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第一部分 概 述

第一部分 概 述. 1.1 计算机的发展与分类. 电子计算机的问世及其经典结构. 1946年2月15日，第一台电子数字计算机问世，这标志着计算机时代的到来。. 电子管计算机，时钟频率仅有100 KHz，但能在1秒钟的时间内完成5000次加法运算。. 与现代的计算机相比，有许多不足，但它的问世开创了计算机科学技术的新纪元，对人类的生产和生活方式产生了巨大的影响 。.

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第一部分 概 述

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  1. 第一部分 概 述

  2. 1.1 计算机的发展与分类 • 电子计算机的问世及其经典结构 1946年2月15日，第一台电子数字计算机问世，这标志着计算机时代的到来。

  3. 电子管计算机，时钟频率仅有100 KHz，但能在1秒钟的时间内完成5000次加法运算。 • 与现代的计算机相比，有许多不足，但它的问世开创了计算机科学技术的新纪元，对人类的生产和生活方式产生了巨大的影响 。

  4. 匈牙利籍数学家冯·诺依曼在方案的设计上做出了重要的贡献。1946年6月，他又提出了“程序存储”和“二进制运算”的思想，进一步构建了计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成这一计算机的经典结构。匈牙利籍数学家冯·诺依曼在方案的设计上做出了重要的贡献。1946年6月，他又提出了“程序存储”和“二进制运算”的思想，进一步构建了计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成这一计算机的经典结构。

  5. ﹡电子管计算机； ﹡晶体管计算机； ﹡集成电路计算机； ﹡大规模集成电路计算机； ﹡超大规模集成电路计算机。 计算机的结构仍然没有突破冯·诺依曼提出的计算机的经典结构框架。 发展方向：大型、巨型化；小型化、微型化。

  6. 1.2计算机的应用概况 • 科学计算 • 数据处理 • 自动控制 • 辅助设计和制造 • 系统仿真 • 智能模拟 • 计算机网络

  7. 1.3 单片机概况及应用 1.3.1单片机概述 ◆单片机 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机。 三种应用形态的比较 ： 单板机 系统机（多板机） 单片机

  8. ◆单片机的发展过程 单片机技术发展过程可分为三个主要阶段： • 单芯片微机形成阶段 1976年，Intel公司推出了MCS-48系列单片机 。8位CPU、1K字节ROM、64字节RAM、27根I/O线和1个8位定时/计数器。 特点是：存储器容量较小，寻址范围小（不大于4K），无串行接口，指令系统功能不强。

  9. 性能完善提高阶段 1980年，Intel公司推出了MCS-51系列单片机：8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K，并有控制功能较强的布尔处理器。 特点是：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出。现在，MCS-51已成为公认的单片机经典机种 。

  10. 微控制器化阶段 1982年，Intel推出MCS-96系列单片机。 芯片内集成：16位CPU、8K字节ROM、232字节RAM、5个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K。片上还有8路10位ADC、1路PWM输出及高速I/O部件等。 特点是：片内面向测控系统外围电路增强，使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。 “微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。

  11. 1.3.2 单片机特点 ◆控制性能和可靠性高 实时控制功能特别强。其CPU可以对I/O端口直接进行操作，位操作能力更是其它计算机无法比拟的。 单片机的可靠性非常高。由于CPU、存储器及I/O接口集成在同一芯片内，各部件间的连接紧凑，数据在传送时受干扰的影响较小，且不易受环境条件的影响。 近期推出的单片机产品，内部集成有高速I/O口、ADC、PWM、WDT等部件，并在低电压、低功耗、串行扩展总线、控制网络总线和开发方式等方面都有了进一步的增强。

  12. ◆体积小、价格低、易于产品化 单片机芯片即是一台完整的微型计算机，对于批量大的专用场合，一方面可以在众多的单片机品种间进行匹配选择；同时还可以专门进行芯片设计，使芯片的功能与应用具有良好的对应关系；在单片机产品的引脚封装方面，有的单片机引脚已减少到8个或更少。 从而使应用系统的印制板减小、接插件减少、安装简单方便。 ◆可以很方便实现多机和分布式控制

  13. ◆智能仪器仪表 1.3.3单片机应用范围 ◆家用电器 ◆机电一体化产品 ◆分布式系统的前端模块

  14. 1.4 单片机组成结构及指令执行过程 ◆MCS-51单片机的系统结构

  15. 微处理器用于完成各种运算和控制操作，由运算器和控制器及相关寄存器组成。微处理器用于完成各种运算和控制操作，由运算器和控制器及相关寄存器组成。 （1）运算器 运算器电路包括ALU（算术逻辑单元）、ACC（累加器）、B寄存器、状态寄存器、暂存器1和暂存器2等部件，运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。 （2）控制器 控制器电路包括程序计数器PC、PC加1寄存器、指令寄存器、指令译码器、数据指针DPTR、堆栈指针SP、缓冲器以及定时与控制电路等。控制电路完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。

  16. （4）程序执行过程 计算机工作时，首先要把程序和数据输入到存储器中，然后逐条取出执行。其执行过程常分两个阶段: 第一阶段 取指令，译码； 第二阶段 取操作数，执行。

  17. 1.5 典型单片机产品简介 1.5.1 MCS-51单片机系列 MCS-51可分为两个子系列和4种类型，按资源的配置数量，MCS-51系列分为51和52两个子系列，其中51子系列是基本型，而52子系列属于增强型。

  18. 表1 MCS-51系列单片机分类

  19. 80C51与8051的比较 • （1）MCS-51系列芯片采用HMOS工艺，而80C51芯片则采用CHMOS工艺。CHMOS工艺是COMS和HMOS的结合， • （2）80C51芯片具有COMS低功耗的特点。例如8051芯片的功耗为630mW,而80C51的功耗只有120mW。 • （3）80C51在功能增加了待机和掉电保护两种工作方式，以保证单片机在掉电情况下能以最低的消耗电流维持。 • （4）此外，在80C51系列芯片中，内部程序存储器除了ROM型和EPROM型外，还有E2PROM型，例如89C51就有4KB E2PROM。并且随着集成技术的提高，80C51系列片内程序存储器的容量也越来越大，目前已有64KB的芯片了。另外，许多80C51芯片还具有程序存储器保密机制，以防止应用程序泄密或被复制。

  20. 1.6.2 MCS-96系列单片机 MCS-96系列单片机是Intel公司在1983年推出的16位单片机。它与8位机相比，具有集成度高、运算速度快等特点。它的内部除了有常规的I/O接口、定时器／计数器、全双工串行口外，还有高速I/O部件、多路A／D转换和脉宽调制输出（PWM）等电路，其指令系统比MCS-51更加丰富。 1.6.3 ATMEL公司单片机 ATMEL公司于1992年推出了全球第一个3V超低压F1ash存储器，并于1994年以E2PROM技术与Intel公司的80C31内核进行技术交换，从此拥有了80C31内核的使用权，并将ATMEL特有的Flash技术与80C31内核结合在一起，生产出AT89C51系列单片机。

  21. 1.7 单片机的应用模式 1.7.1 单片机应用系统的结构 通常分为以下三个层次： (1)单片机 通常指应用系统主处理机，即所选择的单片机器件。

  22. (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。时钟电路、复位电路和扩展存储器等与单片机共同构成了单片机系统。(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。时钟电路、复位电路和扩展存储器等与单片机共同构成了单片机系统。

  23. (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)和串行通信口(RS232)以及应用程序等。

  24. 单片机应用系统三个层次的关系如图所示

  25. 1.7.2单片机应用系统的开发过程 通常开发一个单片机系统可按以下6个步骤进行： • 明确系统设计任务，完成单片机及其外围电路的选型工作。 • 设计系统原理图和PCB板，经仔细检查PCB板后送工厂制作。 • 完成器件的安装焊接。 • 根据硬件设计和系统要求编写应用程序。 • 在线调试软、硬件。 • 使用编程器烧写单片机应用程序，独立运行单片机系统。

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