單片機(jī)原理及應(yīng)用 蔡啟仲 第1章 緒論

1、單片機(jī)原理與應(yīng)用2第第1章章 緒論緒論1.1 計(jì)算機(jī)常用的編碼計(jì)算機(jī)常用的編碼1.2 微型計(jì)算機(jī)的分類與組成微型計(jì)算機(jī)的分類與組成 1.2.1 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類 1.2.2 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成 1.3 微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理 1.4 單片機(jī)的基本概念單片機(jī)的基本概念 1.4.1 單片機(jī)的特點(diǎn)單片機(jī)的特點(diǎn) 1.4.2 單片機(jī)的發(fā)展概況單片機(jī)的發(fā)展概況 1.4.3 單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)的應(yīng)用 1.4.4 常用的系列單片機(jī)常用的系列單片機(jī) 習(xí)題習(xí)題31.1 計(jì)算機(jī)常用的編碼計(jì)算機(jī)常用的編碼 編碼：編碼：用數(shù)字或某種文字、符號或數(shù)碼串來

2、表示某一對應(yīng)數(shù)字、信號和狀態(tài)的過程，稱為編碼。 二進(jìn)制編碼：二進(jìn)制編碼：計(jì)算機(jī)中采用的是二進(jìn)制數(shù)。數(shù)據(jù)、字母、符號等以二進(jìn)制數(shù)來表示，這就是二進(jìn)制編碼，編碼的結(jié)果稱為代碼，或二進(jìn)制碼。 十六進(jìn)制編碼：十六進(jìn)制編碼：數(shù)據(jù)、字母、符號等以十六進(jìn)制數(shù)表示。 4位二進(jìn)制數(shù)組成十六進(jìn)制數(shù)，這就是十六進(jìn)制編碼。例如字符A的二進(jìn)制編碼為0100 0001B，即十六進(jìn)制編碼的41 H。 二進(jìn)制編碼二進(jìn)制編碼和十六進(jìn)制編碼十六進(jìn)制編碼的實(shí)質(zhì)是將二進(jìn)制數(shù)按一定的規(guī)律和數(shù)字、對象、信號和狀態(tài)一一對應(yīng)起來，用不同的二進(jìn)制代碼或十六進(jìn)制十六進(jìn)制代碼串對應(yīng)數(shù)字、對象、信號和狀態(tài)。 下面就計(jì)算機(jī)中常用的BCD碼碼和ASCI

3、I碼碼進(jìn)行介紹。 4(1) BCD碼碼 1. BCD碼碼(十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼) BCD碼是一種具有十進(jìn)制權(quán)位十進(jìn)制權(quán)位的二進(jìn)制編碼，最常的BCD碼是標(biāo)準(zhǔn)BCD碼或稱為8421碼碼。 BCD碼是將4位二進(jìn)制數(shù)組成1位十進(jìn)制數(shù)，4位二進(jìn)制數(shù)有16種組合0000B1111B，取其00001001B（00H09H）按照二進(jìn)制數(shù)的規(guī)律排列成十個(gè)數(shù)字，4位二進(jìn)制數(shù)的權(quán)位分別為8、4、2、1而得名為8421碼，用00001001 B表示十進(jìn)制的09，不使用10101111B (0AH0FH)六種狀態(tài)。 BCD碼有壓縮BCD碼和非壓縮BCD碼之分。壓縮壓縮BCD碼：碼：4位二進(jìn)制數(shù)表示1

4、位十進(jìn)制數(shù)；非壓縮非壓縮BCD碼：碼：8位二進(jìn)制數(shù)表示1位十進(jìn)制數(shù)。 1位十進(jìn)制數(shù)的BCD碼如表表11所示。 通常壓縮BCD碼簡稱為BCD碼。 5例例11： 寫出兩位十進(jìn)制數(shù)寫出兩位十進(jìn)制數(shù)97、42和三位十進(jìn)制數(shù)和三位十進(jìn)制數(shù)125的二進(jìn)制數(shù)、壓縮的二進(jìn)制數(shù)、壓縮BCD碼和非壓縮碼和非壓縮BCD碼碼。十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù) 壓縮壓縮BCDBCD碼碼 非壓縮非壓縮BCDBCD碼碼 97 0110 0001 1001 0111 00001001 00000111 42 0010 1010 0100 0010 00000100 000000l0125 0111 1101 0001 00

5、10 0101 00000001 00000010 00000101 6 兩個(gè)兩個(gè)BCDBCD碼的數(shù)據(jù)相加，其結(jié)果仍然是碼的數(shù)據(jù)相加，其結(jié)果仍然是BCDBCD碼的二進(jìn)制數(shù)。碼的二進(jìn)制數(shù)。 4 4位二進(jìn)制數(shù)的加數(shù)和被加數(shù)之間只能逢位二進(jìn)制數(shù)的加數(shù)和被加數(shù)之間只能逢1616進(jìn)位，不能逢進(jìn)位，不能逢1010進(jìn)位，因此，計(jì)算機(jī)在進(jìn)行進(jìn)位，因此，計(jì)算機(jī)在進(jìn)行BCDBCD加法時(shí)，必須對二進(jìn)制加法加法時(shí)，必須對二進(jìn)制加法的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。 十進(jìn)制調(diào)整是利用調(diào)整指令予以實(shí)現(xiàn)。只有調(diào)整后的十進(jìn)制調(diào)整是利用調(diào)整指令予以實(shí)現(xiàn)。只有調(diào)整后的BCDBCD碼才能夠做到逢碼才能夠做到逢1010進(jìn)位。進(jìn)位。51

6、51單片機(jī)專門用于十進(jìn)制調(diào)整的指令單片機(jī)專門用于十進(jìn)制調(diào)整的指令將在第將在第3 3章的章的3.3.23.3.2節(jié)中介紹。節(jié)中介紹。例例1212：已知已知X=37X=37，Y=15Y=15，試計(jì)算，試計(jì)算(X+Y) (X+Y) BCDBCD碼碼= =？ 分析分析：(37) (37) BCDBCD碼碼=0011 011l B=0011 011l B，(15) (15) BCDBCD碼碼=000l 0101B=000l 0101B 則有：則有： (X+Y)(X+Y)BCDBCD碼碼=(37+15)=(37+15)BCDBCD碼碼=0101 0010B=52=0101 0010B=52 (2) BCD

7、碼的加法運(yùn)算碼的加法運(yùn)算7 BCD BCD碼的優(yōu)點(diǎn)：碼的優(yōu)點(diǎn)： BCDBCD碼與自然二進(jìn)制數(shù)（十六進(jìn)制數(shù)）有很好的對應(yīng)關(guān)碼與自然二進(jìn)制數(shù)（十六進(jìn)制數(shù)）有很好的對應(yīng)關(guān) 系，很容易實(shí)現(xiàn)彼此之間的轉(zhuǎn)換。系，很容易實(shí)現(xiàn)彼此之間的轉(zhuǎn)換。 BCDBCD碼具有奇偶特性，凡是奇數(shù)十進(jìn)制數(shù)碼具有奇偶特性，凡是奇數(shù)十進(jìn)制數(shù)BCD BCD 碼的最低位皆為碼的最低位皆為1 1，偶數(shù)，偶數(shù)BCDBCD碼最低位皆為碼最低位皆為0 0，所以采用，所以采用BCDBCD碼的十進(jìn)制數(shù)容易判別奇偶性。碼的十進(jìn)制數(shù)容易判別奇偶性。2. ASCII碼碼 ASCII碼是美國國家標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼，它是一種國際標(biāo)準(zhǔn)碼是美國國家標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼，

8、它是一種國際標(biāo)準(zhǔn)碼。一個(gè)碼。一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)來表示一個(gè)字符的代碼，其中最高位常位二進(jìn)制數(shù)來表示一個(gè)字符的代碼，其中最高位常用作奇偶校驗(yàn)位，低用作奇偶校驗(yàn)位，低7位是字符的位是字符的ASCII碼的代碼值。碼的代碼值。 8 ASCII ASCII碼用碼用7 7位二進(jìn)制數(shù)的代碼進(jìn)行編碼，可以得到位二進(jìn)制數(shù)的代碼進(jìn)行編碼，可以得到128128個(gè)個(gè)不同的代碼，其中不同的代碼，其中2626個(gè)大寫英文字母個(gè)大寫英文字母AZAZ的代碼為的代碼為41 H5AH41 H5AH；2626個(gè)小寫英文字母個(gè)小寫英文字母azaz的代碼為的代碼為61H7AH61H7AH；十進(jìn)制數(shù)；十進(jìn)制數(shù)0909的代碼的代碼為為30H39

9、H30H39H，文字符，文字符3434個(gè)代碼，其余代碼則分配給各種標(biāo)點(diǎn)符個(gè)代碼，其余代碼則分配給各種標(biāo)點(diǎn)符號和運(yùn)算符等。號和運(yùn)算符等。 例如：例如：英文字母A的ASCII碼：41H； 數(shù)字7的ASCII碼：37H； 回車“CR”的ASCII碼：0DH； 逗號“,”的ASCII碼：2CH。 ASCII碼表如表表1212所示。2. ASCII碼碼 91.2 1.2 微型計(jì)算機(jī)的分類與組成微型計(jì)算機(jī)的分類與組成 計(jì)算機(jī)可以分為巨型、大型、小型和微型計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)可以分為巨型、大型、小型和微型計(jì)算機(jī)。1.2.1 1.2.1 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類 微型計(jì)算機(jī)常簡稱為微型計(jì)算機(jī)常簡稱為

10、微型機(jī)微型機(jī)或或微機(jī)微機(jī)。 按微處理器的位數(shù)可分為按微處理器的位數(shù)可分為1 1位、位、4 4位、位、8 8位、位、3232位和位和6464位機(jī)位機(jī)等。等。 按組裝方式可分為單片機(jī)、單板機(jī)、通用微型計(jì)算機(jī)和按組裝方式可分為單片機(jī)、單板機(jī)、通用微型計(jì)算機(jī)和嵌入式微型機(jī)。嵌入式微型機(jī)。(1)(1) 單片機(jī)單片機(jī)。利用大規(guī)模集成電路工藝將微型機(jī)的三大組成。利用大規(guī)模集成電路工藝將微型機(jī)的三大組成 部分：部分：CPUCPU、內(nèi)存儲器和、內(nèi)存儲器和I/OI/O接口電路接口電路集成在一塊硅片集成在一塊硅片 上上，這就是單片機(jī)。目前有，這就是單片機(jī)。目前有8 8位機(jī)、位機(jī)、1616位機(jī)和位機(jī)和3232位機(jī)之分

11、。位機(jī)之分。10(2)(2) 單板機(jī)單板機(jī)。將微型機(jī)的。將微型機(jī)的CPUCPU、內(nèi)存內(nèi)存、I/OI/O接口電路的多個(gè)芯接口電路的多個(gè)芯 片安裝在片安裝在一塊印制電路板一塊印制電路板上就組成了單板機(jī)。上就組成了單板機(jī)。(3)(3) 通用微型計(jì)算機(jī)通用微型計(jì)算機(jī)。CPUCPU、內(nèi)存內(nèi)存、I/OI/O接口電路接口電路、電源電源等組裝等組裝 在同一個(gè)機(jī)箱的在同一個(gè)機(jī)箱的（多塊）印制電路板（多塊）印制電路板上，構(gòu)成一個(gè)上，構(gòu)成一個(gè)通用微通用微型型 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)。目前，由。目前，由多個(gè)微處理器多個(gè)微處理器組成組成多核微型計(jì)算機(jī)多核微型計(jì)算機(jī)已得已得到到 普及，與單核計(jì)算機(jī)比較，多核微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度得普

12、及，與單核計(jì)算機(jī)比較，多核微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度得到到 了極大地提高。并配置鍵盤、監(jiān)視器了極大地提高。并配置鍵盤、監(jiān)視器(CRT(CRT、液晶顯示器、液晶顯示器) )、 硬磁盤驅(qū)動器等多種外圍設(shè)備和軟件，成為一個(gè)通用微型硬磁盤驅(qū)動器等多種外圍設(shè)備和軟件，成為一個(gè)通用微型計(jì)計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)。包括個(gè)人微型計(jì)算機(jī)和筆記本式微型計(jì)算機(jī)等算機(jī)系統(tǒng)。包括個(gè)人微型計(jì)算機(jī)和筆記本式微型計(jì)算機(jī)等都都 是單核和多核微處理器的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，膝上微型計(jì)算是單核和多核微處理器的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，膝上微型計(jì)算機(jī)、機(jī)、 掌上微型計(jì)算機(jī)和平板微型計(jì)算機(jī)。掌上微型計(jì)算機(jī)和平板微型計(jì)算機(jī)。11(4)(4) 嵌入式微型機(jī)嵌入式微型機(jī)。微

13、型機(jī)作為各種應(yīng)用裝置的控制處理核心，。微型機(jī)作為各種應(yīng)用裝置的控制處理核心， 嵌入到裝置中組成嵌入式系統(tǒng)，例如嵌入到裝置中組成嵌入式系統(tǒng)，例如ARMARM系列微處理器系列微處理器、 DSP DSP信息處理芯片信息處理芯片等與各種外設(shè)組成等與各種外設(shè)組成嵌入式微型機(jī)嵌入式微型機(jī)，使得，使得這這 些裝置成為數(shù)據(jù)處理、智能控制和檢測系統(tǒng)，已在通訊裝些裝置成為數(shù)據(jù)處理、智能控制和檢測系統(tǒng)，已在通訊裝置、置、 家電、儀器儀表、信息處理、測控、自動化裝置等領(lǐng)域得家電、儀器儀表、信息處理、測控、自動化裝置等領(lǐng)域得到到 廣泛的應(yīng)用。廣泛的應(yīng)用。 121.2.2 1.2.2 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

14、1. 1. 硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng) 馮諾依曼結(jié)構(gòu)的型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本組成如圖如圖11所示。運(yùn)算運(yùn)算器器、存儲器存儲器、控制器控制器合在一起稱為微型計(jì)合在一起稱為微型計(jì)算機(jī)的算機(jī)的主機(jī)主機(jī)，而把各，而把各圖圖11 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成 種種輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備統(tǒng)稱為微型計(jì)算機(jī)的統(tǒng)稱為微型計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備外圍設(shè)備。在主機(jī)部分，。在主機(jī)部分，將將運(yùn)算器運(yùn)算器和和控制器控制器合在一起稱之為中央處理單元合在一起稱之為中央處理單元 CPU。 13運(yùn)算器：運(yùn)算器：進(jìn)行運(yùn)算的部件；存儲器：存儲器：記憶原始題目、原始數(shù)據(jù)和處理結(jié)果，機(jī)器能自動進(jìn)行運(yùn)算而編制的各種命令。存儲器通常分為內(nèi)存儲

15、器(簡稱為內(nèi)存)和外存儲器(簡稱為外存)兩部分。內(nèi)存內(nèi)存也稱為主存 ，外存外存也稱輔助存儲器； 控制器：控制器：能代替人的控制作用的部件，它能根據(jù)事先給定的命令發(fā)出各種控制信息，使整個(gè)計(jì)算過程能一步一步地有序的進(jìn)行；輸入設(shè)備和輸出設(shè)備：輸入設(shè)備和輸出設(shè)備：數(shù)據(jù)和命令的輸入，數(shù)據(jù)計(jì)算和處理結(jié)果的輸出。 這樣就構(gòu)成了一個(gè)基本的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。14 軟件泛指計(jì)算機(jī)中的程序和文件等，是微型計(jì)算機(jī)必不可少的重要組成部分。軟件系統(tǒng)可分為兩大類：系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件。 （1 1）系統(tǒng)軟件）系統(tǒng)軟件 管理微型計(jì)算機(jī)資源，協(xié)調(diào)其內(nèi)部工作的程序；系統(tǒng)軟件通常包括操作系統(tǒng)(或監(jiān)控管理程序)；各種語

16、言的處理程序(如匯編、解釋或編譯程序)；數(shù)據(jù)庫管理程序；網(wǎng)絡(luò)管理軟件；編輯、調(diào)試、裝配、故障檢查和診斷等工具軟件。 操作系統(tǒng)具有特殊的地位。只要計(jì)算機(jī)處在工作狀態(tài)，操作系統(tǒng)具有特殊的地位。只要計(jì)算機(jī)處在工作狀態(tài)，就就有操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)接受、分析并調(diào)度執(zhí)行用戶的程序和各種命令。有操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)接受、分析并調(diào)度執(zhí)行用戶的程序和各種命令。DOSDOS、WindowsWindows、UnixUnix、LinuxLinux及及Mac OSMac OS等是目前最流行等是目前最流行的微機(jī)操作系統(tǒng)。的微機(jī)操作系統(tǒng)。 2. 軟件系統(tǒng) 15 （2 2） 應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件 解決某些實(shí)際問題或用戶根據(jù)自己的需要而設(shè)計(jì)的程序

17、。比如目前流行的各種軟件包：文字處理系統(tǒng)、比如目前流行的各種軟件包：文字處理系統(tǒng)、MATLABMATLAB軟軟件平臺、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)件平臺、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)(CAD)軟件、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(CAI)(CAI)軟件、圖形動畫軟件、病毒防護(hù)軟件、各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件等；軟件、圖形動畫軟件、病毒防護(hù)軟件、各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件等； 在工業(yè)自動控制方面有許多數(shù)據(jù)采集與控制程序；在在工業(yè)自動控制方面有許多數(shù)據(jù)采集與控制程序；在信信息管理方面有許多管理程序，如人事管理、財(cái)務(wù)管理、圖書資息管理方面有許多管理程序，如人事管理、財(cái)務(wù)管理、圖書資料管理等。這些程序都是針對某一具體問題設(shè)計(jì)的，統(tǒng)屬應(yīng)

18、用料管理等。這些程序都是針對某一具體問題設(shè)計(jì)的，統(tǒng)屬應(yīng)用軟件。軟件。 16 （3 3）軟、硬件的關(guān)系）軟、硬件的關(guān)系 硬件系統(tǒng)是構(gòu)成微機(jī)系統(tǒng)各功能部件的集合硬件系統(tǒng)是構(gòu)成微機(jī)系統(tǒng)各功能部件的集合，而，而軟軟件系件系統(tǒng)是微機(jī)系統(tǒng)的各種程序的集合統(tǒng)是微機(jī)系統(tǒng)的各種程序的集合。軟件與硬件的關(guān)系可以用圖12描述。 應(yīng)用軟件程序在系統(tǒng)軟件的干預(yù)下，由微機(jī)硬件系統(tǒng)執(zhí)行。所以，硬件系統(tǒng)是物理基礎(chǔ)，軟件系統(tǒng)是信息交換、通信對話、對微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理的工具。圖圖12 軟、硬件的關(guān)系軟、硬件的關(guān)系17 計(jì)算機(jī)能夠自動地進(jìn)行計(jì)算，是由于人把實(shí)現(xiàn)計(jì)算的計(jì)算機(jī)能夠自動地進(jìn)行計(jì)算，是由于人把實(shí)現(xiàn)計(jì)算的一一步步操作用命

19、令的形式步步操作用命令的形式( (即一條條指令即一條條指令) )預(yù)先送入到存儲器中，預(yù)先送入到存儲器中，在執(zhí)行時(shí)，機(jī)器把這些命令從存儲器中按照預(yù)先設(shè)定的時(shí)序一在執(zhí)行時(shí)，機(jī)器把這些命令從存儲器中按照預(yù)先設(shè)定的時(shí)序一條條地取出來，加以翻譯和執(zhí)行。條條地取出來，加以翻譯和執(zhí)行。例如：例如：計(jì)算計(jì)算A+B=?A+B=?。 假定假定A A，B B的值已存儲在存儲器中，進(jìn)行這個(gè)簡單運(yùn)算，的值已存儲在存儲器中，進(jìn)行這個(gè)簡單運(yùn)算，通常，需要做以下幾步操作：通常，需要做以下幾步操作：第一步：第一步：從存儲器中取數(shù)從存儲器中取數(shù)A A；第二步：第二步：從存儲器中取數(shù)從存儲器中取數(shù)B B并與并與A A相加；相加；第

20、三步：第三步：把把A+BA+B的結(jié)果存儲到存儲器；的結(jié)果存儲到存儲器；第四步：第四步：停機(jī)。停機(jī)。 171.3 1.3 微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理 18 取數(shù)、相加、存數(shù)等都是一種基本操作。取數(shù)、相加、存數(shù)等都是一種基本操作。指令：指令：計(jì)算機(jī)執(zhí)行的各種操的命令（二進(jìn)制編碼）形式；計(jì)算機(jī)執(zhí)行的各種操的命令（二進(jìn)制編碼）形式；指令系統(tǒng)：指令系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的各種指令的集合；計(jì)算機(jī)的指計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的各種指令的集合；計(jì)算機(jī)的指 令系統(tǒng)是在設(shè)計(jì)令系統(tǒng)是在設(shè)計(jì)CPUCPU時(shí)由設(shè)計(jì)人員規(guī)時(shí)由設(shè)計(jì)人員規(guī)定的。定的。程序：程序：把要解決的問題編成一條條指令，這些指令的有序集把要解決

21、的問題編成一條條指令，這些指令的有序集 合就稱為程序。合就稱為程序。 指令通常分成操作碼和操作數(shù)兩大部分。指令通常分成操作碼和操作數(shù)兩大部分。操作碼操作碼表表示計(jì)示計(jì)算機(jī)算機(jī)執(zhí)行什么操作執(zhí)行什么操作；操作數(shù)操作數(shù)表示參加表示參加操作的數(shù)本身操作的數(shù)本身或操作數(shù)或操作數(shù)存儲在存儲器的存儲在存儲器的地址地址。 指令都是以二進(jìn)制編碼的形式來表示，稱為機(jī)器指機(jī)器指令令。 1.3 1.3 微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理 19 為了便于記憶和理解，用助記符為了便于記憶和理解，用助記符( (便于記憶的符號便于記憶的符號) )代替代替操作碼，用符號表示操作數(shù)，這樣形成的指令稱為匯編語言操作碼

22、，用符號表示操作數(shù)，這樣形成的指令稱為匯編語言指令。例如：指令。例如：MOV A, 09HMOV A, 09H 匯編語言源程序（簡稱匯編程序）：匯編語言源程序（簡稱匯編程序）：用匯編語言指令編寫的程序，匯編源程序必須翻譯成機(jī)器能識別的二進(jìn)制數(shù)編碼，計(jì)算機(jī)才能執(zhí)行。 微機(jī)的工作過程工作過程就是執(zhí)行程序的過程執(zhí)行程序的過程。程序由用戶預(yù)先輸入到存儲器中。所以，執(zhí)行程序的過程就是執(zhí)行指令序列的過程，也就是周而復(fù)始地取指令、執(zhí)行指令的過程周而復(fù)始地取指令、執(zhí)行指令的過程。 1.3 1.3 微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理 20 圖圖1313是微型計(jì)算是微型計(jì)算機(jī)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，由微處理器的

23、結(jié)構(gòu)圖，由微處理器(CPU)(CPU)、存儲器、接口電路、存儲器、接口電路組成，通過三條總線組成，通過三條總線(BUS)(BUS)： 地址總線地址總線(AB)(AB)、 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線(DB)(DB)、 控制總線控制總線(CB)(CB)來連來連接。接。 要執(zhí)行的程序以及數(shù)要執(zhí)行的程序以及數(shù)據(jù)，已存儲在存儲器中。據(jù)，已存儲在存儲器中。 1.3 1.3 微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理 圖13 微機(jī)結(jié)構(gòu)圖211 1CPUCPU的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)CPUCPU的基本結(jié)構(gòu)如的基本結(jié)構(gòu)如圖圖1414中虛線以上部分所示。中虛線以上部分所示。1.3 1.3 微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理微型計(jì)算機(jī)的基本

24、工作原理 22圖圖1414中各單元定義如下：中各單元定義如下：ALU ALU 算術(shù)邏輯單元；算術(shù)邏輯單元； F F 標(biāo)標(biāo)志寄存器志寄存器 A A 累加器；累加器； B B 寄存器寄存器 AR AR 地址寄存器；地址寄存器； DR DR 數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器 IR IR 指令寄存器；指令寄存器； ID ID 指令譯碼器指令譯碼器 PC PC 程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器( (指令指針寄存器指令指針寄存器) )； PLA PLA 可編程邏輯陣列可編程邏輯陣列 AB AB 地址總線；地址總線； DB DB 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器PCPC：存放執(zhí)行的指令地址；存放執(zhí)行的指令地址；地址寄存器地址寄

25、存器ARAR：存儲單元地址；從該地址存儲單元中取出存儲單元地址；從該地址存儲單元中取出指令后，由數(shù)據(jù)寄存器指令后，由數(shù)據(jù)寄存器DRDR送至指令譯碼器送至指令譯碼器IDID譯碼，再通過譯碼，再通過控制電路發(fā)出執(zhí)行該條指令所需要的各種控制信息?？刂齐娐钒l(fā)出執(zhí)行該條指令所需要的各種控制信息。 232. 2. 存儲器存儲器 存儲器的結(jié)構(gòu)如存儲器的結(jié)構(gòu)如圖圖1414中虛線以下部分所示。中虛線以下部分所示。 存儲器以二進(jìn)制代碼的形式存儲數(shù)據(jù)和程序，具有非存儲器以二進(jìn)制代碼的形式存儲數(shù)據(jù)和程序，具有非破破壞性讀出的特點(diǎn)。壞性讀出的特點(diǎn)。 存儲器由許多存儲單元存儲器由許多存儲單元( (簡稱單元簡稱單元) )組

26、成，每個(gè)存儲單組成，每個(gè)存儲單元元可以是可以是1 1、4 4、8 8、1616、3232位等二進(jìn)制數(shù)，其中位等二進(jìn)制數(shù)，其中1 1位：位：位單元位單元，4 4位：位：半個(gè)字節(jié)半個(gè)字節(jié)，8 8位：位：字節(jié)字節(jié)， 1616位：位：字字，3232位：位：雙字雙字。單元地址：單元地址：內(nèi)存儲器中的每個(gè)存儲單元都對應(yīng)一個(gè)編號，稱內(nèi)存儲器中的每個(gè)存儲單元都對應(yīng)一個(gè)編號，稱 為該存儲單元地址，簡稱單元地址。為該存儲單元地址，簡稱單元地址。內(nèi)存容量：內(nèi)存容量：地址單元數(shù)乘以每個(gè)單元的二進(jìn)制位數(shù)，也可用地址單元數(shù)乘以每個(gè)單元的二進(jìn)制位數(shù)，也可用 上述乘積即總位數(shù)來表示。上述乘積即總位數(shù)來表示。1.3 1.3 微

27、型計(jì)算機(jī)的基本工作原理微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理 242. 2. 存儲器存儲器 微處理器就是按照微處理器就是按照存儲單元的地址存儲單元的地址來來訪問內(nèi)存訪問內(nèi)存。每。每次向次向內(nèi)存中寫入數(shù)據(jù)或從內(nèi)存中讀出數(shù)據(jù)時(shí)，都首先由微處理器內(nèi)存中寫入數(shù)據(jù)或從內(nèi)存中讀出數(shù)據(jù)時(shí)，都首先由微處理器給出給出地址地址，然后再發(fā)出讀或?qū)懣刂菩盘?，從而把?shù)據(jù)寫入指，然后再發(fā)出讀或?qū)懣刂菩盘?，從而把?shù)據(jù)寫入指定的定的地址單元地址單元或從指定的或從指定的地址單元地址單元中中讀出數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù)。3. 3. 簡單程序舉例簡單程序舉例有三條用匯編語言指令表示的程序?yàn)椋河腥龡l用匯編語言指令表示的程序?yàn)椋簠R編語言源程序匯編語言源程序 翻

28、譯成的機(jī)器代碼翻譯成的機(jī)器代碼(1) MOV (1) MOV A, 09H B009HA, 09H B009H(2) ADD (2) ADD A, 12H 0412HA, 12H 0412H(3) HLT (3) HLT F4H F4H 1.3 1.3 微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理 253. 3. 簡單程序舉例簡單程序舉例第第1 1條指令條指令MOV A, 09HMOV A, 09H：把立即數(shù)：把立即數(shù)09H09H送入累加器送入累加器A A；第第2 2條指令條指令A(yù)DD A, 12HADD A, 12H：把：把A A中的內(nèi)容和立即數(shù)中的內(nèi)容和立即數(shù)12H12H相加，相加，

29、結(jié)果結(jié)果(09H+12H=lBH)(09H+12H=lBH)存入存入A A中；中；第第3 3條指令條指令HLTHLT：暫停指令。：暫停指令。 這段程序的功能就是把這段程序的功能就是把09H09H和和12H12H相加后存放在相加后存放在A A中。中。4. 4. 程序執(zhí)行的過程程序執(zhí)行的過程 程序執(zhí)行前，三條指令的機(jī)器代碼裝入內(nèi)存儲器，同時(shí)將第一條指令的起始地址(如圖14的100H存儲單元)賦予程序計(jì)數(shù)器PC。程序啟動后，計(jì)算機(jī)根據(jù)PC的值從第一條指令開始執(zhí)行。264. 4. 程序執(zhí)行的過程程序執(zhí)行的過程（1 1）取第一條指令的過程）取第一條指令的過程 PCPC的值的值100H100H送入地址寄存

30、器送入地址寄存器ARAR。 程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器PCPC的程序指針自動增的程序指針自動增1 1，指向下一條指令的單元地，指向下一條指令的單元地 址，即址，即101H101H。 地址寄存器地址寄存器ARAR將地址碼將地址碼100H100H通過地址總線通過地址總線ABAB送到地址譯碼器，送到地址譯碼器， 經(jīng)譯碼后選中經(jīng)譯碼后選中100H100H單元。單元。 CPUCPU發(fā)出讀控制信號。發(fā)出讀控制信號。 所選中的所選中的100H100H單元內(nèi)容單元內(nèi)容B0HB0H通過數(shù)據(jù)總線通過數(shù)據(jù)總線DBDB送到數(shù)據(jù)寄存器送到數(shù)據(jù)寄存器DRDR。 因是取指令操作階段，取出的是指令操作碼因是取指令操作階段，取出的是

31、指令操作碼B0HB0H，故，故DRDR把它送到把它送到 指令寄存器指令寄存器IRIR。 指令寄存器指令寄存器IRIR中的操作碼中的操作碼B0HB0H經(jīng)指令譯碼器經(jīng)指令譯碼器IDID譯碼后，通過可編譯碼后，通過可編 程邏輯陣列程邏輯陣列PLAPLA發(fā)出執(zhí)行該指令的有關(guān)控制命令。發(fā)出執(zhí)行該指令的有關(guān)控制命令。27 然后轉(zhuǎn)入執(zhí)行第一條指令階段。 操作碼B0H經(jīng)譯碼后知道這是一條把立即數(shù)送累加器A的指令，立即數(shù)在指令的第二字節(jié)中，則執(zhí)行第一條指令就是從內(nèi)存中取出指令第2個(gè)字節(jié)(即09H)送入A。（2）執(zhí)行第一條指令的過程）執(zhí)行第一條指令的過程 將PC的內(nèi)容101H送入地址寄存器AR。 PC的內(nèi)容自動加

32、1(變?yōu)?02H)，指向下一條指令的單元地址。 地址寄存器AR通過地址總線AB把地址碼101H送到地址譯碼 器，經(jīng)地址譯碼后選中相應(yīng)的101H存儲單元。 CPU發(fā)出讀控制信號。 所選中的101H單元內(nèi)容09H經(jīng)數(shù)據(jù)總線DB送到數(shù)據(jù)寄存器DR。 因已知讀出的是操作數(shù)，且指令要求把它送累加器A，所以數(shù) 據(jù)寄存器DR中的數(shù)據(jù)09H通過內(nèi)部總線送到A。 第一條指令的執(zhí)行過程全部完成。28第二條指令的執(zhí)行過程第二條指令的執(zhí)行過程 第二條指令的取操作碼階段和第二條指令的執(zhí)行階第二條指令的取操作碼階段和第二條指令的執(zhí)行階段段和第一條指令類似，由PC的值取得操作碼04H，經(jīng)指令譯碼器ID譯碼后知道這是一條加法

33、指令，其中第一個(gè)操作數(shù)已在A中，另一個(gè)操作數(shù)(12H)在指令的第二個(gè)字節(jié)中。此時(shí)，首先從內(nèi)存中取出12H送ALU的I2端，然后將A中的內(nèi)容與12H相加，結(jié)果再送回A。 第三條指令只是告訴CPU進(jìn)入“暫?！?。這是通過第三條指令HLT的機(jī)器碼F4H的取指、譯碼后實(shí)現(xiàn)的。第二條指令的執(zhí)行過程第二條指令的執(zhí)行過程 第二條指令的取操作碼階段和第二條指令的執(zhí)行階第二條指令的取操作碼階段和第二條指令的執(zhí)行階段段和第一條指令類似，由PC的值取得操作碼04H，經(jīng)指令譯碼器ID譯碼后知道這是一條加法指令，其中第一個(gè)操作數(shù)已在A中，另一個(gè)操作數(shù)(12H)在指令的第二個(gè)字節(jié)中。此時(shí)，首先從內(nèi)存中取出12H送ALU的I

34、2端，然后將A中的內(nèi)容與12H相加，結(jié)果再送回A。 第三條指令只是告訴CPU進(jìn)入“暫停”。這是通過第三條指令HLT的機(jī)器碼F4H的取指、譯碼后實(shí)現(xiàn)的。29 4. 程序執(zhí)行的過程程序執(zhí)行的過程 分析以上模型機(jī)執(zhí)行程序的工作過程，將CPU執(zhí)行指令的操作歸納如下： 把存儲指令的存儲器單元地址放在地址總線上。 通過數(shù)據(jù)總線從存儲器中取出指令，并對指令譯碼。 根據(jù)指令中的地址碼取出操作數(shù)據(jù)。 執(zhí)行指令碼所規(guī)定的操作。 在操作過程中提供表示狀態(tài)的標(biāo)志信號、控制信號和定 時(shí)信號。 1.3 1.3 微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理 30 單片微型計(jì)算機(jī)單片微型計(jì)算機(jī)( (簡稱單片機(jī)簡稱單片機(jī))

35、 )技術(shù)已成為計(jì)算機(jī)技技術(shù)已成為計(jì)算機(jī)技術(shù)中術(shù)中的一個(gè)獨(dú)特的分支，由于具有體積小、價(jià)格低、功能強(qiáng)的特的一個(gè)獨(dú)特的分支，由于具有體積小、價(jià)格低、功能強(qiáng)的特點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，在工業(yè)控制、智能儀器儀表研點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，在工業(yè)控制、智能儀器儀表研發(fā)等領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。發(fā)等領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。 1.4.1 單片機(jī)的特點(diǎn) 單片機(jī)由單片機(jī)由一片半導(dǎo)體硅片集成一片半導(dǎo)體硅片集成：中央處理單元中央處理單元（CPUCPU）、）、存儲器（存儲器（RAMRAM、ROMROM）、并行）、并行I/OI/O、串行、串行I/OI/O、定時(shí)器、定時(shí)器/ /計(jì)數(shù)器、計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、系統(tǒng)時(shí)

36、鐘電路及中斷系統(tǒng)、系統(tǒng)時(shí)鐘電路及以及單片機(jī)擴(kuò)展外部電路的數(shù)據(jù)以及單片機(jī)擴(kuò)展外部電路的數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線的系統(tǒng)三總線總線、地址總線和控制總線的系統(tǒng)三總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線的微型計(jì)的微型計(jì)算機(jī)。算機(jī)。 1.4 單片機(jī)的基本概念 31其獨(dú)特的主要特點(diǎn)如下：其獨(dú)特的主要特點(diǎn)如下：1. 1. 體積小，重量輕，功耗低，性價(jià)比好體積小，重量輕，功耗低，性價(jià)比好 顯著特點(diǎn)：顯著特點(diǎn)：高性能、低功耗、低電壓、低價(jià)格。 為提高速度和效率，有的單片機(jī)已采用流水線和數(shù)字信號處理)技術(shù)；增加了I2C(Inter-Integrated Circuit)串行總線、SPI(Serial Peripheral Inte

37、rface)串行接口等，進(jìn)一步優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，縮小單片機(jī)體積。而低功耗、低電壓的特點(diǎn)又使得它便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品，許多單片機(jī)已經(jīng)可以工作于2.2V的電壓，有的甚至能在1.2V或0.9V電壓下工作，功耗降為A級，一粒紐扣電池就可以長期工作。 1.4.1 單片機(jī)的特點(diǎn)322. 2. 可靠性高可靠性高 單片機(jī)是根據(jù)工業(yè)控制環(huán)境的要求設(shè)計(jì)，各功能部件集成在一塊單片機(jī)是根據(jù)工業(yè)控制環(huán)境的要求設(shè)計(jì)，各功能部件集成在一塊芯芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，其信號通道受外界影響小，大大提高了單片片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，其信號通道受外界影響小，大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。另外，由于其體積小，對于強(qiáng)磁場環(huán)境易于機(jī)

38、的可靠性與抗干擾能力。另外，由于其體積小，對于強(qiáng)磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施。單片機(jī)分為軍用級、工業(yè)用級及民用級三個(gè)等級系列。采取屏蔽措施。單片機(jī)分為軍用級、工業(yè)用級及民用級三個(gè)等級系列。3. 3. 控制功能強(qiáng)控制功能強(qiáng) 單片機(jī)的指令系統(tǒng)均有轉(zhuǎn)移指令、單片機(jī)的指令系統(tǒng)均有轉(zhuǎn)移指令、I/OI/O口的邏輯操作以及位處理口的邏輯操作以及位處理功功能等控制功能命令，其位邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微能等控制功能命令，其位邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微型計(jì)算機(jī)。型計(jì)算機(jī)。4. 4. 易擴(kuò)展易擴(kuò)展 單片機(jī)的系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，與很多外圍芯片可以直接連接，單片機(jī)的系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，與很

39、多外圍芯片可以直接連接，容易進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展構(gòu)成各種不同規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。容易進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展構(gòu)成各種不同規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。1.4.1 單片機(jī)的特點(diǎn)331. 41. 4位單片機(jī)階段位單片機(jī)階段 1971 1971年美國年美國IntelIntel公司首先研制出公司首先研制出4 4位單片機(jī)位單片機(jī)40044004以來，各以來，各個(gè)個(gè)計(jì)算機(jī)生產(chǎn)公司競相推出各自的計(jì)算機(jī)生產(chǎn)公司競相推出各自的4 4位單片機(jī)。主要應(yīng)用于家用電器、位單片機(jī)。主要應(yīng)用于家用電器、計(jì)算器、電子玩具等初級電子產(chǎn)品。這一階段屬于單片機(jī)的計(jì)算器、電子玩具等初級電子產(chǎn)品。這一階段屬于單片機(jī)的萌芽階萌芽階段段。2. 2. 中、低檔中、低檔8 8

40、位機(jī)階段位機(jī)階段 1976 1976年年9 9月，月，IntelIntel公司推出了公司推出了MCS48MCS48系列系列8 8位單片機(jī)，特位單片機(jī)，特點(diǎn)點(diǎn)是片內(nèi)集成了是片內(nèi)集成了8 8位位CPUCPU，8 8位并行位并行I/OI/O口，口，8 8位定時(shí)位定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器以及計(jì)數(shù)器以及RAMRAM、ROMROM等，但沒有串行口，中斷處理比較簡單。等，但沒有串行口，中斷處理比較簡單。 此后，單片機(jī)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段，此后，單片機(jī)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段，8 8位單片機(jī)紛紛位單片機(jī)紛紛應(yīng)運(yùn)應(yīng)運(yùn)而生。例如：而生。例如：MotorolaMotorola公司的公司的68016801系列，系列，Zilo

41、gZilog公司的公司的Z8Z8系列，系列，RockwellRockwell公司的公司的65016501、65026502，日本的，日本的NECNEC公司、日立公司等也公司、日立公司等也推出了具有特色的初級推出了具有特色的初級8 8位單片機(jī)產(chǎn)品。位單片機(jī)產(chǎn)品。 1.4.2 單片機(jī)的發(fā)展概況 341.4.2 單片機(jī)的發(fā)展概況單片機(jī)的發(fā)展概況 3. 高檔高檔8位機(jī)階段位機(jī)階段 Intel公司于1980年推出MCS51系列單片機(jī)。 技術(shù)特點(diǎn)：完善了外部總線，確立了單片機(jī)的控制功能。串行接口、16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、2級中斷功能、片內(nèi)的RAM、ROM容量增大。 雖然是8位單片機(jī)，功能有很大的增強(qiáng)，屬高檔8

42、位單片機(jī)。 近年來又相繼推出了超8位單片機(jī)。如Intel公司8X252、UPI45283C152，Motorola公司的MC68HC，Zilog公司的Super8等，一方面擴(kuò)大了片內(nèi)存儲器容量，更重要的是還增加了通信、DMA傳輸以及高速I/O等功能，由于這類單片機(jī)性價(jià)比較高，也是得到廣泛應(yīng)用的單片機(jī)。 354. 164. 16位機(jī)階段位機(jī)階段 1983 1983年以后，年以后，1616位單片機(jī)也逐漸問世。代表產(chǎn)品有位單片機(jī)也逐漸問世。代表產(chǎn)品有IntelIntel公司公司19831983年推出的年推出的MCS96MCS96系列單片機(jī)，系列單片機(jī)，19871987年推出年推出的的80C9680C

43、96，美國國家半導(dǎo)體公司推出的，美國國家半導(dǎo)體公司推出的HPC16040HPC16040，NECNEC公公司推出的司推出的783XX783XX系列，系列，SiemensSiemens公司的公司的80C16780C167、HitachiHitachi公公司的司的H8H8和和MotorolaMotorola公司的公司的M68HC16M68HC16等。等。 此外，期間還推出了此外，期間還推出了3232位單片機(jī)，除了具有更高的集位單片機(jī)，除了具有更高的集成成度外，其主頻更高，從而使單片機(jī)數(shù)據(jù)處理速度得以大幅度度外，其主頻更高，從而使單片機(jī)數(shù)據(jù)處理速度得以大幅度提高，性能更加優(yōu)越，進(jìn)一步拓展了單片機(jī)的應(yīng)

44、用范圍。提高，性能更加優(yōu)越，進(jìn)一步拓展了單片機(jī)的應(yīng)用范圍。1.4.2 單片機(jī)的發(fā)展概況單片機(jī)的發(fā)展概況 365. 5. 單片機(jī)全面發(fā)展階段單片機(jī)全面發(fā)展階段 顯著技術(shù)特點(diǎn)：顯著技術(shù)特點(diǎn)：全面發(fā)展單片機(jī)的各種功能，提高性能，應(yīng)全面發(fā)展單片機(jī)的各種功能，提高性能，應(yīng)用用流水線技術(shù)提高單片機(jī)執(zhí)行程序的速度。流水線技術(shù)提高單片機(jī)執(zhí)行程序的速度。 Intel Intel公司將公司將80518051單片機(jī)單片機(jī)CPUCPU內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式式轉(zhuǎn)讓給世界許多著名轉(zhuǎn)讓給世界許多著名ICIC制造廠商，如制造廠商，如AtmelAtmel、PhilipsPhilips、Mot

45、orolaMotorola、Analog DevicesAnalog Devices、DALLASDALLAS、SiemensSiemens、OKIOKI、DallasDallas、NECNEC、SSTSST華邦等公司，這些廠家生產(chǎn)以華邦等公司，這些廠家生產(chǎn)以80518051為內(nèi)核的增強(qiáng)型為內(nèi)核的增強(qiáng)型80518051系列單系列單片機(jī)及其派生型單片機(jī)，這些兼容產(chǎn)品與片機(jī)及其派生型單片機(jī)，這些兼容產(chǎn)品與80518051的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，80518051單片機(jī)單片機(jī)事實(shí)上已經(jīng)成為事實(shí)上已經(jīng)成為單片機(jī)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。375. 5. 單片機(jī)全面發(fā)展階段單片機(jī)全面發(fā)展階段 這些公司

46、以這些公司以80518051單片機(jī)的單片機(jī)的CPUCPU為內(nèi)核推出的為內(nèi)核推出的增強(qiáng)型增強(qiáng)型80518051系系列單片機(jī)列單片機(jī)，與，與80518051單片機(jī)兼容單片機(jī)兼容，增強(qiáng)了，增強(qiáng)了80518051的許多特性，改善其的許多特性，改善其結(jié)構(gòu)，將外圍電路內(nèi)裝化，在芯片內(nèi)部嵌入集成了測控系統(tǒng)常用的結(jié)構(gòu)，將外圍電路內(nèi)裝化，在芯片內(nèi)部嵌入集成了測控系統(tǒng)常用的模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、監(jiān)視定時(shí)器模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、監(jiān)視定時(shí)器WDTWDT、脈寬調(diào)制器、液晶顯示控、脈寬調(diào)制器、液晶顯示控制器、制器、CANCAN總線控制器，總線控制器，I I2 2C C、SPISPI、MICROWIREMICROWIRE等串行總線

47、及等串行總線及其接口，較大容量的數(shù)據(jù)存儲器，實(shí)時(shí)處理能力更強(qiáng)，大大降低了其接口，較大容量的數(shù)據(jù)存儲器，實(shí)時(shí)處理能力更強(qiáng)，大大降低了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的電路規(guī)模。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的電路規(guī)模。385. 5. 單片機(jī)全面發(fā)展階段單片機(jī)全面發(fā)展階段 高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力、低電壓及低功耗，高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力、低電壓及低功耗，外外圍電路內(nèi)裝化、增強(qiáng)圍電路內(nèi)裝化、增強(qiáng)I/OI/O功能，高度集成化的低成本的功能，高度集成化的低成本的8 8位、位、1616位乃至位乃至3232位的通用及專用等多種系列單片機(jī)并存，成為當(dāng)位的通用及專用等多種系列單片機(jī)并存，成為當(dāng)前階段單片機(jī)發(fā)展的顯著特征。前階段單片機(jī)發(fā)

48、展的顯著特征。 FLASH FLASH存儲器存儲器(Flash Memory(Flash Memory，簡稱閃存，簡稱閃存) )的出現(xiàn)及使的出現(xiàn)及使用，能夠應(yīng)用在線編程技術(shù)用，能夠應(yīng)用在線編程技術(shù)ISP(IN System Programmable)ISP(IN System Programmable)在在PCPC機(jī)上編好程序通過所建立的機(jī)上編好程序通過所建立的SPISPI或其它串行接口直接傳或其它串行接口直接傳輸并且燒錄到單片機(jī)的閃存上，單片機(jī)芯片可以直接焊接到輸并且燒錄到單片機(jī)的閃存上，單片機(jī)芯片可以直接焊接到電路板上，免去了調(diào)試時(shí)由于頻繁地插入取出芯片對芯片和電路板上，免去了調(diào)試時(shí)由于頻

49、繁地插入取出芯片對芯片和電路板帶來的不便，大大改進(jìn)了開發(fā)環(huán)境。電路板帶來的不便，大大改進(jìn)了開發(fā)環(huán)境。 391.4.3 1.4.3 單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)的應(yīng)用 單片機(jī)主要的應(yīng)用領(lǐng)域有：單片機(jī)主要的應(yīng)用領(lǐng)域有：（1 1）家用電器。）家用電器。目前國內(nèi)外各種家用電器已普遍采用單片機(jī)作目前國內(nèi)外各種家用電器已普遍采用單片機(jī)作為控制芯片，提高智能化程度。為控制芯片，提高智能化程度。（2 2）儀器儀表）儀器儀表。應(yīng)用最多、最活躍的領(lǐng)域之一。應(yīng)用最多、最活躍的領(lǐng)域之一。（3 3）工業(yè)控制。）工業(yè)控制。單片機(jī)應(yīng)用的主要領(lǐng)域，單片機(jī)能解決從簡單單片機(jī)應(yīng)用的主要領(lǐng)域，單片機(jī)能解決從簡單到復(fù)雜的各種控制任務(wù)，獲得最佳

50、的性能價(jià)格比。到復(fù)雜的各種控制任務(wù)，獲得最佳的性能價(jià)格比。（4 4）計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備與商用產(chǎn)品。）計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備與商用產(chǎn)品。如傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、打印如傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、繪圖儀、硬盤驅(qū)動器、智能終端機(jī)；一些商用產(chǎn)品，如自動機(jī)、繪圖儀、硬盤驅(qū)動器、智能終端機(jī)；一些商用產(chǎn)品，如自動售貨機(jī)、電子收款機(jī)、電子秤等。售貨機(jī)、電子收款機(jī)、電子秤等。（5 5）信息技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。）信息技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。在互聯(lián)網(wǎng)和在互聯(lián)網(wǎng)和ITIT技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用得技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用得到很大發(fā)展，如音視頻和數(shù)字圖像、手機(jī)、可視電話、到很大發(fā)展，如音視頻和數(shù)字圖像、手機(jī)、可視電話、MP3MP3、MP4MP4、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等；而

51、調(diào)制解調(diào)器、程控交換機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等；而調(diào)制解調(diào)器、程控交換機(jī)、無線局域網(wǎng)、無線家居網(wǎng)等各種通信設(shè)備和系統(tǒng)也都有應(yīng)用。無線局域網(wǎng)、無線家居網(wǎng)等各種通信設(shè)備和系統(tǒng)也都有應(yīng)用。 401.4.4 1.4.4 常用的系列單片機(jī)常用的系列單片機(jī)1. MCS511. MCS51系列單片機(jī)系列單片機(jī) MCSMCS系列單片機(jī)：系列單片機(jī)：Intel公司生產(chǎn)的單片機(jī)的總稱。 MCS51MCS51系列單片機(jī)：系列單片機(jī)：三個(gè)基本型8031、8051、8751和對應(yīng)的低功耗型80C31、80C5180C51、87C5187C51，以及三個(gè)增強(qiáng)型8032、8052、8752和對應(yīng)的低功耗型80C32、80C

52、5280C52、87C5287C52。 表13 MCS51系列單片機(jī)分類表41 （1 1） 51 51子系列基本型子系列基本型 51 51子系列基本型包括子系列基本型包括80318031、80518051和和87518751，其中，其中80318031內(nèi)部無程序存儲內(nèi)部無程序存儲器，需要外擴(kuò)器，需要外擴(kuò)EPROMEPROM芯片；芯片；80518051內(nèi)部集成了內(nèi)部集成了4KB4KB的的ROMROM，但，但ROMROM內(nèi)的程內(nèi)的程序是公司制作芯片時(shí)，代用戶燒制的，一般用于大批量產(chǎn)品生產(chǎn)；序是公司制作芯片時(shí)，代用戶燒制的，一般用于大批量產(chǎn)品生產(chǎn)；87518751是在是在80318031基礎(chǔ)上增加了

53、基礎(chǔ)上增加了4KB4KB的的EPROMEPROM可供用戶修改、調(diào)試程序。可供用戶修改、調(diào)試程序。 （2 2）5252子系列增強(qiáng)型子系列增強(qiáng)型 52 52子系列增強(qiáng)型包括子系列增強(qiáng)型包括80328032、80528052和和87528752，與，與5151子系列基本型相比，子系列基本型相比，片內(nèi)片內(nèi)ROMROM從從4KB4KB增加到增加到8KB8KB；片內(nèi)；片內(nèi)RAMRAM從從128B128B增加到增加到256B256B；定時(shí)；定時(shí)/ /計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器從器從2 2個(gè)增加到個(gè)增加到3 3個(gè)；中斷源從個(gè)；中斷源從5 5個(gè)增加到個(gè)增加到6 6個(gè)；串行口通信速率提高個(gè)；串行口通信速率提高5 5倍。倍。 （3

54、 3）低功耗型）低功耗型 表表1313的芯片型號中凡有字母的芯片型號中凡有字母“C C”的表示采用的表示采用CMOSCMOS工藝的工藝的CHMOSCHMOS芯片，屬于芯片，屬于低功耗型低功耗型產(chǎn)品。例如產(chǎn)品。例如80518051的功耗為的功耗為630mW630mW，而，而80C5180C51的功耗只的功耗只有有120mW120mW。此類單片機(jī)有。此類單片機(jī)有2 2種節(jié)電工作方式種節(jié)電工作方式：一是：一是等待方式等待方式，CPUCPU停止工停止工作，其它部分仍繼續(xù)工作；二是作，其它部分仍繼續(xù)工作；二是掉電方式掉電方式，此時(shí)片內(nèi)振蕩器停止工作，單片，此時(shí)片內(nèi)振蕩器停止工作，單片機(jī)內(nèi)部所有運(yùn)行狀態(tài)停

55、止，只有機(jī)內(nèi)部所有運(yùn)行狀態(tài)停止，只有RAMRAM繼續(xù)保持?jǐn)?shù)據(jù)，這對于便攜式、手提式繼續(xù)保持?jǐn)?shù)據(jù)，這對于便攜式、手提式或野外作業(yè)儀器設(shè)備具有非常重要的意義?；蛞巴庾鳂I(yè)儀器設(shè)備具有非常重要的意義。 42 2. 2. 增強(qiáng)型增強(qiáng)型80518051單片機(jī)單片機(jī) 常用的增強(qiáng)型常用的增強(qiáng)型80518051單片機(jī)有以下幾種：單片機(jī)有以下幾種：（1 1）AtmelAtmel公司的公司的8989系列系列單片機(jī)，將單片機(jī)，將FlashFlash存儲器技術(shù)與存儲器技術(shù)與 80C5x 80C5x內(nèi)核結(jié)合內(nèi)核結(jié)合，形成片上帶有，形成片上帶有FlashFlash存儲器的存儲器的AT89C5xAT89C5x、 AT89S5

56、x AT89S5x系列單片機(jī)。系列單片機(jī)。（2 2）PhilipsPhilips公司的公司的80518051內(nèi)核單片機(jī)。如內(nèi)核單片機(jī)。如P89V51RB2/RC2 P89V51RB2/RC2 /RD2 /RD2等。等。（3 3）STST公司的增強(qiáng)型公司的增強(qiáng)型80518051內(nèi)核單片機(jī)。如內(nèi)核單片機(jī)。如PSD32PSD32系列、系列、 PSD33 PSD33系列單片機(jī)等。系列單片機(jī)等。（4 4）SSTSST公司的公司的8989系列單片機(jī)，如系列單片機(jī)，如SST89E516RDSST89E516RD等。等。（5 5）Silicon LaboratoriesSilicon Laboratories

57、公司的公司的C8051C8051系列單片機(jī)，如系列單片機(jī)，如 C8051F020 C8051F020等。等。（6 6）WinBond(WinBond(華邦華邦) )公司的公司的80518051內(nèi)核單片機(jī)。如內(nèi)核單片機(jī)。如W78W78、W79W79 系列單片機(jī)。系列單片機(jī)。 43幾種增強(qiáng)型幾種增強(qiáng)型80518051單片機(jī)的功能及特點(diǎn)：單片機(jī)的功能及特點(diǎn)： （1 1） PhilipsPhilips系列單片機(jī)系列單片機(jī) P89V51RB2/RC2/RD2 P89V51RB2/RC2/RD2以以80518051為內(nèi)核增強(qiáng)型為內(nèi)核增強(qiáng)型80518051單片機(jī)。單片機(jī)。 16/32/64kB16/32/6

58、4kB的片內(nèi)的片內(nèi)FlashFlash程序存儲器，具有程序存儲器，具有ISPISP和和IAPIAP功能功能 通過軟件或通過軟件或ISPISP選擇支持選擇支持1212時(shí)鐘時(shí)鐘( (默認(rèn)默認(rèn)) )運(yùn)行或運(yùn)行或6 6時(shí)鐘運(yùn)行模式時(shí)鐘運(yùn)行模式 SPI(SPI(串行外圍接口串行外圍接口) )和增強(qiáng)型和增強(qiáng)型UART(UART(通用異步收發(fā)器通用異步收發(fā)器) ) PCA(PCA(可編程計(jì)數(shù)器陣列可編程計(jì)數(shù)器陣列) )，具有，具有PWM PWM 和捕獲和捕獲/ /比較功能；比較功能； 4 4個(gè)個(gè)8 8位位I/OI/O口，含有口，含有3 3個(gè)高電流個(gè)高電流P1P1口口( (每個(gè)每個(gè)I/OI/O口的電流為口的電

59、流為16mA)16mA) 3 3個(gè)個(gè)1616位定時(shí)位定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 可編程看門狗定時(shí)器可編程看門狗定時(shí)器(WDT)(WDT) 8 8個(gè)中斷源，個(gè)中斷源，4 4個(gè)中斷優(yōu)先級個(gè)中斷優(yōu)先級44幾種增強(qiáng)型幾種增強(qiáng)型80518051單片機(jī)的功能及特點(diǎn)：單片機(jī)的功能及特點(diǎn)： （1 1） PhilipsPhilips系列單片機(jī)系列單片機(jī) 2 2個(gè)個(gè)DPTRDPTR寄存器寄存器 低低EMI (Electro Magnetic Interference)EMI (Electro Magnetic Interference)方式：控制方式：控制ALEALE信信 號輸出以降低號輸出以降低EMIEMI干擾等干

60、擾等 Philips Philips的的P89P89系列增強(qiáng)型系列增強(qiáng)型80518051單片機(jī)內(nèi)部的單片機(jī)內(nèi)部的FlashFlash程序存程序存儲器支持并行和串行儲器支持并行和串行在系統(tǒng)編程在系統(tǒng)編程(ISP(ISP，In-System Programming)In-System Programming)。ISPISP允許在軟件控制下對成品中的器件進(jìn)行重復(fù)編程。允許在軟件控制下對成品中的器件進(jìn)行重復(fù)編程。 P89V51RB2/RC2/RD2 P89V51RB2/RC2/RD2 支持支持在應(yīng)用編程在應(yīng)用編程(IAP(IAP，In-In-Application Application Progra