（补）单片机原理及应用学习笔记（三）

（补）第一章：概述

部分一：单片机及其相关概念

NO1：按照功能结构划分概念
（1）微处理器：小型计算机或者微型计算机的控制和处理部分。又称作中央处理单元cpu，包含控制器和运算器两部分
（2）微型计算机：简称微机MC，具有完整运算及控制功能的计算机
包含：微处理器（CPU）、存储器、接口适配器、输入输出设备
（3）单片机：是将微处理器、一定容量的RAM、ROM以及io口、定时器等电路集成到一块芯片上，构成的单片微型计算机
包含：微处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、接口适配器、适时控制电路

N02：按照应用形态区分概念
（1）多板机：将CPU 存储器 I/O接口电路和总线接口 将CPU、存储器、I/O接口电路和总线接口等组装在一块主机板（即微机主板）内。各种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与
电源、软/硬盘驱动器及光驱等装在同一 电源、软/硬盘驱动器及光驱等装在同机箱内，再配上系统软件，就构成了一台完整的微型计算机系统（简称系统机） 完整的微型计
算机系统（简称系统机）
（2）单板机：将CPU芯片 存储器芯片 I/O接口芯片和 将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片和简单的I/O设备（小键盘、LED显示器）等装配在 块印刷电路板上 再配上监控程
装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序（固化在ROM中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。
（3）单片机

比较：
（1）系统机（桌面应用）属于通用计算机系统机（桌面应用）属于通用计算机，主要应用于数据处理、办公自动化及辅助设计。
（2）单板机的I/O设备简单 软件资源少 单板机的I/O设备简单，软件资源少，使用不方便。早期主要用于微型计算机原理的教学及简单的测控系统，现在已很少使用。
（3）单片机（嵌入式应用）属于专用计算机。单片机体积小、价格低、可靠性高，其非 单片机体积小、价格低、可靠性高，其非凡的应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。 有独特的优势

部分二：单片机以及51系列单片机发展历程简介

单片机（Microcontrollers）诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段，早期的SCM单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列MCU系统。基于这一系统的
单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。
随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。
高端的32位Soc单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，
大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。

（1）早期阶段：
SCM即单片微型计算机（Microcontrollers）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，
Intel公司功不可没。

（2）中期发展：
MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，
因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大
优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。

（3）当前趋势：
SoC嵌入式系统(System on Chip）式的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决，因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的
发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。

早期发展时间历程
1971年intel公司研制出世界上第一个4位的微处理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。因发明微处理器，霍夫被
英国《经济学家》杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。
1971年11月，Intel推出MCS-4微型计算机系统（包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器）其中4004（下图）包含2300个晶体管，尺寸规格为3mm×4mm，计算性能远远超过当年的ENIAC，
最初售价为200美元。
1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel 8008。由于8008采用的是P沟道MOS微处理器，因此仍属第一代微处理器。
1973年intel公司研制出8位的微处理器8080；1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微处理器就此诞生。主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB
存储器，使用了基于6微米技术的6000个晶体管，处理速度为0.64MIPS（Million Instructions Per Second ）。
1975年4月，MITS发布第一个通用型Altair 8800，售价375美元，带有1KB存储器。这是世界上第一台微型计算机。
1976年intel公司研制出MCS-48系列8位的单片机，这也是单片机的问世。Zilog公司于1976年开发的Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。当时，Zilog、Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立。
20世纪80年代初，Intel公司在MCS-48系列单片机的基础上，推出了MCS-51系列8位高档单片机。MCS-51系列单片机无论是片内RAM容量，I/O口功能，系统扩展方面都有了很大的提高。

51系列单片机主要产品：
*Intel(英特尔)的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等；
*ATMEL(艾德梅尔)的：89C51、89C52、89C2051，89S51（RC），89S52（RC）等；
*Philips(飞利浦)、华邦、Dallas(达拉斯)、Siemens(西门子)等公司的许多产品；
STC(国产宏晶)单片机：89c51、89c52、89c516、90c516等众多品牌。

部分三：单片机的技术特点及应用
（1）控制性能和可靠性高
实时控制功能强 其CPU可对I/O端口直接进 实时控制功能强，其CPU可对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。CPU、存储器及I/O接口集成在同一芯片内，
各部件间连接紧凑，数据传送不易受 片内，各部件间连接紧凑，数据传送不易受环境条件的影响，所以单片机工作可靠性高。
（2）集成度高，功能强大，尺寸小，便于应用
（3）易扩展，易构成各种规模的应用系统
（4）性价比高

部分四：单片机中数的表示及运算
（1）数制： 基数、十进制数、二进制数、十六进制数
（2）数制间的转换：十转二、二与十六互换
（3）二进制数之间的运算（与、或、异或等逻辑运算）
（4）数据在单片机中的表示：无符号数的表示、有符号数的表示（原码、反码、补码）（补码运算的溢出问题）
（5）单片机中常用的编码：8421BCD码、ASCII码