MCS-51單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用：第1章 單片機(jī)概述

1、第1章 單片機(jī)概述 1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展 1946年2月15日第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)（ENIAC埃尼阿克）問世。ENIAC是電子管計(jì)算機(jī)，時(shí)鐘頻率僅為100 KHz，但能在1秒鐘的時(shí)間內(nèi)完成5000次加法運(yùn)算。匈牙利籍?dāng)?shù)學(xué)家馮諾依曼在電子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方案上做出了重要的貢獻(xiàn)。1946年6月他又提出了“程序存儲(chǔ)”和“二進(jìn)制運(yùn)算”的思想，進(jìn)一步構(gòu)建了計(jì)算機(jī)由“運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備”組成這一計(jì)算機(jī)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了五個(gè)時(shí)代：電子管計(jì)算機(jī)晶體管計(jì)算機(jī)集成電路計(jì)算機(jī)大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)：應(yīng)用形態(tài)上多板機(jī)（系統(tǒng)機(jī)）；單板機(jī)；單片機(jī)多板機(jī)（

2、系統(tǒng)機(jī)）：將CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口電路和總線接口等組裝在一塊主機(jī)板上（微機(jī)主板），各種適配板卡插在主機(jī)板的擴(kuò)展槽上，與電源、軟/硬盤驅(qū)動(dòng)器及光驅(qū)等裝在同一機(jī)箱內(nèi)，再配上系統(tǒng)軟件。單板機(jī)：將CPU芯片、存儲(chǔ)器芯片、I/O接口芯片和簡(jiǎn)單的I/O設(shè)備（小鍵盤、LED顯示器）等裝配在一塊印刷電路板上，再配上監(jiān)控程序（固化在ROM中），就構(gòu)成了一臺(tái)單板微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)：在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口電路等，從而構(gòu)成了單芯片微型計(jì)算機(jī)，即單片機(jī)。1.2 單片機(jī)的發(fā)展一、單片機(jī)的四個(gè)階段 第一階段(1974年1976年)：?jiǎn)纹瑱C(jī)初級(jí)階段，功能 比較簡(jiǎn)單。 第二階段（1976年19

3、78年）：低性能單片機(jī)階段， 以Intel 公司制造的MCS-48單片機(jī)為代表。 第三階段(1978年現(xiàn)在)：高性能單片機(jī)階段，Intel 公司的MCS-51系列、Mortorola公司的6801系列等。 第四階段(1982年現(xiàn)在)：8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16 位單片機(jī)、32位單片機(jī)推出應(yīng)用階段。二、單片機(jī)的定義 單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)分支，是一種專門面向控制的微處理器（Micro Processor,P），稱之為微控制器(Micro Controller Unit，MCU)。 單片機(jī)通常以單一芯片的形式出現(xiàn)，但是它已具有了微型計(jì)算機(jī)所包含的基本組成結(jié)構(gòu)和特有的控制應(yīng)用功能，是一種芯片級(jí)的

4、微型計(jì)算機(jī)。 另外，由于單片機(jī)的體積、結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中可以完全融入應(yīng)用系統(tǒng)之中，故而也稱為嵌入式微控制器(Embedded Micro-Controller)。 三、單片機(jī)系統(tǒng) 單片機(jī)在半導(dǎo)體硅片上集成了微處理器(CPU)，存儲(chǔ)器(RAM、ROM、EPROM)和各種輸入、輸出接口。 最基本的單片機(jī)系統(tǒng)由單片機(jī)芯片和軟件程序共同組建而成，是用戶為了實(shí)現(xiàn)某種控制用途的需要而設(shè)計(jì)的實(shí)際裝置。 在單片機(jī)系統(tǒng)中，單片機(jī)芯片內(nèi)部的中央處理單元(CPU)處于核心地位，CPU通過執(zhí)行軟件程序調(diào)動(dòng)硬件電路完成控制功能。根據(jù)這種工作方式，單片機(jī)系統(tǒng)可以劃分為硬件和軟件兩個(gè)組成部分。1.3 單片機(jī)的主要

5、機(jī)型一、8051系列及其增強(qiáng)型、擴(kuò)展型系列片內(nèi)存儲(chǔ)器（字節(jié)）定時(shí)器計(jì)數(shù)器并行I/O串行I/O中斷源片內(nèi)ROM片內(nèi)RAM無有ROM有EPROMIntel51系列803180C31805180C51(4K字節(jié))875187C51(4K字節(jié))128字節(jié)2x164x8位15256字節(jié)Intel52系列803280C32805280C52(8K字節(jié))875287C52(8K字節(jié))256字節(jié)3x164x8位16ATEML89C系列1051(1K)/2051(2K)/4051(4K)（20條引腳DIP封裝）1282151589C51(4K)/89C52(8K)（40條引腳DIP封裝）128/2562/332

6、15/6二、其它主要單片機(jī)機(jī)型1、Philips 80C51、80C552等系列（基于80C51） 片內(nèi)有A/D、PWM、多中斷源，甚至有CAN 、I2C總線。2、Cygnal C8051F系列（基于80C51） 混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片，單周期指令速度是8051的12倍，全指令集速度是8051的9.5倍。內(nèi)部資源非常豐富，將單片機(jī)的基本組成單元與模擬、數(shù)字外設(shè)集成在一個(gè)芯片上而組成的片上系統(tǒng)(SoC)，實(shí)質(zhì)上已超出了以往單片機(jī)(MCU)的含義，代表了高性能單片機(jī)發(fā)展的一個(gè)方向。熟悉MCS-51系列單片機(jī)可以很容易地掌握C8051F的應(yīng)用技術(shù)并能進(jìn)行軟件的移植。 3、TI MSP430系列單片機(jī) 1

7、6位單片機(jī)，具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開發(fā)手段。1.83.6 V工作電壓，片內(nèi)包括看門狗(WDT)、模擬比較器、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、ADC、I2C總線和直接數(shù)據(jù)存取(DMA)等。以FLASH型為主，片內(nèi)有JTAG（Joint Test Action Group，聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)組）調(diào)試接口，通過PC機(jī)和JTAG可以實(shí)現(xiàn)在線編程。 4、Microchip PIC系列單片機(jī) 采用8051核的有PIC16C系列和PIC17C系列8位單片機(jī)，功能全、種類多、便于選擇使用，就產(chǎn)量和市場(chǎng)份額而言在世界單片機(jī)領(lǐng)域排名前列。5、Atmel AVR單片機(jī)內(nèi)部資源非常豐富，低功率，I/O 接口具有

8、很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，灌電流可直接驅(qū)動(dòng)繼電器、LED等器件，從而省去驅(qū)動(dòng)電路，節(jié)約系統(tǒng)成本。6、Motorola 單片機(jī)最大的單片機(jī)廠商。典型機(jī)型有：8位機(jī)M6805、M68HC05，8位增強(qiáng)型M68HC11、M68HC12，16位機(jī)M68HC16，32位機(jī)M683XX。在同樣的速度下所用的時(shí)鐘頻率較Intel類單片機(jī)低得多，因而使得高頻噪聲低，抗干擾能力強(qiáng)，更適合于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境。三、單片機(jī)分級(jí)軍用級(jí)工作溫度范圍：-50+125，芯片的價(jià)格比較昂貴。如Intel公司MCS-51系列的MD80C51FB（M代表軍品，D代表直插封裝）。工業(yè)級(jí)工作溫度范圍為：-4585，介于商業(yè)級(jí)和軍用級(jí)之間，適

9、宜在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下使用。MCS-51系列單片機(jī)的普通產(chǎn)品均屬于工業(yè)級(jí)。 商業(yè)級(jí)工作溫度范圍：070，主要限于機(jī)房、辦公及住宅環(huán)境，適用于民用產(chǎn)品，商業(yè)級(jí)產(chǎn)品價(jià)格低廉，品種齊全，應(yīng)用最為廣泛。1.4 單片機(jī)的應(yīng)用一、單片機(jī)主要應(yīng)用領(lǐng)域智能儀器儀表提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能化。實(shí)時(shí)工業(yè)控制各種物理量的采集和控制，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。分布式系統(tǒng)的前端模塊在較復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)中，作為分布式系統(tǒng)的前端采集模塊。機(jī)電一體化產(chǎn)品具有智能化特征的各種機(jī)電產(chǎn)品。家用電器又一重要應(yīng)用領(lǐng)域，前景十分廣闊。二、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程1、明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)，完成單片機(jī)及其外圍電路的選型和購買。2、設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理圖和PCB板，經(jīng)仔細(xì)檢查后PCB板送工廠制作。 3、完成器件的安裝焊接。4、根據(jù)硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)要求編寫應(yīng)用程序。5、在線調(diào)試硬、軟件。6、燒寫單片機(jī)應(yīng)用程序，獨(dú)立運(yùn)