任务1-1 单片机概述

1．什么是单片机

单片机这个词大家可能听说过很多次了，那到底什么叫单片机呢？

大家应该都接触过微机吧？大家知道微机是由主板、CPU、内存、硬盘等设备组合在一起构成的，而单片机将所有的这些设备集成在一块芯片内，所以称它为“单片机”。单片机又称为“微控制器（MCU）”。中文“单片机”的称呼是由英文名称“Single Chip Microcomputer”直接翻译而来的。

2．单片机的主要分类

（1）按应用领域可分为：家电类，工控类，通信类，个人信息终端类等等；

（2）按通用性可分为：通用型和专用型。

通用型单片机的主要特点是：内部资源比较丰富，性能全面，而且通用性强，可适应多种应用要求。所谓资源丰富就是指功能强。性能全面，通用性强就是指可以应用在非常广泛的领域。通用型单片机的用途很广泛，使用不同的接口电路及编制不同的应用程序就可完成不同的功能。小到家用电器、仪器仪表，大到机器设备和整套生产线都可用单片机来实现自动化控制。

专用型单片机的主要特点是：针对某一种产品或某一种控制应用而专门设计，设计时已使结构最简，软硬件应用最优，可靠性及应用成本最佳。专用型单片机用途比较专一，出厂时程序已经一次性固化好，不能再修改。例如电子表里的单片机就是其中的一种，其生产成本很低。

3．单片机的发展

自1946 年第一台电子计算机诞生至今，依靠微电子技术和半导体技术的进步，计算机经历了电子管—晶体管—集成电路—大规模集成电路这样的发展路线，使得其体积更小，功能更强。特别是最近20 年时间里，计算机技术获得了飞速的发展，计算机在工农业、科研、教育、国防和航空航天领域获得了广泛的应用，计算机技术已经是体现一个国家现代科技水平的重要标志。

单片机诞生于20世纪70年代，像Fairchild公司研制的F8单片微型计算机就是当时的产品。所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元（Center Processing Unit，即所谓的CPU）和数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM）及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中断单元，定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。

20世纪70年代，微电子技术正处于发展阶段，集成电路处于中规模发展时期，各种新材料新工艺尚未成熟，单片机仍处在初级的发展阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单，多数公司均把CPU、RAM（有的还包括了一些简单的I/O口）集成到芯片上，像Fairchild公司就属于这一类型，这种芯片还需配上外围的其他处理电路方可构成完整的计算系统。类似的单片机还有Zilog公司的Z80微处理器。

1976年Intel公司推出了MCS-48单片机，并推向市场，这个时期的单片机才是真正的8位单片微型计算机。它因为体积小，功能全，价格低而获得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展史上重要的里程碑。

其后，在MCS-48 的带领下，各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片机，像Zilog公司的Z8 系列。到了80 年代初，单片机已发展到了高性能阶段，像Intel公司的MCS-51 系列，Motorola公司的6801 和6802 系列，Rokwell公司的6501 及6502 系列等等，此外，日本的著名电气公司NEC和Hitachi都相继开发了具有自己特色的专用单片机。

80年代，世界各大公司竞相研制出多种功能强大的单片机，约有几十个系列，300多个品种，此时的单片机均属于真正的单片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、数目繁多的I/O接口以及多种中断系统，甚至还有一些带A/D转换器的单片机，功能越来越强大，RAM和ROM的容量也越来越大，寻址空间甚至可达64KB，可以说，单片机发展到了一个全新阶段，应用领域更广泛，许多家用电器均走向利用单片机控制的智能化发展道路。

1982 年以后，16 位单片机问世，代表产品是Intel公司的MCS-96 系列，16 位单片机比起8 位机，数据宽度增加了一倍，实时处理能力更强，主频更高，集成度达到了12 万只晶体管，RAM增加到了232 字节，ROM则达到了8KB，并且有8个中断源，同时配置了多路的A/D转换通道，高速的I/O处理单元，适用于更复杂的控制系统。

90 年代以后，单片机获得了飞速的发展，世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的单片机。美国Microchip公司发布了一种完全不兼容MCS-51 的新一代PIC系列单片机，引起了业界的广泛关注，特别是其精简指令集只有33 条指令，吸引了不少用户，使人们从Intel的111 条复杂指令集中走出来。PIC单片机获得了快速的发展，在业界中占有了一席之地。

随后更多的单片机品种蜂拥而至，Motorola公司接着发布了MC68HC系列单片机，MC68HC05系列以其高速低价等特点赢得了不少用户，日本的几个著名公司也都研制出了性能更强的产品，但不同于Intel等公司投放到市场的通用单片机，日本的单片机一般均用于专用系统控制。例如NEC公司生产的uCOM87系列单片机，其代表作uPC7811是一种性能相当优异的单片机。

Zilog公司的Z8系列产品代表作是Z8671，其内含的BASIC Debug解释程序极大地方便了用户。而美国国家半导体公司的COP800系列单片机则采用先进的哈佛结构。Atmel公司则把单片机技术与先进的Flash存储技术完美地结合起来，发布了性能相当优秀的AT89系列单片机。包括中国台湾的Holtek和Winbond等公司也纷纷加入了单片机发展行列，凭着它们廉价的优势，分享一杯美羹。

1990 年美国Intel公司推出的80960 超级32 位单片机引起了计算机界的轰动，产品相继投放市场，成为单片机发展史上又一个重要的里程碑。

此期间，单片机园地里，单片机品种异彩纷呈，争奇斗艳。有8 位、16 位甚至32 位机，但8 位单片机仍以它的价格低廉、品种齐全、应用软件丰富、支持环境充分、开发方便等特点而占据着主导地位。而Intel公司凭着他们雄厚的技术，性能优秀的机型和良好的基础，其生产的单片机目前仍是主流产品。只不过90 年代中期，Intel公司忙于开发个人电脑微处理器，已没有足够的精力继续发展自己创导的单片机技术，而由Philips等公司继续发展C51系列单片机。

我国目前最常用的单片机的研制厂家有如下几家：

Intel公司（MCS51系列，MCS96系列）

Atmel公司（AT89系列，MCS51内核）

Microchip公司（PIC系列）

Motorola公司（68HCXX系列）

Zilog公司（Z86系列）

Philips公司（87，80系列，MCS51内核）

Siemens公司（SAB80系列，MCS51内核）

NEC公司（78系列）

Epson公司（EOC88系列）

4．单片机的兄弟姐妹

MCS51是指由美国Intel公司（对了，就是大名鼎鼎的Intel）生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了很多品种，如8031, 8051, 8751, 8032, 8052, 8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其他单片机都是在8051 的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机，而8031是前些年在我国最流行的单片机，所以很多场合会看到8031的名称。

1）MCS-51系列单片机

MCS-51系列单片机分为两大子系列，即51子系列与52子系列。

51子系列：基本型，根据片内ROM的配置，对应的芯片为8031, 8051, 8751。

52子系列：增强型，根据片内ROM的配置，对应的芯片为8032, 8052, 8752。

这两大系列单片机的主要硬件特性如表1-1-1。

从上表中可以看到，8031, 80C31, 8032, 80C32片内是没有ROM的，而且我们可以发现，51系列的单片机的RAM大小为128B，52系列的RAM大小为256B；51系列的计数器为两个16位计数器，52系列的计数器为三个16位计数器；51系列的中断源为5个，52系列的中断源为6个。

2）8051与80C51的区别

80C51 单片机是在8051 的基础上发展起来的，也就是说在单片机的发展过程中是先有8051，然后才有80C51的。

8051 单片机与80C51 单片机从外形看是完全一样的，其指令系统、引脚信号、总线等完全一致（完全兼容），也就是说在8051 下开发的软件完全可以在80C51 上应用，反过来，在80C51下开发的软件也可以在8051上应用。这两种单片机是完全可互相移植的。

既然这两种单片机外形及内部结构都一样，那它们之间的主要差别在哪里呢？8051 与80C51 单片机的主要差别就在于芯片的制造工艺上。80C51 的制造工艺在8051 基础上进行了改进。

8051系列单片机采用的是HMOS工艺：高速度、高密度；

80C51系列单片机采用的是CHMOS工艺：高速度、高密度、低功耗；

也就是说80C51单片机是一种低功耗单片机。

Intel公司将MCS51 的核心技术授权给了很多其他公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中AT89C51 就是这几年在我国非常流行的单片机，AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的高性能单片机，可擦除只读存储器可以反复擦除100次。与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。它是由美国Atmel公司开发生产的。以后我们将用AT89C51来完成一系列的实验。