单片机的硬件结构第一章文档 .pdf

第一章概述

1.1单片机的基本概念

(1)单板机：

将微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路以及简单的输入/输出设备组装在一块印刷电

路板上，称其为单板微型计算机，简称单板机。

(2)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。

(3)微型计算机：

微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路由总线有机地连接在一起的整体，称为微型计

算机。

(4)微型计算机系统：

微型计算机与外围设备、电源、系统软件一起构成的系统，称为微型计算机系统。

(1)通用微机的CPU主要面向数据处理，其发展主要围绕数据处理功能、计算速度和精

度的进一步提高。例如，现今微机的CPU都支持浮点运算，采用流水线作业，并行处理、多

级高速缓冲(Cache)技术等。CPU的主频达到数百兆赫兹(MHz)，字长普遍达到32位。单片

机主要面向控制，控制中的数据类型及数据处理相对简单，所以单片机的数据处理功能比通

用微机相对要弱一些，计算速度和精度也相对要低一些。例如，现在的单片机产品的CPU

大多不支持浮点运算，CPU还采用串行工作方式，其振荡频率大多在百兆赫兹范围内;在一

些简单应用系统中采用4位字长的CPU，在中、小规模应用场合广泛采用8位字长单片机，

在一些复杂的中、大规模的应用系统中才采用16位字长单片机，32位单片机产品目前应用

得还不多。

(2)通用微机中存储器组织结构主要针对增大存储容量和CPU对数据的存取速度。现今

微机的内存容量达到了数百兆字节(MB)，存储体系采用多体、并读技术和段、页等多种管理

模式。单片机中存储器的组织结构比较简单，存储器芯片直接挂接在单片机的总线上，CPU

对存储器的读写按直接物理地址来寻址存储器单元，存储器的寻址空间一般都为64KB。

(3)通用微机中I/O接口主要考虑标准外设(如CRT、标准键盘、鼠标、打印机、硬盘、

光盘等)。用户通过标准总线连接外设，能达到即插即用。单片机应用系统的外设都是非标

准的，且千差万别，种类很多。单片机的I/O接口实际上是向用户提供的与外设连接的物理

界面。用户对外设的连接要设计具体的接口电路，需有熟练的接口电路设计技术。

1.2单片机的发展概况

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TMS-1000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(NationalSemiconductor)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。

4位单片机主要用于家用电器、电子玩具等。

2．8位单片机阶段

1976年9月，美国Intel公司首先推出了MCS-48系列8位单片机以后，单片机发展进

入了一个新的阶段，8位单片机纷纷应运而生。例如，莫斯特克(Mostek)和仙童(Fairchild)

公司共同合作生产的3870(F8)系列，摩托罗拉(Motorola)公司的6801系列等。

在1978年以前各厂家生产的8位单片机，由于受集成度(几千只管/片)的限制，一般没

有串行接口，并且寻址空间的范围小(小于8KB)，从性能上看属于低档8位单片机。

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64KB，片内ROM容量达4~8KB，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。

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、UPI-45283C152，Zilog公司的Su