單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計（C51編程+Proteus仿真）（第4版） 課件 第1章 單片機(jī)概述

1第1章單片機(jī)概述

2內(nèi)容概要介紹單片機(jī)基礎(chǔ)知識、發(fā)展歷史、應(yīng)用領(lǐng)域以及發(fā)展趨勢。8位單片機(jī)的主流機(jī)型，MCS-51系列單片機(jī)及其兼容的單片機(jī)（統(tǒng)稱為8051單片機(jī)）對目前流行的8051單片機(jī)的代表性機(jī)型：美國ATMEL公司的AT89C5x/AT89S5x系列單片機(jī)及代表性產(chǎn)品AT89S51詳細(xì)介紹。結(jié)構(gòu)清晰，易掌握，初學(xué)者入門機(jī)型。簡要介紹其它類型的單片機(jī)。初步了解嵌入式處理器：單片機(jī)，數(shù)字信號處理器（DSP）、嵌入式微處理器320世紀(jì)70年代問世，廣泛應(yīng)用：工業(yè)自動化、自動檢測與控制、智能儀器儀表、機(jī)電一體化設(shè)備、汽車電子、家用電器等各個方面。什么是單片機(jī)？1.1單片機(jī)簡介一片半導(dǎo)體硅片集成：中央處理單元（CPU）、存儲器（RAM、ROM）、并行I/O、串行I/O、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、系統(tǒng)時鐘電路及系統(tǒng)總線的微型計算機(jī)。具有微型計算機(jī)屬性，因而被稱為單片微型計算機(jī)，簡稱單片機(jī)。4主要應(yīng)用測控領(lǐng)域。單片機(jī)處于測控系統(tǒng)的核心地位并嵌入其中，所以國際上通常把單片機(jī)稱為嵌入式控制器（EMCU，EmbeddedMicroControllerUnit），或微控制器（MCU，MicroControllerUnit）。我國習(xí)慣于使用“單片機(jī)”這一名稱。單片機(jī)是計算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上重要里程碑，標(biāo)志著計算機(jī)正式形成了通用計算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)兩大分支。單片機(jī)體積小、成本低，嵌入到工業(yè)控制單元、機(jī)器人、智能儀器儀表、汽車電子系統(tǒng)、武器系統(tǒng)、家用電器、辦公自動化設(shè)備、金融電子系統(tǒng)、玩具、個人信息終端及通訊產(chǎn)品中。5按用途可分為通用型和專用型兩大類。（1）通用型

內(nèi)部可開發(fā)資源（如存儲器、I/O等各種外圍功能部件等）可全部提供給用戶。

根據(jù)需要，設(shè)計一個以通用單片機(jī)芯片為核心，再配以外圍接口電路及外圍設(shè)備，并編寫相應(yīng)軟件來滿足各種不同需要的測控系統(tǒng)。通常所說和本書介紹的是指通用型單片機(jī)。（2）專用型

專門針對某些產(chǎn)品的特定用途而制作的。例如，各種家用電器中的控制器等。由于特定用途，單片機(jī)芯片制造商常與產(chǎn)品廠家合作，設(shè)計和生產(chǎn)“專用”的單片機(jī)。在設(shè)計中，已對“專用”單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡化、可靠性和成本的最佳化等做了全面綜合考慮，所以“專用”單片機(jī)具有十分明顯的綜合優(yōu)勢。無論“專用”單片機(jī)在用途上有多么“?！保浠窘Y(jié)構(gòu)和工作原理都是以通用單片機(jī)為基礎(chǔ)。61.2單片機(jī)的發(fā)展歷史按處理二進(jìn)制位數(shù)主要分為：4位單片機(jī)、8位單片機(jī)、16位單片機(jī)和32位單片機(jī)。發(fā)展大致分為4個階段。第一階段（1974年～1976年）：單片機(jī)初級階段。因工藝限制，雙片形式且功能較簡單。1974年12月，仙童公司推出了8位的F8單片機(jī)，實際只包括了8位CPU、64BRAM和2個并行口。第二階段（1976年～1978年）：低性能單片機(jī)階段。1976年Intel的MCS-48單片機(jī)（8位）極大地促進(jìn)了單片機(jī)變革和發(fā)展，71977年GI公司推出PIC1650，但這個階段仍處于低性能階段。第三階段（1978年～1983年）：高性能單片機(jī)階段。1978年，Zilog公司推出Z8單片機(jī)，1980年，Intel公司在MCS-48系列基礎(chǔ)上推出MCS-51系列，Mortorola推出6801單片機(jī)。使單片機(jī)性能及應(yīng)用躍上新臺階。此后，各公司8位單片機(jī)迅速發(fā)展。推出的單片機(jī)普遍帶有串行I/O口、多級中斷系統(tǒng)、16位定時器/計數(shù)器，片內(nèi)ROM、RAM容量加大，且尋址范圍可達(dá)64KB，有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換器。由于這類單片機(jī)性/價比高，得到廣泛應(yīng)用，是目前應(yīng)用數(shù)量最多的單片機(jī)。8第四階段（1983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。20世紀(jì)90年代單片機(jī)大發(fā)展時期，Mortorola、Intel、ATMEL、德州儀器（TI）、三菱、日立、飛利浦、LG等公司開發(fā)一大批性能優(yōu)越的單片機(jī)，極大推動單片機(jī)應(yīng)用。近年，不少新型高集成度的單片機(jī)涌現(xiàn)。目前，除8位單片機(jī)得到廣泛應(yīng)用外，16位單片機(jī)、32位單片機(jī)也得到廣大用戶青睞。91.3單片機(jī)的特點單片機(jī)是集成電路技術(shù)與微型計算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物。體積小、價格低、應(yīng)用方便、穩(wěn)定可靠，因此，給工業(yè)自動化等領(lǐng)域帶來了一場重大革命和技術(shù)進(jìn)步。由于體積小，很容易地嵌入到系統(tǒng)之中，以實現(xiàn)各種方式的檢測、計算或控制，這一點，一般微機(jī)根本做不到。由于單片機(jī)本身就是一個微型計算機(jī)，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)展電路，就可靈活構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)，如工業(yè)自動檢測監(jiān)視系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、智能儀器儀表等。10為什么應(yīng)用廣泛？由于具有以下優(yōu)點：（1）簡單方便，易普及。單片機(jī)技術(shù)是易掌握技術(shù)。應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計、組裝、調(diào)試已經(jīng)是一件容易的事情，工程技術(shù)人員通過學(xué)習(xí)可很快掌握其應(yīng)用設(shè)計技術(shù)。（2）功能齊全，應(yīng)用可靠，抗干擾能力強(qiáng)。（3）發(fā)展迅速，前景廣闊。短短幾十年，單片機(jī)經(jīng)過4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)等幾大發(fā)展階段。集成度高、功能日臻完善的單片機(jī)不斷問世，使單片機(jī)在工業(yè)控制及工業(yè)自動化領(lǐng)域獲得長足發(fā)展和大量應(yīng)用。目前，單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)愈加完美，片內(nèi)外圍功能部件越來越完善，向更高層次和更大規(guī)模的發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。11（4）嵌入容易，用途廣泛，體積小、性/價比高，應(yīng)用靈活性強(qiáng)等特點在嵌入式微控制系統(tǒng)中具有十分重要地位。單片機(jī)問世前，制作一套測控系統(tǒng)，大量模擬電路、數(shù)字電路、分立元件完成，以實現(xiàn)計算、判斷和控制功能。系統(tǒng)體積龐大，線路復(fù)雜，連接點多，易出故障。單片機(jī)出現(xiàn)后，絕大部分測控功能由單片機(jī)軟件程序?qū)崿F(xiàn)，其它電子線路則由片內(nèi)外圍功能部件替代。1.4單片機(jī)的應(yīng)用軟硬件結(jié)合、體積小，容易嵌入到各種應(yīng)用系統(tǒng)中。得到廣泛應(yīng)用。121．工業(yè)檢測與控制主要應(yīng)用：工業(yè)過程控制、智能控制、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)采集和傳輸、測試、測量、監(jiān)控等。在工業(yè)自動化領(lǐng)域中，機(jī)電一體化技術(shù)將發(fā)揮愈來愈重要的作用，在這種集機(jī)械、微電子和計算機(jī)技術(shù)為一體的綜合技術(shù)（如機(jī)器人技術(shù)）中，單片機(jī)發(fā)揮著非常重要作用。2．儀器儀表目前對儀器儀表的自動化和智能化要求越來越高。單片機(jī)的使用有助于提高儀器儀表的精度和準(zhǔn)確度，簡化結(jié)構(gòu)，減小體積而易于攜帶和使用，加速儀器儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化方向發(fā)展。133．消費(fèi)類電子產(chǎn)品例如，洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、電風(fēng)扇、電視機(jī)、微波爐、加濕機(jī)、消毒柜等。嵌入了單片機(jī)后，功能和性能大大提高，并實現(xiàn)智能化、最優(yōu)化控制。4．通信在調(diào)制解調(diào)器、各類手機(jī)、傳真機(jī)、程控電話交換機(jī)、信息網(wǎng)絡(luò)及各種通訊設(shè)備中，單片機(jī)也已得到廣泛應(yīng)用。5．武器裝備現(xiàn)代化武器裝備，如飛機(jī)、軍艦、坦克、導(dǎo)彈、魚雷制導(dǎo)、智能武器裝備、航天飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)，都有單片機(jī)嵌入其中。146．各種終端及計算機(jī)外部設(shè)備計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端（如銀行終端）及計算機(jī)外部設(shè)備（如打印機(jī)、硬盤驅(qū)動器、繪圖機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等）中都使用了單片機(jī)作為控制器。7．汽車電子設(shè)備已廣泛應(yīng)用在各種汽車電子設(shè)備中，如汽車安全系統(tǒng)、汽車信息系統(tǒng)、智能自動駕駛系統(tǒng)、衛(wèi)星汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車緊急請求服務(wù)系統(tǒng)、汽車防撞監(jiān)控系統(tǒng)、汽車自動診斷系統(tǒng)及汽車黑匣子等。8．分布式多機(jī)系統(tǒng)在較復(fù)雜多節(jié)點測控系統(tǒng)中，常采用分布式多機(jī)系統(tǒng)。15一般由若干臺功能各異的單片機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。在這種系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)某些節(jié)點上，對現(xiàn)場信息進(jìn)行實時測控。

從工業(yè)自動化、自動控制、智能儀器儀表、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等方面，直到國防尖端技術(shù)領(lǐng)域，單片機(jī)都發(fā)揮十分重要作用。1.5單片機(jī)的發(fā)展趨勢

單片機(jī)發(fā)展趨勢將是向大容量、高性能化，外圍電路內(nèi)裝化等方面發(fā)展。為滿足不同用戶要求，各公司競相推出能滿足不同需要的產(chǎn)品。1．CPU的改進(jìn)

（1）增加CPU數(shù)據(jù)總線寬度。例如，各種16位單片機(jī)和32位單片機(jī)，數(shù)據(jù)處理能力要優(yōu)于8位單片機(jī)。另外，8位單片機(jī)內(nèi)部采用16位數(shù)據(jù)總線，其數(shù)據(jù)處理能力明顯優(yōu)于一般8位單片機(jī)。

（2）采用雙CPU結(jié)構(gòu)，以提高數(shù)據(jù)處理能力。172．存儲器的發(fā)展（1）片內(nèi)程序存儲器普遍采用閃存?？刹挥猛鈹U(kuò)展程序存儲器，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。（2）加大存儲容量。目前有的單片機(jī)片內(nèi)程序存儲器容量可達(dá)128KB甚至更多。3．片內(nèi)I/O的改進(jìn)（1）增加并行口驅(qū)動能力，以減少外部驅(qū)動芯片。有的單片機(jī)可直接輸出大電流和高電壓，以便能直接驅(qū)動LED和VFD（熒光顯示器）。（2）有些單片機(jī)設(shè)置了一些特殊的串行I/O功能，為構(gòu)成分布式、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)提供方便條件。184．低功耗CMOS化，功耗小，配置有等待狀態(tài)、睡眠狀態(tài)、關(guān)閉狀態(tài)等工作方式。消耗電流僅在μA或nA量級，適于電池供電的便攜式、手持式的儀器儀表及其它消費(fèi)類電子產(chǎn)品。5．外圍電路內(nèi)裝化

眾多外圍電路全部裝入片內(nèi)，即系統(tǒng)的單片化是目前發(fā)展趨勢之一。例如，美國Cygnal公司的C8051F0208位單片機(jī)，內(nèi)部采用流水線結(jié)構(gòu)，大部分指令的完成時間為1或2個時鐘周期，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、定時器、可編程數(shù)字交叉開關(guān)和64個通用I/O口、電源監(jiān)測。196．編程及仿真的簡單化目前大多數(shù)單片機(jī)都支持程序的在線編程，也稱在系統(tǒng)編程ISP（InSystemProgram），只需一條ISP并口下載線，就可把仿真調(diào)試通過的程序從PC機(jī)寫入單片機(jī)的Flash存儲器內(nèi)，省去編程器。某些機(jī)型還支持在線應(yīng)用編程（IAP），可在線升級或銷毀單片機(jī)應(yīng)用程序，省去了仿真器。

綜上所述，單片機(jī)正在向多功能、高性能、高速度（時鐘達(dá)40MHz）、低電壓（2.7V即可工作）、低功耗、低價格（幾元錢）、外圍電路內(nèi)裝化以及片內(nèi)程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器容量不斷增大的方向發(fā)展。1.6MCS-51系列與AT89C5x系列單片機(jī)20世紀(jì)80年代以來，單片機(jī)發(fā)展非常迅速，其中Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)是一款設(shè)計成功、易于掌握并在世界范圍得到廣泛使用的機(jī)型。

1.6.1MCS-51系列單片機(jī)MCS是Intel公司單片機(jī)的系列符號，如MCS-48、MCS-51、MCS-96系列單片機(jī)。21MCS-51系列是在MCS-48系列基礎(chǔ)上于20世紀(jì)80年代初發(fā)展起來的，是最早進(jìn)入我國，并在我國得到廣泛應(yīng)用的單片機(jī)主流品種。MCS-51系列單片機(jī)主要包括

基本型：8031/8051/8751（低功耗型80C31/80C51/87C51）

增強(qiáng)型：8032/8052/8752。

已為我國廣大技術(shù)人員所熟悉和掌握。上世紀(jì)80年代和90年代，MCS-51系列是在我國應(yīng)用最為廣泛的機(jī)型之一。MCS-51系列品種豐富，經(jīng)常使用的是基本型和增強(qiáng)型。22基本型

典型產(chǎn)品：8031/8051/8751。8031內(nèi)部包括1個8位CPU、128BRAM，21個特殊功能寄存器（SFR）、4個8位并行I/O口、1個全雙工串行口，2個16位定時器/計數(shù)器，5個中斷源，但片內(nèi)無程序存儲器，需外擴(kuò)程序存儲器芯片。8051是在8031的基礎(chǔ)上，片內(nèi)又集成有4KBROM作為程序存儲器。所以8051是一個程序不超過4KB的小系統(tǒng)。ROM內(nèi)的程序是公司制作芯片時，代為用戶燒制的。8751與8051相比，片內(nèi)集成的4KBEPROM取代了8051的4KBROM來作為程序存儲器。232.增強(qiáng)型

Intel公司在基本型基礎(chǔ)上，推出增強(qiáng)型-52子系列，典型產(chǎn)品：8032/8052/8752。內(nèi)部RAM增到256B，8052、片內(nèi)程序存儲器擴(kuò)展到8KB，16位定時器/計數(shù)器增至3個，6個中斷源，串行口通信速率提高5倍。

表1-1列出了基本型和增強(qiáng)型的MCS-51系列單片機(jī)片內(nèi)的基本硬件資源。

1.6.2AT89C5x（AT89S5x）系列單片機(jī)

MCS-51系列單片機(jī)代表性產(chǎn)品為8051，其他單片機(jī)都是在8051內(nèi)核基礎(chǔ)上進(jìn)行了功能增減。20世紀(jì)80年代中期以后，Intel公司已把精力集中在高檔CPU芯片的研發(fā)上，逐漸淡出單片機(jī)芯片的開發(fā)和生產(chǎn)。26MCS-51單片機(jī)設(shè)計上的成功及較高的市場占有率，已成為許多廠家、公司競相選用的對象，并以此為基核。因此，Intel公司以專利轉(zhuǎn)讓或技術(shù)交換形式把8051內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給許多半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)廠家，如ATMEL、Philips、Cygnal、ANALOG、LG、ADI、Maxim、DEVICES、DALLAS等公司。各廠家的兼容機(jī)型均采用8051內(nèi)核、指令系統(tǒng)相同，采用CMOS工藝；有的公司還在8051內(nèi)核基礎(chǔ)上增加一些片內(nèi)功能模塊，集成度更高，功能和市場競爭力更強(qiáng)。人們常用8051（80C51，“C”表示采用CMOS工藝）來稱呼所有這些具有8051內(nèi)核，且使用8051指令系統(tǒng)的單片機(jī)，也習(xí)慣把這些兼容機(jī)等各種衍生品種統(tǒng)稱為8051單片機(jī)。

眾多衍生機(jī)型中，ATMEL公司的AT89C5x/AT89S5x系列，在8位單片機(jī)市場中占有較大的市場份額。ATMEL公司1994年以E2PROM技術(shù)與Intel公司80C51內(nèi)核的使用權(quán)進(jìn)行交換。ATMEL公司技術(shù)優(yōu)勢是閃爍（Flash）存儲器技術(shù)，將Flash技術(shù)與80C51內(nèi)核相結(jié)合，形成了片內(nèi)帶有Flash存儲器的AT89C5x/AT89S5x系列單片機(jī)。27AT89C5x/AT89S5x系列與MCS-51系列在原有功能、引腳以及指令系統(tǒng)方面完全兼容。

此外，某些品種又增加一些新功能，如看門狗定時器WDT、ISP（在系統(tǒng)編程也稱在線編程）及SPI串行接口技術(shù)等。片內(nèi)Flash存儲器允許在線（+5V）電擦除、電寫入或使用編程器對其重復(fù)編程。AT89C5x/AT89S5x單片機(jī)還支持由軟件選擇的兩種節(jié)電工作方式，適于低功耗場合。AT89S51與87C51相比，AT89C51/AT89S51單片機(jī)片內(nèi)的4KBFlash存儲器取代87C51片內(nèi)的4KBEPROM。AT89S51片內(nèi)的Flash存儲器可在線編程或使用編程器重復(fù)編程，且價格較低。28AT89C51/AT89S51單片機(jī)作為8051單片機(jī)的代表性產(chǎn)品受到用戶歡迎。

AT89S51與AT89S52單片機(jī)的差別體現(xiàn)在，AT89S51內(nèi)部有4KBFlash存儲器和128BRAM，以及5個中斷源、兩個定時/計數(shù)器。而AT89S52內(nèi)部有8KBFlash存儲器和256BRAM，以及6個中斷源、3個定時/計數(shù)器（比AT89S51多出的一個定時/計數(shù)器，具有捕捉功能）。

本書重點介紹AT89S51原理及應(yīng)用設(shè)計?！癝”檔系列是ATMEL公司繼AT89C5x系列之后推出的新機(jī)型，表示含有串行下載的Flash存儲器，代表性產(chǎn)品為AT89S51和AT89S52。AT89C51單片機(jī)已不再生產(chǎn)，可用AT89S51直接代換。

在我國，除8位單片機(jī)廣泛應(yīng)用外，16位單片機(jī)也得到廣大用戶的青睞，例如，美國TI公司的16位單片機(jī)MSP430。本身帶有A/D轉(zhuǎn)換器，一片芯片就構(gòu)成了一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。設(shè)計使用非常方便。盡管這樣，16位單片機(jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有8位單片機(jī)應(yīng)用的廣泛和普及，因為目前的主要應(yīng)用中，8位機(jī)的性能已能夠滿足大部分的實際需求，況且8位機(jī)的性能價格比較好。

在眾多廠家各種不同的8位機(jī)中，各種兼容的8051單片機(jī)，目前仍是8位單片機(jī)主流品種，若干年內(nèi)仍是自動化、機(jī)電一體化、儀器儀表、工業(yè)檢測控制應(yīng)用主角。301.7各種衍生品種的51單片機(jī)除AT89S5x系列單片機(jī)外，世界各器件廠家推出的以8051為內(nèi)核、各種集成度高、功能強(qiáng)的單片機(jī)，也得到廣大用戶青睞。

1.7.1STC系列單片機(jī)STC系列具有我國獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)，功能與抗干擾性強(qiáng)的增強(qiáng)型8051單片機(jī)，多種子系列，幾百個品種，以滿足不同需要。其中的STC12C5410/STC12C2052系列的主要性能及特點如下。31（1）高速：傳統(tǒng)8051為每個機(jī)器周期為12個時鐘，而STC可為每機(jī)器周期1個時鐘，指令執(zhí)行速度大大提高，速度比普通8051快8～12倍。（2）寬工作電壓：5.5～3.8V，2.4～3.8V。（3）12KB/10KB/8KB/6KB/4KB片內(nèi)Flash程序存儲器，擦寫次數(shù)10萬次以上。（4）512B片內(nèi)的RAM數(shù)據(jù)存儲器。（5）可在線編程（ISP）/在應(yīng)用可編程（IAP），無需編程器/仿真器，可遠(yuǎn)程升級。（6）8通道10位ADC，4路PWM輸出。（7）4通道捕捉/比較單元，也可用來再實現(xiàn)4個定時器或4個外部中斷。（8）2個硬件16位定時器，兼容8051定時器。4路PCA還可再實現(xiàn)4個定時器。（9）硬件看門狗（WDT）。（10）高速SPI串口。（11）全雙工異步串行口(UART)，兼容普通8051的串口。（12）通用I/O口（27/23/15個），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（與8051的I/O接口相似）?？稍O(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏，每個I/O口驅(qū)動能力均可達(dá)到20mA，但整個芯片最大不可超過55mA。（13）超強(qiáng)抗干擾能力與高可靠性：高抗靜電；寬電壓，不怕電源抖動；寬溫度范圍：?40℃～+85℃；I/O口經(jīng)過特殊處理；（14）采取了降低單片機(jī)時鐘對外部電磁輻射的措施：可禁止ALE輸出；如選每個機(jī)器周期為6個時鐘，外部時鐘頻率可降一半；單片機(jī)時鐘振蕩器增益可設(shè)為Gain。（15）超低功耗設(shè)計掉電模式：典型功耗＜0.1μA；空閑模式：典型功耗為2mA；正常工作模式：典型功耗為4mA～7mA；掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于電池供電系統(tǒng)，如水表、氣表、便攜設(shè)備等。STC可直接替換ATMEL、Philips、Winbond（華邦）等公司的8051兼容產(chǎn)品。由上所述，是一款高性能、高可靠性的機(jī)型，尤其具有較高的抗干擾特性，應(yīng)給予足夠重視。1.7.2C8051Fxxx單片機(jī)美國Cygnal公司產(chǎn)品，集成度高，8051內(nèi)核的8位單片機(jī)，代表性產(chǎn)品為C8051F020。C8051F020內(nèi)部采用流水線結(jié)構(gòu)，大部分指令時間為1或2個時鐘周期，峰值處理能力為25MIPS，與經(jīng)典的8051單片機(jī)比，可靠性和速度有很大提高。片內(nèi)集成1個8位ADC、1個12位ADC、1個雙12位DAC；64KB片內(nèi)Flash程序存儲器、256BRAM、128BSFR；8個I/O端口共64根I/O口線；5個16位通用定時器；5個捕捉/比較模塊的可編程計數(shù)/定時器陣列（PCA），1個UART串口、1個SMBus/I2C串口、1個SPI串行口；2路電壓比較器、電源監(jiān)測器、內(nèi)置溫度傳感器。C8051F×××最突出改進(jìn)引入數(shù)字交叉開關(guān)（C8051F2××除外）。1.7.3ADμC812單片機(jī)美國ADI（AnalogDeviceInc）公司的高性能單片機(jī)，內(nèi)部集成高精度自校準(zhǔn)8通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），2通道12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），指令系統(tǒng)與8051兼容。片內(nèi)有8KBFlash程序存儲器、640BFlash數(shù)據(jù)存儲器、256B數(shù)據(jù)SRAM（支持可編程）。片內(nèi)集成看門狗定時器、電源監(jiān)視器以及ADC

DMA功能。為多處理器接口和I/O擴(kuò)展提供了32條可編程的I/O線、包含有與I2C兼容的串行接口、SPI串行接口和標(biāo)準(zhǔn)UART串口。

ADμC812的MCU內(nèi)核和模數(shù)轉(zhuǎn)換器均設(shè)有正常、空閑和掉電工作模式，軟件可控制從正常模式到空閑模式，也可切換到更省電的掉電模式。掉電模式，消耗總電流約5μA。1.7.4臺灣華邦公司W(wǎng)77系列和W78系列單片機(jī)臺灣華邦公司(Winbond)

W78系列與AT89C5x系列完全兼容，W77系列為增強(qiáng)型。W77系列對8051時序作了改進(jìn)：每個指令周期只需要4個時鐘周期，速度提高3倍，工作頻率最高可達(dá)40MHz。W77系列增加看門狗WatchDog、兩組UART、兩組DPTR數(shù)據(jù)指針（編寫程序非常便利）、ISP（在系統(tǒng)可編程）等功能。片內(nèi)集成了USB接口，語音處理等功能，具有6組外部中斷源。W741系列的4位單片機(jī)帶液晶驅(qū)動，在線燒錄，保密性高，低工作電壓(1.2V-1.8V)。1.8PIC系列單片機(jī)與AVR系列單片機(jī)

除8051外，其它8位機(jī)型也得到較廣泛的應(yīng)用。目前我國使用較為廣泛的是PIC系列與AVR系列單片機(jī)，這兩種機(jī)型博采眾長，又具獨(dú)特技術(shù)，已占有較大的市場份額。1.8.1PIC系列單片機(jī)

美國Microchip公司產(chǎn)品。特性如下：

（1）從實際出發(fā)，重視性能價格比，已開發(fā)出多種型號來滿足應(yīng)用需求。例如，一個摩托車點火器需要一個I/O較少、RAM及程序存儲空間不大、可靠性較高的小型單片機(jī)，若用40腳功能強(qiáng)的單片機(jī)，投資大，使用也不方便。PIC系列從低到高有幾十個型號。其中，PIC10F22單片機(jī)僅有6個引腳，是世界最小的單片機(jī)。8腳PIC12C508有512字節(jié)ROM、25字節(jié)RAM、一個8位定時器、一根輸入線、5根I/O線，價格非常便宜。用在摩托車點火器非常適合。PIC的高檔型，如PIC16C74（尚不是最高檔型號）有40個引腳，其內(nèi)部資源為ROM共4K、192字節(jié)RAM、8路A/D、3個8位定時器、2個CCP模塊、3個串行口、1個并行口、11個中斷源、33個I/O腳?？膳c其它品牌的高檔型號媲美。（2）精簡指令集--執(zhí)行效率大為提高。PIC系列8位單片機(jī)采用精簡指令集（RISC），數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線（Harvard）結(jié)構(gòu)，指令單字長，且允許指令代碼的位數(shù)可多于8位的數(shù)據(jù)位數(shù)，這與傳統(tǒng)的采用復(fù)雜指令結(jié)構(gòu)（CISC）結(jié)構(gòu)的8位單片機(jī)相比，可達(dá)到2:1的代碼壓縮，速度提高4倍。（3）

優(yōu)越的開發(fā)環(huán)境。PIC推出一款新型號單片機(jī)的同時推出相應(yīng)的仿真芯片，所有的開發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實時性非常好。（4）引腳具有防瞬態(tài)能力，通過限流電阻可接至220V交流電源，直接與繼電器控制電路相連，無須光耦隔離，給應(yīng)用帶來極大方便。PIC單片機(jī)分低檔型、中檔型和高檔型：（1）低檔8位單片機(jī)PIC12C5XXX／16C5X系列。PIC16C5X系列最早在市場上得到發(fā)展，價格低，有較完善的開發(fā)手段，因此在國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛；而PIC12C5XX是世界第一個8腳低價位單片機(jī)可用于簡單的智能控制等要求體積小的場合，前景廣闊。（2）中檔8位單片機(jī)PIC12C6XX/PIC16CXXX系列。品種最為豐富，其性能比低檔產(chǎn)品有所提高，增加了中斷功能，指令周期可達(dá)到200ns，帶A／D，內(nèi)部E2PROM數(shù)據(jù)存儲器，雙時鐘工作，比較輸出，捕捉輸入，PWM輸出，I2C和SPI接口，異步串行接口（UART），模擬電壓比較器及LCD驅(qū)動等等，其封裝從8腳到68腳，可用于高、中、低檔的電子產(chǎn)品設(shè)計中，價格適中，廣泛應(yīng)用在各類電子產(chǎn)品中。（3）高檔8位單片機(jī)PIC17CXX系列。適合高級復(fù)雜系統(tǒng)開發(fā)的產(chǎn)品，在中檔位單片機(jī)的基礎(chǔ)上增加了硬件乘法器，指令周期可達(dá)成160ns，它是目前世界上8位單片機(jī)中性價比最高的機(jī)種，可用于高、中檔產(chǎn)品的開發(fā)，如電機(jī)控制等。此外，Microchip公司還推出高性能的16位和32位單片機(jī)。1.8.2AVR系列單片機(jī)1997年ATMEL公司利用Flash新技術(shù)，研發(fā)的精簡指令集（ReducedInstructionSetComputer，RISC）的高速8位機(jī)。

特點如下：

（1）廢除機(jī)器周期，拋棄復(fù)雜指令計算機(jī)（CISC）追求指令完備的做法，采用精簡指令集。以字為指令長度單位，將操作數(shù)與操作碼安排在一字之中，指令長度固定、格式與種類相對較少、尋址方式也相對較少，絕大部分指令都為單周期指令。取指周期短，又可預(yù)取指令，實現(xiàn)流水作業(yè)，故可高速執(zhí)行指令，當(dāng)然這種“高速度”是以高可靠性來保障的。（2）新工藝AVR器件的Flash存儲器擦寫可達(dá)10

000次以上。片內(nèi)較大容量RAM，不僅能滿足一般場合的使用，同時也更有效的支持高級語言開發(fā)系統(tǒng)程序，并可像MCS-51單片機(jī)那樣很容易地擴(kuò)展外部RAM。（3）豐富的外設(shè)。片內(nèi)有定時器/計數(shù)器、看門狗、低電壓檢測電路BOD，多個復(fù)位源（自動上下電復(fù)位、外部復(fù)位、看門狗復(fù)位、BOD復(fù)位），可設(shè)置的啟動后延時運(yùn)行程序，增強(qiáng)應(yīng)用系統(tǒng)可靠性。片內(nèi)UART，面向字節(jié)的高速硬件串口TWI（與I2C兼容）、SPI串口。還有ADC、PWM等片內(nèi)外設(shè)。47（4）I/O口功能強(qiáng)、驅(qū)動能力大。工業(yè)級產(chǎn)品具有大電流（最大可達(dá)40mA），可省去功率驅(qū)動器件，直接驅(qū)動可控硅SSR或繼電器。AVR單片機(jī)的I/O口是真正的I/O口，能正確反映I/O口輸入/輸出的真實情況。I/O口的輸入可設(shè)定為三態(tài)高阻抗輸入或帶上拉電阻輸入，便于滿足各種多功能I/O口應(yīng)用的需要，具備10mA～20mA灌電流的能力。（5）低功耗。有省電功能（PowerDown）及休眠功能（Idle）低功耗工作方式。一般耗電在1～2.5mA；對典型功耗情況，WDT關(guān)閉時為100nA，更適于電池供電。有的器件最低1.8V即可工作。（6）支持在線編程，只需一條ISP下載線，就可把程序?qū)懭階VR單片機(jī)，無需編程器。其中MEGA系列還支持在線應(yīng)用編程IAP（可在線升級或銷毀應(yīng)用程序），省去仿真器。AVR系列齊全，3個檔次，可適于各種不同場合要求：低檔Tiny系列：有Tiny11/12/13/15/26/28等；中檔AT90S系列：有AT90S1200/2313/8515/8535等；高檔

Atmega

系列

：主要有ATmega8/16/32/64/128（存儲容量為8KB/16KB/32KB/64KB/128KB）及ATmega8515/8535等。491.9其它的嵌入式處理器簡介以各類嵌入式處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，已成為當(dāng)今電子信息技術(shù)應(yīng)用的一大熱點。嵌入式處理器按體系結(jié)構(gòu)主要分為如下幾類：嵌入式微控制器（單片機(jī)）、嵌入式數(shù)字信號處理器（簡稱DSP）及嵌入式微處理器。1.9.1嵌入式DSP處理器(DSP)DSP（數(shù)字信號處理器）是擅長高速實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理運(yùn)算（如數(shù)字濾波、FFT、頻譜分析等）的嵌入式處理器。DSP的硬件結(jié)構(gòu)和指令經(jīng)過了特殊設(shè)計，使其能夠高速完成各種數(shù)字信號處理運(yùn)算。1981年，美國TI公司研制了著名的TMS320系列的第一個低成本、高性能DSP芯片—TMS320C10，使DSP技術(shù)向前跨出了意義重大的一步。20世紀(jì)90年代，由于無線通信、網(wǎng)絡(luò)通信、多媒體技術(shù)的普及和應(yīng)用，以及高清晰度數(shù)字電視的研究，極大地刺激了DSP的推廣與應(yīng)用。由此，DSP大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域。推動DSP快速發(fā)展的是嵌入式系統(tǒng)的智能化，例如，各種帶有智能邏輯的消費(fèi)類產(chǎn)品、生物信息識別終端、

51實時語音壓解系統(tǒng)、數(shù)字圖像處理等。這類智能化算法運(yùn)算量一般較大，特別是向量運(yùn)算、指針線性尋址等較多，而這些正是DSP