2. 计算机主要技术指标
• 字长： CPU并行处理二进制的数据位数
8位机、16位机、32位机和64位机。
• 内存容量：内存存储单元数
容量单位：1K=210=1024，1M=220=1KK 8K、64K、16M、64M。
• 运算速度：CPU处理速度
时钟频率、主频、每秒运算次数 6MHz、12MHz、24MHz、100MHz、300MHz。
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在高档8位单片机的基础上，单片机功能进一步得到提高， 近年来推出了超8位单片机。如Intel公司的8X252、UPI45283C152，Zilog公司的Super8，Motorola公司的MC68HC等， 它们不但进一步扩大了片内ROM和RAM的容量，同时还增加了 通信功能、DMA传输功能以及高速I/O功能等。自1985年以来， 各种高性能、大存储容量、多功能的超8位单片机不断涌现，它 们代表了单片机的发展方向，在单片机应用领域发挥着越来越大 的作用。
面向测控对象，嵌入到实际应用系统中， 实现嵌入式应用的计算机称之为嵌入式 计算机系统，简称嵌入式系统 (Embedded System)。
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从总体上说，通用计算机系统主要用于数 值计算、信息处理，兼顾控制功能，而 嵌入式计算机系统主要用于控制领域， 兼顾数据处理。(一般人不察觉是计算 机)
(4)电讯方面 手机、调制解调器、智能线路运行控制、程控电话
交换机等。 •
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(5)导航控制方面 鱼雷制导控制、智能武器装置、导弹控制、航天导
航系统、电子干扰系统等。 (6)数据处理方面 图形终端、复印机、硬盘驱动器、磁带机、打印机
、打字机等。 (7)汽车方面
点火控制、变速控制、防滑刹车、排气控制、节能 控制、保安控制、冷气控制、汽车报警控制、测 试设备等。
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1.2.4计算机知识
微处理器 运算器
1. 微型计算(CP机U) 组成控结制器构
微型计算机 （主机）
存储器 (内存)
RAM ROM
输入/输出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC…) (I/O接口)
硬件
总线 (AB、D020/12/14
单片机原理及嵌入式系 统设计
Principles of Microcontroller and embedded system design
讲授：张虎
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MCU的基本含义是： 在一块芯片上集成了中央处理单元
(CPU),存储器（RAM/ROM等）、定时 器／计数器及多种输入输出（I/0） 接口的比较完整的数字处理系统。
4位单片机主要用于家用电器、电子玩具等。
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随着集成电路工艺水平的提高，在1978年到1983年期间集 成度提高到几万只管/片，因而一些高性能的8位单片机相继问世。 例如，1978年摩托罗拉公司的MC6801系列，齐洛格(Zilog)公司 的Z8系列，1979年NEC公司的μPD78XX系列，1980年Intel公司 的MCS-51系列。这类单片机的寻址能力达64 KB，片内ROM容 量达4~8 KB，片内除带有并行I/O口外，还有串行I/O口，甚至某 些还有A/D转换器功能。因此，把这类单片机称为高档8位单片 机。
• 单片机为工业测控而设计，又称微控制器。具有三高优势(集成 度高、可靠性高、性价比高)。
• 主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通 讯设备、家用电器等。 特别适合于嵌入式微型机应用系统。
• 单片机开发系统有单片单板机和仿真器。实现单片机 • 应用系统的硬、软件开发。
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8×52系列
8032
8052
8752
8952 8KB 256B 3×16 6
8×C252系列 80C232 80C252 87C252 89C252 8KB 256B 3×16 7
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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，
外围设备
外部设备 辅助设备
输入设备(键盘、扫描仪、语音识别仪…) 输出设备(显示器、打印机、绘图仪、…) 辅助存储器(磁带、磁盘、光盘)
电源电路 时钟电路
系统软件(操作系统，编辑、编译程序，故障诊断,监控程序…) 应用软件(科学计算，工业控制，数据处理…) 程序设计语言(机器语言、汇编语言、高级语言)
201206/1位2/14单片机可用于高速复杂的控制系统。
4．32位单片机
近年来，各个计算机生产厂家已进入更高性能的32位单片机 研制、生产阶段。由于控制领域对32位单片机需求并不十分迫 切，所以32位单片机的应用并不很多。
需要提及的是，单片机的发展虽然按先后顺序经历了4位、 8位、16位的阶段，但从实际使用情况看，并没有出现推陈出新、 以新代旧的局面。4位、8位、16位单片机仍各有应用领域，如4 位单片机在一些简单家用电器、高档玩具中仍有应用，8位单片 机在中、小规模应用场合仍占主流地位，16位单片机在比较复 杂的控制系统中才有应用。
（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。
在一个综合系统中，会出现通用计算机系 统与嵌入式计算机系统的结合，各自扮 演不同的角色，共同完成系统任务.
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（2）单片机与嵌入式系统的关系 嵌入式系统是面向测控对象，嵌入到实际应用系统中的
计算机系统的统,称嵌入式系统通常有 工控机、通用CPU模块、嵌入式微处理器(Embedded
运算器、控制器、存储器、输入设备 、输出设备五部分组成，只不过这些 都集成在一块芯片上，这种结构使得 单片机成为具有独特功能的计算机。
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单片机以其较高的性能价格比、灵活性等 特点，在嵌入式微控制系统中具有十分 重要的地位。
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1.1.2嵌入式系统的含义
(1)嵌入式系统的由来 计算机是应数值计算的要求而诞生的。 直到20世纪70年代，电子计算机在数字
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1.2.3单片机发展概况
• 20世纪70年代：1975年 4位单片机 TMS-1000 • 1976-1978 初级8位单片机 Intel MCS-48 系列 • 20世纪80年代：高档8位单片机 Intel MCS-51系列：
• -51子系列：8031/8051/8751 • -52子系列：8032/8052/8752
Processor）和嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller）。 前两者是基于通用计算机系统，即将通用计算机系统用 于测控对象。 后两者是基于芯片形态的计算机系统，其中嵌入式微处 理器是在通用CPU基础上发展，增加满足测控对象 要求的外围接口电路，用于测控领域。
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三总线
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• 总线有三种: 数据总线DB（Data Bus）, 地 址总线 AB（Address Bus）和控制总线 CB(Control Bus）
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计算机技术在两个重要领域
通用计算机领域和嵌入式(Embedded)计
算机领域都获得的极其重要的进展. 单片机只是一块芯片. 但包含了计算机的基本组成单元，仍由
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由于单片机有嵌入式应用的专用体系结构与 指令系统，而且具有体积小、可靠性高等 特点，又具有各种各样的型号，可以满足 不同的需求，实际应用时，开发者可根据 具体要求选用最佳型号的单片机嵌入到应 用系统中。
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1.2单片机简介
1.2.1 单片机
单片机：将微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路和相应实时控 制器件集成在一块芯片上，称其为单片微型计算机，简称单片 机。
计算、逻辑运算与推理，信息处理以及 实际控制方面表现出非凡能力后，在通 信、测控、数据传输等领域，人们对计 算机技术给予更大的期待。
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主要表现在
直接面向控制对象；嵌入到具体的应用体 中，而不以计算机的面貌出现；能在现 场可靠地运行；体积小，应用灵活；突 出控制功能,特别是对外部信息的捕捉 与丰富的1/O功能等。把满足海量高速 数值计算的计算机称为通用计算机系统 ，而
1. 2.2单片机的主要应用领域 (1)工业方面 实时控制、物理量的检测与处理、工业机器人、
数控机床、过程控制、教学控制、智能传感器 、数据传送、分布式控制等。 (2)仪器仪表方面 智能仪器仪表、医疗器械、色谱仪、示波器智 能测厚仪等。
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(3)民用方面 电子玩具、电子字典、记事薄、高级电子游戏机 、录像机、电冰箱、洗衣机、抽湿机、消毒柜、 照相机、空调机、电风扇、防盗控制、彩电、音 响等。
• 低功耗型80C31高性能型80C252廉价型89C2051/1051
• 20世纪90年代:高档单片机, DSP
• 32位单片机 ARM
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1．4位单片机阶段 自1975年美国德克萨斯仪器公司首次推出4位单片机TMS1000后，各个计算机生产公司竞相推出4位单片机。例如美国国 家半导体公司(National Semiconductor)的COP402系列，日本电 气公司(NEC)的μPD75XX系列，美国洛克威尔公司(Rockwell)的 PPS/1系列，日本松下公司的MN1400系列，富士通公司的MB88 系列等。