第1章 单片微型计算机基础知识

第1章单片微型计算机基础知识中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章学习目标理解单片机应用系统的构成了解单片机的发展概况、应用特点及主流产品理解单片机的各种应用形态了解单片机系统中使用计算机语言的基本知识中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章学习重点MCS-51系列单片机的分类和性能常用名词术语等基础知识单片机的发展概况、应用特点及主流产品中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章主要内容1.1单片机的发展概况●任务1：什么是单片机●任务3：单片机的应用及发展趋势●任务4：MCS-51系列单片机的分类●任务2：单片机发展历程及产品近况中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章主要内容1.2计算机中数的表示方法●任务1：进位计数制及其转换●任务2：机器数●任务3：常用名词术语及字符的表示中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章主要内容1.3单片机系统●任务1：单片机的硬件系统●任务2：单片机的软件系统●任务3：单片机开发时用到的程序设计语言中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章1.1单片机的发展概况1.1.1什么是单片机●介绍把微型计算机的基本功能部件：中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口、定时器/计数器、中断系统等多种资源集成在一个半导体芯片上，使得一块集成电路芯片就能构成一个完整的微型计算机。这种集成电路芯片被称为单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer），简称单片机。●注意强调从其组成、逻辑功能上来看，单片机都具备了微机系统的基本部件。但是需要指出的是，单片机毕竟还只是一个芯片，只有在配置了应用系统所需的接口芯片、输入/输出设备等，才可以构成实用的单片机应用系统。中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章1.1单片机的发展概况1.1.2单片机发展历程及产品近况1976年，Intel公司推出了MCS-48系列单片机。该系列单片机早期产品在芯片内集成了8位CPU、1KB程序存储器（ROM）、64B数据存储器（RAM）、27根I/O线和1个8位定时/计数器。此阶段的主要特点是：在单个芯片内实现了CPU、存储器、I/O接口、定时/计数器、中断系统、时钟等部件的集成。但存储器容量较小，寻址范围小（不大于4KB），无串行接口，指令系统功能不强。●1．单芯片微机形成阶段单片机技术发展十分迅速，产品琳琅满目。纵观整个单片机技术发展过程，可以分为以下3个主要阶段：中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章1.1单片机的发展概况1980年，Intel公司推出MCS-51系列单片机。该系列单片机在芯片内集成了8位CPU、4KB程序存储器（ROM）、128B数据存储器（RAM）、4个8位并行接口、1个全双工串行接口、2个16位定时/计数器，寻址范围为64KB，并集成有控制功能较强的布尔处理器（完成位处理功能）。此阶段的主要特点是：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，MCS-51已成为公认的单片机的经典机型。●2．性能完善提高阶段中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章1.1单片机的发展概况1982年，Intel公司推出MCS-96系列单片机。该系列单片机在芯片内集成了16位CPU、8KB程序存储器（ROM）、232B数据存储器（RAM）、5个8位并行接口、1个全双工串行接口、2个16位定时/计数器。寻址范围最大为64KB，片上还有8路10位ADC、1路PWM（D/A）输出及高速I/O部件等。此阶段的主要特点是：片内面向测控系统外围电路增强，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。至此，“微控制器”的称谓更能反映单片机的本质。●3．微控制器化阶段中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章1.1单片机的发展概况随着微电子设计技术及计算机技术的不断发展，单片机产品和技术日新月异。单片机产品近况可以归纳为以下两个方面。（1）8051系列单片机种类繁多，主流地位已经形成。近年来推出与8051兼容的主要产品有：ATMEL公司融入Flash存储器技术推出的AT89系列单片机；Philips公司推出的P80C、P87C系列高性能单片机；Winbond公司推出的W78C51、W77C51系列高速低价单片机；ADI公司推出的ADuC8××系列高精度ADC单片机；LG公司推出的GMS90/97系列低压高速单片机；MAXIM公司推出的DS89C420高速（50MIPS）单片机；Cygnal公司推出的C8051F系列高速SOC单片机等。中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章1.1单片机的发展概况（2）非805l结构单片机不断推出，给用户提供了更为广泛的选择空间在8051及其兼容产品流行的同时，一些单片机芯片生产厂商也推出了一些非8051结构的产品，影响较大的有：Intel公司推出MCS-96系列16位单片机；Microchip公司推出PIC系列RISC单片机；TI公司推出MSP430F系列16位低电压、低功耗单片机；ATMEL公司推出AVR系列RISC单片机。目前，单片机正朝着高性能和多品种的方向发展，但由于MCS-51系列的8位单片机仍能满足绝大多数应用领域的需要，所以MCS-51系列单片机，现在及以后的相当一段时期内仍然将占据单片机应用的主导地位。中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章1.1单片机的发展概况1.1.3单片机的应用及发展趋势●1．单片机的应用领域单片机的应用极为广泛，已深入到国民经济的各个领域，对各个行业的技术改造和产品的更新换代起着积极的推动作用。单片机的应用领域主要有以下几个方面：（1）生产自动化（2）实时测控（3）智能化产品（4）智能化仪表（5）信息通信技术（6）科学研究（7）国防现代化中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章●●1.1单片机的发展概况图1-1单片机典型应用系统2．单片机的应用特点（1）面向控制的应用（2）在线应用（3）嵌入式应用3．单片机应用系统单片机典型应用系统的构成如图1-1所示。一个具有测控功能的单片机典型应用系统通常由单片机、片外程序存储器（ROM）、片外数据存储器（RAM）、扩展输入/输出接口（I/O接口）以及系统工作过程中进行人工干预和输出结果的人机对话通道等组成。中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章●1.1单片机的发展概况4．单片机的发展趋势（1）微型化（2）低功耗（3）高速化（4）集成更多资源（5）通信及网络功能加强（6）专用型单片机发展加快中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章●1.1.4MCS-51系列单片机的分类1.1单片机的发展概况型号片内程序存储器RAM/BI/O口线定时器/个×位中断源晶振/MHz805l子系列8031ROMLess128322×1652～1280514KBROM128322×1652～1287514KBEPROM128322×1652～1280C51子系列80C31ROMLess128322×1652～1280C514KBROM128322×1652～1287C514KBEPROM128322×1652～128052子系列8032ROMLess256323×1662～1280528KBROM256323×1662～1287528KBEPROM256323×1662～1280C52子系列80C32ROMLess256323×1662～1280C528KBROM256323×1662～12/2487C528KBEPROM256323×1662～12/241．MCS-51系列中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章1.1单片机的发展概况说明：该系列单片机的生产工艺有两种：在产品型号中凡不带有字母“C”的为HMOS芯片，带有字母“C”的为CHMOS芯片。HMOS芯片的电平与TTL电平兼容，而CHMOS芯片的电平既与TTL电平兼容，又与CMOS电平兼容。所以在单片机应用系统中应尽量采用CHMOS工艺的芯片。在功能上该系列单片机有基本型和增强型两大类，通常以芯片型号的末位数字来区分。末位数字为“1”的型号为基本型，如8031/8051/8751、80C31/80C51/87C51等。末位数字为“2”的型号为增强型，如8032/8052/8752、80C32/80C52/87C52等。中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章●1.1单片机的发展概况80C51是MCS-51系列单片机中CHMOS工艺的一个典型品种。其他厂商以8051为基核开发出的CHMOS工艺单片机产品也统称为80C51系列。市面上常见的与MCS-51系列单片机兼容的有ATMEL公司的AT89系列单片机。其典型产品AT89C51、AT89C52、AT89C2051、AT89C4051等不但与8051单片机软、硬件完全兼容，还融入了Flash存储器技术，这使得用户在开发调试时更为方便。除此之外，还有Philips、Winbond、Dallas、Siemens等公司的许多产品。虽然这些产品在某些方面有一些差异，但基本结构是相同的，从而奠定了80C51的主流产品地位。2．80C51系列中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章●1.2计算机中数的表示方法1.2.1进位计数制及其转换计数制或进位制,常用的十进制，还有二进制、八进制、十二进制等。（1）二进制：由数字符号0、1构成，逢2进1。（2）八进制：由数字符号0～7构成，逢8进1。（3）十进制：由数字符号0～9构成，逢10进1。（4）十六进制：由数字符号0～9和字母A～F构成，逢16进1。1.进位计数制中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章1.2计算机中数的表示方法1．十进制数转换为二进制数需要对其整数和小数部分分别处理进行转换（1）十进制整数转换为二进制整数的方法是：用2不断地去除要转换的十进制数，直至商为0。每次所得的余数即为二进制数位，最初得到的余数是二进制整数的最低位。这就是所谓的“除以2取余，逆序排列”法。●2.数制之间的转换中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章1.2计算机中数的表示方法（2）十进制小数转换为二进制小数的方法是：用2不断地去乘要转换的十进制小数，直至乘积的小数部分为0或达到要求的精度为止。每次所得的整数部分即为二进制数位，最初得到的整数是二进制小数的最高位。这就是所谓的“乘2取整，顺序排列”法。中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章1.2计算机中数的表示方法2．二进制数转换为十进制数将二进制数转换为十进制数，只需按位权展开求累加和即可。中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章3．二进制数与十六进制数的相互转换二进制数转换成十六进制数比较容易，具体方法如下：①把二进制数以小数点为界向左向右每4位分成一组，不足4位的以0补齐。②把每组4位的二进制数转换成1位的十六进制数。③按从左到右的次序写出转换结果。【例1.4】把二进制数10110011.0101111转换成十六进制数。解：分组：10110011.01011110转换：B35E因此：(10110011.0101111)2＝(B3.5E)16十六进制数转换成二进制数的方法更简单，只需从左到右把每位十六进制数写成相应的4位二进制数，并把结果写在一起即可。1.2计算机中数的表示方法中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章应当熟记的一张表格1.2计算机中数的表示方法中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章4．数的书写方法计算机中经常使用的数的书写方法有二进制（后缀B，Binary）、八进制（后缀Ｏ，Octal或Q，因Ｏ与0容易混淆，所以书写印刷为Q）、十进制（后缀D，Decimal，或者不要后缀）和十六进制（后缀H，Hex）。例：1010B——表示二进制数。5703Q——表示八进制数。2048D——表示十进制数。0A30BH——表示十六进制数（在汇编语言程序中由字母A～F开头的十六进制数前需要添加0）。1.2计算机中数的表示方法中国铁道出版社《单片机原理与应用》第二版第1章1.2计算机中