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单 片 微 型 计 算 机 原 理 与 接 口 技 术 河北科技大学 机电一体化教研室 吴书迎 绪 论 一、什么是单片机 它的结构及功能均是按工业控制要求设计的，也可称为单片微型控制器(Single Chip Microcontroller)。 它是把微型计算机的各个功能部件：中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I／O接口、定时／计数器以及串行通信接口等集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机，故又把它称为单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)。 绪 论 二、单片机发展概况 单片机作为微型计算机的一个分支，它的产生与发展和微处理器的产生与发展大体同步，主要分为三个阶段。 第一阶段(1974-1978)：初级单片机阶段。 以Intel公司的MCS-48为代表，这个系列的单片机在片内集成了8位CPU、并行I／O端口、8位定时／计数器、RAM等，无串行I／O端口，寻址范围4K。 第二阶段(1978-1983)：高性能单片机阶段。 以MCS-51系列为代表，这个阶段的单片机均带有串行I／O口，具有多级中断处理系统，定时／计数器为16位，片内RAM和ROM容量相对增大，且寻址范围可达64K。 这类单片机的应用领域极其广泛，由于其优良的性价比，特别适合我国的国情，故在我国得到广泛的应用。 绪 论 二、单片机发展概况 第三阶段(1983年-)：8位单片机巩固完善及16位单片机推出阶段。 16位单片机除了CPU为16位以外，片内RAM和ROM的容量进一步增大，片内RAM增加为232字节，ROM为8K字节，且片内带有高速输入输出部件、多通道10位A／D转换器，有8级中断等。 近年来，32位单片机也已进入实用阶段。 绪 论 三、MCS-51 系列单片机简介 Intel公司自1974年推出8位单片机MCS-48系列至今，相继推出了三个系列的几十种产品 ： 基本型 有8031、8051、875l等，基本型的典型产品是8051 。 增加内存单元型 有8052AH、8032AH、8752BH等 低功耗型。有80C51BH、80C31BH、87C51等 A／D型 有83C51GA、80C51GA、87C51GA等 高级语言型 有8052AH-BASIC 可编程计数阵列(PCA)型 有83C51FA．80C51FA、87C51FA，83C51FB等 DMA型 有83C521JA、80C152JA、80C152JB等 多并行口型 有80C451、83C451等 绪 论 三、MCS-51 系列单片机简介 基本型的典型产品是8031，内部包括： 具有8位的CPU及指令系统； 128字节的片内RAM； 21个特殊功能寄存器； 4个8位并行I／O口； 2个16位定时／计数器； 一个全双工串行口； 5个中断源，2个中断优先级； 4K字节片内ROM； 一个片内时钟振荡电路； 片外可扩展64K ROM和64K RAM 绪 论 四、MCS-51 系列单片机结构特点 8031的其基本特性如下： MCS-51系列单片机在数据RAM区开辟了一个寄存器工作区 ； 另外还有21个特殊功能寄存器SFR； MCS-51系列单片机的输入／输出接口在程序控制下具有第二功能 ； MCS-51系列单片机把程序存储器和数据存储器在空间上分开，采用不同的寻址方式 ； MCS-51系列单片机内部具有全双工串行接口，可同时发送和接收信息； MCS-51系列单片机内部有专门的位处理机，具有较强的位处理能力。 绪 论 五、MCS-51 系列单片机应用领域 MCS-51系列单片机应用范围很广，大致可分为如下四大类 ： 1、单片机在智能仪器仪表中的应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强等优点，故可广泛应用于各类仪器仪表中(包括温度、湿度、流量、流速、电压、频率、功率、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力测定等)。 引入单片机使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能大大提高。 例如：精密数字温度计、智能电度表、智能流速仪、微机多功能PH测试仪等等。 绪 论 五、MCS-51 系列单片机应用领域 2、单片机在工业测控中的应用 用单片机可以构成各种工业测控系统、自适应控制系统、数据采集系统等。 例如：MCS-51单片机控制电镀生产线、温室人工气候控制、报警系统控制、计算机和单片机组成的二级计算机控制系统等。 3、单片机在计算机网络与通信技术中的应用 MCS-51系列单片机具有通信接口，为单片机在计算机网络与通信设备中的应用提供了良好的条件。 例如：MCS-51系列单片机控制的串行自动呼叫应答系统、列车无线通信系统、MCS-51单片机控制无线遥控系统等。 绪 论 五、MCS-51 系列单片机应用领域 4、单片机在日常生活及家电中的应用 单片机愈来愈广泛地应用于日常生活中的智能电气产品以及家电中。 例如，电子称、银行计息电脑、电脑缝纫机、心率监护仪、电冰箱控制、彩色电视机控制、洗衣机控制等等。 绪 论 六、MCS-51 系列单片机的开发与开发工具 单片机产品研制和开发有什么特点，采用什么开发手段、开发工具和开发过程？ 单片机的开发包括硬件和软件两部分，只有当单片机和其它电子器件及设备组成一个硬件系统，并配置适当的工作程序后，才能构成一个单片机应用系统。 单片机本身没有自我开发功能，必须借助开发工具来生成目标程序，排除目标系统中的软硬件故障，并需借助开发工具把目标程序固化到单片机内部或外部EPROM芯片中。 单片机应用系统的软硬件调试，需要专门的开发工具(通常为一个特殊的计算机系统)，称为单片机开发系统或称仿真机（器）。 绪 论 六、MCS-51 系列单片机的开发与开发工具 常用的开发方法是把开发系统中的CPU和RAM，暂时出借给用户系统，利用开发系统对用户系统的软硬件进行调试(又称仿真) 把调试好的程序固化到EPROM中，恢复用户系统中的CPU和RAM，对独立的用户系统进行试运行，若满足设计要求，则开发工作完成。 单片机开发系统一般应具备以下四方面的基本功能： (1)、系统硬件电路的诊断与检查； (2)、用户程序的输入与修改； (3)、程序的运行与调试； (4)、程序固化。 绪 论 六、MCS-51 系列单片机的开发与开发工具 对于较完善的开发系统还配备有程序的汇编、反汇编、程序文本打印及存储，具有全速跟踪调试运行的能力。 功能强、操作方便的单片机开发系统可以加快单片机应用系统的研制工作。 绪 论 思考题习题 1．什么是单片机？ 2．单片机有何特点? 3．单片机主要应用于哪些领域? 4．单片机开发系统的作用?
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