對單片機的認識

1、單片機作業(yè)姓名：劉瑞峰學(xué)號：120612110對單片機的認識根據(jù)課本的定義我們知道單片機是一種集成度很高的微型計算機。目前單片機已經(jīng)廣泛應(yīng)用在工業(yè)自動化控制、自動檢測、智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機電一體化等領(lǐng)域。 單片機和計算機還是有很大的區(qū)別的，單片機是在半導(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（I/O）接口等形成的芯片級的微型計算機，所以單片機具有一臺計算機的屬性，其主要應(yīng)用與測控領(lǐng)域，也成為微控制器MCU。單片機的基本組成和基本工作原理與一般的微型計算機的相同，但在具體結(jié)構(gòu)和處理過程上又有自己的特點。主要特點如下。（1）在存儲器結(jié)

2、構(gòu)上，單片機的存儲器采用哈佛結(jié)構(gòu)（Harvard），其ROM和RAM是嚴格分開的。ROM成為程序存儲器，只存放程序、固定常數(shù)和數(shù)據(jù)表格。RAM成為數(shù)據(jù)存儲器，用于工作區(qū)及存放數(shù)據(jù)。二者的訪問方式也不同，使用不同的尋址方式，通過不同的地址指針訪問。單片機的存儲器在操作時分為片內(nèi)程序存儲器、片外程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器、片外數(shù)據(jù)存儲器四種情況。（2）在芯片引腳上，單片機大部分采用分時復(fù)用技術(shù)進行封裝。（3）在內(nèi)部資源訪問上，單片機是通過特殊功能寄存器（SFR）的形式來完成資源的訪問 。（4）在指令系統(tǒng)上，單片機采用面向控制的指令系統(tǒng)。（5）單片機內(nèi)部一般都集成有一個全雙工的串行接口。（6）單片機

3、有很強的外部擴展能力。51單片機外部可以擴展64kb片外數(shù)據(jù)存儲器。微型計算機系統(tǒng)軟件系統(tǒng)輸出設(shè)備輸出接口電路運算器控制器輸入接口電路輸入設(shè)備存儲器二、單片機的發(fā)展歷史單片機的歷史可以追溯到20世紀70年代，美國inter公司在1971年推出了4位單片機4004,1972年又推出了8位單片機8008雛形。在1976年推出MCS-48單片機以后的30年中，單片機的發(fā)展和其相關(guān)的技術(shù)經(jīng)歷了數(shù)次的更新?lián)Q代。其發(fā)展速度大約為每3、4年更新一代，集成度增加1倍、功能翻1番。以8位單片機的推出為起點，單片機的發(fā)展大致可分為四個階段。第一階段（1976-1978）：初級單片機階段。第二階段（1978-198

4、2）：單片機的完善階段。第三階段（1982-1992）：8位單片機鞏固發(fā)展及16位高級單片機的發(fā)展階段。這個階段單片機的代表為8051系列。其技術(shù)主要特點有。（1） 外部功能集成。（2） 出現(xiàn)了為滿足外部串行外部擴展要求而設(shè)計的串行擴展總線和接口。eg:SPI、I2C、BUS、單總線等。（3） 出現(xiàn)了為滿足分布式系統(tǒng)的功能要求，突出控制功能的現(xiàn)場總線接口，如：CAN、BUS等。（4） 在程序存儲器方面，使用了片內(nèi)存儲器技術(shù)，出現(xiàn)了片內(nèi)集成EPROM、EEPROM、flashROM、及maskROM、OTPROM等各種類型的單片機。第四階段（1993年至今）：百花齊放階段。技術(shù)創(chuàng)新速度不斷加快，

5、其創(chuàng)新內(nèi)容主要有一下幾個方面。（1） 單片機嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用是面對最底層的電子技術(shù)的應(yīng)用。（2） 大力發(fā)展專用型單片機。（3） 致力于提高單片機的綜合品質(zhì)。三、單片機的發(fā)展趨勢目前單片機正朝著高性能和多品種的方向發(fā)展，CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外部電路內(nèi)裝化等是其發(fā)展的主要特點。四、常用的單片機系列 單片機可分為通用型單片機和專用型單片機倆大類。通用型單片機是把可開發(fā)資源全部提供給使用者開發(fā)的微控制器。專用型單片機則是為過程控制、參數(shù)檢測、信號處理等領(lǐng)域的特殊需要而設(shè)定的單片機通常所說的單片機即指通用型單片機。1、8位單片機系列1）MCS-51系列單片機2)ST公司的

6、STM8系列單片機3）STC系列單片機4）Microchip公司的PIC系列單片機5）ATMEL公司的AVR系列單片機2、16位單片機系列3、32位單片機系列五、單片機的應(yīng)用如今單片已經(jīng)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到那個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機械了。因此，單片機的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計

7、算機應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，單片機的應(yīng)用領(lǐng)域大致可分如下幾個范疇。1) 在智能儀器儀表上的應(yīng)用單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，故可以廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流速、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。2）在工業(yè)控制中的應(yīng)用 使用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)。例如：工廠流水線的智能化管理,電梯的智能化控制，各種報警系統(tǒng)，以及與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。3

8、）在家用電器中的應(yīng)用隨著單片機技術(shù)的快速發(fā)展，單片機及其可靠性高、控制功能強、環(huán)境適應(yīng)性好、體積小等優(yōu)點在家電中得到日益廣泛的應(yīng)用。六、單片機的封裝單片機封裝常見的有DIP SOP QFP QFN等，以外形的的包裝形式不同分類的。像DIP就屬于那種插片式的；SOP屬于貼片式，這種封裝的集成電路引腳均分布在兩邊，其引腳數(shù)目多在28個以下；QFP是方型扁平式封裝技術(shù)，該技術(shù)實現(xiàn)的CPU芯片引腳之間距離很小，管腳很細，一般大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般都在100以上；QFN是一種無引腳封裝，呈正方形或矩形，封裝底部中央位置有一個大面積裸露的焊盤，具有導(dǎo)熱的作用，在大焊盤的封裝

9、外圍有實現(xiàn)電氣連接的導(dǎo)電焊盤。而就51單片機而言有雙列直插封裝（DIP）和44引腳的方形封裝。七、單片機的引腳 關(guān)于單片機的外部引腳，我們通過MCS-51來具體進行分析。P1口 VCC P0口EAALEPSENRSTP3口 p XTAL2XTAL1 P2口 GND外部引腳功能：VCC（40）：供電電壓。 GND（20）：接地。 P0口（3932）：P0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(dāng)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，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸

10、出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口（07）：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門電流。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，將輸出電流，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（2821）：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門電流，當(dāng)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。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進

11、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(dāng)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（1017）：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(dāng)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/VPD（9）：復(fù)位輸入。當(dāng)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間。 ALE/PROG(30)：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平

12、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1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)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，置位無效。PSEN(29)：外部程序存儲器的選通信號。當(dāng)單片機外擴程序存儲器時，該引腳與外部EPROM的讀控制端（OE）相連。該引腳為低電平時，則選通外部EPROM，可以進

13、行讀外部程序存儲器的操作。EA/Vpp(31):外部程序存儲器地址允許輸入/編程電壓輸入引腳。當(dāng)程序存儲器地址允許輸入端EA為高電平時，CPU訪問片內(nèi)程序存儲器；但當(dāng)程序存儲器地址超過0FFFH（對于8751/89C51來說為4kb）時，CPU將自動轉(zhuǎn)向訪問片外程序存儲器。當(dāng)EA為低電平時，CPU只訪問片外程序存儲器。對于8031單片機來說，由于其內(nèi)部沒有集成程序存儲器，故該單片機正常工作時，必須外接外部程序存儲器，并且EA必須接低電平。八、與單片機相關(guān)的應(yīng)用軟件 protel：Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PC

14、B設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多種編譯器Protues:早期的PROTEL主要作為印制板自動布線工具使用，運行在DOS環(huán)境，對硬件的要求很低，在無硬盤286機的1M內(nèi)存下就能運行，但它的功能也較少，只有電路原理圖繪制與印制板設(shè)計功能，其印制板自動布線的布通率也低，而現(xiàn)今的PROTEL已發(fā)展到DXP 2004，是個龐大的EDA軟件，完全安裝有200多M，它工作在WINDOWS95環(huán)境下，是個完整的板級全方位電子設(shè)計系統(tǒng)，它包含了電路原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印制電路板設(shè)計（包含印制電路板自動布線）、可編程邏輯器件設(shè)計、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client /Server（客戶/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時還兼容一些其它設(shè)計軟件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等。Keil：Keil C51是美國Keil Software