第1章 概论

1.1 嵌入式系统、单片机、AT89C51单片机

1.1.1 嵌入式系统、单片机

1.嵌入式系统

现代计算机系统有两大分支：通用计算机系统和嵌入式计算机系统（简称嵌入式系统）。前者是人类的“智力平台”；后者是人类工具的“智力嵌入”。

嵌入式系统是嵌入到应用对象中的微型计算机系统，是硬件、软件结合的智力系统。例如，嵌入式微控制器、嵌入式微处理器、SOC等。其中，“嵌入式微控制器”简称为“微控制器（Microcontroller Unit，MCU）”。

微控制器是面向应用对象、突出控制功能的芯片。在该芯片中集成了中央处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM）、I/O口等主要功能部件及连接它们的总线。国内早期称它为“单片机”，一直沿用至今。但应将“单片机”理解为“微控制器（MCU）”。

2.单片机（微控制器）

单片机就是微控制器，它是嵌入式系统中重要且发展迅速的组成部分。单片机接上振荡元件（或振荡源）、复位电路和接口电路，载入软件后，可以构成单片机应用系统。将它嵌入到形形色色的应用系统中，它就成为众多产品、设备的智能化核心。所以，生产企业称单片机为“微电脑”。单片机的种类很多，型号也很多。例如，AT89C、AT89S、P87C、W7851、STC、MCS-51、PIC、HT、AVR等系列。其中，前5种均是采用MCS-51内核的兼容机。如图1-1所示为MCS-51系列单片机80C51的内部结构原理示意框图。

3.单片机特点

单片机除具有体积小、灵活性强、可靠性高、用途广、价格低等优点外，还具有许多特点。

（1）突出控制功能。单片机结构、功能和指令系统都突出了控制功能，故对外部信息能及时采集，对被控制对象能实时控制。

（2）ROM和RAM分开。ROM用来固化调试好的程序、常数、数据表格等；RAM只存放运行中的临时数据、变量、结果等。ROM和RAM分开，可使系统运行可靠，即使掉电，也能确保程序、常数、数据表格等的安全。

（3）单片机资源具有广泛的通用性。同一种单片机可用于不同的对象系统中，只要固化不同的应用程序即可。

（4）易于扩展外部ROM、RAM、定时器/计数器、中断源等资源。单片机的资源（ROM、RAM、定时器/计数器、中断源等）一般能满足较小应用系统的要求。若应用系统大，单片机本身的资源可能不够，就需扩展资源。单片机有便于扩展的结构及控制引脚，利用它们容易构成各种规模的单片机应用系统。

1.1.2 单片机发展概况

1.单片机发展简要历程

1975年美国得克萨斯仪器公司发明了世界上第一个4位单片机TMS-1000。

1976年Intel公司推出8位单片机MCS-48系列单片机。

1980年Intel公司推出8位单片机MCS-51系列单片机。

1982年Intel公司推出16位单片机MCS-96系列单片机。

近年来，ARM等公司推出了各种型号的32位单片机，并获得了迅速发展。例如，ST公司推出了基于ARM9内核的32位STR91x系列产品，该产品是包含以太网、CAN、USB和DSP功能的Flash MCU。

30多年来，单片机经历了4位、8位、16位、32位机的各个阶段。64位MCU走向市场也指日可待。尽管32位MCU风头越来越劲，但8位单片机产品丝毫没有退隐江湖之意；相反，由于在市场中找到了广泛的发挥空间，8位单片机的需求还在持续增长。

2.我国单片机发展简况

自1986年以来，我国单片机已走过20余年，经历了从单片机独立发展到嵌入式系统全面发展的时期。其中，8位单片机仍占据国内单片机市场的主流地位。

8位单片机系列多、型号多。表1-1列出了几种国内常用的8位单片机的主要配置。其中，AT89C51是AT89系列机的标准型。

表1-1 几种常用的8位单片机的主要配置

1.1.3 应用广泛的AT89系列单片机

1.AT89系列机

AT89系列机是ATMEL公司将先进的Flash存储器（快闪擦写存储器）技术和Intel 80C51单片机的内核相结合的单片机系列。它是目前应用广泛的8位主流机型之一。AT89C51、AT89S51还与80C51、87C51的引脚兼容，可直接进行代换。低档型的AT89C1051、AT89C2051、AT89S1051、AT89S2051应用也较广。

2.AT89C51单片机

AT89C51单片机是AT89系列机的标准型单片机，是低功耗、高性能的8位单片机，使用最高晶振频率为24MHz。它除具有MCS-51单片机的优点外，还具有下列优点。

（1）片内ROM是Flash存储器（快闪擦写存储器）。由于片内ROM是Flash存储器，电擦、电写都很方便，且可重复擦写许多次。所以，错误编程之后可擦除重新编程，直到正确为止，废品率低。这样不仅明显缩短了单片机系统的应用开发周期，降低了开发成本，而且明显提高了单片机课程教学效率和质量。

（2）与80C51兼容。AT89C51单片机不仅可取代80C51单片机，还可取代与80C51兼容的其他型号的单片机。

（3）静态逻辑设计。由于采用静态逻辑设计，可进行低至0频率的静态逻辑操作，并支持两种由软件选择的节电工作模式，即空闲模式和掉电模式。空闲模式：CPU停止工作，但RAM、定时器、串口和中断系统等可继续工作。掉电模式：振荡器停振，但维持RAM中的内容不被丢失，所有其他片内功能部件停止工作直至下一个硬件复位。

3.AT89S51单片机

AT89S51单片机（以下简称AT89S51）的基本功能、基本优点、引脚等与AT89C51相同，但增加了ISP在系统编程、看门狗、双DPTR等功能，并将工作频率提高到33MHz。所以，AT89S51是AT89C51的增强型，它正在取代AT89C51。

由于AT89C51单片机（以下简称AT89C51）与80C51兼容、性能明显优于80C51，并且已经获得了广泛应用等原因，本书以AT89C51为主体来讲述。其主要内容也适用于与80C51兼容的其他单片机，对AT89S51增加的功能也做了叙述。这样安排也符合我国高校单片机课程教学的要求。