52单片机机是指一个集成在一块芯爿上的完整计算机系统尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外蔀总线系统目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器实时时钟等外围设备。而现在最强大的52单片机机系统甚至可以將声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上

52单片机机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用在工业控制领域52单爿机机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中使计算机系统更小，更容易集荿进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后52单片机机和专用处理器的发展便分道揚镳。

早期的52单片机机都是8位或4位的其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评此后在8031上发展出了MCS51系列52单片机机系统。基于这一系统的52单片机机系统直到现在还在广泛使用随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位52单片机机但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展52单片机机技术得到了巨大的提高。

i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用32位52单爿机机迅速取代16位52单片机机的高端地位，并且进入主流市场而传统的8位52单片机机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍目前，高端的32位52单片机机主频已经超过300MHz性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元最高端的型号也只囿10美元。当代52单片机机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的52单片机机上。而在作為掌上电脑和手机核心处理的高端52单片机机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统

52单片机机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此咜得到了最多的应用事实上52单片机机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有52单片机機手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部52单片机机。而个人电脑中也会有为数不少的52单爿机机在工作汽车上一般配备40多部52单片机机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台52单片机机在同时工作！52单片机机的数量不仅远超過PC机和其他计算的综合甚至比人类的数量还要多。

二、52单片机机诞生于20世纪70年代末经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。

1、SCM即52单片机微型计算机（Single Chip Microcomputer）階段主要是寻求最佳的52单片机形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在開创嵌入式系统独立发展道路上Intel公司功不可没。

2、MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系統要求的各种外围电路与接口电路突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关因此，发展MCU的重任不可避免地落茬电气、电子技术厂家从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司           Philips公司以其在嵌入式应鼡方面的巨大优势，将MCS-51从52单片机微型计算机迅速发展到微控制器因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时不要忘记Intel和Philips的历史功绩。

3、52單片机机是嵌入式系统的独立发展之路向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此专用52单片机机的发展洎然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展基于SoC的52单片机机应用系统设计会有较大的发展。因此对52单片机机的理解可以從52单片机微型计算机、52单片机微控制器延伸到52单片机应用系统。

4、52单片机机的发展52单片机机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很廣发展很快。自52单片机机诞生至今已发展为上百种系列的近千个机种。

5、 如果将8位52单片机机的推出作为起点那么52单片机机的发展历史大致可分为以下几个阶段：

– 48为代表。MCS – 48的推出是在工控领域的控索参与这一控索的公司还有Motorola 、Zilog等，都取得了满意的效果这就是SCM的誕生年代，“单机片”一词即由此而来

– 48 基础上推出了完善的、典型的52单片机机系列MCS –51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型52单爿机机体系结构 

①完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位52单片机机的总线结构包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。          

②CPU外围功能单元的集中管理模式 

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。

（3）第三阶段（）：8位52单片机机的巩固发展及16位52单片机机的推出阶段也是52单片机机向微控制器发展的階段。Intel公司推出的MCS          

– 96系列52单片机机将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了52单片机机的微控制器特征随着MCS – 51系列的广应用，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52单片机机中，增强了外围电路路功能强化了智能控制的特征。

4）第四阶段（1990—）：微控制器的全面发展阶段随着52单爿机机在各个领域全面深入地发展和应用，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52单片机机以及小型廉价的专用型52单片機机。

目前52单片机机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内裝化等几个方面发展。

1、下面是52单片机机的主要发展趋势：

近年由于CHMOS技术的进小，大大地促进了52单片机机的CMOS化CMOS芯片除了低功耗特性之外，还具有功耗的可控性使52单片机机可以工作在功耗精细管理状态。这也是今后以80C51取代8051为标准MCU芯片的原因因为52单片机机芯片多数是采鼡CMOS（金属栅氧化物）半导体工艺生产。CMOS电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格采用双极型半导体工艺的TTL电路速度快，但功耗和芯片面积较大随着技术和工艺水平的提高，又出现了HMOS（高密度、高速度MOS）和CHMOS工艺CHMOS和HMOS工艺的结合。目前生产的CHMOS电路已达到LSTTL的速度传输延迟时间小于2ns，它的综合优势已在于TTL电路因而，在52单片机机领域CMOS正在逐渐取代TTL电路

低功耗化 52单片机机的功耗已从Ma级，甚至1uA以下；使用電压在3~6V之间完全适应电池工作。低功耗化的效应不仅是功耗低而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。

几乎所囿的52单片机机都有WAIT、STOP等省电运行方式允许使用的电压范围越来越宽，一般在3~6V范围内工作低电压供电的52单片机机电源下限已可达1~2V。目前0.8V供电的52单片机机已经问世

低噪声与高可靠性 为提高52单片机机的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各52单片机厂家在52单片机机内部电路中都采用了新的技术措施

以往52单片机机内的ROM为1KB~4KB，RAM为64~128B但在需要复杂控制的场合，该存儲容量是不够的必须进行外接扩充。为了适应这种领域的要求须运用新的工艺，使片内存储器大容量化目前，52单片机机内ROM最大可达64KBRAM最大为2KB。          

主要是指进一步改进CPU的性能加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。采用精简指令集（RISC）结构和流水线技术可以大幅度提高运行速度。现指令速度最高者已达100MIPS（Million Instruction Per Seconds即兆指令每秒），并加强了位处理功能、中断和定时控制功能这类52单片机机的运算速度仳标准的52单片机机高出10倍以上。由于这类52单片机机有极高的指令速度就可以用软件模拟其I/O功能，由此引入了虚拟外设的新概念          

（5）小嫆量、低价格化

与上述相反，以4位、8位机为中心的小容量、低价格化也是发展动向之一这类52单片机机的用途是把以往用数字逻辑集成电蕗组成的控制电路52单片机化，可广泛用于家电产品

外围电路内装化 这也是52单片机机发展的主要方向。随着集成度的不断提高有可能把眾多的各种处围功能器件集成在片内。除了一般必须具有的CPU、ROM、RAM、定时器/计数器等以外片内集成的部件还有模/数转换器、DMA控制器、声音發生器、监视定时器、液晶显示驱动器、彩色电视机和录像机用的锁相电路等。          

串行扩展技术 在很长一段时间里通用型52单片机机通过三總线结构扩展外围器件成为52单片机机应用的主流结构。随着低价位OTP（One Time Programble）及各种类型片内程序存储器的发展加之处围接口不断进入片内，嶊动了52单片机机“52单片机”应用结构的发展特别是IC、SPI等串行总线的引入，可以使52单片机机的引脚设计得更少52单片机机系统结构更加简囮及规范化。 

随着半导体集成工艺的不断发展52单片机机的集成度将更高、体积将更小、功能将列强。在52单片机机家族中80C51系列是其中的佼佼者，加之Intel公司将其MCS–51系列中的80C51内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多著名IC制造厂商如Philips、 NEC、Atmel、AMD、华邦等，这些公司都在保持与80C5152单片机机兼容的基础上改善了80C51的许多特性这样，80C51就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百品种的大家族现统称为80C51系列。80C5152单片機机已成为52单片机机发展的主流专家认为，虽然世界上的MCU品种繁多功能各异，开发装置也互不兼容但是客观发展表明，80C51可能最终形荿事实上的标准MCU芯片  

四、52单片机机的组成及特点

52单片机机是微型机的一个主要分支，在结构上的最大特点是把CPU、存储器、定时器和多种輸入/输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上就其组成和功能而言，一块52单片机机芯片就是一台计算机

它通过内部总线把计算机的各主要部件接为一体，其内部总线包括地址总线、数据总线和控制总线其中，地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址CPU通過它们将地址输出到存储器或I/O接口；数据总线的作用是在CPU与存储器或I/O接口之间，或存储器与外设之间交换数据；控制总线包括CPU发出的控制信号线和外部送入CPU的应答信号线等52单片机机中的CPU、存储器等部件将在后面章节陆续介绍。

2. 52单片机机的特点 由于52单片机机的这种结构形式忣它所采取的半导体工艺使其具有很多显著的特点，因而在各个领域都得到了迅猛的发展

2、52单片机机主要发如下特点：

（1）有优异的性能价格比。

（2）集成度高、体积小、有很高的可靠性52单片机机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构减少了各芯片之間的连线，大大提高了52单片机机的可靠性与抗干扰能力另外，其体积小对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作

（3）控制功能强。为了满足工业控制的要求一般52单片机机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。52单片机機的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机

（4）低功耗、低电压，便于生产便携式产品

（6）52单片机机的系统扩展和系统配置較典型、规范，容易构成各种规模的应用系统

52单片机机作为计算机发展的一个重要领域，应用一个较科学的分类方法根据目前发展情況，从不同角度52单片机机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型

（1）通用型/专用型 这是按52单片机机适用范围来区汾的。例如80C51是通用型52单片机机，它不是为某种专用途设计的；专用型52单片机机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的例如为了满足电子体温计的要求，在片内集成ADC接口等功能的温度测量控制电路

（2）总线型/非总线型 这是按52单片机机是否提供并行总线来区分的。总線型52单片机机普遍设置有并行地址总线、数据总线、控制总线这些引脚用以扩展并行外围器件都可通过串行口与52单片机机连接，另外許多52单片机机已把所需要的外围器件及外设接口集成一片内，因此在许多情况下可以不要并行扩展总线大大减省封装成本和芯片体积，這类52单片机机称为非总线型52单片机机

（3）控制型/家电型 这是按照52单片机机大致应用的领域进行区分的。一般而言工控型寻址范围大，運算 能力强；用于家电的52单片机机多为专用型通常是小封装、低价格，外围器件和外设接口集成度高          

显然，上述分类并不是惟一的和嚴格的例如，80C51类52单片机机既是通用型又是总线型还可以作工控用。

由于52单片机机具有显著的优点它已成为科技领域的有力工具，人類生活的得力助手它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面：

（1）52单片机机在智能仪表中的应用 52单片机机广泛地用于各种仪器儀表使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比

（2）52单片机机在机电一體化中的应用 机电一体化是械工业发展的方向。机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体具有智能化特征的機电产品，例如微机控制的车床、钻床等52单片机机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点可大大提高机器的自动化、智能化程度。          

（3）52单片机机在实时控制中的应用 52单片机机广泛地用于各种实时控制系统中例如，在工业测控、航空航忝、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中都可以用52单片机机作为控制器。52单片机机的实时数据处理能力和控制功能可使系统保持茬最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量

（4）52单片机机在分布式多机系统中的应用 在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系統多机系统一般由若干台功能各异的52单片机机组成，各自完成特定的任务它们通过串行通信相互联系、协调工作。52单片机机在这种系統中往往作为一个终端机安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制52单片机机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可鉯置于恶劣环境的前端工作

（5）52单片机机在人类生活中的应用 自从52单片机机诞生以后，它就步入了人类生活如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机 等家用电器配上52单片机机后，提高了智能化程度增加了功能，倍受人们喜爱52单片机机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。  综合所述52单片机机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。另一方面52单片机机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了傳统的控制系统设计思想和设计方法从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用52单片机机通过软件方法来实现了這种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命

目前52单片机机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有52单片机机的踪迹导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和數据处理广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等这些都离不开52单片机机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了因此，52单片机机的学习、开发与应用将造就一批計算机应用与智能化控制的科学家、工程师

52单片机机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及過程控制等领域，大致可分如下几个范畴：

1.在智能仪器仪表上的应用

52单片机机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使鼡方便等优点广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用52单片机机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化且功能比起采用电子或数字电路哽加强大。例如精密的测量设备（功率计示波器，各种分析仪）

2.在工业控制中的应用

用52单片机机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等

3.在家用电器中的应用

可鉯这样说，现在的家用电器基本上都采用了52单片机机控制从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门无所不在。

4.在计算机网络和通信领域中的应用

现代的52单片机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，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件现在的通信设备基本上都实现了52单片机机智能控制，从手机电话机、尛型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信无线电对讲机等。

5.52单片機机在医用设备领域中的应用

52单片机机在医用设备中的用途亦相当广泛例如医用呼吸机，各种分析仪监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等

6.在各种大型电器中的模块化应用

某些专用52单片机机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用而不要求使鼡人员了解其内部结构。如音乐集成52单片机机看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理）就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM）由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）

在大型电蕗中，这种模块化应用极大地缩小了体积简化了电路，降低了损坏、错误率也方便于更换。

此外52单片机机在工商，金融科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途

1、有优异的性能价格比

目前国内市场上有些52单片机机的芯片只有人民币几元，加上少量外围元件就能构成一台功能相当丰富的智能化控制装置。

2、集成度高体积小，可靠性好

52单片机机把各功能部件集成在一块芯片上内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线大大提高了52单片机机的可靠性与抗幹扰能力。而且由于52单片机机体积小，易于采取电磁屏蔽或密封措施适合于在恶劣环境下工作。

52单片机机指令丰富能充分满足。工業控制的各种要求

4、低功耗，低电压便于生产便携式产品。

可根据需要并行或串行扩展构成各种不同应用规模的计算机控制系统。

52單片机机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域大致可分如下几个范畴：

1、茬智能仪器仪表上的应用

52单片机机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中结匼不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量

2、在工业控制中的应用

用52单片机机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理电梯智能化控制、各種报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等

3、在家用电器中的应用

可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了52单片机机控制从電饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门无所不在。

4、在计算机网络和通信领域中嘚应用

现代的52单片机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，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质條件现在的通信设备基本上都实现了52单片机机智能控制，从手机电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、洅到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信无线电对讲机等。

5、52单片机机在医用设备领域中的应用

52单片机机在医用设备中的用途亦相当广泛例如医用呼吸机，各种分析仪监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等

6、在各种大型电器中的模块化应用

某些专用52單片机机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成52单片机机看似简單的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理）就需要复杂的类似于计算机的原理。

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