單片機微機原理 第1章概述

1、第1章 單片機概述 20世紀(jì)70年代問世。已廣泛應(yīng)用在：工業(yè)自動化、自動檢測與控制、智能儀器儀表、機電一體化設(shè)備、汽車電子、家用電器等各個方面。那么，什么是單片機呢？1.1 什么是單片機? 在半導(dǎo)體硅片上集成了微處理器(CPU)，存儲器(RAM、ROM、EPROM)和各種輸入、輸出接口。 具有一臺計算機的屬性。也稱為：微控制器 MCU(MicroController Unit)嵌入式控制器 EMCU（Embedded icroController Unit）。 我國，習(xí)慣使用“單片機”這一名稱。 單片機主要應(yīng)用于測試和控制領(lǐng)域 按用途可分為通用型和專用型兩大類：（1）通用型可開發(fā)的內(nèi)部資源：R

2、AM、ROM、I/O等功能部件，全部提供給用戶,根據(jù)需要，設(shè)計一個以通用單片機芯片為核心的測控系統(tǒng)。（2）專用型 專門針對某些產(chǎn)品的特定用途而制作的單片機，針對性強且數(shù)量巨大。 對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最簡化、可靠性和成本最佳化等方面都作了全面的考慮。 “專用”單片機具有十分明顯的綜合優(yōu)勢。 無論“專用”單片機在用途上有多么“?！?，其基本結(jié)構(gòu)和工作原理都是以通用單片機為基礎(chǔ)。 1.2 單片機的發(fā)展歷史處理的位數(shù)分為：8位、16位、32位單片機。 四個階段:第一階段(1974年1976年)：單片機初級階段。雙片的形式， 且功能比較簡單。第二階段（1976年1978年）：低性能單片機階段。以Intel 公司制

3、造的MCS-48單片機為代表。第三階段(1978年現(xiàn)在)：高性能單片機階段。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位單片機鞏固發(fā)展及16位單片 機、32位單片機推出階段。世界各公司也開發(fā)了一大批性能優(yōu)越的單片機近年，不少新型單片機涌現(xiàn)，單片機產(chǎn)品豐富多彩的局面。 1.3 單片機的發(fā)展趨勢CPU的改進（1）采用雙CPU結(jié)構(gòu)，提高處理能力（2）增加數(shù)據(jù)總線寬度，內(nèi)部采用16位數(shù)據(jù)總線。2存儲器的發(fā)展（1）加大存儲容量, 存儲器容量可達128KB。 （2）片內(nèi)EPROM采用E2PROM或閃爍（Flash）存儲器3片內(nèi)I/O的改進（1

4、）增加并行口的驅(qū)動能力，能直接輸出大電流和高電壓。直接驅(qū)動LED和VFD（熒光顯示器）。 （2）設(shè)置特殊的串行接口功能，課構(gòu)成分布式、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng) 。4低功耗化CMOS化CHMOS工藝。5外圍電路內(nèi)裝化集成度不斷提高，把眾多的外圍功能部件集成在片內(nèi)系統(tǒng)的單片化。典型：美國Cygnal公司C8051F020 8位單片機，采用流水線結(jié)構(gòu)，峰值處理能力為25MIPS。片上集成有8通道A/D、兩路D/A、兩路電壓比較器，內(nèi)置溫度傳感器、定時器、可編程數(shù)字交叉開關(guān)和64個通用I/O口、電源監(jiān)測、看門狗、多種類型的串行總線（兩個UART、SPI）等。1.4 單片機的特點單片機卓越的性能，得到了廣泛的應(yīng)用，已

5、深入到各個領(lǐng)域。單片機體積小、價格低、應(yīng)用方便、穩(wěn)定可靠，因此，給工業(yè)自動化等領(lǐng)域帶來了一場重大革命和技術(shù)進步。單片機幾乎可以在任何設(shè)施或任意裝置上做成非常小的、功能比較完善的單片機嵌入系統(tǒng)置于其中，以實現(xiàn)各種方式的檢測、計算或控制，在這一點上，一般的微型計算機根本做不到。由于單片機本身就是一個計算機系統(tǒng)，因此只要在單片機的外部適當(dāng)增加一些必要的外圍擴展接口電路，就可以靈活地構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)。 為什么能夠獲得大量的應(yīng)用，原因？ （1）功能齊全，應(yīng)用可靠，抗干擾能力強。（2）簡單方便，易于普及（3）發(fā)展迅速，前景廣闊。（4）嵌入容易，用途廣泛總之，單片機軟硬件結(jié)合、體積小，很容易應(yīng)用到嵌入式控制

6、系統(tǒng)中。 1.5 單片機的應(yīng)用在下述領(lǐng)域廣泛應(yīng)用： 1. 工業(yè) 2. 儀器儀表 3消費類電子產(chǎn)品 4. 通信 5武器裝備 6終端及外部設(shè)備控制 7汽車電子設(shè)備 8多機分布式系統(tǒng) 1.6 MCS-51系列與AT89C5x系列單片機1.6.1 MCS-51系列單片機20世紀(jì)80年代以來，單片機的發(fā)展非常迅速，世界上一些著名廠商投放市場的產(chǎn)品就有幾十個系列，數(shù)百個品種。其中有：Intel公司的MCS-48、MCS-51Motorola公司的6801、6802Zilog公司的Z8系列Rockwell公司的6501、6502等。PHILIPS公司NEC公司日立公司各大公司相繼推出了各自的單片機產(chǎn)品。單片

7、機問世以來，在我國使用最多的還是Intel公司的及其兼容單片機。 MCS-51單片機是最早進入我國的單片機主流產(chǎn)品之一。MCS是Intel公司生產(chǎn)的單片機的系列號，如Intel公司的MCS-48、MCS-51、MCS-96系列單片機。MCS-51系列單片機既包括三個基本型8031、8051、8751，也包括對應(yīng)的低功耗型80C31、80C51、87C51。 （1）基本型 典型產(chǎn)品：8031/8051/8751（2）增強型 典型產(chǎn)品：8032/8052/8752內(nèi)部RAM增到256字節(jié)，8052、8752的內(nèi)部程序存儲器擴展到8KB，16位定時器/計數(shù)器增至3個。（3）低功耗型 典型產(chǎn)品：80C

8、31/87C51/80C51。采用CMOS工藝 適于電池供電或其它要求低功耗的場合。（4）專用型 8044/8744，用于總線分布式多機測控系統(tǒng)。美國Cypress公司的EZU SR-2100單片機USB接口。表1-1列出了MCS-51系列單片機的內(nèi)部硬件資源 1.6.2 AT89C5x系列單片機20世紀(jì)80年代中期以后，Intel公司已把精力集中在CPU芯片的開發(fā)、研制上，并逐漸放棄了單片機芯片的生產(chǎn)。但是以MCS-51為技術(shù)核心和主導(dǎo)的單片機已經(jīng)成為許多廠家、電氣公司競相選用的對象，以此為基核。以專利或技術(shù)交換的形式把8051內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給各廠家。如：AMTEL、PHILIPS、ANALO

9、G DEVICES、DALLAS公司。這些廠家的兼容單片機，與8051的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（主要是指令系統(tǒng)）相同，采用CMOS工藝- 80C51系列。80C51系列：所有具有8051指令系統(tǒng)的單片機，不應(yīng)直接稱為MCS-51系列單片機，MCS只是Intel公司專用的單片機系列符號 習(xí)慣把兼容機等衍生產(chǎn)品統(tǒng)稱為51系列單片機或51單片機。在8051的基礎(chǔ)上又進行了一些擴充,稱為增強型、擴展型，如52子系列單片機，功能和市場競爭力更強。世界單片機芯片生產(chǎn)廠商推出的與8051（80C51）兼容的主要產(chǎn)品如表1-2所示。眾多的MCS-51單片機及其各種增強型、擴展型衍生品種，ATMEL公司推出的AT89C5x系

10、列，尤其是該系列中的AT89C51單片機在8位單片機應(yīng)用中占有相當(dāng)大的市場份額。ATMEL公司以E2PROM技術(shù)與Intel公司的80C51內(nèi)核的使用權(quán)進行交換。該公司技術(shù)優(yōu)勢是其閃爍（Flash）存儲器技術(shù)，將Flash存儲器與80C51內(nèi)核相結(jié)合，形成了AT89C5x系列。AT89C5x系列與MCS-51系列單片機在功能、引腳及指令系統(tǒng)方面完全兼容。又增加了一些新的功能，如看門狗定時器WDT、ISP及SPI串行接口等， 是取代MCS-51系列單片機的主流芯片之一 。表1-3為ATMEL公司生產(chǎn)的AT89系列單片機的主要產(chǎn)品的片內(nèi)硬件資源。 低檔機型 低電壓型 -“LV”盡管AT89C5x系列單片機有多種機型，但是掌握好基本型AT89C51是十分重要的，是具有8051內(nèi)核的各種型號單片機的基礎(chǔ)，具有典型性、代表性，也是各種增強型、擴展型等衍生品種的基礎(chǔ)。因此，以AT8