页返回第10页，共530页。1.1单片机的概念单片机的概念单片机内部的程序存储器常有以下几种形式单片机内部的程序存储器常有以下几种形式:掩膜掩膜ROM(Mask ROM)它是由半导体厂家在芯片生产封装它是由半导体厂家在芯片生产封装时，将用户的应用程序代码通过掩膜工艺制作到单片机的时，将用户的应用程
17、序代码通过掩膜工艺制作到单片机的ROM区区中，一旦写入后用户则不能修改。所以它适合于程序已定型，并大中，一旦写入后用户则不能修改。所以它适合于程序已定型，并大批量使用的场合。批量使用的场合。8051就是采用掩膜就是采用掩膜ROM的单片机型号。的单片机型号。EPROM此种芯片带有透明窗口，可通过紫外线擦除程序存储器的此种芯片带有透明窗口，可通过紫外线擦除程序存储器的内容。应用程序可通过专门的写入器脱机写入到单片机中，需要更改内容。应用程序可通过专门的写入器脱机写入到单片机中，需要更改时可通过紫外线擦除后重新写入。时可通过紫外线擦除后重新写入。8751就是采用就是采用EPROM的单片机型的单片机型
18、号。号。ROMLESS这种单片机内部没有程序存储器，使用时必须在外部并这种单片机内部没有程序存储器，使用时必须在外部并行扩展一片行扩展一片EPROM作为程序存储器。作为程序存储器。8031就是就是ROMLESS型的单型的单片机。片机。下一页上一页返回第11页，共530页。1.1单片机的概念单片机的概念.OTP(one time programmable)ROM这是用户一次性编这是用户一次性编程写入的程序存储器。用户可通过专用的写入器将应用程序写入程写入的程序存储器。用户可通过专用的写入器将应用程序写入OTPROM中，但只允许写入一次。中，但只允许写入一次。Flash ROM(MTP ROM)闪
19、速存储器这是一种可由用户多次编闪速存储器这是一种可由用户多次编程写入的程序存储器。它不需紫外线擦除，编程与擦除完全用电实现，程写入的程序存储器。它不需紫外线擦除，编程与擦除完全用电实现，数据不易挥发，可保存数据不易挥发，可保存10年。编程年。编程/擦除速度快，擦除速度快，4KB编程只需数秒，编程只需数秒，擦除只需擦除只需10ms。例如。例如AT89系列单片机，可实现在线编程，也可下载。系列单片机，可实现在线编程，也可下载。这是目前大力发展的一种这是目前大力发展的一种ROM，大有取代，大有取代EPROM型产品之势。型产品之势。(3)并行并行vo口单片机为了突出控制的功能，提供了数量多、功能强、口
20、单片机为了突出控制的功能，提供了数量多、功能强、使用灵活的并行使用灵活的并行vo口。使用上不仅可灵活地选择输入或输出，还可作口。使用上不仅可灵活地选择输入或输出，还可作为系统总线或控制信号线，从而为扩展外部存储器和为系统总线或控制信号线，从而为扩展外部存储器和vo接口提供了方接口提供了方便。便。下一页上一页返回第12页，共530页。1.1单片机的概念单片机的概念(4)串行串行I/O口高速的口高速的8位单片机都可提供全双工串行位单片机都可提供全双工串行I/O口，口，因而能和某些终端设备进行串行通信，或者和一些特殊功能的因而能和某些终端设备进行串行通信，或者和一些特殊功能的器件相连接。器件相连接。
21、(5)定时器定时器/计数器在实际的应用中，单片机往往需要精确地定时，或者需计数器在实际的应用中，单片机往往需要精确地定时，或者需对外部事件进行计数，因而在单片机内部设置了定时器对外部事件进行计数，因而在单片机内部设置了定时器/计数器电路，通过计数器电路，通过中断，实现定时中断，实现定时/计数的自动处理。计数的自动处理。上一页返回第13页，共530页。1.2单片机发展历程单片机发展历程单片机是微型计算机的一个发展分支，单片机是微型计算机的一个发展分支，1969-1973年这个阶段是微处理年这个阶段是微处理器的产生和初级发展的阶段。相继出现的具有代表性的微处理器机型有器的产生和初级发展的阶段。相继
22、出现的具有代表性的微处理器机型有Intel公司的公司的4004,TI公司的公司的TMS1000系列等。系列等。1969年，年，Intel公司公司受日本受日本Busicom计算器公司委托，为其一个计算器研制一套程序控制器。计算器公司委托，为其一个计算器研制一套程序控制器。Busicom公司提出一个方案是采用公司提出一个方案是采用12片专用的集成芯片，而片专用的集成芯片，而Intel公司公司的一位叫的一位叫Ted Hoff的电气工程师则大胆地提出了一种新的理念，即采用通的电气工程师则大胆地提出了一种新的理念，即采用通用型的数据处理芯片。正是这一理念带来了微处理器的诞生。用型的数据处理芯片。正是这一
23、理念带来了微处理器的诞生。下一页返回第14页，共530页。1.2单片机发展历程单片机发展历程随着集成电路的产生，集成度朝着中规模方向发展，使得计算随着集成电路的产生，集成度朝着中规模方向发展，使得计算机也朝着小型化、微型化方向发展。机也朝着小型化、微型化方向发展。1971年，年，Intel公司发布公司发布了具有了具有4位并行处理能力的微处理器位并行处理能力的微处理器4004，标志着人类历史，标志着人类历史上第一块微处理器的诞生。它内部集成了上第一块微处理器的诞生。它内部集成了2 000多个晶体管，多个晶体管，采用采用P一一MQS工艺技术制造，虽然其面积不足工艺技术制造，虽然其面积不足lc扩，但
24、却具有扩，但却具有比比ENIAC强大的计算能力，同时开创了集成电路计算机的新时强大的计算能力，同时开创了集成电路计算机的新时代。代。1946年第一台电子计算机诞生至今，只有年第一台电子计算机诞生至今，只有60年的时间，年的时间，依靠微电子技术和半导体技术的进步，从电子管依靠微电子技术和半导体技术的进步，从电子管晶体管晶体管集集成电路成电路大规模集成电路，现在一块芯片上完全可以集成几百大规模集成电路，现在一块芯片上完全可以集成几百万甚至上千万只晶体管，使得计算机体积更小，功能更强。特万甚至上千万只晶体管，使得计算机体积更小，功能更强。特别是近别是近20年时间里，计算机技术获得飞速的发展，计算机在
25、工年时间里，计算机技术获得飞速的发展，计算机在工农业、科研、教育、国防和航空航天领域获得了广泛的应用，农业、科研、教育、国防和航空航天领域获得了广泛的应用，计算机技术已经是一个国家现代科技水平的重要标志。计算机技术已经是一个国家现代科技水平的重要标志。下一页上一页返回第15页，共530页。1.2单片机发展历程单片机发展历程单片机诞生于单片机诞生于20世纪世纪70年代，像年代，像Fairchid公司研制的公司研制的F8单片微型计算机。单片微型计算机。所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(Center Processing Unit，也即
26、常称的，也即常称的CPU)和数据存储器和数据存储器(RAM),程序存储程序存储器器(ROM)及其他及其他vo通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中断单元，定时单元及统，而现代的单片机则加上了中断单元，定时单元及A/D转换等更复杂、转换等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。20世纪世纪70年代，微电子技术正处于发展阶段，集成电路属于中规年代，微电子技术正处于发展阶段，集成电路属于中规模发展时期，各种新材料新工艺尚未成熟，单片机仍处在初级
27、的发模发展时期，各种新材料新工艺尚未成熟，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有的还包括了一些简单的vo口集成到芯片上，像口集成到芯片上，像Farichild公司就属于这一类型，它还需配上外围的其他处理电路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。方才构成完整的计算系统。下一页上一页返回第16页，共530页。1.2单片机发展历程单片机发展历程1976年年Intel公司推出了公司推出了MCS-48单片机，这个时期的单片单片机，这个时期的单片机才
28、是真正的机才是真正的8位单片微型计算机，并推向市场。它以体积小，位单片微型计算机，并推向市场。它以体积小，功能全，价格低赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基功能全，价格低赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展史上重要的里程碑。在础，成为单片机发展史上重要的里程碑。在MCS-48的带领下，的带领下，其后，各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片机，像其后，各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片机，像Zilog公司的公司的Z8系列。到了系列。到了80年代初，单片机已发展到了高性年代初，单片机已发展到了高性能阶段，像能阶段，像Intel公司的公司的MCS-51系列，系列，M
29、otorola公司的公司的6801和和6802系列，系列，Rokwell公司的公司的6501及及6502系列等，系列等，80年代，世界各大公司均竞相研制出品种多功能强的单片机，年代，世界各大公司均竞相研制出品种多功能强的单片机，约有几十个系列，约有几十个系列，300多个品种，此时的单片机均属于真正的多个品种，此时的单片机均属于真正的单片化，大多集成了单片化，大多集成了CPU,RAM,ROM、数目繁多的、数目繁多的vo接口、接口、多种中断系统，甚至还有一些带多种中断系统，甚至还有一些带A/D转换器的单片机，功能越转换器的单片机，功能越来越强大，来越强大，RAM和和ROM的容量也越来越大，寻址空间
30、甚至可的容量也越来越大，寻址空间甚至可达达64KB，下一页上一页返回第17页，共530页。1.2单片机发展历程单片机发展历程可以说，单片机发展到了一个全新阶段，应用领域更广泛，许多家用电器均可以说，单片机发展到了一个全新阶段，应用领域更广泛，许多家用电器均走向利用单片机控制的智能化发展道路。走向利用单片机控制的智能化发展道路。1982年以后，年以后，16位单片机问世，代位单片机问世，代表产品是表产品是Intel公司的公司的MCS-96系列，系列，16位单片机比起位单片机比起8位机，数据宽度增加了位机，数据宽度增加了一倍，实时处理能力更强，主频更高，集成度达到了一倍，实时处理能力更强，主频更高，
31、集成度达到了12万只晶体管，万只晶体管，RAM增增加到了加到了232字节，字节，ROM则达到了则达到了8KB，并且有，并且有8个中断源，同时配置了多路的个中断源，同时配置了多路的A/D转换通道，高速的转换通道，高速的vo处理单元，适用于更复杂的控制系统。处理单元，适用于更复杂的控制系统。20世纪世纪90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公司发布了一种完全不兼容容MCS一一51的新一代的新一代PIC系列单片机，引起了
32、业界的广泛关注，特别它的系列单片机，引起了业界的广泛关注，特别它的产品只有产品只有33条精简指令集吸引了不少用户，使人们从条精简指令集吸引了不少用户，使人们从Intel的的111条复杂指条复杂指令集中走出来。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。单片机获得了快速的发展，在业界中占有一席之地。下一页上一页返回第18页，共530页。1.2单片机发展历程单片机发展历程随后更多的单片机品种蜂拥而至，随后更多的单片机品种蜂拥而至，Motorola公司相继发布了公司相继发布了MC68HC系列单片机，日本的几个著名公司都研制出了性能更强的系列单片机，日本的几个著名公司都研制出了性
33、能更强的产品，但日本的单片机一般均用于专用系统控制，而不像产品，但日本的单片机一般均用于专用系统控制，而不像Intel等公等公司投放到市场形成通用单片机。例如司投放到市场形成通用单片机。例如NEC公司生产的公司生产的uCOM87系列系列单片机，其代表作单片机，其代表作uPC7811是一种性能相当优异的单片机。是一种性能相当优异的单片机。Motorola公司的公司的MC68HC05系列其高速低价等特点赢得了不少用户。系列其高速低价等特点赢得了不少用户。Zilog公司的公司的Z8系列产品代表作是系列产品代表作是28671，内含，内含ASIC Debug解释程序，解释程序，极大地方便用户。而美国的极
34、大地方便用户。而美国的COP800系列单片机则采用先进的哈佛系列单片机则采用先进的哈佛结构。结构。Atmel公司则把单片机技术与先进的公司则把单片机技术与先进的Flash存储技术完美地结存储技术完美地结合起来，发布了性能相当优秀的合起来，发布了性能相当优秀的AT89系列单片机。包括中国的台系列单片机。包括中国的台湾湾Holtek和和Winbond等公司也纷纷加入了单片机发展行列，凭着他等公司也纷纷加入了单片机发展行列，凭着他们廉价的优势，分享一杯美羹。们廉价的优势，分享一杯美羹。下一页上一页返回第19页，共530页。1.2单片机发展历程单片机发展历程1990年美国年美国Intel公司推出了公司
35、推出了80960超级超级32位单片机引起了计位单片机引起了计算机界的轰动，产品相继投放市场，成为单片机发展史上又一个重算机界的轰动，产品相继投放市场，成为单片机发展史上又一个重要的里程碑。此期间，单片机园地里，单片机品种异彩纷呈，争奇要的里程碑。此期间，单片机园地里，单片机品种异彩纷呈，争奇斗艳。有斗艳。有8位、位、16位甚至位甚至32位机，但位机，但8位单片机仍以它的价格低廉、位单片机仍以它的价格低廉、品种齐全、应用软件丰富、支持环境充分、开发方便等特点而占着品种齐全、应用软件丰富、支持环境充分、开发方便等特点而占着主导地位。而主导地位。而Intel公司凭着他们雄厚的技术，性能优秀的机型和公
36、司凭着他们雄厚的技术，性能优秀的机型和良好的基础，目前仍是单片机的主流产品。只不过是良好的基础，目前仍是单片机的主流产品。只不过是90年代中期，年代中期，Intel公司忙着开发他们个人电脑微处理器，已没有足够的精力继公司忙着开发他们个人电脑微处理器，已没有足够的精力继续发展自己创导的单片机技术续发展自己创导的单片机技术.而由而由Philips等公司继续发展等公司继续发展C51系系列单片机。列单片机。下一页上一页返回第20页，共530页。1.2单片机发展历程单片机发展历程单片机的应用领域单片机的应用领域单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器
37、、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴:单片机应用领域汇总单片机应用领域汇总.用图像传感器测量系统用图像传感器测量系统;.卫星电视的串口模拟卫星电视的串口模拟SPI,I2C的应用，如雷达录取的数据传送的应用，如雷达录取的数据传送;.直接与直接与AD芯片配合进行各种数据传感器配合芯片配合进行各种数据传感器配合;.利用单片机与利用单片机与PC机的机的232通信进行控制，单片机为控制对象通信进行控制，单片机为控制对象;.通过通过IC卡、单片机、卡、单片机、PC机构成的各种收费系统机构成的各种收费系统;下一
38、页上一页返回第21页，共530页。1.2单片机发展历程单片机发展历程.通过单片机控制各种步进电机完成工控任务系统通过单片机控制各种步进电机完成工控任务系统;.通过单片机控制各种电磁设备完成工控任务系统通过单片机控制各种电磁设备完成工控任务系统(如程控交换系统如程控交换系统);.可应用在电机的变频技术上的控制领域中可应用在电机的变频技术上的控制领域中;.各种测量工具如水位尺，它在水文上的应用很普及各种测量工具如水位尺，它在水文上的应用很普及;.大型指针钟控制器，主要根据时间控制电机带动指针大型指针钟控制器，主要根据时间控制电机带动指针;.电子配料控制仪，基于小型生产的自动或半自动控制，如控制电子
39、配料控制仪，基于小型生产的自动或半自动控制，如控制上料、搅拌等上料、搅拌等;.用定时器和捕获功能进行某一系统的检测。可提供报警、控制等。如用定时器和捕获功能进行某一系统的检测。可提供报警、控制等。如水位控制、温度控制，全自动洗衣机等水位控制、温度控制，全自动洗衣机等;.电子称重计电子称重计;.教学用仪器、医疗仪器教学用仪器、医疗仪器;下一页上一页返回第22页，共530页。1.2单片机发展历程单片机发展历程.由单片机构成的霓虹灯控制器由单片机构成的霓虹灯控制器;.在钢的热处理中采用热磁仪测量在钢的热处理中采用热磁仪测量;.各种金属探伤仪器各种金属探伤仪器;.矿山生产智能监测仪矿山生产智能监测仪;
40、.煤矿的产煤计数器煤矿的产煤计数器;.汽车安全系统汽车安全系统;.智能玩具智能玩具;.用超声波测量江河水位用超声波测量江河水位;.交流电监测仪交流电监测仪;总之，单片机技术使用范围广，在各种仪器仪表生产单位、石油、化工，总之，单片机技术使用范围广，在各种仪器仪表生产单位、石油、化工，纺织、机械的加工等各个行业中都有广泛的应用。纺织、机械的加工等各个行业中都有广泛的应用。上一页返回第23页，共530页。1.3常见单片机的类型介绍常见单片机的类型介绍自单片机诞生以来近自单片机诞生以来近30年中，由于单片机所涉及的应用领域日益扩大，年中，由于单片机所涉及的应用领域日益扩大，单片机已成为大众电器产品、
41、仪器仪表中的一个非常重要的组成部分。单片机已成为大众电器产品、仪器仪表中的一个非常重要的组成部分。目前国际上有众多的单片机制造商，市场上流行的单片机品种类型繁目前国际上有众多的单片机制造商，市场上流行的单片机品种类型繁多。多。由于国际上各单片机制造商生产的单片机所具备的功能、特性由于国际上各单片机制造商生产的单片机所具备的功能、特性都有各自的特色，因而，各公司在国际市场上都占有一席之地。都有各自的特色，因而，各公司在国际市场上都占有一席之地。目前，我国市场上普遍使用的单片机为目前，我国市场上普遍使用的单片机为51系列或其兼容系列系列或其兼容系列(如如AT89系列系列)机型。下面，本书将就机型。
42、下面，本书将就 Intel公司公司51系列单片系列单片机、机、Atmel公司的公司的AT89系列单片机、系列单片机、Microchip公司公司PIC系系列单片机、列单片机、TI公司的公司的MSP430单片机和其他部分单片机制造商单片机和其他部分单片机制造商生产的单片机进行介绍。希望通过对这些主流单片机的介绍，生产的单片机进行介绍。希望通过对这些主流单片机的介绍，使初学者可以对单片机的性能、特点有一个基本的了解。使初学者可以对单片机的性能、特点有一个基本的了解。下一页返回第24页，共530页。1.3常见单片机的类型介绍常见单片机的类型介绍1.3.1 Intel公司公司MCS系列单片机系列单片机美
43、国美国Intel公司是世界上最早生产、研制新型单片机的制造商之一。公司是世界上最早生产、研制新型单片机的制造商之一。该公司相继推出的单片机品种有该公司相继推出的单片机品种有:MCS一一48系列机、系列机、MCS-51系列系列机、机、MCS一一96系列机、系列机、MCS一一196系列机等。系列机等。1.MCS-51系列系列 MCS-51系列单片机是由系列单片机是由Intel公司于公司于1980年推出的年推出的8位单片机，其中的典型产位单片机，其中的典型产品就是品就是8051。之后不久，。之后不久，Intel公司彻底开放了公司彻底开放了8051单片机的技术，引来世界单片机的技术，引来世界上很多半导
44、体厂商加入到开发和改造上很多半导体厂商加入到开发和改造8051单片机的行列中。这其中单片机的行列中。这其中Philips公公司着力发展了单片机的控制功能和外围单元司着力发展了单片机的控制功能和外围单元;Atmel公司在单片机内部植人了公司在单片机内部植人了Flash ROM，从而使单片机的应用变得更为灵活，同时也使其在我国拥有了，从而使单片机的应用变得更为灵活，同时也使其在我国拥有了大量的用户大量的用户;ADI公司推出了公司推出了AduC8XX系列单片机，在单片机向系列单片机，在单片机向SOC发展的发展的模模/数混合集成电路发展过数混合集成电路发展过下一页上一页返回第25页，共530页。1.3
45、常见单片机的类型介绍常见单片机的类型介绍程中扮演了很重要的角色程中扮演了很重要的角色;Cygnal公司则采用一种全新的流水线公司则采用一种全新的流水线设计思路，使单片机的运算速度得到了极大的提高，在向设计思路，使单片机的运算速度得到了极大的提高，在向SOC发展的过程中迈出了一大步。不论这些制造商对发展的过程中迈出了一大步。不论这些制造商对8051如何改进，如何改进，但它们都保留了但它们都保留了8051原有的指令系统和内部的基本结构，因此，原有的指令系统和内部的基本结构，因此，所有这些单片机的指令都是相互兼容的，开发的工具也大致相所有这些单片机的指令都是相互兼容的，开发的工具也大致相同，业界把这
46、类单片机统称为同，业界把这类单片机统称为MCS一一51系列单片机。系列单片机。如如图图1-2所示，所示，MCS-51系列单片机仍然是系列单片机仍然是8位位CPU。其内部有。其内部有128个个8位位用户数据存储单元和用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的。专用个专用寄存器单元，它们是统一编址的。专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据。所以，用户能使用的用户数据。所以，用户能使用的RAM只有只有128个，可存放读写的数据、个，可存放读写的数据、运算的中间结果或用户定义的字型表。运算的中
47、间结果或用户定义的字型表。下一页上一页返回第26页，共530页。1.3常见单片机的类型介绍常见单片机的类型介绍 另外，另外，MCS-51单片机共有单片机共有40%个个8位掩膜位掩膜ROM，用于存放用户程序、，用于存放用户程序、原始数据或表格。它有两个原始数据或表格。它有两个16位的可编程定时位的可编程定时/计数器，以实现定时或计计数器，以实现定时或计数产生中断，用于控制程序转向。数产生中断，用于控制程序转向。在输入在输入/输出端口方面，输出端口方面，MCS-51共有共有4组组8位位I/O口口(P0.P1.P2或或P3)，用于对外部数据的传输。，用于对外部数据的传输。MCS-51还内置了一个全还
48、内置了一个全双工串行通信口，用于与其他设备间的串行数据传送。该串行口既双工串行通信口，用于与其他设备间的串行数据传送。该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。在中断与时钟电路方面，在中断与时钟电路方面，8051具备较完善的中断功能，有两个具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有控制要求，并具有2级的优先级别选择。此外，级的优先级别选择。此外，8051内置最高内置最高频率达频率达12 MHz的时钟电路，用于产生整个单片
49、机运行的脉冲的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但需外置振荡电容。时序，但需外置振荡电容。下一页上一页返回第27页，共530页。1.3常见单片机的类型介绍常见单片机的类型介绍 2.MCS-96系列和系列和MCS-196系列系列 Intel公司于公司于1984年推出年推出16位高性能位高性能MCS-96系列单片机，也系列单片机，也就是就是8X9X系列。该系列机采用系列。该系列机采用“多累加器多累加器”和和“流水线作业流水线作业”的的系统结构，运算速度快，精度高。典型产品为系统结构，运算速度快，精度高。典型产品为8397BH。其主要。其主要功能为功能为16位位CPU,232字节寄存器文件
50、字节寄存器文件;具有采样保持的具有采样保持的10位位A/D转换器转换器;20个中断源个中断源,5个个8位位I/O口口;8 KB的的ROM存储器存储器;一一个全双工串行口，一个专用串行口个全双工串行口，一个专用串行口;波特率发生器波特率发生器;两个两个16位定时器位定时器/计数器和一个计数器和一个16位监视定时器位监视定时器;4个个16位软件定时器位软件定时器;16位乘法位乘法和和32/16除法，操作速度为除法，操作速度为6.25 MCS-196系列单片机是系列单片机是Intel公司继公司继8X9X之后推出的之后推出的16位位嵌人式微控制器。它除了保留嵌人式微控制器。它除了保留8X9X全部功能外
