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01 第一章 概述 单片机 华中科技大学


单片微型计算机原理与应用
主讲教师:夏 奇 博士 来五星 博士 实验教师:喻 红 高级工程师 办公电话:87793103, 87792150, 18971649898 电子邮件:xiaqi.hust.cn@gmail.com wxlai2001@hotmail.com 办公地址:武汉光电国家实验室 (B103, C308)

单片微型计算机原理与应用,第二版 胡乾斌、李光斌、李玲、喻红 主编 华中科技大学出版社 内容:第一到第九章 学时:11-12、14-19周

每周4学时;共32学时
实验:8学时

第一章 概述
? 计算机,微型计算机 ? 微处理器、微型计算机、微型计算机系统 ? 单片机、单片机的发展、结构特点、及应用

计算机、微型计算机
计算机:不需要人工的直接干预,能够对各种数字信息进 行算术和逻辑运算的快速电子设备。 计算机的发展
1946-1955 第一代电子管计算机。磁鼓存储器,机器语言、汇编语言编程。 1955-1965 第二代晶体管计算机。磁芯作主存储器,磁盘作外存储器,开始使用 高级语言编程。 1946年由美国宾夕法尼亚大

学研制 ENIAC(Electronic 1965-1975 第三代集成电路计算机。使用半导体存储器,出现多终端计算机和计算 Numerical Integrator And

机网络。

calculator),运算速度

5000次/秒,功耗150kw/h, 1975第四代大规模集成电路计算机。出现微型计算机、单片微型计算机, 占地170m2 ,造价100万美 外部设备多样化。 元。

计算机、微型计算机
计算机按其规模分类: 巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机 微型计算机: 微型计算机是第四代计算机向微型化方向发展的结果,其系

统结构和基本原理与其他机型没有本质区别。具有以下特点:
(1)体积小、重量轻、价格低;

(2)结构灵活;
(3)应用面广,普及程度高。

第一章 概述
? 计算机,微型计算机 ? 微处理器、微型计算机、微型计算机系统 ? 单片机、单片机的发展、结构特点、及应用

微处理器、微型计算机、微型计算机系统
1.微处理器:(常被简称为CPU)
(1)微型化的中央处理器,通常是由一片或少数几片大规模集成电 路组成的中央处理部件。 (2)功能: 1)实现算术和逻辑运算

2)能对指令进行译码,并执行指令所规定的操作
3)具有访问存储器和外设的能力 4)提供整个系统所需要的定时和控制信号 5)可响应中断请求

微处理器、微型计算机、微型计算机系统
(3)CPU内部结构上包含下列部分
1)算术逻辑部件 进行运算,包括算术运算和逻辑运算。 2)累加器和通用寄存器组 保存参与运算的数据、运算的中间结果及地址。

3)程序计数器、指令寄存器和指令译码器
指向下一条要执行的指令地址;存放从存储器中读来的指令操作 码;产生相应的控制信号并送到时序和控制逻辑电路中 4)时序和控制部件 控制整个系统协调工作。

微处理器、微型计算机、微型计算机系统
(4)CPU的发展 :是微型计算机发展的标志
第一代微处理器:
1971~ 1972年:处理字长4或8位;集成度2000管/片;1MHz;如Intel 公司4004、8008;

第二代微处理器
1973~1977年:8位;9000管/片;2~4MHz;如Intel公司8080/8085、 Zilog公司Z80、Motorola公司M6800;

第三代微处理器
1977~1978年:16 位;20000~60000管/片;4~8MHz;如 Intel公司 8086/8088、Zilog 公司Z8000;

微处理器、微型计算机、微型计算机系统

第四代微处理器
1980年:16位;100000管/片;10MHz;如Intel公司80186/80286; 1985年:32位;150000~200000管片;16~20MHz;如Intel公司80386;

第五代微处理器
1990年:64 位;3100000管/片;66MHz;如Intel公司80486、Pentium;

微处理器、微型计算机、微型计算机系统
2.微型计算机(μC)
(1)定义:以微处理器为中心,配上存储器、输入/输出接口电路

和系统总线组成
(2)基本结构:CPU、存储器、总线、输入/输出、接口电路

单片机:把CPU、 存储器、总线和 输入输出电路集

成在单个芯片上

微处理器、微型计算机、微型计算机系统
3.微型计算机系统

第一章 概述
? 计算机、微型计算机 ? 微处理器、微型计算机、微型计算机系统 ? 单片机、单片机的发展、结构特点、及应用

单片机及其发展

1.单片机:
单片机是将中央处理器(CPU)、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM或

EPROM)、定时器/计数器芯片和一些输入/输出接口电路集成在一

个芯片上的微型计算机,又称为微控制器(Micro-controller)。

单片机可单独地完成现代控制所要求的智能化控制功能,这是单片机最大 的特征。它是专为工业控制和智能仪器设计的集成度很高的微型计算机。

单片机及其发展
2.单片机的发展过程可划分为四个阶段:
(1)单片机初级阶段(1974~1976年): 元件集成规模还比较小,功能较简单,一般均把CPU、RAM有的还包括了一 些简单的I/O口集成到芯片上,如1974年仙童公司的推出的第一个单片机F8、 Zilog公司的Z80微处理器 (2)低性能单片机阶段(1976~1978年): 用了单片结构,如Intel公司的MCS-48系列,8位CPU、8位定时器、并行

I/O口、RAM和ROM,ROM的容量小,寻址范围一般不超过4K字节,中断处理较简
单,无串行I/O口。 MCS-48系列体积小、功能全、价格低,为单片机的发展奠定了基础,成为

单片机发展史上重要的里程碑。

单片机及其发展
2.单片机的发展过程可划分为四个阶段:
(3)高性能单片机阶段(1978~):

具有模块化结构,标准的外部三总线,有串行I/O口、16位定时器、较高
级的中断处理,内RAM、ROM容量较大,寻址范围可达64K字节,有的还带有 A/D等,如Intel公司的MCS-51系列单片机。

(4)16位单片机阶段(1982~): 16位CPU,内RAM、ROM的容量进一步增大,中断处理能力更强、高速I/O、

多通道的A/D转换器等,如Intel公司的MCS-96系列单片机。

单片机及其发展
3.单片机的结构:
CPU 运算器 寄存器组 控制器

单片机 芯片

内存

中断控制逻辑 通用接口 硬件 单 片 机 系 统 软件 ADC0809、DAC0832

并行口 串行口 定时/计数器

8253
8251

外围 器件

8255A、8155 2764、6264

单片机及其发展
4.单片机的应用
1)在智能仪器仪表上的应用 单片机体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优

点,结合不同类型的传感器,可实现电压、频率、温度、速度、长度、压力等
物理量的测量。采用单片机控制实现仪器仪表的数字化、智能化、微型化。 2)在工业控制中的应用

用单片机构成形式多样的控制系统、数据采集系统。实现分布式、嵌入式控
制。可用于开关量控制、顺序控制及逻辑控制等。 3)在家用电器中的应用 现在的家用电器基本上都采用了单片机控制,洗衣机、电冰箱、空调机、彩 电、音响视频器材、电子秤量设备,无所不在。

Intel单片机系列
1. 三个系列产品
?MCS-48系列单片机:Intel公司早期产品,主要用于简单的应用系统。

?MCS-51系列单片机:采用HMOS技术,高性能8位机。我国应用最广泛。
?MCS-96系列单片机:功能强大的16位或准16位单片机。 51系列单片机源于Intel公司的MCS—51系列,在Intel公司将MCS—51系列

单片机实行技术开放政策之后,许多公司,如Philips、Dallas、Siemens、
Atmel、华邦、LG等都以MCS—51中的基础结构8051为基核推出了许多各 具特色、具有优异性能的单片机。这样,把这些厂家以8051为基核推出的各 种型号的兼容型单片机统称为51系列单片机。Intel公司MCS—51系列单片 机中的8051是其中最基础的单片机型号。 尽管各类单片机很多,但目前在我国使用最为广泛的单片机系列是Intel公

司生产的MCS—51系列单片机。

Intel单片机系列
MCS—51系列单片机按片内不同程序存储器的配置来分,可以分为三 种类型: 1. 片内带掩膜ROM型:8051,80C51,8052,80C52。此类芯片是由 半导体厂家在芯片生产过程中,将用户的应用程序代码通过掩膜工 艺制作到ROM中。其应用程序只能委托半导体厂家“写入”,一旦

写入后不能修改。此类单片机,适合大批量使用。
2. 片内带EPROM型:8751,87C51,8752。此类芯片带有透明窗口, 可通过紫外线擦除存储器中的程序代码,应用程序可通过专门的编

程器写入到单片机中,需要更改时可擦除重新写入。
3. 片内无ROM型:8031,80C31,8032。此类芯片的片内没有程序存 储器,使用时必须在外部并行扩展程序存储器存储芯片。此类单片

机由于必须在外部并行扩展程序存储器存储芯片。


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