第一章概述 教学目的和要求 本章主要介绍单片机的概念、应用、发展、特点和近况，以及典型单 片机。要求重点了解单片机的发展和应用领域，单片机的近况以及常 见的典型单片机。 重点：单片机的概念及单片机产品近况 教学学时：2 一、几种常见的工业控制系统组成方案的对比： (I)、PC+DOS系统 (2)、PC+windows系统 (3)、MCU系统（无OS) (4)、MCU+嵌入式操作系统 (⑤)、PLC系统 发展趋势： 在三、五年以前，一般的看法是专用的、功能不很复杂的场合使 用单片机(MCU)系统，而通用性的，功能复杂、要求人机界面友 好的场合使用PC机十windows结构，因其资源丰富，开发简单。 但是，月前随着单片机系统资源的逐渐丰富，以及嵌入式操作系统的 不断发展，更重要的是出于对可靠性的追求，人们又更多的倾向于使 用单片机(MCU)系统来取代PC机十windows的工控系统结构。 而在一些必须使用图形界面、大容量存储等需要大量资源的系统 中，则采用MCU十嵌入式操作系统结构逐渐成为趋势。 二、什么是单片机？(MCU-microcomputer unit/single chip computer) 1、计算机的诞生 1945年底，世界上第一台使用电子管制造的电子数字计算机在 1
美国宾夕法尼亚大学莫尔学院研制成功，并在1946年2月15日举行 了计算机的正式揭幕典礼。这台电子计算机总共用了18800个电子 管，耗电140千瓦，占地150平方米，重达30吨，时钟频率仅有100 KHz,每秒钟可进行5000次加法运算。 2、计算机的组成 从结构上看，计算机都采用冯诺依曼结构，由5部分组成： 运算器、控制器、存储器、输入和输出设备，目前，计算机大部分都 是将运算器与控制器作在一起叫中央处理单元(CPU),也有的计算 机将存储器和CPU集成在一起。微处理器、存储器加上I/O接口电 路组成微型计算机。各部分通过地址总线(AB)、数据总线(DB) 和控制总线(CB)相连。 地址包线迅> 数搭总线8> 微处理器 谷 存储器 1/0按口/0设备 3、计算机的发展 按照组成计算机的元器件的技术发展水平作为分类的依据，计算机技 术的发展已经走过了4代。 第一代计算机是电子管计算机(1945~1954年)。 第二代计算机是晶体管计算机(1955~1964年)。 第三代计算机是集成电路计算机(1965~1971年)。 第四代计算机是大规模集成电路计算机
第五代计算机（可能）应用生物技术、纳米技术和量子技术 3、计算机的分类 计算机按用途又可分为专用计算机和通用计算机。 专用计算机针对某类问题能显示出最有效、最快速和最经济的特 性，但它的通用性较差，不适于其它方面的应用。 通用计算机按其规模、速度和功能等又可分为巨型机、大型机、 中型机、小型机、微型机及单片机。 所谓单片机，是指在一块芯片上集成了中央处理器CPU、随机存储 器RAM、程序存储器ROM或EEPROM、定时/计数器、中断控制器 以及串行口，并行VO接口等部件，构成的一个完整的微型计算机系 统。 三、微型计算机的应用形态 从应用形态上，微机可以分成三种： 1、多板机（系统机) 将CPU、存储器、IVO接口电路和总线接口等组装在一块主机板 (即微机主板)。各种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、软 硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内，再配上系统软件，就构成了 台完整的微型计算机系统（简称系统机）。 工业PC机也属于多板机。 2、单板机 将CPU芯片、存储器芯片、/O接口芯片和简单的IVO设备（小 键盘、LED显示器)等装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序 (固化在ROM中)，就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。 3
单板机的O设备简单，软件资源少，使用不方便。早期主要用于微 型计算机原理的教学及简单的测控系统，现在已很少使用。 3、单片机 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、/O接口电路， 从而构成了单芯片微型计算机，即单片机。 系统机（桌面应用）属于通用计算机，主要应用于数据处理、办公自 动化及辅助设计。 单片机（嵌入式应用）属于专用计算机，主要应用于智能仪表、智能 传感器、智能家电、智能办公设备、汽车及军事电子设备等应用系统。 四、单片机的发展简史 1、4位单片机(1971一1974)Z80 2、低档8位单片机(1974~1978)1976年，Intel公司推出了MCS-48 系列单片机。8位CPU、1K字节ROM、64字节RAM、27根I/O 线和1个8位定时计数器。 特点是：存储器容量较小，寻址范围小（不大于4K),无串行接口， 指令系统功能不强。 3、高档8位单片机(1978一1982)1980年，Intel公司推出了MCS-51 系列单片机：8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并 口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K,并 有控制功能较强的布尔处理器。 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经典机种。 4、16位单片机(1982~1990)1982年，Intel推出MCS-96系列单
片机。芯片内集成：16位CPU、8K字节ROM、232字节RAM、5 个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围 64K。片上还有8路10位ADC、1路PWM输出及高速IO部件等。 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。 5、新一代单片机(90年代以来)加上flash存储，有U口等。 五、单片机的特点 体积小：3mm*3mm 重量轻：小于1克 价格便宜：常用型号低于￥5.00 功耗低：工作电流<5uA 功能强：低端够用，高端超过PC 五、单片机产品近况 80C51系列单片机产品繁多，主流地位已经形成，近年来推出的与 80C51兼容的主要产品有： *ATMEL公司融入Flash存储器技术的AT89系列： *Philips公司的80C51、80C552系列： *华邦公司的W78C51、W77C51高速低价系列： *ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列； *LG公司的GMS90/97低压高速系列： *Maxim公司的DS89C420高速(50MIPS)系列： *Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机。 非80C51结构单片机新品不断推出，给用户提供了更为广泛的选择空
间，近年来推出的非80C51系列的主要产品有： *Intel的MCS-96系列16位单片机： *Microchip的PIC系列RISC单片机： 幸TI的MSP430F系列16位低功耗单片机。 六、单片机的应用范围 (1)测控系统。 (2)智能仪表。 (3)机电一体化产品。 (4)智能接口。 (5)智能民用产品。 从应用的角度讲，单片机具有如下优点： 集成度高：许多不太复杂的应用场合，只要一片单片机就可以了。 系统结构简单：方便使用，方便升级。芯片内部采样模块化结构，增 加或者更换一个模块，就得到一个指令系统和引脚兼容的新的单片机 产品。 扩展方便：存储器、O扩展方便，可选的外围芯片众多。 可靠性高：总线在片内，不易受到干扰。体积小，易于屏蔽。可在各 种恶劣条件下工作。 运算功能强：有加、减、乘、除、逻辑运算、跳转指令、位操作指令 等。 容易产品化：很容易形成产品，装入各种仪器，仪表，控制装置中。 推荐参考书： 1.张毅刚等《MCS-51单片机应用设计》哈工大出版社（很配套， 6
比咱们的教材讲的深) 2.徐爱钧彭秀华《单片机高级语言C51应用程序设计》（很实用的书） 3.AT89S52的Datasheet(从互联网下载) 4.网络文章：从Cygnal C8051F看8位单片机发展之路北京航空航天 大学何立民 5.郑学坚周斌《微型计算机原理及应用》清华大学出版社（这本书 可以好好看看) http://www.baidu.com/ http://www.google.com/ http://www.21ic.com/ http:/www.atmel.com(下载AT89S52的Datasheet) 1