單片機(jī)微機(jī)原理第1章概述

1、第1章 單片機(jī)概述 20世紀(jì)70年代問世。已廣泛應(yīng)用在：工業(yè)自動(dòng)化、自動(dòng)檢測(cè)與控制、智能儀器儀表、機(jī)電一體化設(shè)備、汽車電子、家用電器等各個(gè)方面。那么，什么是單片機(jī)呢？1.1 什么是單片機(jī)? 在半導(dǎo)體硅片上集成(j chn)了微處理器(CPU)，存儲(chǔ)器(RAM、ROM、EPROM)和各種輸入、輸出接口。 具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)的屬性。也稱為：共二十頁微控制器 MCU(MicroController Unit)嵌入式控制器 EMCU（Embedded icroController Unit）。 我國(guó)，習(xí)慣使用“單片機(jī)”這一名稱。 單片機(jī)主要應(yīng)用于測(cè)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

2、型可開發(fā)的內(nèi)部資源：RAM、ROM、I/O等功能部件，全部提供給用戶,根據(jù)需要，設(shè)計(jì)一個(gè)以通用單片機(jī)芯片(xn pin)為核心的測(cè)控系統(tǒng)。共二十頁（2）專用型 專門針對(duì)某些產(chǎn)品的特定用途而制作的單片機(jī)，針對(duì)性強(qiáng)且數(shù)量(shling)巨大。 對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最簡(jiǎn)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(jī)具有十分明顯的綜合優(yōu)勢(shì)。 無論“專用”單片機(jī)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(jī)為基礎(chǔ)。 1.2 單片機(jī)的發(fā)展歷史處理的位數(shù)分為：8位、16位、32位單片機(jī)。 共二十頁四個(gè)階段:第一階段(1974年1976年)：?jiǎn)纹瑱C(jī)初級(jí)階段。雙片的形式， 且功能比較簡(jiǎn)單。第

3、二階段（1976年1978年）：低性能單片機(jī)階段。以Intel 公司制造的MCS-48單片機(jī)為代表。第三階段(1978年現(xiàn)在)：高性能單片機(jī)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(jī)鞏固發(fā)展及16位單片 機(jī)、32位單片機(jī)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(jī)近年，不少新型單片機(jī)涌現(xiàn)，單片機(jī)產(chǎn)品(chnpn)豐富多彩的局面。 共二十頁1.3 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)CPU的改進(jìn)（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(chǔ)器的發(fā)展(fzhn)（1）加大存儲(chǔ)容量, 存儲(chǔ)器容

4、量可達(dá)128KB。 （2）片內(nèi)EPROM采用E2PROM或閃爍（Flash）存儲(chǔ)器3片內(nèi)I/O的改進(jìn)（1）增加并行口的驅(qū)動(dòng)能力，能直接輸出大電流和高電壓。直接驅(qū)動(dòng)LED和VFD（熒光顯示器）。 共二十頁（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(gngy)。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(guó)Cygnal公司C8051F020 8位單片機(jī)，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(shí)器、可編程數(shù)字交叉開關(guān)和64個(gè)通用I/O口

5、、電源監(jiān)測(cè)、看門狗、多種類型的串行總線（兩個(gè)UART、SPI）等。共二十頁1.4 單片機(jī)的特點(diǎn)(tdin)單片機(jī)卓越的性能，得到了廣泛的應(yīng)用，已深入到各個(gè)領(lǐng)域。單片機(jī)體積小、價(jià)格低、應(yīng)用方便、穩(wěn)定可靠，因此，給工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域帶來了一場(chǎng)重大革命和技術(shù)進(jìn)步。單片機(jī)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(jī)嵌入系統(tǒng)置于其中，以實(shí)現(xiàn)各種方式的檢測(cè)、計(jì)算或控制，在這一點(diǎn)上，一般的微型計(jì)算機(jī)根本做不到。由于單片機(jī)本身就是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，因此只要在單片機(jī)的外部適當(dāng)增加一些必要的外圍擴(kuò)展接口電路，就可以靈活地構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)。 共二十頁為什么能夠獲得大量的應(yīng)用，原因？ （1）功能齊全，

6、應(yīng)用可靠，抗干擾能力強(qiáng)。（2）簡(jiǎn)單方便，易于普及(pj)（3）發(fā)展迅速，前景廣闊。（4）嵌入容易，用途廣泛總之，單片機(jī)軟硬件結(jié)合、體積小，很容易應(yīng)用到嵌入式控制系統(tǒng)中。 1.5 單片機(jī)的應(yīng)用在下述領(lǐng)域廣泛應(yīng)用： 1. 工業(yè) 2. 儀器儀表共二十頁 3消費(fèi)類電子產(chǎn)品 4. 通信 5武器裝備 6終端及外部設(shè)備(wi b sh bi)控制 7汽車電子設(shè)備 8多機(jī)分布式系統(tǒng) 1.6 MCS-51系列與AT89C5x系列單片機(jī)1.6.1 MCS-51系列單片機(jī)共二十頁20世紀(jì)80年代以來，單片機(jī)的發(fā)展非常迅速，世界上一些(yxi)著名廠商投放市場(chǎng)的產(chǎn)品就有幾十個(gè)系列，數(shù)百個(gè)品種。其中有：Intel公司的

7、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(jī)產(chǎn)品。共二十頁單片機(jī)問世以來，在我國(guó)使用最多的還是Intel公司(n s)的及其兼容單片機(jī)。 MCS-51單片機(jī)是最早進(jìn)入我國(guó)的單片機(jī)主流產(chǎn)品之一。MCS是Intel公司生產(chǎn)的單片機(jī)的系列號(hào)，如Intel公司的MCS-48、MCS-51、MCS-96系列單片機(jī)。MCS-51系列單片機(jī)既包括三個(gè)基本型8031、8051、8751，也包括對(duì)應(yīng)的低功耗型80C31、80C51、87C51。 共二十頁（1

8、）基本型 典型產(chǎn)品：8031/8051/8751（2）增強(qiáng)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(chǔ)器擴(kuò)展到8KB，16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器增至3個(gè)。（3）低功耗型 典型產(chǎn)品：80C31/87C51/80C51。采用CMOS工藝 適于電池供電或其它(qt)要求低功耗的場(chǎng)合。（4）專用型 8044/8744，用于總線分布式多機(jī)測(cè)控系統(tǒng)。美國(guó)Cypress公司的EZU SR-2100單片機(jī)USB接口。共二十頁表1-1列出了MCS-51系列(xli)單片機(jī)的內(nèi)部硬件資源 共二十頁1.6.2 AT89C5x系列單片機(jī)20世紀(jì)80年代中期以后，Int

9、el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(jī)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(jī)已經(jīng)成為許多廠家、電氣公司競(jìng)相選用的對(duì)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、ANALOG DEVICES、DALLAS公司。這些廠家的兼容(jin rn)單片機(jī)，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(jī)，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(hào) 共二十頁習(xí)慣把兼容機(jī)等衍生產(chǎn)品統(tǒng)稱為51系

10、列單片機(jī)或51單片機(jī)。在8051的基礎(chǔ)上又進(jìn)行了一些擴(kuò)充,稱為增強(qiáng)型、擴(kuò)展(kuzhn)型，如52子系列單片機(jī)，功能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)。世界單片機(jī)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。共二十頁眾多的MCS-51單片機(jī)及其各種增強(qiáng)型、擴(kuò)展型衍生品種，ATMEL公司推出的AT89C5x系列，尤其是該系列中的AT89C51單片機(jī)在8位單片機(jī)應(yīng)用中占有相當(dāng)大的市場(chǎng)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(jìn)行交換(jiohun)。該公司技術(shù)優(yōu)勢(shì)是其閃爍（Flash）存儲(chǔ)器技術(shù)，將Flash存儲(chǔ)器與80C51內(nèi)核相結(jié)合，形成了AT89C

11、5x系列。AT89C5x系列與MCS-51系列單片機(jī)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(shí)器WDT、ISP及SPI串行接口等， 共二十頁是取代MCS-51系列單片機(jī)的主流芯片之一 。表1-3為ATMEL公司生產(chǎn)(shngchn)的AT89系列單片機(jī)的主要產(chǎn)品的片內(nèi)硬件資源。 共二十頁低檔機(jī)型 低電壓型 -“LV”盡管AT89C5x系列單片機(jī)有多種機(jī)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(hào)單片機(jī)的基礎(chǔ)，具有典型性、代表性，也是各種增強(qiáng)型、擴(kuò)展型等衍生品種的基礎(chǔ)。因此(ync)，以AT89C51為51單片機(jī)的代表機(jī)型來介紹，并簡(jiǎn)寫為89C51。除了8位單片機(jī)得到廣泛應(yīng)用外，一些廠家的16位單片機(jī)也得到用戶的青睞。共二十頁如TI公司的MSP430、臺(tái)灣的凌陽單片機(jī)。這些(zhxi)單片機(jī)本身帶有A/D轉(zhuǎn)換器，一片芯片就構(gòu)成了一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用戶設(shè)計(jì)使用時(shí)非常方便。盡管如此，16位單片機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有8位單片機(jī)應(yīng)用得那樣廣泛和普及。共二十頁內(nèi)容摘要第1章 單片機(jī)概述。專門針對(duì)某些產(chǎn)品的特定用途而制作的單片機(jī)，針對(duì)性強(qiáng)且數(shù)量巨大。對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最簡(jiǎn)化、可靠性和成本最佳化等方面都作了全面的考慮。無論“專用”單片機(jī)在用途上有多么“?！?，其基本結(jié)構(gòu)和工作(gngzu)原理都是以通用單片機(jī)為