任务实施
一、什么是单片机
在我们的生活、生产以及工作中，很多设备及工作都要用到单片机，那么什么是单片机呢？
把计算机中的中央处理器（CPU）、存储器、接口电路集成在一块半导体硅片上，使其具有微型计算机的属性，即为单片微型计算机，简称单片机。另外，由于单片机的体积、结构和功能特点，在实际应用中可以完全融入应用系统中，故也称为嵌入式微控制器（Embedded Micro-Controller）。单片机实物如图1-1-1所示。
二、单片机的发展历史
将8位单片机的推出作为起点，单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段：
图1-1-1 单片机
第一阶段（1976—1977年）：单片机的探索阶段。以Intel公司的MCS为代表。MCS-48 的推出是以工控领域的探索为目的，参与这一探索的公司还有Freescale、Zilog等，它们都取得了满意的效果。
第二阶段（1978—1982年）：单片机的完善阶段。 Intel公司在MCS-48的基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS-51，它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系。
① 完善的外部总线 MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。
②CPU外围功能电路的集中管理模式。
③ 体现工控特性的位地址空间及位操作方式。
④ 指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。
第三阶段（1983—1990年）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS-96系列单片机将一些用于测控系统的模/数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入单片机中，体现了单片机的微控制器特征。 随着MCS-51系列的广泛应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路的功能，强化了智能控制的特征。
第四阶段（1990年至今）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入的发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机以及小型廉价的专用型单片机。
三、单片机的分类
单片机按用途可分为两类：专用型单片机和通用型单片机。
专用型单片机用途专一，内部程序在出厂时已经固化，不能被再次修改，如电子表里的单片机，其生产成本很低。
通用型单片机的用途很广泛，程序可以不断修改，能根据需要给此类单片机植入不同的程序，配合不同接口的输入端和输出端来完成所需功能。通用型单片机按位数分为4位单片机、8位单片机、16位单片机和32位单片机等。
四、单片机的应用范围
在信息化、智能化高速发展的时代，单片机以体积小、功耗低、控制功能强等优势走进了人们生活的各个领域。
1.在智能仪器仪表上的应用
利用各种传感器，单片机可实现电压、湿度、温度、压力等物理量的测量。采用单片机控制使仪器仪表更加数字化、智能化、微型化，且功能更加强大，如测量设备、功率计、温湿度计、各种分析仪。
2.在工业控制中的应用
工业自动化控制是最早采用单片机控制的领域之一，如各种测控系统、过程控制、机电一体化、PLC等在化工、建筑、冶金等各种工业领域都要用单片机进行控制。
3.在医疗设备中的应用
单片机在医用设备中的用途也相当广泛，如医用呼吸机、分析仪、监护仪、超声诊断设备及病床呼叫系统。
4.在汽车设备中的应用
现代汽车的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、通信系统和运行监视器（黑匣子）等都离不开单片机。
5.在计算机网络和通信领域中的应用
现在的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信。现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，如小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信系统、移动电话、无线电对讲机等。
6.在家用电器中的应用
各种家用电器普遍采用单片机智能化控制代替传统的电子线路控制，如洗衣机、空调、电视、微波炉、电冰箱、电饭煲及各种视听设备等。
此外，单片机在工商、金融、科研、教育、国防、航天航空等领域都有着十分广泛的用途。(https://www.daowen.com)
五、 单片机的内部结构
单片机的内部结构框图如图1-1-2所示。
图1-1-2 单片机的内部结构框图
1.中央处理器
中央处理器也称微处理器，是单片机的核心部件，即单片机的控制和指挥中心。它包括运算器和控制器。
●运算器可以对数据进行算术运算、逻辑运算和位操作运算。运算器包括算术逻辑运算单元（ALU）、累加器（A）、通用寄存器、暂存器、程序状态字寄存器（PSW）等。
●控制器由程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器（ID）、振荡器及定时电路组成。
2.存储器
单片机存储器一般分为两种：程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）。
●程序存储器用于存储程序、表格及原始数据等，可在线编写程序，掉电后数据保持不变。
●数据存储器用于存放运算中间结果、最终结果或显示的数据等，其数据可随时改写，掉电后数据消失。
3.定数/计数器
单片机有两个16位的定时/计数器。
4.并行端口
单片机有4组8位并行准双向I/O端口，分别为P0、P1、P2和P3，共占32个引脚。每个端口均包含一个端口锁存器（特殊功能寄存器P0～P3）、一个输出驱动器和输入缓冲器。每个端口可以将8条线一起用作I/O端口线传输字节信息，也可以将每一根I/O端口单独使用。对端口锁存器进行读/写就可以实现端口的输入输出。
（1）P0端口的使用
P0端口可作为通用的8位输入/输出端口使用。在单片机外接扩展存储器时，它还可以作为分时复用的低8位地址/数据总线使用，此时高8位地址总线由P2端口担任。P0端口的每一位可驱动8个TTL负载。
★注意★
P0端口作为通用输出口，需上接上拉电阻才能输出电平；
P0端口作为通用输入口，分为读锁存器和读端口两种情况，在读端口引脚数据前，应先向端口锁存器写入1。
（2）P1端口的使用
P1端口作为通用的输入/输出端口，内部有上拉电阻，不需外接电阻。当从端口引脚读入数据时，应先向端口写入1，再读引脚数据。P1端口每一位可驱动4个TTL负载。P1端口还有一些第二功能，见表1-1-1。
表1-1-1 P1端口各引脚的第二功能
（3） P2端口的使用
P2端口可作为通用的8位输入/输出端口使用。在单片机外接扩展存储器时，它还可以作为高8位地址总线，与P0端口的低8位地址总线一起形成16位I/O端口地址。P2的每一位端口可驱动4个TTL负载。
P2端口可作为通用I/O端口使用时，不需要外接上拉电阻，读引脚状态前，应先向端口写入1。
（4）P3端口的使用
P3端口是单片机中使用最灵活、功能最多的一个并行端口，它具有通用的输入/输出功能，还具有多种用途的第二功能，见表1-1-2。
P3端口可作为通用I/O端口使用时，不需要外接上拉电阻，读引脚状态前，应先向端口写入1。
表1-1-2 P3端口各引脚的第二功能
