第一章 单片机系统硬件基础.doc

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1、第1章单片机系统硬件基础本章主要了解单片机的基本概念、应用领域、单片机的最小系统以及其硬件资源，重点学习和掌握单片机的外部接口和内部硬件资源，如单片机的引脚排列，内部寄存器功能等。本章共有5个小节，分基本了解、认真学习和掌握三个阶段，学习过程由浅入深，循序渐进，为单片机系统设计奠定良好的硬件基础。1.1了解单片机1.1.1单片机的基本概念计算机系统的硬件是由CPU、内存、内部功能单元和I/O接口电路等部分组成，每一部分至少需要一片集成电路构成，如图1-1-1所示。单片机是微型计算机的一个分支，它与计算机系统的主要区别在于其结构、组成以及应用领域不同。图1-1-1微

2、型计算机系统组成示意图单片机就是单片微型计算机（MonolithicMicrocomputer或SingleChipMicrocomputer）的简称，是指集成在一个芯片上的微型计算机，也就是把组成微型计算机的各种功能部件，包括CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、基本输入/输出（Input/Output）接口电路、定时/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等部件都集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机，从而实现微型计算机的基本功能。单片机内部结构示意图如图1-1-2所示。图1-1-2单片机内部结构示意图单片机实质上是一个芯片。在实际应用中，通常很难

3、将单片机直接和被控对象进行电气连接，必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件以及软件，才能构成一个单片机应用系统。图1-1-3是一个由单片机设计的校园自动打铃定时器系统。由于单片机在自动控制中应用得十分广泛，因此国外文献中一般都称为微控制器（MicrocontrollerUnit），简称MCU。图1-1-3校园自动打铃定时器单片机把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，使得数据传送距离大大缩短，可靠性更高，运行速度更块。由于单片机属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达到最优化，抗干扰能力加强，工作亦相对稳定。因此，在工业测控系统中，使

4、用单片机是最理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统的最佳选择。1.1.2单片机的发展过程单片机的出现主要是针对工业自动化生产与控制领域，单片机的设计是基于一个芯片上的计算机部件的集成化。1976～1978年为低性能单片机阶段，最具有代表性的单片机是Intel公司于1976年开发的MCS-48系列单片机，它采用了单片结构，在一块芯片内含有8位CPU、定时/计数器、并行I/O口、RAM和ROM等。早期的单片机字长大多是8位或4位。随着单片机应用范围不断扩大和电子技术的不断提高，Intel公司于1980年开发出MCS-51系列单片机，这一类单片机带

5、有串行I/O口，8位数据线、16位地址线—寻址范围可达64KB、控制总线以及较丰富的指令系统等。Intel公司还在上世纪80年代后期推出了实时处理能力更强的16位单片机。单片机的应用不仅仅只局限于自动控制领域。进入上世纪九十年代后，高性能单片机的嵌入功能在日常消费电子产品也得到了广泛的应用。如Inteli960系列以及后来ARM公司的单片机系列，32位单片机迅速取代了16位单片机的高端地位，并且进入主流市场，形成一个独立的嵌入式结构体系。目前，高端的32位单片机的主频已经超过300MHz，性能接近90年代中期的专用处理器，而且一些作为掌上电脑和手机使用的核心处理单

6、片机可以直接运行专用的Windows和Linux操作系统。使用单片机开发的应用系统具有体积小、成本低、使用灵活、性能好、易于产品化等特点，并且有强大的面向控制能力，使它在工业控制、机电一体化、智能仪表、计算机外围设备、家用电器、机器人、军事设备等方面得到了日益广泛的应用。1.1.351系列单片机简介Intel公司的MCS-51系列是一种典型的8位单片机，并具有完善的结构和优越的性能，以及较高的性价比和较低的开发环境要求。因此，后来很多厂商或公司沿用或参考了Intel公司的MCS-51内核，相继开发出了自己的单片机产品，如PHILIPS、Dallas、ATMEL等公

7、司。MCS-51系列单片机有8031、8051以及8751几个型号，其他公司生产的基于该内核单片机型号很多，因此习惯上把采用MCS-51内核的单片机统称为51或C51系列单片机。PHILIPS公司主要是在MCS-51基础上进行单片机的性能改善，增加了高速I/O口，A/D转换器，PWM(脉宽调制)、WDT等增强功能，并将低电压、微功耗、扩展串行总线(I2C)和控制网络总线(CAN)等功能加以完善，有低功耗，高速度和功能增强型等多种产品。ATMEL公司推出的AT89Cxx系列兼容单片机，采用MCS-51的总体结构和指令系统，完美地将Flash(非易失闪存技术)、EEP

8、ROM与8