学习单片机之前，你必须要有的知识储备！-51单片机学习笔记1-单片机概述

目录

什么是单片机？

冯·诺依曼体系结构

哈佛结构

计算机在应用过程中的两大应用分支

通用计算机系统

嵌入式计算机系统

什么是嵌入式系统？有哪些特点？如何构成的？

①嵌入式系统的定义：

②嵌入式系统的特点

1）·嵌入性：

2）·专用性：

3）·计算机系统：

③嵌入式系统是如何构成的？

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（1）嵌入式处理器

1）嵌入式微处理器（MPU）

2） 嵌入式微控制器（MCU）——微控制器（单片机）

3）嵌入式DSP处理器（DSP）——数字信号处理

4）嵌入式片上系统SOC——System on Chip

（2）外围硬件

1）运行条件：

2）辅助功能部件：

（3）嵌入式操作系统

（4）应用软件

④嵌入式系统的发展——嵌入式AI！

一些亟待解决的问题：

问题1：

问题2

问题3

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什么是单片机？

单片机就是在一片半导体硅片上，集成了中央处理单元（CPU）、存储器（ROM-只读存储器\RAM-随即存储器）、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断系统、系统时钟电路及系统总线的用于测控领域的微型计算机，简称单片机（MCU）。又称嵌入式控制器、微控制器

单片机与普通微型计算机的不同之处在于：单片机将CPU、存储器、和I/O口三部分通过内部总线连接在一起，集成于一块芯片上。

冯·诺依曼体系结构

核心思想1：计算机硬件系统的主要组成部件（五大部件）：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备

运算器：进行算数和逻辑运算。

控制器：计算机的指挥控制中心，根据指令要求完成相应的操作，产生一系列控制命令，使计算机各部件自动、连续协调工作。

存储器：保存程序、数据、运算的中间结果和最后结果的记忆装置。

核心思想2：

1）采用二进制：计算机内部的控制信息和数据信息均采用二进制表示，并存放在同一个存储器中

2）计算机应该按照程序顺序执行（存储程序/控制程序）：

编制好的程序（包括指令和数据）预先经由输入设备输入并保存在存储器中；

计算机开始工作后，在不需要人工干预的情况下由控制器自动、高速地依次从存储器中取出指令并加以执行。

哈佛结构

计算机在应用过程中的两大应用分支

通用计算机系统

——主要满足海量、高速的科学计算、数值处理、信息管理、计算机辅助设计/制造/教学、人工智

能、多媒体、网络数据共享等应用，兼顾控制功能。

• 通用微机，例如：PC微机

• 功能越强越好（高速、海量存储）、使用越方便越好



嵌入式计算机系统

——面对测控对象，以各种方式嵌入到应

用系统中的计算机系统的统称。主要满足测控对象的控制功能，

兼顾数值处理。

• 专用微机，例如：单片机、工控机

• 可靠性高、实时性强、易控制、体积小

• 程序相对简单、处理数据量小，对性价比要求高

• 随着移动互联网的推动，嵌入式系统得以迅猛发展

什么是嵌入式系统？有哪些特点？如何构成的？

①嵌入式系统的定义：

简单来说就是：以各种形态嵌入到对象体中的专用、计算机系统

国内的定义：以应用为中心、以计算机技术为基础，软、硬 件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。

②嵌入式系统的特点

1）·嵌入性：

                 嵌入到对象体系中，必须满足对象系统的环境要求，如物理环境（小型）、电气/气氛环境（可靠）、成本（价廉）、功耗等要求

2）·专用性：

                 软、硬件按对象要求裁减,满足对象要求的最小软、硬件配置等

3）·计算机系统：

                 能满足对象系统控制要求的计算机系统（以应用为中心）,实现对象的智能化功能，必须配置有与对象系统相适应的接口电路

③嵌入式系统是如何构成的？

（1）嵌入式处理器

嵌入式处理器是嵌入式系统的核心；嵌入式处理器一般都具有较高的集成度。

1）嵌入式微处理器（MPU）

——由通用计算机中的 CPU演变而来  

·与计算机处理器不同的是，只保留和嵌入式应用紧密相 关的功能硬件， 去除其他的冗余功能部分，

·MPU虽然在功能上与标准微处理器基本相同，但一般在 工作温度、抗电磁干扰、可靠性 等方面都做了各种增强

·配上必要的扩展外围电路（如存储器的扩展电路、I/O 的扩展电路和一些专用的接口电路等），以 最低的功耗 和 资源 满足嵌入式应用的 特殊 要求。

· 与工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有 体积小、 重量轻、成本低、可靠性高等 优点。

·  目前主要的嵌入式处理器类型有ARM 、MIPS、Am186/88 、386EX、PowerPC、68000系列等

· MPU必须加上存储器，输入输出设备等才能构成一个嵌 入式计算机系统

2） 嵌入式微控制器（MCU）——微控制器（单片机）

· 单个芯片内部集成CPU、Flash ROM、RAM、总线逻 辑、定时器/计数器、WatchDog、I/O，串行口、 脉宽调制输出、A/D，D/A等各种必要的功能模块和外围部件。

·一个芯片就是一个计算机系统，只不过其处理能力有限。多用于控制。

·一个系列单片机具有多种衍生产品,处理器内核都是一样的， 不同的是存储器和外设的配置及封装

。使单片机与需求相匹配，减少功耗和成本。

·最大特点是单片化，体积小，功耗和成本下降、可靠性提高。

3）嵌入式DSP处理器（DSP）——数字信号处理

· 专门用 于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令 算法方面进行了特殊设计，在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。

· DSP是运算密集处理器，一般用在快速执行算法，做控 制比较困难。

4）嵌入式片上系统SOC——System on Chip

·  将通用处理器的 IP 核和功能模块的 IP 核按用户要求组成系 统，仿真后提交芯片厂商生产。

· IP 核 ——Intellectual Property Core 知识产权核

·  基于 IP 核的技术，在一个芯片上实现整个系统功能，可以 大幅度地提高系统的可靠性，减少系统的面积和功耗，降低 系统成本，极大地提高系统的性能价格比，是发展趋势。

（2）外围硬件

定义：指嵌入式处理器以外的硬件，即为系统提供了运行条件和完成存储、通信、调试、显示等辅助功能的其他部件

1）运行条件：

时钟、电源、复位电路部件

2）辅助功能部件：

存储器：静态易失型存储器（RAM、SRAM），动态存储器（DRAM）和非易失型存储器（Flash）。

各种通信接口：包括并口、RS-232串口、IrDA红外接口、SPI串行外围设备接口、I2C总线接口、CAN总线、USB通用串行总线接口、Ethernet网口、Bluetooth、802.11b/g等。

人机交互： AD/DA ，LCD、键盘和触摸屏等人机交互设备。

（3）嵌入式操作系统

嵌入式操作系统 屏蔽 了硬件的一些复杂细节，提高了嵌入式系统的 开发效率 和软件的 可维护性

（4）应用软件

④嵌入式系统的发展——嵌入式AI！

一些亟待解决的问题：

问题1：

MCS-51系列单片机的基本芯片分别为哪几种？他们的差别是什么？----答案如图

                                               MCS-51系列单片机的片内硬件资源

问题2

微处理器、微计算机、微处理机、CPU、单片机、嵌入式处理器它们之间的区别是什么？

答-------微处理器，微处理机和CPU都是中央处理器的不同称谓，而微计算机、单片机都是一个完整的计算机系统，单片机特指集成在一个芯片上的用于测控目的的单片微计算器。

问题3

AT89S51单片机相当于MCS-51系列单片机中的哪一型号产品？“S”的含义是什么？

答--------相当于MCS-51系列中的87C51型号，只不过是AT89C51芯片中4KB Flash存储器取代了87C51内的4KB EPROM。

"S"代表的是"静态"（Static）的意思。相比于其他型号，AT89S51具有更低的功耗和更高的抗干扰能力。它采用闪存存储器，具备更大的存储容量和更高的运行速度，适用于许多嵌入式系统和电子设备的应用。