單片機(jī)原理與應(yīng)用(倪云峰)全書第1章

1、第 1 章 緒 論1.1 概述1.2 單片機(jī)系列介紹本章小結(jié)習(xí)題 第 1 章 緒 論在20世紀(jì)60年代末和70年代初，袖珍型計(jì)算器得到了普遍應(yīng)用。作為研制計(jì)算器芯片的成果，1971年11月，美國Intel公司首先推出了4位微處理器Intel 4004，它實(shí)現(xiàn)了將4位并行運(yùn)算的單片處理器、運(yùn)算器和控制器的所有元件全部集成在一片MOS大規(guī)模集成電路芯片上，這是第一片微處理器。從此以后，微處理器開始迅速發(fā)展。在微處理器的發(fā)展過程中，人們試圖在高度集成的微處理器芯片中增加存儲器、I/O接口電路、定時/計(jì)數(shù)器、串行通信接口、中斷控制、系統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線，甚至A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等，以提高其功能，并賦予其

2、專門的用途，比如數(shù)據(jù)采集、信號轉(zhuǎn)換和通信控制等。由此產(chǎn)生了各種具有不同功能的微處理器，稱為微控制器(Microcontroller)，亦稱為單片機(jī)。1.1 概概 述述第 1 章 緒 論單片機(jī)不是僅完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。單片機(jī)的產(chǎn)生是近代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的一個重要里程碑，它的誕生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大分支。以單片機(jī)為核心的智能化產(chǎn)品將計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)和電子測量與控制技術(shù)結(jié)合在一起，把智能賦予各種機(jī)械裝置，對傳統(tǒng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和應(yīng)用方式產(chǎn)生了根本性的變革。單片機(jī)微小的體積和低的成本使其可廣泛地嵌入到玩具、家用電器、

3、機(jī)器人、儀器儀表、汽車電子系統(tǒng)、工業(yè)控制單元、辦公自動化設(shè)備、金融電子系統(tǒng)、艦船、個人信息終端及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。所以，了解單片機(jī)并掌握單片機(jī)技術(shù)對電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用具有非常重要的意義。第 1 章 緒 論1.1.1 單片機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展單片機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展單片機(jī)一詞最初源于“Single Chip Microcomputer”，簡稱SCM。在單片機(jī)誕生時，SCM是一個準(zhǔn)確、流行的稱謂，“單片機(jī)”一詞準(zhǔn)確地表達(dá)了這一概念。隨著SCM在技術(shù)上、體系結(jié)構(gòu)上，以及控制功能上的不斷擴(kuò)展和完善，單片機(jī)已不能用“單片微型計(jì)算機(jī)”來準(zhǔn)確表達(dá)其內(nèi)涵了。國際上逐漸采用“MCU”(M

4、icroController Unit)來代替之，并形成了單片機(jī)界公認(rèn)的、最終統(tǒng)一的名詞。國內(nèi)因?yàn)椤皢纹瑱C(jī)”一詞已約定俗成，故而繼續(xù)沿用至今。第 1 章 緒 論單片機(jī)的發(fā)展和個人計(jì)算機(jī)中的CPU一樣也經(jīng)歷了幾代過程，大體分為4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)和32位機(jī)的發(fā)展過程。1980年Intel公司推出其高性能的8位單片機(jī)8051，并且公布其內(nèi)核技術(shù)后，引來世界許多著名的IC生產(chǎn)廠商紛紛加入單片機(jī)的研究隊(duì)列并推出自己的單片機(jī)產(chǎn)品，如美國AMD公司、Atmel公司、Winbond公司、Philips公司、Motorola公司、Zilog公司，韓國LG公司，日本NEC公司、西門子公司等。廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和

5、巨大的市場空間使兼容系列的單片機(jī)已達(dá)數(shù)百種之多。雖然品種如此之多，但是這些產(chǎn)品都是和8051相兼容的，也就是說，MCS-51內(nèi)核實(shí)際上已經(jīng)成為一個8位單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。因此下面以Intel公司的8位機(jī)為例來介紹單片機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r。第 1 章 緒 論1. 第一階段第一階段(19761978)第一階段是單片機(jī)發(fā)展的初期階段。該階段的任務(wù)是探索計(jì)算機(jī)的單芯片集成。以Intel公司的MCS-48為代表，其CPU、存儲器、定時/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、I/O端口、時鐘以及指令系統(tǒng)都是按嵌入式系統(tǒng)要求專門設(shè)計(jì)的。除了Intel公司的MCS-48外，同時參與這一探索工作的公司還有Motorola 、Zilog等，他們的

6、研究都取得了令人滿意的成果。第 1 章 緒 論2. 第二階段第二階段(19781982)第二階段是單片機(jī)的完善階段。計(jì)算機(jī)的單芯片集成探索取得成功后，隨后的任務(wù)就是要完善單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。這一階段的典型代表是Intel公司將MCS-48向MCS-5l過渡。Intel公司在MCS-48的基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機(jī)系列，奠定了單片機(jī)的基本體系結(jié)構(gòu)。 第 1 章 緒 論它主要體現(xiàn)在以下幾個方面。(1) 完善的外部總線。MCS-51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有多機(jī)通信功能的串行通信接口。(2) CPU外圍功能單元的集中管理模式。(3) 設(shè)置面

7、向工控的位地址空間和位操作方式。 (4) 指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。第 1 章 緒 論3. 第三階段第三階段(19821990)第三階段是微控制器的形成階段。在該階段，8位單片機(jī)得到鞏固與發(fā)展，16位單片機(jī)逐漸推出。該階段是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的重要階段。這一階段單片機(jī)的主要技術(shù)發(fā)展是增強(qiáng)了滿足測控對象要求的外圍電路，如A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、高速I/O口、WDT(WatchDog Timer，程序監(jiān)視定時器)、DMA(高速數(shù)據(jù)傳輸)等，強(qiáng)化了智能控制的特征。在此階段，Intel公司推出了MCS-96系列單片機(jī)，將一些用于測控系統(tǒng)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、程序運(yùn)

8、行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器(Pulse Width Modulator，PWM)等納入片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。隨著MCS-51系列的廣泛應(yīng)用，許多電氣廠商競相使用80C51作為內(nèi)核，將許多測控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、多通道A/D轉(zhuǎn)換部件以及可靠性技術(shù)等應(yīng)用到單片機(jī)中，增強(qiáng)了外圍電路功能，強(qiáng)化了智能控制的特征。第 1 章 緒 論4. 第四階段第四階段(1990至今至今)第四階段是微控制器的全面發(fā)展階段，即當(dāng)前的單片機(jī)時代，其顯著特點(diǎn)是百家爭鳴、百花齊放、技術(shù)創(chuàng)新。單片機(jī)正在滿足各個方面的需求，隨著單片機(jī)在各個領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位/16位/

9、32位通用型單片機(jī)，以及一些小型、廉價的專用型單片機(jī)。第 1 章 緒 論1.1.2 單片機(jī)的發(fā)展趨勢單片機(jī)的發(fā)展趨勢近十年來，單片機(jī)的發(fā)展出現(xiàn)了許多新的特點(diǎn)，單片機(jī)正朝多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價格、擴(kuò)大存儲容量和加強(qiáng)I/O功能及結(jié)構(gòu)兼容等方向發(fā)展。單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢如下所述。1. 多功能多功能在單片機(jī)中盡可能多地把應(yīng)用系統(tǒng)中所需要的存儲器、各種功能的I/O口都集成在一塊芯片內(nèi)，即外圍器件內(nèi)裝化，如把LED、LCD或VFD顯示驅(qū)動器集成在8位單片機(jī)中，把ADC、DAC乃至多路模擬開關(guān)和采樣/保持器也集成在單片機(jī)芯片中，從而成為名副其實(shí)的單片微機(jī)。第 1 章 緒 論2. 高性能高性能為

10、了提高速度和執(zhí)行效率，在單片機(jī)中開始使用RISC體系結(jié)構(gòu)、并行流水線操作和DSP等，使單片機(jī)的指令運(yùn)行速度得到大大提高，其電磁兼容等性能明顯優(yōu)于同類型的微處理器。第 1 章 緒 論3. 低電壓和低功耗低電壓和低功耗單片機(jī)的應(yīng)用場合多為便攜式設(shè)備、嵌入式設(shè)備等小型系統(tǒng)，對體積要求盡可能得小，而且這些系統(tǒng)大多采用電池供電或系統(tǒng)本身有功耗限制，使得單片機(jī)也具有低電壓工作性能和極小的功耗，因此目前單片機(jī)制造普遍采用CHMOS工藝，即互補(bǔ)金屬氧化物的HMOS工藝(具有高速度、高密度等特點(diǎn))。CHMOS工藝除具有HMOS的優(yōu)點(diǎn)外，還具有CMOS工藝的低功耗特點(diǎn)。例如，采用HMOS工藝的8051的功耗為63

11、0mW(相對較高的功耗使得該產(chǎn)品已被市場淘汰)，而Philips公司的80C51、Atmel公司的AT89C51/S51采用CHMOS工藝，其功耗僅為120mW。第 1 章 緒 論4. 串行擴(kuò)展總線串行擴(kuò)展總線推行串行擴(kuò)展總線可以顯著減少引腳數(shù)量，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。隨著外圍器件串行接口的發(fā)展，單片機(jī)的串行接口的普遍化、高速化使得并行擴(kuò)展接口技術(shù)日漸衰退。目前推出了刪去并行總線的非總線單片微機(jī)，需要外擴(kuò)器件(存儲器、I/O等)時，僅采用串行擴(kuò)展總線，甚至用軟件虛擬串行總線即可實(shí)現(xiàn)。由于集成度的進(jìn)一步提高，有的單片機(jī)的尋址能力已突破64KB的限制，某些8位、16位單片機(jī)其尋址能力已達(dá)到1MB和16MB

12、。片內(nèi)ROM的容量可達(dá)64KB，RAM的容量可達(dá)2KB。第 1 章 緒 論綜上所述，51系列單片機(jī)及其兼容機(jī)具有發(fā)展歷史長、產(chǎn)品成熟、功能性較強(qiáng)、市場供應(yīng)量充足、價格低廉等特點(diǎn)。雖然市場上目前已經(jīng)推出了32位單片機(jī)，但8位機(jī)自誕生以來由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，一直占有重要的市場份額，而且近年來還在不斷推出功能更強(qiáng)的新產(chǎn)品，預(yù)計(jì)這種情況還將繼續(xù)下去。另外，8位機(jī)的參考資料豐富，且目前的編譯系統(tǒng)支持C語言作為系統(tǒng)的開發(fā)語言，便于初學(xué)者掌握，這也是“單片機(jī)原理與應(yīng)用”這門課程一直選用MCS-51單片機(jī)作為教學(xué)內(nèi)容的主要原因。第 1 章 緒 論1.1.3 單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)體積小，成本

13、低，運(yùn)用靈活，易于產(chǎn)品化，可以方便地組成各種智能化的控制設(shè)備和儀表等，從而廣泛地應(yīng)用于民用家電、智能儀表、工業(yè)控制、航空航天、醫(yī)用設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信等領(lǐng)域，幾乎無所不能。但是單片機(jī)的應(yīng)用意義遠(yuǎn)不限于它的應(yīng)用范疇以及由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是它已經(jīng)從根本上改變了傳統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)方法和控制策略，使科技上先前無法實(shí)現(xiàn)的理論技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)并轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)力，推動了社會進(jìn)步，改善了人類生活，是技術(shù)發(fā)展史的一次革命，也是科技發(fā)展史上的一座里程碑。單片機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，下面列舉一些典型的應(yīng)用領(lǐng)域。第 1 章 緒 論1. 家用電器家用電器觀察我們的家庭生活，可以說現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，

14、例如洗衣機(jī)、微波爐、電冰箱、空調(diào)、電視機(jī)、音響設(shè)備、電子秤、跑步機(jī)、電子收款臺和銀行POS機(jī)等。2. 智能儀表智能儀表單片機(jī)可用于數(shù)字示波器，它可以存儲數(shù)據(jù)并通過USB接口和計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，直接將數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)。此外，單片機(jī)還可用于各種液體、氣體分析儀器儀表以及醫(yī)療器械(例如心電監(jiān)護(hù)儀、自動血壓儀等)產(chǎn)品。第 1 章 緒 論3. 工業(yè)控制工業(yè)控制在工業(yè)控制領(lǐng)域，單片機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人，電機(jī)電氣控制，數(shù)控機(jī)床，可編程序控制器，溫度、壓力、流量和位移等智能型傳感器，以及相應(yīng)的過程控制。4. 航空航天航空航天在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用有航天導(dǎo)航系統(tǒng)、智能武器裝置、導(dǎo)彈控制和雷達(dá)導(dǎo)航裝置等。第 1 章

15、 緒 論5. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信目前，所有單片機(jī)的處理速度都在不斷提高，例如32位單片機(jī)的時鐘速率可以達(dá)到300MHz，其性能直追20世紀(jì)90年代中期的專用處理器。所有的單片機(jī)都具有通信接口，可以方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)中的通信設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換提供了基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)智能通信終端設(shè)備提供了保證。從小型程控交換機(jī)、樓宇通信對講系統(tǒng)、列車無線通信到日常工作中隨處可見的手機(jī)、電話、無線對講電話等，都是采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)和控制的。第 1 章 緒 論1.2.1 單片機(jī)的主要生產(chǎn)制造商及其特點(diǎn)單片機(jī)的主要生產(chǎn)制造商及其特點(diǎn)在Intel公司徹底開放了8051單片機(jī)的技術(shù)之后，世界上

16、許多半導(dǎo)體廠商加入了開發(fā)和改造8051單片機(jī)的行列中，這些著名的半導(dǎo)體公司在兼容MCS-51系列功能的基礎(chǔ)上相繼研制和發(fā)展了自己的單片機(jī)，并增添了各自特有的功能，為單片機(jī)的發(fā)展作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。其中，貢獻(xiàn)最大的有Philips、Atmel等幾家公司，下面分別對其作簡要介紹。1.2 單片機(jī)系列介紹單片機(jī)系列介紹第 1 章 緒 論1. Philips公司公司Philips公司致力發(fā)展了單片機(jī)的控制功能和外圍單元，其80C51系列作為高性能兼容性單片機(jī)是最具有代表性的，該系列品種齊全，采用CHMOS工藝制造技術(shù)，具有高密度、高速度、低功耗等特點(diǎn)。例如，其典型產(chǎn)品80C52與Intel公司的MCS

17、-51系列單片機(jī)完全兼容，同時又增加了1個定時/計(jì)數(shù)器和WDT，串口增加了I2C接口，帶有A/D轉(zhuǎn)換器及2路PWM等。第 1 章 緒 論2. Atmel公司公司Atmel公司在單片機(jī)內(nèi)部植入了Flash ROM，使得單片機(jī)應(yīng)用變得更加靈活，在中國擁有大量的用戶。其單片機(jī)分為AT89、AT90、AT91和智能IC卡四個系列。其中，AT89系列與Intel的MCS-51系列兼容，是8位機(jī)，有AT89C51/52、AT89LV51/52、AT89S51/52(帶ISP功能)。另外，該公司的AT90系列是增強(qiáng)型RISC(精簡指令集)內(nèi)載Flash的8位單片機(jī)，通稱為AVR單片機(jī)，與MCS-51不兼容。

18、它也是增加了許多外圍設(shè)備的機(jī)型，屬于高性能的單片機(jī)。第 1 章 緒 論3. ADI公司公司ADI公司推出的ADIC8xx系列單片機(jī)在單片機(jī)向SOC發(fā)展的模/數(shù)混合集成電路中扮演了很重要的角色。4. Cygnal公司公司Cygnal公司采用一種全新的流水線設(shè)計(jì)思路，使單片機(jī)的運(yùn)算速度得到了極大的提高，在向SOC發(fā)展的過程中邁出了一大步。第 1 章 緒 論在這個龐大的家族中，各生產(chǎn)廠商的主流產(chǎn)品盡管各具特色，名稱各異，但其原理都是大同小異，同樣的一段程序，在各廠家的硬件上運(yùn)行的結(jié)果均是相同的。MCS-51是由美國Intel公司生產(chǎn)的系列單片機(jī)的總稱，這一系列單片機(jī)雖然包括了很多品種，但其中的805

19、1是最早、最典型的產(chǎn)品，而該系列其他類別的單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減改變而來的，故人們習(xí)慣用8051來稱呼MCS-51系列單片機(jī)。第 1 章 緒 論1.2.2 單片機(jī)的四個主要系列單片機(jī)的四個主要系列1. MCS-48系列單片機(jī)系列單片機(jī)MCS-48是Intel公司于1976年推出的第一代8位單片機(jī)系列產(chǎn)品。它大致分為四種類型，分別為基本型、強(qiáng)化型、簡化型和專用型。(1) 基本型：片內(nèi)集成有8位CPU，1K8位的程序存儲器(ROM)，648位的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，27條I/O接口線，1個8位的定時/計(jì)數(shù)器，2個中斷源。基本型中的三種產(chǎn)品8048/8748/8035的差異僅在

20、于片內(nèi)程序存儲器的區(qū)別：8048內(nèi)有1KB的ROM；8748內(nèi)有1KB的EPROM；8035內(nèi)無程序存儲器，開發(fā)產(chǎn)品必須外部擴(kuò)展EPROM。第 1 章 緒 論(2) 強(qiáng)化型：它的基本結(jié)構(gòu)與基本型完全相同，指令系統(tǒng)也是相同的。它與基本型的主要區(qū)別在于片內(nèi)的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器都不同程度地增大，處理速度加快。(3) 簡化型：它的指令只是基本型的一個子集，速度較慢，但是片內(nèi)集成了2個通道的8位A/D轉(zhuǎn)換器。(4) 專用型：通常用于外設(shè)接口芯片，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和指令與基本型完全一致，只是對外應(yīng)答方式上有差異，通信中只能處于從機(jī)地位。第 1 章 緒 論2. MCS-51系列單片機(jī)系列單片機(jī)MCS-51是指I

21、ntel公司于1980年推出的新一代8位單片機(jī)系列產(chǎn)品(8051)。從嚴(yán)格意義上講，其他所有具有8051指令系統(tǒng)的單片機(jī)都不應(yīng)直接稱為MCS-51系列單片機(jī)，MCS只是Intel公司專用的單片機(jī)系列符號。但是為了敘述方便，本書將不進(jìn)行嚴(yán)格區(qū)分。第 1 章 緒 論MCS-51系列單片機(jī)及其兼容產(chǎn)品通常分成以下幾類： (1) 基本型：典型產(chǎn)品有8031/8051/8751?；拘筒捎肏MOS工藝，片內(nèi)集成有8位CPU，片內(nèi)駐留4K8位的ROM(8031片內(nèi)無)，128B的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)以及21個特殊功能寄存器，32條I/O接口線，1個全雙工的串行I/O口(UART)，2個16位的定時/計(jì)數(shù)器

22、，5個中斷源和2級中斷。數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的尋址能力為128KB，指令系統(tǒng)除加、減、乘、除運(yùn)算外，還提供了查表和位操作指令，主時鐘頻率為12MHz，運(yùn)算速度增強(qiáng)。第 1 章 緒 論(2) 增強(qiáng)型：典型產(chǎn)品有8032/8052/8752。與基本型的差異在于內(nèi)部RAM增到256B，8052、8752的內(nèi)部程序存儲器擴(kuò)展到8KB，16位定時/計(jì)數(shù)器增至3個。(3) 低功耗型：典型產(chǎn)品有80C31/87C51/80C51。其基本結(jié)構(gòu)和功能與基本型相同。由于采用CMOS工藝，因此適于電池供電或其他要求低功耗的場合。(4) 專用型：典型產(chǎn)品有8044/8744。在基本型的基礎(chǔ)上用一個HDLC/SDLC

23、通信控制器取代了基本型的UART，適用于總線分布式多機(jī)測控系統(tǒng)。第 1 章 緒 論(5) 超8位型：典型產(chǎn)品有Philips公司的80C552/87C552/83C552系列單片機(jī)。其基本結(jié)構(gòu)和功能與MCS-51系列完全相同，但又將MCS-96系列(16位單片機(jī))I/O部件如高速輸入/輸出(HSI/HSO)、A/D轉(zhuǎn)換器、脈沖寬度調(diào)制(PWM)、看門狗定時器(WDT)等移植進(jìn)來構(gòu)成新一代MCS-51產(chǎn)品。這類產(chǎn)品的功能介于MCS-51和MCS-96之間，目前已得到了較廣泛的使用。第 1 章 緒 論(6) 片內(nèi)閃爍存儲器：典型產(chǎn)品有Atmel公司的AT89C52單片機(jī)。其內(nèi)部含有Flash存儲器

24、，使得存儲和程序改寫更加方便，從而受到了應(yīng)用設(shè)計(jì)者的歡迎。MCS-51系列以及80C51系列單片機(jī)有多種類型，但掌握好MCS-51的基本型是十分必要的。它們是具有MCS-51內(nèi)核的各種型號單片機(jī)的基礎(chǔ)，也是各種增強(qiáng)型、擴(kuò)展型等衍生品種的核心。 第 1 章 緒 論3. MCS-96系列單片機(jī)系列單片機(jī)1983年Intel公司推出了MCS-96系列單片機(jī)。它的問世標(biāo)志著單片機(jī)系列產(chǎn)品又進(jìn)入了新的階段。與以往的MCS-51相比，MCS-96不但字長增加了一倍，而且具有4路或 8路的10位A/D、PWM輸出等功能。其典型產(chǎn)品為8098。8098是準(zhǔn)16位的單片機(jī)。第 1 章 緒 論與8位單片機(jī)相比，M

25、CS-96主要有如下特點(diǎn)：(1) 集成度高。其內(nèi)部除了常規(guī)I/O接口、定時/計(jì)數(shù)器、全雙工的串行口外，還有高速I/O部件(如高速輸入口(HSI)、高速輸出口(HSO)、多路A/D轉(zhuǎn)換器、PWM輸出口以及看門狗定時器等。(2) 處理速度快。MCS-96指令系統(tǒng)比MCS-51更加豐富，尋址方式更加靈活，還具有帶符號運(yùn)算等功能，使得運(yùn)算速度大大提高。MCS-96可以靈活地選擇對字或字節(jié)操作，還可以進(jìn)行帶或不帶符號的乘除運(yùn)算。第 1 章 緒 論4. MCS-196系列單片機(jī)系列單片機(jī)MCS-196系列單片機(jī)是Intel公司繼8X9X之后推出的16位嵌入式微控制器。MCS-196除了保留8X9X的全部功

26、能外，在功能部件和指令支持上又有很大改進(jìn)，性能上也有了顯著提高，適用于更復(fù)雜的實(shí)時控制場合。MCS-196單片機(jī)有多種型號，不同型號配置有不同的功能部件，且具有不同的存儲器空間和尋址能力，可滿足不同場合的要求。該系列單片機(jī)產(chǎn)品有80196KB、80196KC、80196MD等，它們的功能比8098更加強(qiáng)大，但由于性價比不理想，因此并未得到很廣泛的應(yīng)用。第 1 章 緒 論MCS-196系列單片機(jī)與96系列單片機(jī)相比較具有下列特點(diǎn)：(1) 有1個基于寄存器到寄存器結(jié)構(gòu)的內(nèi)核。這種結(jié)構(gòu)消除了累加器的瓶頸現(xiàn)象，加快了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣取?2) 多種功能部件。這些功能部件除包括在8X9X中就有的I/O口、1

27、0位A/D轉(zhuǎn)換器、PWM、全雙工串行I/O口、中斷源、看門狗定時器、16位定時/計(jì)數(shù)器、HSI/O(高速輸入/輸出口)等以外，還包括在MCS-196中出現(xiàn)的PTS(外圍事務(wù)服務(wù)器)、EPA(事件處理器陣列)、WG(波形發(fā)生器)等。與其他系列(如MCS-51系列、PIC系列等)單片機(jī)相比，HSI/O、PTS、EPA、WG是MCS-196最具特色之處。第 1 章 緒 論(3) 具有可編程的等待狀態(tài)發(fā)生器。MCS-196單片機(jī)總線控制器還具有可編程的等待狀態(tài)發(fā)生器，可方便地與慢速外設(shè)接口。在運(yùn)行中可動態(tài)選擇8位或者16位的總線寬度，并能通過HOLD/HLDA協(xié)議方便地實(shí)現(xiàn)多處理器通信。目前，MCS-

28、196系列主要有以下3種。(1) HSI/O系列。本系列主要芯片有8XC196KB、8XC196KC、8XC196KD，產(chǎn)品分類如表1.1所示。第 1 章 緒 論8XC196KB是MCS-196系列的第1個成員，片內(nèi)含8KB程序空間，232B的寄存器RAM，4個高速輸入口HSI，6個高速輸出口HSO，2個16位的定時/計(jì)數(shù)器，這兩個定時/計(jì)數(shù)器均可用作時基發(fā)生器。另外，片內(nèi)資源還有1路PWM，1個全雙工串行通信口，1個看門狗定時器，1個8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器，48條輸入/輸出口(與部件復(fù)用)。第 1 章 緒 論表表1.1 HSI/O系列一覽表系列一覽表 特征 型號 ROM/KB RAM/B

29、HSI/HSO WDT PWM A/D 通道 UART I/O PTS 8XC196KB 8 232 4/6 1 1 8 1 48 無 8XC196KC 16 488 4/6 1 3 8/10 1 48 有 8XC196KD 32 1000 4/6 1 3 8/10 1 48 有 第 1 章 緒 論8XC196KC的性能比8XC196KB有進(jìn)一步增強(qiáng)。它的片內(nèi)有16KB的程序空間，488B的寄存器RAM，最高工作頻率可達(dá)20MHz。除了具有8XC196KB的全部特點(diǎn)外，8XC196KC還具有如下特點(diǎn)：有3路PWM發(fā)生器，A/D轉(zhuǎn)換器具有8位和10位兩種方式，可對采樣率和轉(zhuǎn)換時間編程。此外，8X

30、C196KC在片內(nèi)還加入外圍事務(wù)服務(wù)器PTS，可大大減輕CPU在中斷處理上的負(fù)擔(dān)。第 1 章 緒 論8XC196KD除具有8XC196KC所具有的全部特點(diǎn)以外，它的片內(nèi)還具有32KB的程序空間，1000B的寄存器RAM。由于片內(nèi)存儲空間增大，因此更適合于使用高級語言編程。表1.1列出了Intel MCS-196 HSI/O系列不同型號產(chǎn)品的功能和特點(diǎn)。(2) EPA系列。EPA系列芯片主要包括8XC196KR、8XC196KT、8XC196NT、8XC196NP、8XL196NP、80C196NU、80C196EA、87C196CA、87C196CB等，產(chǎn)品分類如表1.2所示。第 1 章 緒

31、論表表1.2 EPA系列一覽表系列一覽表特征 型號 最高 頻率 /MHz 程序 空間 /KB 寄存器 RAM/B 內(nèi)部 RAM /B I/O 引腳 I/O 類型 A/D 通道 尋址 空間/B 定時/ 計(jì)數(shù)器 串行口 封裝 形式 溫度 8XC196KR 16 16 488 256 56 10EPA 8 64K 2 2 N-68 未查實(shí) 8XC196KT 16 32 1000 512 56 10EPA 8 64K 2 2 N-68 未查實(shí) 8XC196NP 25 4 1000 無 32 4EPA 0 1M 2 1 S-100，SB-100 C 8XL196NP 13 4 1000 無 32 4EP

32、A 0 1M 2 1 S-100，SB-100 C 8XC196NT 20 32 1000 512 56 10EPA 4 1M 2 2 N-68 C，E 80C196NU 40/50 0 1000 無 33， 32 4EPA 0 1M 2 2 S-100，SB-100 C 80C196EA 40 0 1K 4K 83 17EPA 3 2M 4 3 S-160 C 87C196CA 16 32 1000 256 44 6EPA 6 64K 2 2 N-68 E 87C196CB 16 56 1.5K 512 56 10EPA 8 1M 2 2 N-84 E 第 1 章 緒 論8XC196KR是M

33、CS-196系列中集成度較高、較復(fù)雜的一員。8XC196KR有16KB的程序空間，488B寄存器RAM，256B的內(nèi)部RAM。內(nèi)部RAM既可用來存儲程序，也可用來存儲數(shù)據(jù)。它使用EPA部件對事件進(jìn)行監(jiān)測與控制。當(dāng)工作于16MHz時，EPA有250ns的分辨能力，包括10個捕捉/比較模塊和2個僅用于比較的模塊。EPA在使用時非常靈活，可用來產(chǎn)生PWM輸出。第 1 章 緒 論8XC196KR片內(nèi)還有1個從機(jī)口，便于與其他系統(tǒng)總線相連。這種特性可將8XC196KR本身作為一個靈活的、可編程的外設(shè)與PC總線相連。在8XC196KR中有2個串行口：一個是標(biāo)準(zhǔn)的串行口SIO，另一個是同步串行口SSIO，可

34、進(jìn)行全雙工同步通信。2個串行口的波特率可獨(dú)立編程。片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器繼承于8XC196KC，又增加了可編程的閾值檢測和偏差校正功能。第 1 章 緒 論8XC196KT是8XC196KR的增強(qiáng)型，其程序空間為32KB，有1000B的寄存器RAM和512B的片內(nèi)RAM。它的總線控制器在支持存取低速存儲器時具有新的工作模式。8XC196NP提供了可動態(tài)選擇的多路復(fù)用總線。其他特點(diǎn)為：片內(nèi)有片選單元，1MB的尋址能力，3路PWM輸出，5V供電時最高工作頻率可達(dá)25MHz。8XL196NP類似于8XC196NP，但可工作于低功耗工作方式(3V時，13MHz)。第 1 章 緒 論8XC196NT和8XC196KT類似，但它有1MB外部尋址能力。A/D的4路輸入可由擴(kuò)展地址口(the Extended address PORT，EPORT)代替。4個EP