單片機與接口技術任課教師：杜曉物理科學與電子技術學院單片機與接口技術任課教師：杜曉授課內容：8051單片機原理、接口技術、編程技術。授課時數：48時，其中實驗12課時（6個實驗）。前導課程：數字電路、模擬電路、C語言課程性質：考試科目。作業要求：每周五下午前交作業，及時、認真地完成，交作業時取回前次作業。成績評定：期末考試60%，實驗20%，平時20%課程簡介：授課內容：8051單片機原理、接口技術、編程技術。課程簡介：另外推薦的參考書：[1]胡漢才.單片機原理及其接口技術（第二版）.清華大學出版社，2004年5月 （硬件）[2]李朝青.單片機原理及接口技術（第三版）.北京航空航天大學出版社，2005年10月 （硬件）[3]馬忠梅.單片機的C語言應用程序設計（第四版）.北京航空航天大學出版社，2007年2月（軟件）另外推薦的參考書：[1]胡漢才.單片機原理及其接口技術（第二作業交至：辦公室（逸夫實驗樓401室）聯系電話問題需要討論的： 上班時間請到辦公室或單片機實驗室 將問題發至：duxiaodx@126.com 或在作業中夾紙條提問.聯系方式：作業交至：辦公室（逸夫實驗樓401室）聯系方式： 在學習單片機的過程中，注意以下幾個方面的問題：1、從應用的角度掌握單片機的編程模型，熟練掌握單片機中各種特殊功能寄存器的使用、重要控制部件的操作方法。2、熟悉單片機的匯編語言，能夠編制較小的匯編語言程序。3、重點學習C51語言，會用C51編寫單片機程序。4、熟悉KeilC51集成開發環境，熟悉程序編譯、調試等過程。5、注意學習各種常用接口器件的使用，會編寫相應的驅動程序。 比如：ADC、DAC、溫度傳感器、鍵盤/顯示器接口電路、可編程并行I/O擴展器件等等。6、加強模擬電路和數字電路的學習。7、多動手、多實踐、認真做好實驗，有條件的可以自己購買單片機開發板。8、推薦大家學習單片機系統仿真軟件Proteus，用它來練習單片機系統設計。對單片機學習的幾點建議： 在學習單片機的過程中，注意以下幾個方面的問題：對單片機學習第1章概述1.1單片機的基本概念1.2單片機的發展1.3單片機的特點及應用1.4單片機的類型與常用單片機系列第1章概述1.1單片機的基本概念本章重點：

1、單片機的特點及其與通用微機的區別。

2、MCS-51系列單片機的特點。本章重點：

1、單片機的特點及其與通用微機的區別。

何謂單片機？

單片機：全稱為單片微型計算機，由于主要應用于控制領域，因此又稱“微控制器”（MCU）。是將計算機的基本部件微型化并集成在一塊芯片上 的微型計算機。1.1單片機的基本概念何謂單片機？1.1單片機的基本概念 1946年2月14日，世界上第一臺電腦ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator），電子數字積分器與計算器）在美國賓夕法尼亞大學誕生。這是一種用電子管制作的計算機，目的是用來計算炮彈彈道。地面積約63平方米，重達30噸，耗電量150千瓦，造價48萬美元，每秒執行5000次加法或400次乘法。1.1.1單片機的發展歷程 1946年2月14日，世界上第一臺電腦ENIAC（Ele

20世紀70年代微處理器出現：小型、廉價，可以嵌入到控制對象中實現智能控制，產生了嵌入式計算機系統（即嵌入式系統）。

嵌入式系統（Embeddedsystem）：是一種軟、硬件一體化，為特定應用而設計的專用計算機系統，用以完成預先定義的特定任務。

（1）通用計算機系統：（面向數據處理）286→386→486→586(PENTIUM)→PENTIUMII→PENTIUMIII→…… （2）嵌入式計算機系統：（面向控智能制） 向單片化、增強控制能力的方向發展。

單片機時代到來。 由此計算機技術的兩大分支產生： 20世紀70年代微處理器出現：小型、廉價，可以嵌入到控制對單片機的兩種應用模式：1.1.2 單片機技術的多學科交叉特點 （2）計算機應用模式：以計算機專業人員為主，從計算機專業的角度介入嵌入式系統應用，使用嵌入式軟、硬件平臺，以通信、網絡為主要應用。特點：有明顯的計算機工程應用特點，但通常對電路系統特性、基本外圍電路設計方法、對具體應用對象專業知識了解不夠。 （1）電子系統設計模式：以電子應用工程師為主體，將單片機當作一個器件來使用，實現電子系統的智能化。特點：軟/硬件的底層性、隨意性，與應用對象的專業技術密切相關，缺少計算機工程設計方法。單片機的兩種應用模式：1.1.2 單片機技術的多學科交叉特點

微處理器：主要任務進行數據分析和處理，向高速運算、大規模、大容量存儲器方向發展。 1.1.3單片機的功能結構特征 單片機：著眼于嵌入式控制，向增強控制功能、提高可靠性、靈活方便的方向發展。 微處理器：主要任務進行數據分析和處理，向高速運算、大規1.單片機與微型計算機的基本功能組成部分圖1.1微機組成結構框圖 微型計算機的基本組成結構：

以總線的方式將CPU、存儲器、I/O接口有機地相連，通過I/O接口配置各種外部設備構成微機硬件系統。

三大總線：地址總線、控制總線、數據總線。1.單片機與微型計算機的基本功能組成部分圖1.1微機組

針對嵌入式應用的要求，單片機中加入了各種實時控制器件。

單片機：將CPU、ROM、RAM、I/O接口、實時控制器件集成到一個芯片上。單片機和輸入/輸出設備即可構成微型計算機。圖1.2單片機組成框圖集成在一個芯片上2.單片機與通用微機不同的功能結構特征針對嵌入式應用的要求，單片機中加入了各種實時控制器件。圖通用微機單片機核心部件CPU面向數據處理，計算速度高、計算精度高。支持浮點運算、采用流水線技術、并行處理、主頻高。面向控制，數據處理能力弱、精度相對低。大多不支持浮點運算、時鐘頻率低。存儲器系統存儲器容量大、結構復雜、數據存取速度高。ROM和RAM共用一個存儲空間存儲器結構較簡單，ROM、RAM采用兩個獨立的地址空間。總線及外設通過標準總線連接標準外設，力求即插即用。外設非標準，需要設計具體的接口電路。三大組成部分上的區別：通用微機單片機核心部件CPU面向數據處理，計算速度高、計算精

CPU：構成微型計算機的核心部件，由運算器、控制器及若干寄存器構成。

單板機：CPU、存儲器、I/O接口電路及簡單的輸入/輸出設備組裝在一塊印刷電路板上。

微型計算機：將CPU、存儲器、I/O接口電路通過總線連接成的一個整體。

微型計算機系統：微型計算機、外部設備、電源、系統軟件構成。幾個常用名詞的區別： CPU：構成微型計算機的核心部件，由運算器、控制器及小結：單片機與通用微機的區別（3）功能結構不同CPU存儲器系統總線及外設（1）應用對象不同（2）發展方向不同單芯片？實時控制器件三大組成部分方面小結：單片機與通用微機的區別CPU存儲器系統總線及外設（1）2、8位單片機：1976年Intel公司MCS-48系列 1980年Intel公司MCS-51系列等 目前應用：自動化裝置、智能儀器儀表、家用電器等1.2單片機的發展1.2.1單片機的發展概況1、4位單片機：1971年Intel公司的4004 目前應用：鼠標器、玩具、電池充電器、家用電器遙控器等3、16位單片機：1983年Intel公司MCS-96系列 TI公司MSP430系列（功耗低） 目前應用：工業控制、智能儀器儀表、 便攜式設備2、8位單片機：1976年Intel公司MCS-48系列1.5、64位單片機

英國Inmos公司的T800系列 目前主要應用：引擎控制、 智能機器人、語音/圖像通信等4、32位單片機

以ARM系列單片機為代表 目前主要應用：激光打印機、網絡服務器、汽車導航儀、智能手機、智能機器人等5、64位單片機4、32位單片機從體系結構上看,單片機自誕生以來,經歷了從SCM到MCU再到SOC的發展過程。以51系列單片機為例：（1）SCM：單片微型計算機，力求單片化，以方便嵌入式應用。 以Intel公司的MCS-51為代表。（2）MCU：微控制器，擴展各種控制功能，增強控制能力。 以Philips公司的80C51為代表。（3）SOC：片上系統，力求用單芯片實現應用系統設計。 以美國Cygnal公司的C8051F系列為代表。 ADC、DAC、電壓比較器、看門狗定時器、可編程計數器/定時器陣列、I2C、SPI、SMBus總線等等。1.2.2單片機技術的發展1.體系結構的變化從體系結構上看,單片機自誕生以來,經歷了從SCM到M（4）SOPC：片上可編程系統

用可編程邏輯技術把整個系統放到一塊硅片上,它不是簡單的SOC，而是可編程系統，具有極高的靈活性，可裁減、可擴充、可升級，具備軟硬件在系統可編程的功能。SOPC被稱為“半導體產業的未來”。以美國Altera公司的NiosII及Xilinx公司的MicroBlaze為代表。至少包含一個嵌入式處理器內核；豐富的IPCore資源可供選擇；足夠的片上可編程邏輯資源；處理器調試接口和FPGA編程接口；可能包含部分可編程模擬電路；單芯片、低功耗、微封裝。（4）SOPC：片上可編程系統 用可編程邏輯技術把整個系統放提高單片機的抗干擾能力、降低噪聲和時鐘頻率，同時提高運算速度是單片機技術發展的一個方向。（1）改善了單片機的內部時序。在不提高時鐘頻率的條件下,提高運算速度。（2）使用鎖相環技術或內部倍頻技術。使單片機內部總線速度大大高于時鐘產生器的頻率，從而既提高運算速度又降低噪聲。2.單片機速度越來越快提高單片機的抗干擾能力、降低噪聲和時鐘頻率，同時提高運算 單片機的應用日益廣泛，以電池供電的應用越來越多，而且由于產品體積的限制，很多是用鈕扣電池供電，要求系統功耗盡可能低，如手持式儀表、水表、燃氣表、玩具等。 （1）為降低功耗，幾乎所有的單片機都有Wait、Stop等省電運行方式。 （2）為降低功耗、同時提高運算速度，可進一步降低單片機供電電壓。3.低電壓與低功耗 單片機的應用日益廣泛，以電池供電的應用越來越多，而且由于產為提高單片機系統的抗電磁干擾能力,使產品能適應惡劣的工作環境,滿足電磁兼容性方面更高標準的要求,各單片機商家在單片機內部電路中采取了一些新的技術措施：（1）單片機片內增加了看門狗定時器。（2）單片機內部增加了抗EMI電路，進一步增強看門狗定時器的性能。4.低噪聲與高可靠性技術注：看門狗的作用是防止程序發生死循環。為提高單片機系統的抗電磁干擾能力,使產品能適應惡劣的工 （1）掩膜單片機 其內部程序在單片機廠家生產時候就固化了，無法再更改，程序存儲器采用ROM，生產周期長，適合成熟的產品。大批量下成本低。

（2）OTP(OneTimeProgramable)單片機 是一次性寫入的單片機，內部程序存儲器采用熔絲技術，編程過程是燒斷一些熔絲，這一過程不可逆。適合既要求一定靈活性，又要求低成本的應用場合，尤其是功能不斷翻新、需要迅速量產的電子產品。價格略高于掩膜單片機。5.OTP與掩膜 （1）掩膜單片機5.OTP與掩膜

MTP（multipletimeprogrammable）:多次可編程內部程序存儲器采用EEPROM或FlashROM，程序可以反復擦寫，靈活性很強，適合對價格不敏感的應用場合或做開發用途。價格稍高于OTP產品。

6.MTP向OTP挑戰 MTP（multipletimeprogrammabl在線編程目前有兩種不同方式:

(1)ISP(InSystemProgramming),即在系統編程。“在系統編程”，即不用脫離系統，使用下載線寫入程序。但程序升級需要到現場解決。 (2)IAP(InApplicationProgramming),即在應用編程。芯片本身(或通過外圍的芯片)可以通過一系列操作將程序寫入，可以遠程實現程序升級。7.在線編程技術在線編程目前有兩種不同方式:7.在線編程技術一些新型的SOC單片機都具有在線仿真功能,這些單片機都配置了JTAG接口。JTAG(JointTestActionGroup,聯合測試行動小組)是一種國際標準測試協議(IEEE1149.1兼容),主要用于芯片內部測試。8.在線仿真技術一些新型的SOC單片機都具有在線仿真功能,這些單片機都單片機增加I2C、SPI串行接口功能是為了方便系統與外圍設備連接。用戶可以通過I2C、SPI串行接口連接諸如傳感器等設備,完成檢測功能,同時把系統情況通過串口傳送給上位機管理系統,完成遠程設備的控制。大部分單片機廠家的后繼產品都提供了這樣的功能。9.增加I2C、SPI串行接口功能單片機增加I2C、SPI串行接口功能是為了方便系統與與通用微機相比較,單片機在結構、指令設置上均有其獨特之處,主要特點如下:1.3單片機的特點及應用1.3.1單片機的特點(1)單片機的存儲器ROM和RAM是嚴格區分的。ROM稱為程序存儲器,只存放程序、固定常數及數據表格。RAM則為數據存儲器,用作工作區及存放用戶數據。與通用微機相比較,單片機在結構、指令設置上均有其獨

(2)采用面向控制的指令系統。為滿足控制的需要,單片機有更強的邏輯控制能力,特別是單片機具有很強的位處理能力。 (3)單片機的I/O引腳通常是多功能的。由于單片機芯片上引腳數目有限,為了解決實際引腳數和需要的信號線的矛盾,采用了引腳功能復用的方法,引腳處于何種功能,可由指令來設置或由機器狀態來區分。 (2)采用面向控制的指令系統。為滿足控制的需要,單片

(4)單片機的外部擴展能力很強。在內部的各種功能部件不能滿足應用需求時,均可在外部進行擴展(如擴展ROM、RAM,I/O接口,定時器/計數器,中斷系統等),與許多通用的微機接口芯片兼容,給應用系統設計帶來極大的方便。(4)單片機的外部擴展能力很強。在內部的各種功能部件單片機的應用范圍十分廣泛,主要的應用領域有:1.3.2單片機的應用

(2)儀器儀表：如智能儀器、醫療器械、數字示波器等。

(1)工業控制：單片機可以構成各種工業控制系統、數據采集系統等,如數控機床、自動生產線控制、電機控制、溫度控制等。單片機的應用范圍十分廣泛,主要的應用領域有:1.3.2

(4)商用產品：如自動售貨機、電子收款機、電子稱等。

(3)計算機外部設備與智能接口：如圖形終端機、傳真機、復印機、打印機、繪圖儀、磁盤/磁帶機、智能終端機等。

(5)家用電器：如微波爐、電視機、空調、洗衣機、錄像機、音響設備等。(4)商用產品：如自動售貨機、電子收款機、電子稱等目前單片機產品有60多個系列,1000多種型號,流行體系結構有30多個系列,門類齊全,能滿足各種應用需求。1.4單片機的類型與常用單片機系列1.4.1單片機的類型 眾多的單片機可以從不同角度進行分類。按單片機數據總線的位數,可將單片機分為4位、8位、16位、32位。目前單片機產品有60多個系列,1000多種型號,流行單片機還可以從編程方式上分為OTPROM型、Flash型、ISP型、IAP型及JTAG接口型;從制造工藝技術上可分為普通MOS型、CMOS型、HMOS型、CHMOS型和HCMOS型;從功耗上可分為普通型和低功耗型;從性價比上可分為普通型和經濟型等。單片機還可以從編程方式上分為OTPROM型、Flash目前,在國內市場上流行的單片機不下十幾種,占據主導地位的仍是51內核及其兼容單片機。這些單片機和MCS51單片機的指令完全兼容,資料和開發設備比較齊全,價格也比較便宜。另外,從學習的角度來看,有了51單片機的基礎后,再學習其他單片機時則非常容易。1.4.2目前流行的51內核的8位單片機目前,在國內市場上流行的單片機不下十幾種,占據主導地

1.MCS51系列單片機MCS51系列單片機是Intel公司生產的功能比較強、價格比較低,較早應用的單片機,目前仍被廣泛應用。

2.ATMEL公司的89系列單片機美國ATMEL公司的89系列單片機是以8051核構成的,它和8051系列單片機是兼容的系列。1.MCS51系列單片機2.ATMEL公司的表1.1MCS51單片機主要產品及其性能表1.1MCS51單片機主要產品及其性能單片機第1章課件表1.2ATMEL公司的89系列單片機主要產品及其性能表1.2ATMEL公司的89系列單片機主要產品及其性能單片機第1章課件

3.SST公司的SST89系列單片機美國SST公司生產的SST89系列單片機以51為內核,與MCS-51系列單片機完全兼容。SST生產的與51內核兼容的單片機主要機型及其性能如表1.3所示。3.SST公司的SST89系列單片機表1.3SST89系列單片機主要機型及其性能表1.3SST89系列單片機主要機型及其性能4.PHILIPS公司的增強型80C51系列單片機PHILIPS公司的增強型8位80C51單片機系列提供了完整的產品類型,可滿足各個應用領域的需求。其產品類型包括通用型、Flash型、OTP型和低成本經濟型。其主要產品系列包括P80、P87、P89、LPC76、LPC900等系列,有50多種產品。4.PHILIPS公司的增強型80C51系列單片機在同一時鐘頻率下這類單片機的運行速度是8051的6倍,應用編程(IAP)和在線編程(ICP)允許用戶EPROM實現簡單的串行代碼編程,使得程序存儲器可用于非易失性數據的存儲,配有模擬比較器、WDT、復位電路等,芯片僅有8個引腳。PHILIPS公司的增強型80C51系列單片機的主要產品及其性能見表1.4。在同一時鐘頻率下這類單片機的運行速度是8051的6倍,表1.4PHILIPS公司80C51系列單片機主要機型及其性能表1.4PHILIPS公司80C51系列單片機主要機型及其單片機與接口技術任課教師：杜曉物理科學與電子技術學院單片機與接口技術任課教師：杜曉授課內容：8051單片機原理、接口技術、編程技術。授課時數：48時，其中實驗12課時（6個實驗）。前導課程：數字電路、模擬電路、C語言課程性質：考試科目。作業要求：每周五下午前交作業，及時、認真地完成，交作業時取回前次作業。成績評定：期末考試60%，實驗20%，平時20%課程簡介：授課內容：8051單片機原理、接口技術、編程技術。課程簡介：另外推薦的參考書：[1]胡漢才.單片機原理及其接口技術（第二版）.清華大學出版社，2004年5月 （硬件）[2]李朝青.單片機原理及接口技術（第三版）.北京航空航天大學出版社，2005年10月 （硬件）[3]馬忠梅.單片機的C語言應用程序設計（第四版）.北京航空航天大學出版社，2007年2月（軟件）另外推薦的參考書：[1]胡漢才.單片機原理及其接口技術（第二作業交至：辦公室（逸夫實驗樓401室）聯系電話問題需要討論的： 上班時間請到辦公室或單片機實驗室 將問題發至：duxiaodx@126.com 或在作業中夾紙條提問.聯系方式：作業交至：辦公室（逸夫實驗樓401室）聯系方式： 在學習單片機的過程中，注意以下幾個方面的問題：1、從應用的角度掌握單片機的編程模型，熟練掌握單片機中各種特殊功能寄存器的使用、重要控制部件的操作方法。2、熟悉單片機的匯編語言，能夠編制較小的匯編語言程序。3、重點學習C51語言，會用C51編寫單片機程序。4、熟悉KeilC51集成開發環境，熟悉程序編譯、調試等過程。5、注意學習各種常用接口器件的使用，會編寫相應的驅動程序。 比如：ADC、DAC、溫度傳感器、鍵盤/顯示器接口電路、可編程并行I/O擴展器件等等。6、加強模擬電路和數字電路的學習。7、多動手、多實踐、認真做好實驗，有條件的可以自己購買單片機開發板。8、推薦大家學習單片機系統仿真軟件Proteus，用它來練習單片機系統設計。對單片機學習的幾點建議： 在學習單片機的過程中，注意以下幾個方面的問題：對單片機學習第1章概述1.1單片機的基本概念1.2單片機的發展1.3單片機的特點及應用1.4單片機的類型與常用單片機系列第1章概述1.1單片機的基本概念本章重點：

1、單片機的特點及其與通用微機的區別。

2、MCS-51系列單片機的特點。本章重點：

1、單片機的特點及其與通用微機的區別。

何謂單片機？

單片機：全稱為單片微型計算機，由于主要應用于控制領域，因此又稱“微控制器”（MCU）。是將計算機的基本部件微型化并集成在一塊芯片上 的微型計算機。1.1單片機的基本概念何謂單片機？1.1單片機的基本概念 1946年2月14日，世界上第一臺電腦ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator），電子數字積分器與計算器）在美國賓夕法尼亞大學誕生。這是一種用電子管制作的計算機，目的是用來計算炮彈彈道。地面積約63平方米，重達30噸，耗電量150千瓦，造價48萬美元，每秒執行5000次加法或400次乘法。1.1.1單片機的發展歷程 1946年2月14日，世界上第一臺電腦ENIAC（Ele

20世紀70年代微處理器出現：小型、廉價，可以嵌入到控制對象中實現智能控制，產生了嵌入式計算機系統（即嵌入式系統）。

嵌入式系統（Embeddedsystem）：是一種軟、硬件一體化，為特定應用而設計的專用計算機系統，用以完成預先定義的特定任務。

（1）通用計算機系統：（面向數據處理）286→386→486→586(PENTIUM)→PENTIUMII→PENTIUMIII→…… （2）嵌入式計算機系統：（面向控智能制） 向單片化、增強控制能力的方向發展。

單片機時代到來。 由此計算機技術的兩大分支產生： 20世紀70年代微處理器出現：小型、廉價，可以嵌入到控制對單片機的兩種應用模式：1.1.2 單片機技術的多學科交叉特點 （2）計算機應用模式：以計算機專業人員為主，從計算機專業的角度介入嵌入式系統應用，使用嵌入式軟、硬件平臺，以通信、網絡為主要應用。特點：有明顯的計算機工程應用特點，但通常對電路系統特性、基本外圍電路設計方法、對具體應用對象專業知識了解不夠。 （1）電子系統設計模式：以電子應用工程師為主體，將單片機當作一個器件來使用，實現電子系統的智能化。特點：軟/硬件的底層性、隨意性，與應用對象的專業技術密切相關，缺少計算機工程設計方法。單片機的兩種應用模式：1.1.2 單片機技術的多學科交叉特點

微處理器：主要任務進行數據分析和處理，向高速運算、大規模、大容量存儲器方向發展。 1.1.3單片機的功能結構特征 單片機：著眼于嵌入式控制，向增強控制功能、提高可靠性、靈活方便的方向發展。 微處理器：主要任務進行數據分析和處理，向高速運算、大規1.單片機與微型計算機的基本功能組成部分圖1.1微機組成結構框圖 微型計算機的基本組成結構：

以總線的方式將CPU、存儲器、I/O接口有機地相連，通過I/O接口配置各種外部設備構成微機硬件系統。

三大總線：地址總線、控制總線、數據總線。1.單片機與微型計算機的基本功能組成部分圖1.1微機組

針對嵌入式應用的要求，單片機中加入了各種實時控制器件。

單片機：將CPU、ROM、RAM、I/O接口、實時控制器件集成到一個芯片上。單片機和輸入/輸出設備即可構成微型計算機。圖1.2單片機組成框圖集成在一個芯片上2.單片機與通用微機不同的功能結構特征針對嵌入式應用的要求，單片機中加入了各種實時控制器件。圖通用微機單片機核心部件CPU面向數據處理，計算速度高、計算精度高。支持浮點運算、采用流水線技術、并行處理、主頻高。面向控制，數據處理能力弱、精度相對低。大多不支持浮點運算、時鐘頻率低。存儲器系統存儲器容量大、結構復雜、數據存取速度高。ROM和RAM共用一個存儲空間存儲器結構較簡單，ROM、RAM采用兩個獨立的地址空間。總線及外設通過標準總線連接標準外設，力求即插即用。外設非標準，需要設計具體的接口電路。三大組成部分上的區別：通用微機單片機核心部件CPU面向數據處理，計算速度高、計算精

CPU：構成微型計算機的核心部件，由運算器、控制器及若干寄存器構成。

單板機：CPU、存儲器、I/O接口電路及簡單的輸入/輸出設備組裝在一塊印刷電路板上。

微型計算機：將CPU、存儲器、I/O接口電路通過總線連接成的一個整體。

微型計算機系統：微型計算機、外部設備、電源、系統軟件構成。幾個常用名詞的區別： CPU：構成微型計算機的核心部件，由運算器、控制器及小結：單片機與通用微機的區別（3）功能結構不同CPU存儲器系統總線及外設（1）應用對象不同（2）發展方向不同單芯片？實時控制器件三大組成部分方面小結：單片機與通用微機的區別CPU存儲器系統總線及外設（1）2、8位單片機：1976年Intel公司MCS-48系列 1980年Intel公司MCS-51系列等 目前應用：自動化裝置、智能儀器儀表、家用電器等1.2單片機的發展1.2.1單片機的發展概況1、4位單片機：1971年Intel公司的4004 目前應用：鼠標器、玩具、電池充電器、家用電器遙控器等3、16位單片機：1983年Intel公司MCS-96系列 TI公司MSP430系列（功耗低） 目前應用：工業控制、智能儀器儀表、 便攜式設備2、8位單片機：1976年Intel公司MCS-48系列1.5、64位單片機

英國Inmos公司的T800系列 目前主要應用：引擎控制、 智能機器人、語音/圖像通信等4、32位單片機

以ARM系列單片機為代表 目前主要應用：激光打印機、網絡服務器、汽車導航儀、智能手機、智能機器人等5、64位單片機4、32位單片機從體系結構上看,單片機自誕生以來,經歷了從SCM到MCU再到SOC的發展過程。以51系列單片機為例：（1）SCM：單片微型計算機，力求單片化，以方便嵌入式應用。 以Intel公司的MCS-51為代表。（2）MCU：微控制器，擴展各種控制功能，增強控制能力。 以Philips公司的80C51為代表。（3）SOC：片上系統，力求用單芯片實現應用系統設計。 以美國Cygnal公司的C8051F系列為代表。 ADC、DAC、電壓比較器、看門狗定時器、可編程計數器/定時器陣列、I2C、SPI、SMBus總線等等。1.2.2單片機技術的發展1.體系結構的變化從體系結構上看,單片機自誕生以來,經歷了從SCM到M（4）SOPC：片上可編程系統

用可編程邏輯技術把整個系統放到一塊硅片上,它不是簡單的SOC，而是可編程系統，具有極高的靈活性，可裁減、可擴充、可升級，具備軟硬件在系統可編程的功能。SOPC被稱為“半導體產業的未來”。以美國Altera公司的NiosII及Xilinx公司的MicroBlaze為代表。至少包含一個嵌入式處理器內核；豐富的IPCore資源可供選擇；足夠的片上可編程邏輯資源；處理器調試接口和FPGA編程接口；可能包含部分可編程模擬電路；單芯片、低功耗、微封裝。（4）SOPC：片上可編程系統 用可編程邏輯技術把整個系統放提高單片機的抗干擾能力、降低噪聲和時鐘頻率，同時提高運算速度是單片機技術發展的一個方向。（1）改善了單片機的內部時序。在不提高時鐘頻率的條件下,提高運算速度。（2）使用鎖相環技術或內部倍頻技術。使單片機內部總線速度大大高于時鐘產生器的頻率，從而既提高運算速度又降低噪聲。2.單片機速度越來越快提高單片機的抗干擾能力、降低噪聲和時鐘頻率，同時提高運算 單片機的應用日益廣泛，以電池供電的應用越來越多，而且由于產品體積的限制，很多是用鈕扣電池供電，要求系統功耗盡可能低，如手持式儀表、水表、燃氣表、玩具等。 （1）為降低功耗，幾乎所有的單片機都有Wait、Stop等省電運行方式。 （2）為降低功耗、同時提高運算速度，可進一步降低單片機供電電壓。3.低電壓與低功耗 單片機的應用日益廣泛，以電池供電的應用越來越多，而且由于產為提高單片機系統的抗電磁干擾能力,使產品能適應惡劣的工作環境,滿足電磁兼容性方面更高標準的要求,各單片機商家在單片機內部電路中采取了一些新的技術措施：（1）單片機片內增加了看門狗定時器。（2）單片機內部增加了抗EMI電路，進一步增強看門狗定時器的性能。4.低噪聲與高可靠性技術注：看門狗的作用是防止程序發生死循環。為提高單片機系統的抗電磁干擾能力,使產品能適應惡劣的工 （1）掩膜單片機 其內部程序在單片機廠家生產時候就固化了，無法再更改，程序存儲器采用ROM，生產周期長，適合成熟的產品。大批量下成本低。

（2）OTP(OneTimeProgramable)單片機 是一次性寫入的單片機，內部程序存儲器采用熔絲技術，編程過程是燒斷一些熔絲，這一過程不可逆。適合既要求一定靈活性，又要求低成本的應用場合，尤其是功能不斷翻新、需要迅速量產的電子產品。價格略高于掩膜單片機。5.OTP與掩膜 （1）掩膜單片機5.OTP與掩膜

MTP（multipletimeprogrammable）:多次可編程內部程序存儲器采用EEPROM或FlashROM，程序可以反復擦寫，靈活性很強，適合對價格不敏感的應用場合或做開發用途。價格稍高于OTP產品。

6.MTP向OTP挑戰 MTP（multipletimeprogrammabl在線編程目前有兩種不同方式:

(1)ISP(InSystemProgramming),即在系統編程。“在系統編程”，即不用脫離系統，使用下載線寫入程序。但程序升級需要到現場解決。 (2)IAP(InApplicationProgramming),即在應用編程。芯片本身(或通過外圍的芯片)可以通過一系列操作將程序寫入，可以遠程實現程序升級。7.在線編程技術在線編程目前有兩種不同方式:7.在線編程技術一些新型的SOC單片機都具有在線仿真功能,這些單片機都配置了JTAG接口。JTAG(JointTestActionGroup,聯合測試行動小組)是一種國際標準測試協議(IEEE1149.1兼容),主要用于芯片內部測試。8.在線仿真技術一些新型的SOC單片機都具有在線仿真功能,這些單片機都單片機增加I2C、SPI串行接口功能是為了方便系統與外圍設備連接。用戶可以通過I2C、SPI串行接口連接諸如傳感器等設備,完成檢測功能,同時把系統情況通過串口傳送給上位機管理系統,完成遠程設備的控制。大部分單片機廠家的后繼產品都提供了這樣的功能。9.增加I2C、SPI串行接口功能單片機增加I2C、SPI串行接口功能是為了方便系統與與通用微機相比較,單片機在結構、指令設置上均有其獨特之處,主要特點如下:1.3單片機的特點及應用1.3.1單片機的特點(1)單片機的存儲器ROM和RAM是嚴格區分的。ROM稱為程序存儲器,只存放程序、固定常數及數據表格。RAM則為數據存儲器,用作工作區及存放用戶數據。與通用微機相比較,單片機在結構、指令設置上均有其獨

(2)采用面向控制的指令系統。為滿足控制的需要,單片機有更強的邏輯控制能力,特別是單片機具有很強的位處理能力。 (3)單片機的I/O引腳通常是多功能的。由于單片機芯片上引腳數目有限,為了解決實際引腳數和需要的信號線的矛盾,采用了引腳功能復用的方法,引腳處于何種功能,可由指令來設置或由機器狀態來區分。 (2)采用面向控制的指令系統。為滿足控制的需要,單片

(4)單片機的外部擴展能力很強。在內部的各種功能部件不能滿足應用需求時,均可在外部進行擴展(如擴展ROM、RAM,I/O接口,定時器/計數器,中斷系統等),與許多通用的微機接口芯片兼容,給應用系統設計帶來極大的方便。(4)單片機的外部擴展能力很強。在內部的各種功能部件單片機的應用范圍十分廣泛,主要的應用領域有:1.3.2單片機的應用

(2)儀器儀表：如智能儀器、醫療器械、數字示波器等。

(1)工業控制：單片機可以構成各種工業控制系統、數據采集系統等,如數控機床、自動生產線控制、電機控制、溫度控制等。單片機的應用范圍十分廣泛,主要的應用領域有:1.3.2

(4)商用產品：如自動售貨機、電子收款機、電子稱等。

(3)計算機外部