单片机原理及其实用技术第1章

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1、第1章单片机系统概述1.1单片机系统的特点1.2单片机技术的发展1.3单片机系统应用1.1单片机系统的特点所谓单片机(SingleChipMicrocomputer)，是指在一块芯片中集成有中央处理器(CPU)、存储器(RAM和ROM)、基本I/O接口以及定时器/计数器等部件，并具有独立指令系统的智能器件，即在一块芯片上实现一台微型计算机的基本功能。如果是简单控制对象，只需利用单片机作为控制核心，不需另外增加外部设备就能完成。对于较复杂的系统，只需对单片机进行适当扩展即可，十分方便。归纳起来，单片机及应用系统有以下特点：(1)单片机具有独立的指令系统，可以将我们的设计思想充

2、分体现出来。(2)系统配置以满足控制对象的要求为出发点，使得系统具有较高的性能价格比。(3)应用系统通常将程序驻留在片内(外)ROM中，抗干扰能力强，可靠性高，使用方便。(4)由于系统规模较小，其本身不具有自我开发能力，一般需借助专用的开发工具进行系统开发和调试，而实际应用系统简单实用，成本低，效益好。(5)应用系统所用存储器芯片可选用EPROM、E2PROM、OTP芯片或利用掩膜形式生产，便于批量开发和应用。许多单片机(如80C51系列)的开发芯片和扩展应用芯片相互配套，降低了系统成本。(6)由于系统小巧玲珑，控制功能强、体积小，便于嵌入被控设备之内，大大推动了产品的智能

3、化。如数控机床、机器人、智能仪器仪表、洗衣机、电冰箱、电视机等都是典型的机电一体化设备和产品。1.2单片机技术的发展1.2.1发展过程单片机是随着微型计算机、单板机的发展及其在智能测控系统中的应用而发展起来的。以8位单片机为例，其发展过程大致可归纳为四个阶段。第一阶段：低性能单片机阶段(1976～1980年)。该阶段是以较简单的8位低档单片机为主，将原有的单板机功能集成在一块芯片上，是该芯片具有原来单板机的功能。其主要代表芯片为Intel公司的MCS-48系列，该芯片内集成了8位CPU、并行I/O端口和8位定时器/计数器，寻址范围为4KB，没有串行通信接口。第二阶段：高性能

4、单片机阶段(1980～1983年)。该阶段仍以8位机为主，主要增加了串行口、多级中断处理系统和16位定时器/计数器，除片内RAM、ROM容量加大外，片外寻址可达64KB，有的片内还集成有A/D、D/A转换器。这一阶段单片机以Intel公司的MCS-51系列、Motorola公司的6801系列和Zilog公司的Z8系列为代表。上述机型由于功能强，使用方便，目前仍在广泛应用。第三阶段：高性能的16位单片机(1983～80年代末)。该单片机性能更加完善，主频速率提高，运算速度加快，具有很强的实时处理能力，更加适用于速度快、精度高、响应及时的应用场合。其主要代表为Intel公司的M

5、CS-96系列等。第四阶段：该阶段(90年代)单片机在集成度、速率、功能、可靠性、应用领域等全方位向更高水平发展。该阶段CPU数据线有8位、16位、32位，采用双CPU结构或内部流水线结构，以提高数据处理能力和运算速度；采用内部锁相环技术，时钟频率已高达50MHz，指令执行加快；提供了运算能力较强的乘法指令和内积运算指令，具有较强的数据处理能力；设置了新型的串行总线结构，为系统扩展提供了方便；增加了常用的特殊功能部件(如系统看门狗WDT、通信控制器、调制解调器、脉宽调制输出PWM等)。随着微电子技术的发展和半导体工艺的不断改进，芯片正在向着高集成化、低功耗的方向发展。随着应

6、用范围的不断扩大，一些专用单片机也迅速发展壮大。1.2.2技术发展1.CPU的改进CPU的改进体现在以下几个方面：(1)采用双CPU结构，提高芯片的处理能力。如Rockwell公司的单片机R6500/21和R65C29均采用双CPU结构，大大提高了系统的处理能力。(2)增加数据总线宽度，提高处理速度，从8位、16位到32位。(3)采用流水线结构，类似于高性能的微处理器，提高了运算速度，能够实现简单的DSP功能，适合于做数字信号处理。(4)串行总线结构，将外部数据总线改为串行传送方式，提高了系统可靠性。2.存储器的发展存储器的发展体现在以下几个方面：(1)增大片内存储器容量，

7、有利于提高系统的可靠性。(2)片内采用E2PROM和FLASH技术，不需紫外线擦除，读写方便，可对某些需要保留的数据和参数长期保存，提高了单片机的可靠性和实用性，如89C51、SPCE061A等单片机。(3)编程加密技术。为保护知识产权，开发者希望软件不被复制、破译，而增加了编程加密位或ROM加锁方式，达到了程序保密的目的。3.片内I/O接口片内I/O接口的特点有以下几个方面：(1)增加驱动能力，减少了外围驱动芯片的使用，可直接驱动LED、LCD显示器等，简化了系统设计，降低了系统成本。(2)增加了异步串行通信口，