单片机原理电子教材
第一部份MCS­51单片机原理
第一章绪论
1．1嵌入式系统
1.1.1什么是嵌入式系统
我们把面向工控领域对象，嵌入到工控应用系统中，实现嵌入式应用的计算机称之为嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统。
嵌入式系统具有以下特点：
1．面对控制对象。如传感信号输入、人机交互操作、伺服驱动等。
2．嵌入到工控应用系统中的结构形态。
3．能在工业现场环境中可靠运行的可靠品质。
4．突出控制功能。如对外部信息的捕捉、对控制对象实时控制、有突出控制功能的指令系统（I/O 控制、位操作、转移指令等）。
通用计算机特点：海量高速数值计算
1.1.2嵌入式系统的种类
嵌入式系统的种类可分为：
1．工控机：通用计算机经机械改造加固、电气加固构成，其特点是软件丰富、体积大。
2．通用CPU 模块：用CPU 构成各种形式的主机板系统，一般用在大量数据处理的场合，体积较小。
3．嵌入式微处理器：在通用微处理器（MPU ）的基核上，增添一些外围单元和接口构成单芯片形态的计算机系统，如80386EX ，它有定时器/计数器、DMA 、中断系统、串行口、并行口、看门狗（WDT ）等集成在一个芯片上。
4．单片机（微控制器）：单片机有唯一的专门为嵌入式应用系统设计的体系结构与指令系统，最能满足嵌入式应用要求。它是完全按嵌入式系统要求设计的单芯片形态应用系统，最能满足面对控制对象、应用系统的嵌入、现场的可靠运行及非凡的控制品质等要求，是发展最快、品种最多、数量最大的嵌入式系统。
1.2单片机的技术发展历史
1.2.1单片机的发展阶段
单片机的发展可分为四个阶段
1．第一代：单片机探索阶段，有2．第二代：单片机完善阶段rom是什么
表现在：（1）面对对象，突出控制功能，专用CPU 满足嵌入功能。
（2）寻址范围为16位或8位
（3）规范的总线结构，8位数据，16位地址线，及多功能异步串行口（UART ）
（4）特殊功能寄存器（SFR
）的集中管理模式
（5）海量位地址空间，提供位寻址及位操作功能
（6）指令系统突出控制功能
3．第三代：微控制器形成阶段
形成系列产品：以8051系列为代表，如8031、8032、8051、8052等。
4．第四代：微控制器百花齐放
表现在：(1)电气商、半导体商广泛加入
(2)满足最低层电子技术的应用（玩具、小家电）
(3)大力发展专用型单片机
(4）致力于提高单片机的综合品质
1.2.2单片机的发展方向
1．主流型机发展趋势：8位单片机为主流，少量32位机，16位机可能被淘汰。
2．全盘CMOS化趋势：指在HCMOS基础上的CMOS化，CMOS速度慢，功耗小，HCMOS 具有综合优点。
特点：低功耗及低功耗管理技术。
3．RISC体系结构的发展
早期CISC指令较复杂，指令代码周期数不统一，难以实现流水线（单指仅为1MIPS），通过精简指令系统，绝大部分为单周期指令，可实现流水线作业（单周期指令可达12MIPS）4．大力发展专用单片机
5．OTPROM、flashROM成为主流供应状态
6．ISP及ISP的开发环境
FlashROM的应用推动了ISP（系统可编程技术）的发展，这样就可实现目标程序的串行下载，PC机可通过串行电缆对远程目标高度仿真、更新软件等。
7．单片机的软件嵌入
目前的单片机只提供程序空间，没有驻机软件。ROM空间足够大后可装入如平台软件、虚拟外设软件、用于系统诊断管理的软件等，以提高开发效率。
8．实现全面功耗管理，如采用：
（1）ID、PD模式（2）双时钟模式（3）高速时钟/低速时钟模式（4）低电压节能技术9．推行串行扩展总线，如I2C总线等。
10．ASMIC技术的发展，如以MCU为核心的专用集成电路（ASIC）。
1.3单片机的应用模式
1.3.1单片机应用系统的结构
单片机应用系统的结构分三个层次：
1．单片机：通常指应用系统主处理机，即为所选择的单片机器件
2．单片机系统：指按照单片机的技术要求和嵌入对象的资源要求而构成的基本系统，如时钟电路、复位电路、扩展存储器等与单片机构成了单片机系统。
3．单片机应用系统：指能满足嵌入对象要求的全部电路系统。在单片机系统的基础上加上面向对象的接口电路，如前向通道、后向通道、人机交互通道（键盘、显示器、打印机等）、串行通信口（RS232）、应用程序等。
1.3.2单片机的种类
1．按应用领域分为：家电类、工控类、通信类、个人信息终端等
2．按通用性分为：通用型和专用型（如计费率电表、电子记事簿）
3．按总线结构分为：总线型和非总线型。如89Ｃ51为总线型，有数据总线、地址总线及相应的控制线（WR、RD、EA、ALE等）。又如89C2051等为非总线型，外部引脚少，可使成本下降。
1.3.3单片机的供应状态
按提供的存储器类型可分为五种状态
1．MASKROM类：程序在芯片封装过程中用掩膜工艺制作到ROM区中，如80C51，适合大批生产。
2．EPROM类：紫外线可擦写存储器类，如87C51，价格较贵。
3．ROM less类：无ROM存储器，如80C31，电路扩展复杂，较少用。
4．OTPROM类：可一次性写入程序
5．FlashROM（MTPROM）类：可多次编程写入的存储器，如89C51、89C52，成本低，开发调试方便，在恶劣环境下可靠性不及OTPROM。
1.3.4
分为
专用模式
总线应用模式
总线型的非总线应用模式
非总线型的应用模式
专用型的应用模式
1.4单片机的应用开发过程
单片机的应用开发可分为以下四个过程：
1．硬件系统设计调试。如电路设计、PCB印制板绘制等.
2．应用程序的设计。可使用如Wave等汇编工具软件进行源程序编写、编译调试等。3．应用程序的仿真调试。指用仿真器对硬件进行在线调试或软件仿真调试，在调试中不断修改、完善硬件及软件。
4．单片机应用程序的烧写，用专用的单片机烧写器可将编译过的二进制源程序文件写入单片机（flashROM）芯片内。
5．系统脱机运行检查。进行全面检查，针对出现的问题修正硬件、软件或总体设计方案。
*思考与练习
1．什么是嵌入式系统？有哪些类型？
2．通用计算机系统与一般嵌入式系统的主要区别在哪里？
3．单片机的主要发展方向是什么？
4．单片机的主要供应状态是指什么？分几种供应状态？在研制开发时主要用什么单片机？5．什么是总线型单片机？什么是非总线型单片机？什么是总线应用，什么是非总线应用？6．简述单片机的开发过程

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