第一章概述(J電氣)

單片機(jī)原理電氣信息工程學(xué)院

姬偉1課程性質(zhì)和目的

單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的一個(gè)重要分支，近年來(lái)在工業(yè)智能儀器儀表、光機(jī)電設(shè)備、自動(dòng)檢測(cè)、信息處理、家電等方面得到廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展。2

《單片機(jī)原理》是為電氣自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)類專業(yè)及計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)學(xué)生開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課或?qū)I(yè)基礎(chǔ)選修課，本課程的教學(xué)目的是通過(guò)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，使學(xué)生正確理解單片機(jī)的基本概念、基本原理，掌握單片機(jī)程序設(shè)計(jì)和微機(jī)接口應(yīng)用的基本方法，并能綜合運(yùn)用單片機(jī)的軟、硬件技術(shù)分析實(shí)際問(wèn)題，為工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)設(shè)備等領(lǐng)域的單片機(jī)應(yīng)用和開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)，也是進(jìn)一步學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)原理和有關(guān)接口知識(shí)重要環(huán)節(jié)。3課程要求本課程是實(shí)踐性較強(qiáng)的課程。通過(guò)理論和實(shí)踐的學(xué)習(xí)，掌握軟件編程和硬件電路設(shè)計(jì)的方法，能夠進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試工作。4課程安排理論課:講述基本原理結(jié)構(gòu)和方法實(shí)驗(yàn)課:根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的要求自己完成參考書:單片機(jī)原理及應(yīng)用胡漢才清華大學(xué)出版社MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)張毅剛等編5課時(shí)安排（45學(xué)時(shí)）講課：38學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)及上機(jī)：3次課程設(shè)計(jì)：1周6考試評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)卷面成績(jī)：70％平時(shí)成績(jī)：30％平時(shí)成績(jī)由來(lái)：上課考勤情況占20％，實(shí)驗(yàn)情況10％。

7涉及內(nèi)容MCS-51的基本硬件結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷系統(tǒng)串行口存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)8主要內(nèi)容單片機(jī)的概念*計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史單片機(jī)發(fā)展歷史應(yīng)用特點(diǎn)*典型的單片機(jī)產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)開發(fā)條件*第一章概述9計(jì)算機(jī)的概念微型計(jì)算機(jī)是由LSI、VLSI等組成的，具有功能強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊、系統(tǒng)可靠性高的特征，一般由中央處理器CPU（以集成電路為主）、存儲(chǔ)器、通用或?qū)Ｓ肐/O接口電路等組成。在辦公自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。微型計(jì)算機(jī)有單片微機(jī)、單板微機(jī)和多板微機(jī)之分。

10單片機(jī)的概念將組成微型計(jì)算機(jī)的各功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口電路及定時(shí)/計(jì)數(shù)器等外圍設(shè)備集成制作在一塊電路芯片中從而構(gòu)成完整的微型計(jì)算機(jī)，我們稱之為單晶片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)（Singlechipmicrocomputer)

單片機(jī)是應(yīng)工業(yè)測(cè)控而誕生的，它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，故也叫單片微控制器（SCMSingleChipMicrocontroller），它在控制領(lǐng)域大顯身手，裝入到各種智能化產(chǎn)品之中，所以又稱為嵌入式微控制器(EmbeddedMicrocontrollerUnit)，也有文獻(xiàn)中稱為微控制器單元（MCUMicrocontrollerUnit）。11Intel4004和采用4004的計(jì)算器12一種8位嵌入式微控制器13單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板

14計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史世界上第一臺(tái)現(xiàn)代意義的電子計(jì)算機(jī)是1946年美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)設(shè)計(jì)制造的ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator,即電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)）15第一代計(jì)算機(jī)（1947-1958年）以電子管（EVL）為基本邏輯元件。主存儲(chǔ)元件為汞延遲線，數(shù)字表示為定點(diǎn)數(shù)據(jù)，語(yǔ)言軟件為機(jī)器語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言第二代計(jì)算機(jī)（1958-1964年）以晶體管（TTL）為基本邏輯元件。主存儲(chǔ)元件為磁芯存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)表示有浮點(diǎn)數(shù)據(jù)與變址，語(yǔ)言軟件獲得了發(fā)展，有FORTRAN、BASIC、COBOL等16第三代計(jì)算機(jī)（1964-1971年）以中小規(guī)模集成電路（SSI、MSI）為基本邏輯元件。主存儲(chǔ)器為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，系統(tǒng)采用微程序技術(shù)與虛擬存儲(chǔ)，并有多種高級(jí)語(yǔ)言和成熟的操作系統(tǒng)。第四代計(jì)算機(jī)（1971年至今）采用大規(guī)模集成電路（LSI、VLSI）為基本邏輯元件。主存儲(chǔ)器為大規(guī)模、高密度半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用并行、多機(jī)、分布式及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并發(fā)展到了多媒體機(jī)型。17

微處理器的集成度每隔18個(gè)月就會(huì)翻一番，芯片的性能也隨之提高一倍 ------摩爾定律GordonE.MooreIntel公司的創(chuàng)始人之一18單片機(jī)的發(fā)展歷史產(chǎn)生階段（1974~1976）Fairchild集成芯片為雙片形式（集成工藝限制）低性能初級(jí)階段（1976~1978）IntelMCS-48高性能發(fā)展階段（1978~1988）Intel

MCS-51/96更高性能階段（1989~）多種機(jī)型并行發(fā)展19單片機(jī)的應(yīng)用應(yīng)用特點(diǎn)體積小：基本功能部件滿足要求可靠性高：BUS大多在內(nèi)部；易采取電磁屏蔽功能強(qiáng)：實(shí)時(shí)響應(yīng)速度；I/O直接操作使用方便：硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單；提供開發(fā)工具資料性能價(jià)格比高：電路板??；接插件少易產(chǎn)品化：研制周期短20應(yīng)用：量大面廣機(jī)電一體化：電腦縫紉機(jī)智能儀表：測(cè)量?jī)x實(shí)時(shí)控制：汽車家電：（MOTOROLA）網(wǎng)絡(luò)通信：通信協(xié)議集成其中計(jì)算機(jī)外設(shè)：鍵盤、打印機(jī)保健產(chǎn)品：按摩器提示單片機(jī)的出現(xiàn)使得電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化單片機(jī)的應(yīng)用21典型單片機(jī)產(chǎn)品器件廠家美國(guó)：Intel、Atmel、Motorola、Microchip荷蘭：Philips德國(guó)：Siemens日本：TOSHIBA、NEC22典型單片機(jī)產(chǎn)品

?根據(jù)每種型號(hào)的存儲(chǔ)器的類型無(wú)ROM型：8031ROM型：8051EPROM：8751EEPROM型：895123單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)性能不斷提高CPU功能增強(qiáng)：速度、精度內(nèi)部資源增多：A/D、D/A、EEPROM多功能引腳：尋址范圍大高新技術(shù)下移，重點(diǎn)發(fā)展8位機(jī)性能24單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)單片機(jī)的新品種不斷增加：超微型化：MC68HC705C8A：8KEPROM、304BRAM、16BITTIMER、Watchdog；低功耗，低電壓：

采用CHMOS工藝、增加空閑等待和掉電停機(jī)工作方式、電壓2.4~5.5V.

–工藝更先進(jìn)和封裝更?。悍庋b水平已大大提高，有越來(lái)越多的單片機(jī)采用各種貼片封裝形式，以滿足便攜式手持設(shè)備的需要。25單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)條件單片機(jī)芯片開發(fā)工具資料手冊(cè)26一.重要作用：1.單片機(jī)的出現(xiàn)為電氣自動(dòng)控制帶來(lái)革命性的變革。