單片機基礎(chǔ)資料介紹

1、4.1單片機介紹：單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能 集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、 內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，LI前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、 定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)棋至可以將聲音、圖 像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機也被稱為微控制器(Microcontroler),是因為它最早被用在工業(yè)控制 領(lǐng)域。單片機山芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通 過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成 進復(fù)雜的而對提及要

2、求嚴格的控制設(shè)備當中。INTEL的Z80是最早按照這種思 想設(shè)計岀的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鍛。早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,因為簡 單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了 MCS51系列單 片機系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng) 域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛 的應(yīng)用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術(shù)得到了巨大的提高。 隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機迅速取 代16位單片機的高端地位，

3、并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機的性能也 得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)白倍。LI前，高端的32位單片 機主頻已經(jīng)超過300MHz,性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號 出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不 再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列 的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機其至可以直接使用 專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。單片機比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。 事實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機?，F(xiàn)代人類生活中所用的兒乎每件電子 和機

4、械產(chǎn)品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、 掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有1-2部單片機。而個人電腦中也會有為數(shù) 不少的單片機在工作。汽車上一般配備40多部單片機，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上 其至可能有數(shù)口臺單片機在同時工作！單片機的數(shù)量不僅遠超過PC機和其他計 算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多。單片機乂稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計 算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積 小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用 單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機內(nèi)部也用和電腦功能類

5、似的模塊，比如CPU,內(nèi)存，并行總線，還 有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電 腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過10元即可.用它來做一些控制電器 一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、VCD 等等的家電里面都可以看到它的身影！它主要是作為控制部分的核心部件。它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強的 抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用PC）的主要區(qū) 別。單片機是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其 是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，

6、有些則是 花大力氣也很難做到的。一個不是很復(fù)雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74 系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大 PCB板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結(jié)果就會有 天壤之別！只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高 可靠性！由于單片機對成本是敬感的，所以LI詢占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語 言，它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用 呢？很多高級的語言已經(jīng)達到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單， 就是單片機沒有家用訃算機那樣的CPU,也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。 一個

7、可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達到兒十K的 尺寸！對于家用PC的硬盤來講沒什么，可是對于單片機來講是不能接受的。單 片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使 用。一樣的道理，如果把巨型計算機上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC來 運行，家用PC的也是承受不了的。可以說，二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已 進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主 機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算 機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種訃算機 的最

8、小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通 常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用， 它出了毛病，整個裝置就癱瘓了。現(xiàn)在，這種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如 智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞一一“智 能型”，如智能型洗衣機等。現(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞 岀來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因， 可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。4.2 AT89C51 簡介：AT89C51 (如圖

9、210所示)是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器 (FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高 性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲 器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。山于將多功 能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89S51是一種高效CTXD) ilNTU) H NTT)PPFPPPPPRFJ 0P3.1P3 2M3 3P J 4P3 iP3XTAL2XT*L 1 匚GNO L PZ 1 P2 0:P-0 0|ADQA

10、D1)o-o.J! P0.3ADa)P0 41AD4)；1ADD):P0.7;E AjVPP：1 AL Ei1 PRO 乜:PSENPN.TAlS|iP2.5P:AN:1陀4P2 2(Al(AB)A8F微控制器，為很多嵌 入式控制系統(tǒng)提供 了一種靈活性高且 價廉的方案。AT89C51AT89C51單片機示意圖(4-2-1)VCC：供電電壓。GND：接地。P0 口： PO 口為一個8位漏級開路雙向I/O 口，每腳可吸收8TTL門電流。 當P1 口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存 儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼 輸入口，

11、當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O 口，P1 口緩沖器能接 收輸出4TTL fl電流。P1 口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時，將輸岀電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH 編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 口緩沖器可接收， 輸出4個TTL H電流，當P2 口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作 為輸入。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于 內(nèi)部上拉的緣故。P

12、2 口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行 存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當 對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3 口： P3 口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口，可接收輸出4個TTL 門電流。當P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入, 由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電 平時當8051通電，時

13、鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上 的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計數(shù)器PC指向0000H, P0-P3輸出 口全部為高電平，堆棧指鐘寫入07H,其它專用寄存器被清“0” o RESET由高電 平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變 RAM (包括工作寄存器R0-R7)的狀態(tài)，特殊功能寄存器初始態(tài)特殊功能寄存器初始態(tài)ACC00HBOOHPSWOOHSP07HDPHOOHTHOOOHDPLOOHTLOOOHIPxxxOOOOOBTH1OOHIEOxxOOOOOBTL1OOHTM0D00HTC0N00HSC0XxxxxxxxxBS

14、BUFOOHP0-P31111111BPC0NOxxxxxxxB8051的初始態(tài)(4-2-2)ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址 的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端 以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的l/6o因此它可用作 對外部輸出的脈沖或用于定時LI的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器 時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此 時，ALE只有在執(zhí)行MOVX, MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被 略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位

15、無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個 機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信 號將不出現(xiàn)。EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器(0000H-FFFFH), 不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET； 當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也 用于施加12V編程電源(VPP)。XTAL1 ：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出

16、。該反向放 大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源 驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器, 因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬 度。芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號 組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列 全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以詢，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89S51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持 兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM,定時器， 計數(shù)器，

17、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié) 振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。在自然界，任何髙于絕對溫度（-273度）時物體都將產(chǎn)生紅外光譜，不同溫度的物體，英 釋放的紅外能量的波長是不一樣的，因此紅外波長與溫度的高低是相關(guān)的。在被動紅外探測器中有兩個關(guān)鍵性的元件，一個是熱釋電紅外傳感器（PIR）,它能將波長 為8 12um之間的紅外信號變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺⒛軐ψ匀唤缰械陌坠庑盘柧哂幸种谱饔茫?因此在被動紅外探測器的警戒區(qū)內(nèi)，當無人體移動時，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是背景 溫度，當人體進人警戒區(qū)，通過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的是人體溫度與背景

18、 溫度的差異信號，因此，紅外探測器的紅外探測的基本概念就是感應(yīng)移動物體與背景物體的 溫度的差異。另外一個器件就是菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡有兩種形式，即折射式和反射式。菲涅爾透 鏡作用有兩個:一是聚焦作用，即將熱釋的紅外信號折射（反射）在PIR上，第二個作用是 將警戒區(qū)內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入警戒區(qū)的移動物體能以溫度變化的形式在PIR 上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號，這樣PIR就能產(chǎn)生變化的電信號。人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發(fā)出特泄波長10微米左右的紅外線，被動式紅 外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10微米左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的10微米左右 的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件， 這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電 路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。1）這種探頭是以探測人體輻射為目標的。所以熱釋電元件對波長為10微米左右的紅外輻射