工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等方面。 第1章 单片机概述 20世纪70年代问世。 已广泛应用在： 工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等方面。 1.1 什么是单片机 在半导体硅片上集成了微处理器(CPU)，存储器(RAM、ROM、EPROM)和各种输入、输出接口的单片微型计算机(Single-Chip Microcomputer)。

微控制器 MCU(MicroController Unit) 微型计算机系统的硬件部分通常由五部分组成: 它具有一台计算机的属性,也称为： 微控制器 MCU(MicroController Unit) 嵌入式控制器 EMCU（Embedded MicroController Unit）。 在我国，习惯使用“单片机”这一名称。 微型计算机系统的硬件部分通常由五部分组成: 输入设备 运算器 输出设备 控制器 存储器

这种计算机系统通常由多块印刷电路板制成： 显卡 声卡 网卡 存储器接口 主板 输入输出接口 内存条 CPU 多板机

单板机 内存条 CPU 刷 电 路 存储器芯片 板 存储器接口 输入输出接口 印 输入输出接口 芯片 CPU芯片 定时计数器 芯片 A/D、D/A 芯片

单片机 单 硅 晶 片 存储器 CPU I / O口 时钟电路 控制电路 定时器

可开发的内部资源：RAM、ROM、I/O等功能部件，全部提供给用户。用户根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核心的测控系统。 按用途可分为通用型和专用型两大类： （1）通用型 可开发的内部资源：RAM、ROM、I/O等功能部件，全部提供给用户。用户根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核心的测控系统。 （2）专用型 专门针对某些产品的特定用途而制作的单片机 ， 针对性强且数量巨大。 对系统结构的最简化、可靠性和成本的最佳化等 方面都作了全面的考虑 。 “专用”单片机具有十分明显的综合优势。

单片机系统的组成 接口部件 定时计数器 存储器 AB DB CB CPU 键盘 显示器 数码管 打印机

运算器 CPU 寄存器组 单片机芯片 控制器 内存 中断控制逻辑 硬件部分 并行I / O口 通用接口 串行UART 单片机系统 8253 定时/计数器 外围器件 8251 8255A、8155 指令系统 2764、6264 软件部分 ADC0809、DAC0832 应用程序

第一阶段(1974年～1976年)：单片机初级阶段。双片的形式，且功能比较简单。 1.2 单片机的历史及发展概况 四个阶段: 第一阶段(1974年～1976年)：单片机初级阶段。双片的形式，且功能比较简单。 第二阶段（1976年～1978年）:低性能单片机阶段。以Intel 公司制造的MCS-48单片机为代表。 第三阶段(1978年～现在)：高性能单片机阶段。Intel公司的MCS-51系列、Mortorola公司的6801系列等。

（2）美国ATMEL公司89C51、89C52、89C55、89S52等。 第四阶段(1982年～现在)：8位单片机巩固发展及16 位单片机、32位单片机推出阶段。 1.3 8位单片机的主要生产厂家和机型 （1）美国Intel公司 MCS-51系列及其增强型、扩展型 系列。 （2）美国ATMEL公司89C51、89C52、89C55、89S52等。 （3）荷兰PHILIPS（菲力浦）公司 8xC552系列 。

1.4 单片机的发展趋势 2．存储器的发展 MCS-51系列单片机在我国得到了广泛的应用，主流系列,软、硬件设计资料丰富齐全。 1.4 单片机的发展趋势 1. CPU的改进 （1）采用双CPU结构，提高处理能力 （2）增加数据总线宽度，内部采用16位数据总线。 （3）串行总线结构，菲利浦公司的I2C总线（Inter－ Icbus）。用两根信号线代替现行的8位数据总线。 2．存储器的发展 （1）加大存储容量。 （2）片内EPROM采用E2PROM或闪烁（Flash）存储器

器件集成度的不断提高，把众多的外围功能部件集成在片内－－系统的单片化。 （3）程序保密化。 3．片内I/O的改进 （1）增加并行口的驱动能力，能直接输出大电流和高电压。 （2）增加I/O口的逻辑控制功能。 （3）设置了一些特殊的串行接口功能，构成分布式、网络化系统 。 4．外围电路内装化 器件集成度的不断提高，把众多的外围功能部件集成在片内－－系统的单片化。

5．低功耗化 CMOS化 CHMOS工艺。 总之，向高性能、高速、低压、低功耗、低价格、外围电路内装化方向发展。 1.5 单片机的应用 1.5 单片机的应用 单片机卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。 使用温度： 民品： 0°C —+70°C 工业品： -40°C —+85°C 军品： -65°C —+125°C。

20世纪80年代后期:Intel公司以专利的形式把 在下述的各个领域广泛的应用： 1. 工业自动化 2. 智能仪器仪表 3．消费类电子产品 4. 通讯 5．武器装备 6．终端及外部设备控制 7．多机分布式系统 1.6 MCS-51系列单片机 20世纪80年代后期:Intel公司以专利的形式把 8051内核技术转让给厂家。

如：ATMEL、PHILIPS、ANALOG DEVICES、DALLAS公司。 这些厂家生产的兼容单片机，与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺。 80C51系列：所有具有8051指令系统的单片机 不应直接称为MCS-51系列单片机，MCS只是Intel公司专用的单片机系列符号。 MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：

内部RAM增到256字节，8052、8752的内部程序存储器扩展到8KB，16位定时器/计数器增至3个。 （1）基本型 典型产品：8031/8051/8751 （2）增强型 典型产品：8032/8052/8752 内部RAM增到256字节，8052、8752的内部程序存储器扩展到8KB，16位定时器/计数器增至3个。 （3）低功耗型 典型产品：80C31/87C51/80C51。采用CMOS工艺 适于电池供电或其它要求低功耗的场合。 （4）专用型 8044/8744，用于总线分布式多机测控系统。

（5）超8位型 典型产品：PHILIPS公司80C552/87C552/83C552系列单片机。 将MCS-96系列（16位单片机）I/O部件如：高速输 入/输出（HSI/HSO）、A/D转换器、脉冲宽度调制 （PWM）、看门狗定时器（WDT）等移植进来构成新 一代MCS-51产品。 功能介于MCS-51和MCS-96之间。目前已得到了较广 泛的使用。 （6）片内闪烁存储器型 美国ATMEL公司的AT89C51单片机，受到应用设计者的欢迎。

它们是具有MCS-51内核的各种型号单片机的基础，也是各种增强型、扩展型等衍生品种的核心。 MCS-51系列以及80C51系列单片机有多种类型， 但 掌握好MCS-51的基本型（8031、8051、8751或80C31、 80C51、87C51）是十分重要的。 它们是具有MCS-51内核的各种型号单片机的基础，也是各种增强型、扩展型等衍生品种的核心。

1.6 MCS-51单片机系列 尽管各类单片机很多，但无论是从世界范围或是从全国范围来看，使用最为广泛的应属MCS-51单片机。 因此我们以应用最为广泛的MCS-51系列8位单片机（8031、8051、8751等）为研究对象，介绍单片机的硬件结构、工作原理及应用系统的设计。