单片机状态机架构 单片机基本结构框图

第 1 章 单片机概述

1. 单片机的概念

1.单片机的定义

• 单片机的全称是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），也称为微控制器 （Micro-Controller Unit，MCU），它是由：

• 中央处理单元（Central Processing Unit，CPU）
• 数据存储器 RAM（Random Access Memory，随机读写存储器）
• 程序存储器 ROM（Read Only Memory，只读存储器）
• I/O（Input/Output，输入/输出）接口

• 集成在一块芯片上，构成的一个计算机系统。
• 
  

单片机 = MPU+ROM+RAM+I/O+功能部件

单片机扩展结构系统图

单片机的组成框图

2.单片机的诞生

• 单片机诞生于 20 世纪 70 年代末：1976 年 Intel 公司推出了 MCS-48 单片机系列的第一款产品：8048。

3.单片机的应用领域

• 单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能型”，如智能型洗衣机等。

4.单片机与嵌入式系统

• 嵌入式系统：嵌入到对象体系中的专用计算机系统。

• “嵌入性”、“专用性”与 “计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素。
• 对象体系：嵌入式系统所嵌入的宿主系统。

• 只要满足定义中三要素的计算机系统，都可称为嵌入式系统。
• 嵌入式系统按形态可分为：设备级（工控机）、板级（单板、模块）、芯片级（MCU、SoC）。
• 单片机是嵌入式系统使用的一种核心元件。
• 嵌入式系统与通用计算机是现代计算机的两大分支。

• 通用计算机的代表性产品是个人计算机。

• 这两大计算机分支的发展方向：

• 通用计算机的发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大；
• 嵌入式系统的发展方向是体积更小、控制能力与控制的可靠性更高。

2. 单片机发展史及发展趋势

单片机的发展历史可划分为如下四个阶段：

• 第一阶段（1974—1976 年）：为单片机初级阶段。

• 单片机采用双片形式。
• 代表：仙童公司的 F8 (必须外接一块 3851 电路才能构成一个完整的微型计算机)。

• 第二阶段（1976—1978 年）：为低性能单片机阶段。

• 单片机由一块芯片构成，但性能低、 品种少。
• 代表：Intel 公司的 MCS-48 系列单片机。

• 第三阶段（1978—1982 年）：为高性能单片机阶段。
• 第四阶段（1982 年至今）：微控制器的全面发展阶段。

• 代表：8 位/16 位/32 位通用型单片机、嵌入式微控制器（MCU）、SoC 片上系统（System on Chip），以及小型廉价的专用型单片机。

• 单片机的发展趋势：

• 低功耗；
• 外围电路内装化；
• 大容量；
• 高速化；
• 低价格、小容量；

3. MCS-51 系列单片机及其兼容产品

MCS-51 系列单片机指的是 Intel 公司生产的一个系列的单片机的总称。

• MCS-51 系列单片机是商业化单片机的鼻祖，MCS-51 系列单片机事实上已经成为 8 位单片机的行业标准。
• MCS-51 系列单片机基本特性如下：

• 8 位 CPU；
• 4KB 片内程序存储器（ROM，8031无片内ROM）；
• 128B 片内数据存储器（RAM）；
• 32 条并行 I/O 口线；
• 21 个专用寄存器；
• 2 个 16 位可编程加法定时/计数器；
• 5 个中断源，两个优先级；
• 一个全双工串行通信口；
• 外部数据存储器寻址空间为 64KB；
• 程序存储器寻址空间为 64KB；
• 逻辑操作位寻址功能；
• 一个片内时钟振荡器和时钟电路；
• 单一+5V 电源供电。

与 MCS-51 系列单片机兼容的单片机主要有如下几种：

• MOTOROLA 单片机

• MOTOROLA 是世界上最大的单片机厂商，品种全、选择余地大、新产品多是其特点。

• Microchip 单片机

• 由美国Microchip 公司推出的PIC 单片机系列产品，已有三种系列多种型号的产品问世。

• Atmel 单片机

• Atmel 一共有三个系列的单片机 AT89、AT90 和 AT91。

• STC 单片机

• STC 系列单片机是深圳宏晶公司的产品。

4. 计算机基础知识

1.数制

• 十进制：数码为：0～9；基数是 10；用字母 D 表示。
• 二进制：数码为：0、1；基数是 2；用字母 B 表示。
• 八进制：数码为：0～7；基数是 8；用字母 Q 表示。
• 十六进制：数码为：0～9，A～F；基数是 16；用字母 H 表示。

2.数制转换

自行参考：百度经验。

3.编码

• 用一定位数的二进制数来表示十进制数码、字母、符号等信息称为编码。

• 常见的编码有 ASCII 码、BCD 码。

• 用以表示十进制数码、字母、符号等信息的一定位数的二进制数称为代码。

二—十进制代码（Binary—Coded Decimal，BCD 码）：用四位二进制数b₃b₂b₁b₀ 来表示1位十进制数中的0～9十个数码，简称BCD 码。

• BCD 码这种编码形式利用了四个位元来储存一个十进制的数码。
• BCD 码可分为有权码和无权码两类：

• 有权 BCD 码有 8421 码、2421 码、5421 码，其中 8421 码是最常用的；
• 无权BCD 码有余3 码，余 3 循环码等；
• 8421 BCD 码是最基本和最常用的 BCD 码，通常所说的 BCD 码大都是指8421BCD 码。

常用 BCD 码表

4.计算机中数的表示

原码、反码和补码都是带符号数在机器中的表示方法。

• 带符号数的表示：

• 通常的做法是约定一个数的最高位为符号位，若该位为0，则表示正数；若该位为1，则表示负数。

• 原码

• 用最高位表示符号位，数值部分用二进制绝对值表示，这就是原码的表示方法。

例如：
    +11的原码：00001011    
    -11的原码是：10001011

• 反码
• 原码变反码规则：正数的反码和其原码形式相同，负数的反码是除符号位，其他各位逐位取反(即0变1,1变为0) 。

+11的原码：00001011    
-11的原码是：10001011 
例如：+11的反码：00001011    -11的反码是：11110100

• 补码
• 补码规则为：正数的补码和其原码形式相同，负数的补码是原码除符号位以外逐位取反(即0变1,1变为0)，最后在末尾加1。

+11的原码：00001011    
-11的原码是：10001011 
例如：+11的补码：00001011    -11的补码是：11110101

• 将补码转换为真值：[[X]补]补=[X]原

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