[工学]51单片机原理与应用第1章

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1、第1章基础知识（课时：6学时）教学目的了解单片机的分类和发展历史。了解单片机的特点及应用。掌握计算机中常用的数制和码制。掌握微型计算机的基本结构与基本原理。学习重点和难点不同数制之间的转换和有符号数的加减法运算。微型计算机执行程序的过程。第1章基础知识1.1嵌入式系统与单片机1.2单片机的应用1.3计算机运算基础1.4微型计算机的结构与原理本章小结习题1.1嵌入式系统与单片机1.1.1嵌入式系统的概念1.1.2单片机技术的发展1.1.3单片机的特点、分类及发展趋势1.1嵌入式系统与单片机计算机发

2、展简介第一台电子计算机于1946年问世。计算机的发展日新月异，至今已经历了由电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机到大规模集成电路计算机四代。单片机的出现是计算机技术发展史上的一个重要里程碑，它使计算机从海量数值计算进入到智能化控制领域。计算机技术逐步发展形成通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。1.1.1嵌入式系统的概念基本概念嵌入式计算机系统是面对测控对象，嵌入到应用系统中的计算机系统的统称，简称嵌入式系统(EmbeddedSystem)。通用计算机系统主要满足海量、高速数值处理，兼

3、顾控制功能；嵌入式计算机系统主要满足测控对象的控制功能，兼顾数值处理。嵌入式计算机系统与通用计算机系统的主要区别嵌入式系统最显著的特点是面对工控领域的测控对象。控制对象对嵌入式计算机系统采集、处理、控制的速度要求是有限的，而对控制方式与控制能力的要求是无限的。为了实现海量高速数值计算，通用计算机系统对计算机运行速度的要求是无限的，而对计算机的控制功能的要求是有限的。在数字信号处理(DSP)领域的嵌入式系统也要求高速处理能力，在多媒体技术的外设管理领域的通用计算机系统也要求良好的控制能力，但两者存

4、在本质的差别。嵌入式系统的分类工业控制计算机。通用CPU模块。嵌入式微处理器(EmbeddedProcessor)。嵌入式微控制器(EmbeddedMicrocontrollers)。嵌入式微控制器是嵌入式系统概念广泛使用后，给传统单片机定位的称呼。单片机是经典的嵌入式系统，它具有唯一的专门为嵌入式应用设计的体系结构与指令系统。国内外公认的标准体系结构是Intel的MCS-51系列，其中8051已被许多厂家作为基核，发展了许多兼容系列，所有这些系列都统称为80C51系列。1.1.2单片机技术的发

5、展第一阶段(1974—1976)——初始阶段。以4位单片机为主，功能比较简单。如1974年美国Fairchild公司生产的第一台单片机F8，采用双片形式，功能简单。第二阶段(1976—1978)——探索阶段。单芯片形式，低档8位单片机。如1976年美国Intel公司生产的MCS-48系列单片机，这是第一台完全的8位单片机。MCS-48的推出是在工控领域的探索，此后，各种8位单片机纷纷应运而生。第三阶段(1978—1982)——完善阶段。提高电路的集成度，增加8位单片机的功能。如Intel公司在M

6、CS-48基础上推出了完善的高档8位单片机系列MCS-51。第四阶段(1982—1990)——巩固和发展阶段。巩固发展8位单片机、推出16位单片机、向微控制器发展，强化了智能控制器的特征。如将ADC、DAC、PWM、WDT、DMA集成到单片机。第五阶段(1990至今)——全面发展阶段。适合不同领域要求的单片机，如各种高速、大存储容量、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，还有用于单一领域的廉价的专用型单片机。1.1.3单片机的特点、分类及发展趋势单片机的主要特点集成度高控制功能强可靠性高

7、低功耗、低电压外部总线丰富功能扩展性强体积小、成本低性价比高单片机的分类按单片机数据处理位数来划分4位单片机8位单片机16位单片机32位单片机按单片机适用范围来划分通用型单片机专用型单片机按单片机并行总线来划分总线型单片机（如AT89C51）非总线型单片机（如AT89C2051）单片机的发展趋势CMOS化——单片机将具有更低的功耗、更低的电压。高性能化——精简指令集(RISC)结构和流水线技术将得到广泛应用。高可靠性——提高单片机的抗电磁干扰能力。大容量化——扩大片内存储器容量。多功能化——把众

8、多的各种外围功能器件集成在片内，如模/数转换器、数/模转换器、液晶显示驱动器等。串行扩展技术——SPI、I2C、Microwire、1-Wire等串行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化。1.2单片机的应用1.2.1智能仪器的应用1.2.2通信设备的应用1.2.3家用电器的应用1.2.4工业控制的应用1.2.1智能仪器的应用单片机用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，可以提高测量的自动化程度和精度；简化仪器仪表的硬件结构，减小体积，提高其性价比。例如：温度智能控制仪表、