－－以MCS-51單片機(jī)為例講解通信工程學(xué)院自動化系主講人：張志成課程安排2023/9/11Page

2吉林大學(xué)通信工程學(xué)院

第一章

第二章

第三章

第四章

第五章

第六章

第七章MCS-51單片機(jī)概述MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)MCS-51單片機(jī)的定時器/計數(shù)器

MCS-51單片機(jī)的串行通信

Proteus虛擬仿真技術(shù)MCS-51單片機(jī)的外圍器件及擴(kuò)展第一章 單片機(jī)概述2023/9/11Page

3吉林大學(xué)通信工程學(xué)院

1、基本概念單片機(jī)是一種采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把CPU、RAM、ROM、I/O口等電路集成到一塊硅片上而構(gòu)成的一個小而完善的計算機(jī)系統(tǒng)。按用途可分為兩類通用型：把可開發(fā)的內(nèi)部資源全部提供給用戶。用戶根據(jù)需要，設(shè)計一個以通用單片機(jī)芯片為核心的測控系統(tǒng)。專用型：專門針對某些產(chǎn)品的特定用途而制作的單片機(jī)

。2、單片機(jī)的發(fā)展過程2023/9/11Page

4吉林大學(xué)通信工程學(xué)院

第一階段（1974年～1976年）：單片機(jī)初級階段。以Fairchild公司的F8單片機(jī)為代表。雙片的形式而且功能比較簡單。

第二階段（1976年～1978年）：低性能單片機(jī)階段。以Intel公司制造的MCS-48單片機(jī)為代表。存儲器容量小，無串行口等功能。

第三階段(1978年～1982年)：高性能單片機(jī)階段。

Intel公司的MCS-51系列、Motorola公司的6801系列等。

第四階段(1982年～現(xiàn)在)：8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及

16位單片機(jī)、32位單片機(jī)推出階段。2、單片機(jī)的發(fā)展過程2023/9/11Page

5吉林大學(xué)通信工程學(xué)院

從嵌入式系統(tǒng)的角度可分為三個階段：

SCM（Single-Chip

Microcomputer)階段，即單片微型計算機(jī)階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)、嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。

MCU（Micro

ControllerUnit）階段，即微控制器階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用和設(shè)計系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。

SOC（System

On

Chip）階段，主要尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決。3、單片機(jī)的發(fā)展趨勢2023/9/11Page

6吉林大學(xué)通信工程學(xué)院全盤CMOS化，低功耗高集成度CPU的改進(jìn)增大存儲容量提高接口驅(qū)動能力以串行方式為主的外圍擴(kuò)展外圍電路內(nèi)裝化可靠性及應(yīng)用水平越來越高（9）8位機(jī)的主流地位4、單片機(jī)的應(yīng)用2023/9/11Page

7吉林大學(xué)通信工程學(xué)院工業(yè)自動化：過程控制、測控技術(shù)、 數(shù)據(jù)采集、電器控制、工業(yè)機(jī)器人等；智能儀器儀表：智能儀表、醫(yī)療器械、各種智能測試儀器；消費(fèi)類電子產(chǎn)品：電子玩具、電子游戲機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱、手機(jī)以及汽車電子等；信息和通信產(chǎn)品：調(diào)制解調(diào)器、程控交換技術(shù)以及各種通信設(shè)備；武器裝備：導(dǎo)彈控制、魚雷制導(dǎo)控制、 智能武器裝置、航天飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)；終端及外部設(shè)備控制：打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、繪圖儀、硬盤驅(qū)動器；多機(jī)分布式系統(tǒng)：用多片單片機(jī)構(gòu)成分布式測控系統(tǒng)，使單片機(jī)的應(yīng)用進(jìn)入了一個新的水平。5、MCS-51單片機(jī)的發(fā)展過程2023/9/11Page

8吉林大學(xué)通信工程學(xué)院1971年，Intel推出了世界上第一個微處理器4004。隨后又推出了8位的8008；1974年，8008發(fā)展成8080，成為第二代微處理器；（1972，比爾蓋茨，保羅.艾倫，Basic語言）1976年，Intel推出了MCS-48系列微控制器，現(xiàn)代單片機(jī)雛形。典型應(yīng)用：鍵盤1980年，Intel推出了MCS-51系列微控制器，掀開了單片機(jī)熱潮的大幕；20世紀(jì)80年代中期以后，Intel以專利轉(zhuǎn)讓的形式把8051內(nèi)核給了許多半導(dǎo)體廠家，如ATMEL,

PHILIPS,

AD,

DALLAS等。這些廠家生產(chǎn)的芯片是MCS-51指令系統(tǒng)兼容的單片機(jī)。常用80C51系列來稱呼所有具有MCS-51指令系統(tǒng)的單片機(jī)。MCS只是Intel公司專用的。Intel英明決策成就80C51家族的態(tài)度就是學(xué)習(xí)51。Page

92023/10/21吉林大學(xué)通信工程學(xué)院Intel靠出售專利賺了個盆滿缽滿，同時輕裝上陣，將主要精力集中于高端CPU的開發(fā)，終于成就了業(yè)界的老大。通過與微軟組成Wintel聯(lián)盟，意圖并成功地取代了IBM公司在個人計算機(jī)市場上的主導(dǎo)地位，壟斷桌面端長達(dá)20多年。雙方通過共同轄制下游PC生產(chǎn)商而不斷攫取巨額暴利。2008年《電子產(chǎn)品世界》對嵌入式處理器使用問題的276名工程師問卷調(diào)查：8051內(nèi)核的單片機(jī)用的最多，然后依次是ARM,飛思卡爾，PIC、AVR等。高校本科教學(xué)以

80C51單片機(jī)為主。MCS-51一出現(xiàn)，其優(yōu)秀的性能讓人耳目一新！在那個沒有網(wǎng)絡(luò)的時代，資料的來源主要有：雜志、書籍、師傅傳授和公司培訓(xùn)。如果周圍的技術(shù)人員（包括師傅）是學(xué)習(xí)51的，雜志上大量介紹51的文章，作為一個初學(xué)者，最明智ATMEL公司的重大貢獻(xiàn)1995年左右，ATMEL推出了AT89C51/52單片機(jī)，帶4K/8K字節(jié)閃爍可編程可擦除存儲器的低電壓、高性能CMOS的8位微處理器，其FLASH可以擦寫1000次。給單片機(jī)的應(yīng)用帶來了一場革命；AT89C51在2003年就已經(jīng)停產(chǎn)了，代替產(chǎn)品為89S51/89S52。支持在線編程。編程器幾乎退出了市場。2023/10/21Page

10吉林大學(xué)通信工程學(xué)院8位機(jī)淘汰16位機(jī)事件2023/10/21Page

11吉林大學(xué)通信工程學(xué)院PC機(jī)：喜新厭舊；單片機(jī)：喜新而不厭舊。適合的就是最好的，嵌入式系統(tǒng)的必然要求。由于Intel的專利轉(zhuǎn)讓政策：80C51單片機(jī)內(nèi)核不斷創(chuàng)新，外設(shè)不斷增強(qiáng)，配套芯片逐漸完善，用戶群不斷擴(kuò)大，成本不斷降低。Intel曾躊躇滿志地推出過MCS-96系列16位微控制器，發(fā)現(xiàn)市場反應(yīng)不是很熱烈。Intel觀察與反思，于1988年推出

8098單片機(jī)，準(zhǔn)16位機(jī)，內(nèi)核16位，總線8位，封裝DIP40，市場反應(yīng)良好。8098單片機(jī)于1996年停產(chǎn)。停產(chǎn)的原因很多：功耗、銷量、新產(chǎn)品的推出（80C196）、公司策略，很重要的一個原因是

51的大行其道！MCS-51單片機(jī)的新發(fā)展2023/10/21Page

12吉林大學(xué)通信工程學(xué)院

C8051F系列單片機(jī)美國Silicon

Labs公司生產(chǎn)的C8051F系列單片機(jī)，與MCS-51內(nèi)核及指令集完全兼容，是目前功能最全、速度最快的8051衍生單片機(jī)。C8051F系列單片機(jī)是以Silicon

Labs專利的CIP-51為內(nèi)核的混合信號片上系統(tǒng)（SoC），廢除了原MCS-51單片機(jī)的機(jī)器周期概念，指令以系統(tǒng)時鐘周期為運(yùn)行單位，大大提高了運(yùn)行速度。此外，C8051F系列單片機(jī)引入了數(shù)字交叉開關(guān)，改變以往內(nèi)部功能與外部引腳的固定對應(yīng)關(guān)系。功能齊全，性能優(yōu)異，是真正的混合信號片上系統(tǒng)。它必將成為很多基于標(biāo)準(zhǔn)8051器件的單片機(jī)系統(tǒng)更新?lián)Q代的首選器件。它的整體性能超過很多16位單片機(jī)，由于其速度上的優(yōu)勢，甚至可以在一些低端應(yīng)用中取代低速的16位DSP器件。MCS-51單片機(jī)的新發(fā)展2023/10/21Page

13吉林大學(xué)通信工程學(xué)院

STC系列：為中國本土企業(yè)宏晶科技所出品?，F(xiàn)已成長為全球最大的8051單片機(jī)設(shè)計公司。其創(chuàng)始人CEO姚永平:如果每個中國人都力爭在某個方向代表中國做到世界第一,我們中國就強(qiáng)大了。1T/超強(qiáng)抗干擾/超級加密。公司愿景：

2015成為全球最大8位MCU供應(yīng)商，2020成為全球最大32位MCU供應(yīng)商。常見的非MCS-51內(nèi)核單片機(jī)2023/10/21Page

14吉林大學(xué)通信工程學(xué)院

AVR——1997年,由ATMEL公司挪威設(shè)計中心的A先生與V先生利用ATMEL公司的Flash新技術(shù), 共同研發(fā)出RISC精簡指令集的高速8位單片機(jī)，簡稱AVR。AVR系列單片機(jī)片內(nèi)資源更為豐富，接口也更為強(qiáng)大，在很多場合可以替代51系列單片機(jī)。其具有以下特點：a.高速、高可靠性、功能強(qiáng)、低功耗和低價位

b.采用片內(nèi)Flash存儲器c.支持程序的在系統(tǒng)編程d.I/O口功能強(qiáng)、驅(qū)動能力大、外設(shè)豐富

e.程序保密性好常見的非MCS-51內(nèi)核單片機(jī)2023/10/21Page

15吉林大學(xué)通信工程學(xué)院

PIC單片機(jī)由美國Microchip公司推出的PIC系列單片機(jī)產(chǎn)品，是較早采用RISC結(jié)構(gòu)的嵌入式微控制器，僅33條指令。其特點是高速度、低電壓、低功耗、大電流LCD驅(qū)動能力和低價位OTP技術(shù)，自帶看門狗定時器，可以用來提高程序運(yùn)行的可靠性，具有睡眠和低功耗模式，強(qiáng)調(diào)節(jié)約成本的最優(yōu)化設(shè)計，同時重視產(chǎn)品的性能與價格比，靠發(fā)展多種型號來滿足不同層次的應(yīng)用要求。6、單片機(jī)的選型2023/10/21Page

16吉林大學(xué)通信工程學(xué)院指令結(jié)構(gòu)①復(fù)雜指令集（Complex

Instruction

SetComputing，CISC）②精簡指令集（Reduced

Instruction

SetComputing，RISC）程序存儲方式ROMless，Mask

ROM，OTPROM，EPROM，F(xiàn)lash

ROM工作做環(huán)境民用：0

—

+70°C汽車：-40

—

+105°C工業(yè)：-40

—

+85°C軍品：-55

—

+125°C6、單片機(jī)的選型2023/10/21Page

17吉林大學(xué)通信工程學(xué)院（4）封裝形式所謂封裝，是指安裝集成電路用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護(hù)芯片和增強(qiáng)電熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁，芯片上的接點用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過基板上的導(dǎo)線與其他元器件進(jìn)行連接。按照封裝材料，集成電路的封裝可以分為金屬封裝、塑料封裝、陶瓷封裝等。其中塑料封裝的集成電路最常用。常見封裝形式

直插式封裝2023/10/21Page

18吉林大學(xué)通信工程學(xué)院常見封裝形式

貼片式封裝2023/10/21Page

19吉林大學(xué)通信工程學(xué)院常見封裝形式

BGA封裝（Ball

Grid

Array

Package）2023/10/21Page

20吉林大學(xué)通信工程學(xué)院7、國際知名的半導(dǎo)體器件廠商

德州儀器（Texas

Instruments），簡稱TI，是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，為現(xiàn)實世界的信號處理提供創(chuàng)新的數(shù)字信號處理(DSP)及模擬器件技術(shù)。是全球領(lǐng)先的數(shù)字信號處理與模擬技術(shù)半導(dǎo)體供應(yīng)商，亦是推動因特網(wǎng)時代不斷發(fā)展的半導(dǎo)體引擎。

意法半導(dǎo)體（ST）集團(tuán)于1987年6月成立，是由意大利的SGS微電子公司和法國Thomson半導(dǎo)體公司合并而成。是世界第一大專用模擬芯片和電源轉(zhuǎn)換芯片制造商。2023/10/21Page

21吉林大學(xué)通信工程學(xué)院7、國際知名的半導(dǎo)體器件廠商

安森美半導(dǎo)體(ON

Semiconductor），公司廣泛的產(chǎn)品系列包括電源、模擬、數(shù)字信號處理器、混合信號、先進(jìn)邏輯、時鐘管理和標(biāo)準(zhǔn)元器件。

美國國家半導(dǎo)體公司（NS）總部位于加利福尼亞州的圣克拉(SantaClara)，是一家為全世界提供半導(dǎo)體器件和芯片的全球性公司，持續(xù)致力于開發(fā)高增值能力的模擬芯片及子系統(tǒng)。2023/10/21Page

22吉林大學(xué)通信工程學(xué)院7、國際知名的半導(dǎo)體器件廠商

模擬設(shè)備公司（ADI）定義的創(chuàng)新和卓越表現(xiàn)在信號處理中。

ADI的模擬，混合信號和數(shù)字信號處理（DSP）集成電路（IC）方面起著根本作用，在轉(zhuǎn)換，空調(diào)，和處理現(xiàn)實世界的現(xiàn)象，如聲，光，溫度，議案，壓力為電信號，以可以用在各種各樣的電子設(shè)備。

凌力爾特公司（Linear

Technology

Corporation）創(chuàng)建于1981 年，是一家高性能線性集成電路制造商。其產(chǎn)品包括高性能放大器、比較器、電壓基準(zhǔn)、單片濾波器、線性穩(wěn)壓器、DC/DC 變換器、電池充電器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、通信接口電路、射頻信號修整電路及其它眾多模擬