第一章 绪论
第一章 绪 论
11单片微机的发展 1.1.1单片微机的概念 单片微机是单片微型计算机SCMC( Single Chip Micro Computer)的译名简称,在国内也常简称为“单片微 机”或“单片机”。它包括中央处理器CPU、随机存储器 RAM、只读存储器ROM、中断系统、定时器计数器、串行 口和ⅣO等等。 除了工业控制领域,单片微机在家用电器、电子玩具 通信、高级音响、图形处理、语言设备、机器人、计算机等 各个领域迅速发展。目前单片微机的世界年产量已达100亿片 而在中国大陆地区单片微机的年应用量已达6亿片左右,截止 2001年4月,由中国大陆地区自行设计和生产的单片微机也已 达到2000万片
1.1 单片微机的发展 1.1.1单片微机的概念 单片微机是 单片微型计算机 SCMC（Single Chip Micro Computer）的译名简称，在国内也常简称为“ 单片微 机” 或“单片机” 。它包括中央处理器CPU、随机存储器 RAM、只读存储器ROM、中断系统、定时器/计数器、串行 口和I/O等等。 除了工业控制领域，单片微机在家用电器、电子玩具、 通信、高级音响、图形处理、语言设备、机器人、计算机等 各个领域迅速发展。目前单片微机的世界年产量已达100亿片， 而在中国大陆地区单片微机的年应用量已达6亿片左右，截止 2001年4月，由中国大陆地区自行设计和生产的单片微机也已 达到2000万片
1970年微型计算机研制成功之后,随着大规模集成电路的发 展又出现了单片微机,并且按照不同的发展要求,形成了二个独立 发展的分支。美国mte公司1971年生产的4位单片微机4004和1972 年生产的8位单片微机8008,特别是1976年MCS-48单片微机问世以 来,在短短的二十几年间,经历了四次更新换代,其发展速度大约 每二三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番。发展速度之 快、应用范围之广,已达到了惊人的地步。它已渗透到生产和生活 的诸领域,可谓“无孔不入”。 1976年Inte公司首先推出MCS-48系列单片微型计算机。它 包括计算机的三个基本单元,已成为真正意义的单片微机,为单片 微机的发展奠定了基础,成为单片微机发展进程中的一个重要阶段
1970年微型计算机研制成功之后，随着大规模集成电路的发 展又出现了单片微机，并且按照不同的发展要求，形成了二个独立 发展的分支。美国Intel公司1971年生产的4位单片微机4004和1972 年生产的8位单片微机8008，特别是1976年MCS-48单片微机问世以 来，在短短的二十几年间，经历了四次更新换代，其发展速度大约 每二三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番。发展速度之 快、应用范围之广，已达到了惊人的地步。它已渗透到生产和生活 的诸领域，可谓“无孔不入” 。 1976年Intel公司首先推出MCS－48系列单片微型计算机。它 包括计算机的三个基本单元，已成为真正意义的单片微机，为单片 微机的发展奠定了基础，成为单片微机发展进程中的一个重要阶段
许多半导体公司和计算机公司争相研制和发展自己的单片 微机系列,有 Motorola公司的6801、6802, Zilog公司的Z-8系 列, Rockwell公司的6501、6502等,此外,日本的NEC公司、 日立公司及 EPSON公司等,也都相继推出了各具特色的单片微 机品种。 最具典型性的属Inte公司的MCS-51系列单片微机,它 具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点。直到现在 MCS-51仍不失为单片微机中的主流机型。由于8位单片微机的 高性能价格比,估计近十年内,8位单片微机将仍是单片微机中 的主流机型
许多半导体公司和计算机公司争相研制和发展自己的单片 微机系列，有Motorola公司的6801、6802，Zilog公司的Z－8系 列，Rockwell公司的6501、6502等，此外，日本的NEC公司、 日立公司及EPSON公司等，也都相继推出了各具特色的单片微 机品种。 最具典型性的属Intel公司的MCS－51系列单片微机，它 具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点。直到现在 MCS－51仍不失为单片微机中的主流机型。由于8位单片微机的 高性能价格比，估计近十年内，8位单片微机将仍是单片微机中 的主流机型
在8位单片微机之后,16位单片微机也有很大发展 1983年 Intel公司推出的MCS-96系列单片微机。与MCS-51相 比,MCS-96不但字长增加一倍,而且还具有4路或8路的10位 A/D转换功能,此外,在其它性能方面也有一定的提高。 飞利浦公司推出了与80C51在源码级兼容性的16位单片微机, 即80C51XA(每一条80C51指令可以1:1地被翻译成一条XA指 令,仅XCHD指令除外),用户不需投入很大的软件开销和人员 就能较大的提高产品性能。80C51XA具有的高性能包括:执行 速度快、支持高级语言(比如C语言)、支持实时多任务执行、 易于形成派生系列产品、地址宽度可变(用户可以方便地将外部 地址线宽度选定为12位、16位、20位、24位等等。在工业控制 产品、高档智能仪表、彩色复印机、录像机等应用领域
在8位单片微机之后，16位单片微机也有很大发展。 1983年Intel公司推出的MCS－96系列单片微机。与MCS－51相 比，MCS－96不但字长增加一倍，而且还具有4路或 8路的10位 A/D 转换功能，此外，在其它性能方面也有一定的提高。 飞利浦公司推出了与80C51在源码级兼容性的16位单片微机， 即80C51XA(每一条80C51指令可以1∶1地被翻译成一条XA指 令，仅XCHD指令除外)，用户不需投入很大的软件开销和人员 就能较大的提高产品性能。80C51XA具有的高性能包括：执行 速度快、支持高级语言(比如C语言) 、支持实时多任务执行、 易于形成派生系列产品、地址宽度可变(用户可以方便地将外部 地址线宽度选定为12位、16位、20位、24位等等。在工业控制 产品、高档智能仪表、彩色复印机、录像机等应用领域
单片微机正朝多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、扩大 存储容量和加强ⅣO功能及结构兼容方向发展。 (1)多功能 在单片微机中尽可能多的把应用系统中所需要的存储器、 各种功能的O口都集成在一块芯片内,即外围器件内装化,如 把LED、LCD或VFD显示驱动器集成在8位单片微机中,如把 A/D、DA、乃至多路模拟开关和采样/俫保持器也集成在单片微机 芯片中,从而成为名副其实的单片微机。 (2)高性能 为了提高速度和执行效率,在单片微机中开始使用RISC 体系结构、并行流水线操作和DSP等的设计技术,使单片微机的 指令运行速度得到大大提高,其电磁兼容等性能明显地优于同类 型的微处理器
单片微机正朝多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、扩大 存储容量和加强I/O功能及结构兼容方向发展。 ⑴ 多功能 在单片微机中尽可能多的把应用系统中所需要的存储器、 各种功能的I/O口都集成在一块芯片内，即外围器件内装化，如 把LED、LCD或VFD显示驱动器集成在8位单片微机中，如把 A/D、D/A、乃至多路模拟开关和采样/保持器也集成在单片微机 芯片中，从而成为名副其实的单片微机。 ⑵ 高性能 为了提高速度和执行效率，在单片微机中开始使用RISC 体系结构、并行流水线操作和DSP等的设计技术，使单片微机的 指令运行速度得到大大提高，其电磁兼容等性能明显地优于同类 型的微处理器
1(3)全盘CMOS化趋势 单片微机采用二种半导体工艺生产,HMOS工艺即高密 度短沟道MOS工艺,具有高速度和高密度; CHMOS工艺即互 补金属氧化物的HMOS工艺,除具有HMOS的优点外,还具有 CMOS工艺的低功耗特点。如8051的功耗为630mw,而80C51 的功耗仅120mw。 从第三代单片微机起开始淘汰非CMOS工艺。 (4)推行串行扩展总线 推行串行扩展总线可以显著减少引脚数量,简化系统结 构。随着外围器件串行接口的发展,单片微机的串行接口的普 遍化、高速化,使得并行扩展接口技术日渐衰退
⑶ 全盘CMOS化趋势 单片微机采用二种半导体工艺生产，HMOS工艺即高密 度短沟道MOS工艺，具有高速度和高密度；CHMOS工艺即互 补金属氧化物的HMOS工艺，除具有HMOS的优点外，还具有 CMOS工艺的低功耗特点。如8051的功耗为630mw，而80C51 的功耗仅120mw。 从第三代单片微机起开始淘汰非CMOS工艺。 ⑷ 推行串行扩展总线 推行串行扩展总线可以显著减少引脚数量，简化系统结 构。随着外围器件串行接口的发展，单片微机的串行接口的普 遍化、高速化，使得并行扩展接口技术日渐衰退
推出了删去了并行总线的非总线单片微机,需要外扩器 件(存储器、ⅣO等)时,采用串行扩展总线,甚至用软件虚拟 串行总线来实现。 由于集成度的进一步提高,有的单片微机的寻址能力已 突破64KB的限制,8位、16位的单片微机有的寻址能力已达到 IMB和16MB。片内ROM的容量可达62KB,RAM的容量可 达2KB
推出了删去了并行总线的非总线单片微机，需要外扩器 件(存储器、I/O等) 时，采用串行扩展总线，甚至用软件虚拟 串行总线来实现。 由于集成度的进一步提高，有的单片微机的寻址能力已 突破64KB的限制，8位、16位的单片微机有的寻址能力已达到 1MB和 16 MB。片内ROM的容量可达 62 KB，RAM的容量可 达2KB
1.280C51系列单片微机 8051是美ⅠNTEL公司在1980年推出的MCS-51系列的第 个成员,MCS是ⅠNTEL公司的注册商标。其它公司生产的以 8051为核心单元的其它派生单片微机却不能称为MCS-51系列, 只能称为8051系列。8051系列泛指所有公司(也包括ⅠNTEL公司 生产的以8051为核心单元的所有单片微机。 80C51系列包括Inte公司的MCS-51,又包括了以8051为核 心单元的世界许多公司生产的单片微机,比如 PHILIPS(飞利浦 公司)的83C552及51LPC系列等、 SIEMENS(西门子公司)的 SAB80512等、AMD(先进微器件公司)的8053等、OKI(日本冲电 气公司)的MSM80C154等、 ATMEL公司的Fash单片微机89c51 等、 DALLAS公司的DS5000S5001等、华邦公司的W78C51及 W77C51等
1.2 80C51系列单片微机 8051是美INTEL公司在1980年推出的MCS-51系列的第一 个成员，MCS是INTEL公司的注册商标。其它公司生产的以 8051为核心单元的其它派生单片微机却不能称为MCS-51系列， 只能称为8051系列。8051系列泛指所有公司（也包括INTEL公司） 生产的以8051为核心单元的所有单片微机。 80C51系列包括Intel公司的MCS-51，又包括了以8051为核 心单元的世界许多公司生产的单片微机，比如PHILIPS(飞利浦 公司) 的83C552及51LPC系列等、SIEMENS(西门子公司) 的 SAB80512等、AMD(先进微器件公司) 的8053等、OKI(日本冲电 气公司) 的MSM80C154等、ATMEL公司的Flash单片微机89C51 等、DALLAS公司的DS5000/DS5001等、华邦公司的W78C51及 W77C51等
从MCS-48单片微机发展到如今的新一代单片微机,大 致经历了三代。如以Inte8位单片微机为例, 第一代:以MCS-48系列单片微机为代表。属于低性能 单片微机阶段 第二代:以MCS-5系列的8051、8052单片微机为代表。 主要的技术特征是为单片微机配置了完善的外部并行总 线(AB、DB、CB)和具有多机识别功能的串行通信接口 (UART),规范了功能单元的特殊功能寄存器(SFR)控制 模式及适应控制器特点的布尔处理系统和指令系统,为发展具 有良好兼容性的新一代单片微机奠定了良好的基础
从MCS－48单片微机发展到如今的新一代单片微机，大 致经历了三代。如以Intel 8位单片微机为例， 第一代：以MCS－48系列单片微机为代表。属于低性能 单片微机阶段。 第二代：以MCS－5l系列的8051、8052单片微机为代表。 主要的技术特征是为单片微机配置了完善的外部并行总 线（AB、DB、CB）和具有多机识别功能的串行通信接口 （UART），规范了功能单元的特殊功能寄存器（SFR）控制 模式及适应控制器特点的布尔处理系统和指令系统，为发展具 有良好兼容性的新一代单片微机奠定了良好的基础