《单片机原理及应用》课程教学资源（教案讲义）绪论

单片机原理及应用绪论教学目的了解单片机的概念和发展历史。■了解单片机的特点及应用。章节设置0.1单片机的概念0.2单片机的发展历史0.3单片机的特点"0.4单片机的应用■0.551系列单片机的特点0.1单片机的概念1.计算机发展简介■第一台电子计算机于1946年问世。计算机的发展日新月异，至今已经历了由电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机到大规模集成电路和超大规模集成电路计算机四代。过去通常将计算机分为大型机、中型机、小型机和微型机四类。现在我们广泛使用的微型计算机（包括个人电脑和单片机等）属于第四代计算机。根据实际应用的需要，微型计算机向两个不同的方向发展，一种是高速度、高性能、大容量的高档微机发展（如inte1的奔腾4）；另一种则是向稳定可靠、体积小、价格便宜的单片机发展。单片机的出现是计算机技术发展史上的一个重要里程碑，它使计算机从海量数值计算进入到智能化控制领域。计算机技术逐步发展形成通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。微机与单片机在原理和技术上是紧密联系的。2.单片机的名称单片机（single-chip-microcomputer，单片微型计算机）是因为将微型计算机的主要组成部分（包括CPU、RAM、ROM、中断系统、定时计数器、输入输出接口电路）都集成在一块芯片上而得名的。虽然只是一块芯片，但从组成和功能上已经具有了计算机系统的属性。单片机主要应用于控制领域，国际上通称为"微控制器"一MCU（MicroControllerUnit)单片机在应用时常处于受控系统的核心地位，以嵌入的方式（Embedded）应用，所以也常被称为EMCU。3.通用型和专用型单片机根据应用的需要，单片机分为通用型和专用型两类。通用型单片机：是一种基本芯片，它的内部资源丰富，性能全面，适用性强，能满足多种需要。使用时需要根据用户的进一步设计，组成一个以通用单片机为核心，再配以其它外围电路的系统。专用型单片机：是专门针对某个特定的产品（如电表、IC卡读写器等）的单片机。特点是针对性强，数量大，专门向芯片厂商定制。专用单片机在系统简化、软硬件资源利用优化、可靠性、成本等多方面都具有综合优势。（与EDA课程相关）本课程所讲述的都是通用型单片机

单片机原理及应用 绪论 - 教学目的 §了解单片机的概念和发展历史。 §了解单片机的特点及应用。 章节设置 §0.1 单片机的概念 §0.2 单片机的发展历史 §0.3 单片机的特点 §0.4 单片机的应用 §0.5 51系列单片机的特点 - 0.1 单片机的概念 1.计算机发展简介 §第一台电子计算机于1946年问世 。 §计算机的发展日新月异，至今已经历了由电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机到大 规模集成电路和超大规模集成电路计算机四代 。 §过去通常将计算机分为大型机、中型机、小型机和微型机四类。 §现在我们广泛使用的微型计算机（包括个人电脑和单片机等）属于第四代计算机。 根据实际应用的需要，微型计算机向两个不同的方向发展，一种是高速度、高性能、大容量的高档 微机发展（如intel的奔腾4）；另一种则是向稳定可靠、体积小、价格便宜的单片机发展。 单片机的出现是计算机技术发展史上的一个重要里程碑，它使计算机从海量数值计算进入到智能化 控制领域 。计算机技术逐步发展形成通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。 微机与单片机在原理和技术上是紧密联系的。 2.单片机的名称 单片机（single-chip-microcomputer,单片微型计算机） 是因为将微型计算机的主要组成部分（包括CPU、RAM、ROM、中断系统、定时计数器、输入 输出接口电路）都集成在一块芯片上而得名的。 虽然只是一块芯片，但从组成和功能上已经具有了计算机系统的属性。 单片机主要应用于控制领域，国际上通称为"微控制器"—MCU（Micro Controller Unit）. 单片机在应用时常处于受控系统的核心地位，以嵌入的方式（Embedded）应用，所以也常被称为 EMCU。 3.通用型和专用型单片机 根据应用的需要，单片机分为通用型和专用型两类。 通用型单片机：是一种基本芯片，它的内部资源丰富，性能全面，适用性强，能满足多种需要。使 用时需要根据用户的进一步设计，组成一个以通用单片机为核心，再配以其它外围电路的系统。 专用型单片机：是专门针对某个特定的产品（如电表、IC卡读写器等）的单片机。特点是针对性 强，数量大，专门向芯片厂商定制。专用单片机在系统简化、软硬件资源利用优化、可靠性、成本 等多方面都具有综合优势。（与EDA课程相关） 本课程所讲述的都是通用型单片机

0.2单片机的发展历史第一阶段（1971年一1976年一初始阶段。以4位单片机为主，功能比较简单。·第二阶段（1976年一1980年）探索阶段。低档8位单片机。如1976年美国Inte/公司生产的MCS-48系列单片机，这是第一台完全的8位单片机。MCS-48的推出是在工控领域的探索，此后，各种8位单片机纷纷应运而生。第三阶段（1980年一1983年)一完善阶段。提高电路的集成度，增加8位单片机的功能。如Intel公司在MCS-48基础上推出了完善的高性能8位单片机系列MCS-51。第四阶段（1983年至今）一一全面发展阶段。巩固发展8位单片机、推出16位32位单片机、强化了智能控制器的特征。如将ADC、DAC、PWM、DMA集成到单片机。生产适合不同领域要求的单片机，如各种高速、大存储容量、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，还有用于单一领域的廉价的专用型单片机。单片机的发展趋势"CMOS化一一单片机将具有更低的功耗、更低的电压。■高性能化一一精简指令集(RISC)结构和流水线技术将得到广泛应用。■高可靠性一一提高单片机的抗电磁干扰能力。大容量化一一扩大片内存储器容量。■多功能化一一把众多的各种外围功能器件集成在片内，如模/数转换器、数/模转换器、液晶显示驱动器等。串行扩展技术一一SPI、I2C、1-Wire等串行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化。单片机的特点0.3体积小、重量轻、价格便宜、耗电少可靠性高、抗干扰控制功能强、速度快内存小，引脚少（需要进行系统扩展）0.4单片机的应用智能仪器的应用，通信设备的应用，家用电器的应用，工业控制的应用0.4.1智能仪器的应用■单片机用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，可以提高测量的自动化程度和精度；简化仪器仪表的硬件结构，减小体积，提高其性价比。例如：温度智能控制仪表、医用仪表、汽车电子设备、数字示波器等。例如，在普通模拟示波器的基础上用单片机进行改造而成的数字存储示波器，克服了普通模拟示波器的缺点，并增加了许多功能，如可以显示大量的预触发信息，可以长期贮存波形，可以在打印机或绘图仪上制作硬拷贝以供编制文件使用，可以将采集的波形和操作人员手工或示波器全自动采集的参考波形进行比较，波形信息可用数学方法进行处理。0.4.2通信设备的应用■单片机与通信技术相结合促使通信设备的智能控制水平大大提高，广泛应用于通信的各个领域。例如：调制解调器、传真机、复印机、打印机、移动电话机、固定电话机等。例如，传统的电话机只能实现简单的拨号、响铃、通话等功能，使用单片机后，可以开发出来电显示、存储电话号码、时钟显示、免提、重拨、声控等功能。还有功能更多的无绳电话机、录音电话机、可视电话机等多功能电话机。0.4.3家用电器的应用

0.2 单片机的发展历史 §第一阶段(1971年—1976年)——初始阶段。以4位单片机为主，功能比较简单。 §第二阶段(1976年—1980年)——探索阶段。低档8位单片机。如1976年美国Intel公司生产的 MCS-48系列单片机，这是第一台完全的8位单片机。MCS-48的推出是在工控领域的探索，此 后，各种8位单片机纷纷应运而生。 §第三阶段(1980年—1983年)——完善阶段。提高电路的集成度，增加8位单片机的功能。如Intel 公司在MCS-48基础上推出了完善的高性能8位单片机系列MCS-51。 §第四阶段(1983年至今) ——全面发展阶段。巩固发展8位单片机、推出16位32位单片机、强化 了智能控制器的特征 。 如将ADC、DAC、PWM、DMA集成到单片机 。生产适合不同领域要求 的单片机，如各种高速、大存储容量、强运算能力的8 位/16位/32位通用型单片机，还有用于单 一领域的廉价的专用型单片机。 单片机的发展趋势 §CMOS化——单片机将具有更低的功耗、更低的电压。 §高性能化——精简指令集(RISC)结构和流水线技术 将得到广泛应用 。 §高可靠性——提高单片机的抗电磁干扰能力 。 §大容量化——扩大片内存储器容量。 §多功能化——把众多的各种外围功能器件集成在片内，如模/数转换器、数/模转换器、液晶显示 驱动器 等。 §串行扩展技术—— SPI、I2C、1-Wire等串行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片 机系统结构更加简化。 0.3 单片机的特点 §体积小、重量轻、价格便宜、耗电少 §可靠性高、抗干扰 §控制功能强、速度快 §内存小，引脚少（需要进行系统扩展） 0.4 单片机的应用 智能仪器的应用，通信设备的应用，家用电器的应用，工业控制的应用  0.4.1 智能仪器的应用 §单片机用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，可以提高测量的自动化程度和精度；简化仪器 仪表的硬件结构，减小体积，提高其性价比。例如：温度智能控制仪表、医用仪表、汽车电子设 备、数字示波器等。 §例如，在普通模拟示波器的基础上用单片机进行改造而成的数字存储示波器，克服了普通模拟 示波器的缺点，并增加了许多功能，如可以显示大量的预触发信息，可以长期贮存波形，可以在 打印机或绘图仪上制作硬拷贝以供编制文件使用，可以将采集的波形和操作人员手工或示波器全 自动采集的参考波形进行比较，波形信息可用数学方法进行处理。 0.4.2 通信设备的应用 §单片机与通信技术相结合促使通信设备的智能控制水平大大提高，广泛应用于通信的各个领 域。例如：调制解调器、传真机、复印机、打印机、移动电话机、固定电话机等。 §例如，传统的电话机只能实现简单的拨号、响铃、通话等功能，使用单片机后，可以开发出来 电显示、存储电话号码、时钟显示、免提、重拨、声控等功能。还有功能更多的无绳电话机、录 音电话机、可视电话机等多功能电话机。 0.4.3 家用电器的应用

传统的家电配上单片机以后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱；单片机使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。例如：洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机、微波炉、电视机、录像机、音响设备、程控玩具、游戏机等。例如，单片机控制的全自动洗衣机集洗涤、脱水于一体，能自动完成洗衣全过程，并有多种洗涤程序供用户自由选择，能任意调节工作时间，显示工作状态、洗涤时间和脱水时间，能自动处理脱水不平衡，具有各种故障和高低电压自动保护功能，工作结束或电源故障会自动断电以确保安全。目前，有的全自动洗衣机还采用了模糊技术，即洗衣机能对传感器提供的信息进行逻辑推理，自动判断衣服质地、重量、脏污程度，从而自动选择最佳的洗涤时间、进水量、漂洗次数、脱水时间，并显示洗涤剂的用量，达到整个洗涤过程自动化，使用方便，节能节水。0.4.4工业控制的应用机电一体化是机械工业发展的方向。机电一体化产品是指集机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。·单片机广泛用于导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、计算机的网络通信与数据传输、机器人、工业自动化过程的实时控制和数据处理。例如，在这些实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器，单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若于台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。单片机的品种很多，如MCS-51系列，MCS-96系列，PIC系列，AVR系列，MSP430系列，凌阳系列单片机等等。在这些单片机的种类中多数是8位和16位的单片机，就自前的低端应用而言，8位单片机应用得最为广泛；而在8位单片机中的51系列单片机应用得最为广泛。本课程就以51系列单片机为例，讲述单片机的原理及应用0.551系列单片机的特点1.MCS-51系列单片机特指Inte1公司生产的51系列单片机分为两个子系列、四种类型：51子系列：基本型、4KBROM、128BRAM、2个定时/计数器、5个中断源。52子系列：增强型、8KBROM、256BRAM、3个定时/计数器、6个中断源4种类型：（根据片内ROM的类型分类）不含ROM8031含有只读ROM8051含EPROM8751含有EEPROM89512.80C51系列是在Inte1公司的8051基础上发展来的，兼容8051单片机。在半导体工艺上有很大改进，采用CHMOS（互补金属氧化物半导体）技术，功耗很低。不同的厂商生产的80C51系列兼容芯片种类繁多，许多都增加了各种外部接口单元。（如A/D转换高速I/O口、PWM、IIC等）。Intel、Atmel、NXP、winbond、CYPRESS。目前国内使用最多的AT89S51（前身为AT89C51）带有flashROM和ISP（lnSystemProgram）功能■微机原理与单片机原理是紧密联系的，下面我们先要学习微机原理的相关基础知识，请看第一章。本课程的注意事项

§传统的家电配上单片机以后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱；单片机使人类 生活更加方便、舒适、丰富多彩。例如：洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机、微波炉、电视 机、录像机、音响设备、程控玩具、游戏机等。 §例如，单片机控制的全自动洗衣机集洗涤、脱水于一体，能自动完成洗衣全过程，并有多种洗 涤程序供用户自由选择，能任意调节工作时间，显示工作状态、洗涤时间和脱水时间，能自动处 理脱水不平衡，具有各种故障和高低电压自动保护功能，工作结束或电源故障会自动断电以确保 安全。目前，有的全自动洗衣机还采用了模糊技术，即洗衣机能对传感器提供的信息进行逻辑推 理，自动判断衣服质地、重量、脏污程度，从而自动选择最佳的洗涤时间、进水量、漂洗次数、 脱水时间，并显示洗涤剂的用量，达到整个洗涤过程自动化，使用方便，节能节水。 0.4.4 工业控制的应用 §机电一体化是机械工业发展的方向。机电一体化产品是指集机械技术、微电子技术、计算机技 术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控 制器，能充分发挥它体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程 度。 §单片机广泛用于导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、计算机的网络通信与数据传输、机 器人、工业自动化过程的实时控制和数据处理。例如，在这些实时控制系统中，都可以用单片机 作为控制器，单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统 的工作效率和产品质量。 §在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组 成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作 为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时测量和控制。单片机的高可靠性 和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。 单片机的品种很多，如MCS-51系列，MCS-96系列，PIC系列，AVR系列，MSP430系列，凌阳系列 单片机等等。 在这些单片机的种类中多数是8位和16位的单片机，就目前的低端应用而言，8位单片机应用得最为 广泛；而在8位单片机中的51系列单片机应用得最为广泛。 本课程就以51系列单片机为例，讲述单片机的原理及应用。 0.5 51系列单片机的特点 1. MCS-51系列单片机 特指Intel公司生产的51系列单片机 分为两个子系列、四种类型： 51子系列：基本型、4KB ROM、128B RAM、2个定时/计数器、5个中断源。 52子系列：增强型、8KB ROM、256B RAM、3个定时/计数器、6个中断源。 4种类型： （根据片内ROM的类型分类） 不含ROM  8031            含有只读ROM 8051 含EPROM 8751         含有EEPROM 8951 2. 80C51系列 是在Intel公司的8051基础上发展来的，兼容8051单片机。在半导体工艺上有很大改进，采用 CHMOS（互补金属氧化物半导体）技术，功耗很低。 不同的厂商生产的80C51系列兼容芯片种类繁多，许多都增加了各种外部接口单元。（如A/D转换、 高速I/O口、PWM、IIC等）。Intel、Atmel、NXP、winbond、CYPRESS。 目前国内使用最多的AT89S51（前身为AT89C51）带有flash ROM和ISP（In System Program）功能 §微机原理与单片机原理是紧密联系的，下面我们先要学习微机原理的相关基础知识，请看第 一章。 - 本课程的注意事项

课程性质特点一专业（基础）课、课时少、知识点多且分散、涉及编程能力：地位很重要重在实践和应用、与考研和工作的关系前继课程一电路、电子技术、（微机原理、汇编语言）课堂纪律、点名、作业、习题、考试教材和参考书选用、自学能力、动手能力课程总体安排、实验的安排关于兴趣、学习态度、学习方法关于电子信息科学与技术专业，未来就业目标，需要的知识技能，扩展知识面。举例：手机，mp3，各种电子消费品制造，工业仪器仪表，设备，软件。电子工程师：电子技术知识，PCB绘图制作软件，单片机、DSP、CPLD/FPGA、ARM等各种集成芯片，焊接技能仪器仪表使用，编程调试C、汇编、VHDL等语言，至少掌握一种嵌入式操作系统；至少掌握一种面向对象的高级编程语言；（电气控制设备，PLC，机械制图，）；相关专业领域的知识技能（设计能力，高频通信，虚拟仪器）。实践经验。END

课程性质特点－专业（基础）课、课时少、知识点多且分散、涉及编程能力；地位很重要 重在实践和应用、与考研和工作的关系 前继课程－电路、电子技术、(微机原理、汇编语言) 课堂纪律、点名、作业、习题、考试 教材和参考书选用、自学能力、动手能力 课程总体安排、实验的安排 关于兴趣、学习态度、学习方法 - 关于电子信息科学与技术专业，未来就业目标，需要的知识技能，扩展知识面。举例：手机，mp3， 各种电子消费品制造，工业仪器仪表，设备，软件。 电子工程师：电子技术知识，PCB绘图制作软件，单片机、DSP、CPLD/FPGA、ARM等各种集成芯 片，焊接技能仪器仪表使用，编程调试C、汇编、VHDL等语言，至少掌握一种嵌入式操作系统；至 少掌握一种面向对象的高级编程语言；（电气控制设备，PLC，机械制图，）；相关专业领域的知 识技能（设计能力，高频通信，虚拟仪器）。实践经验。 END