【正文】 是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路。其向MCU階段發(fā)展的重要因素，便是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；所以，從此專用單片機(jī)的發(fā)展便自然形成了SoC化趨勢(shì)。目前來說，隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)技術(shù)、EDA工具技術(shù)的發(fā)展，基于SoC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)面臨著較大的發(fā)展。因此，對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。三、單片機(jī)的分類 被人熟知的51系列的單片機(jī)最早是由Intel公司推出，主要是8031和8051系列。而后來Atmel公司AT89系列單片機(jī)就是在以8051的內(nèi)核。其中AT89C5AT89C5AT89S5AT89S5AT89S8252等系列單片機(jī)都與8051系列單片機(jī)完全兼容，包括指令功能也是一樣的。但是在此基礎(chǔ)上，AT89系列的單片機(jī)則是在8051的功能上做了一系列的擴(kuò)展，例如AT89S系列都支持ISP功能，AT89S5AT89S8252增加了內(nèi)部WDT功能，增加了一個(gè)定時(shí)器等功能等等。因此為了便于學(xué)習(xí)，Atmel還推出了8051指令完全一樣的AT89C205AT89C4051等單片機(jī)，此類單片機(jī)便可以看作精簡(jiǎn)型的8051單片機(jī)。這類單片機(jī)比較適合初學(xué)者的需要。AVR的單片機(jī)同樣也是Atmel公司的產(chǎn)品，最早的便是AT90系列單片機(jī)，但是現(xiàn)在非常多的AT90單片機(jī)都轉(zhuǎn)型給了Atmega系列和Attiny系列，AVR單片機(jī)最大的特點(diǎn)是精簡(jiǎn)指令型的單片機(jī)，執(zhí)行速度非常快。PIC單片機(jī)是Microchip公司的產(chǎn)品，它同AVR些列單片機(jī)一樣，也是一種精簡(jiǎn)指令型單片機(jī)，指令數(shù)量比較少且很簡(jiǎn)單，中檔的PIC系列單片機(jī)僅有35條指令而已，低檔的僅有33條指令。但是如果使用匯編語(yǔ)言編寫PIC單片機(jī)的程序有一個(gè)非常致命的弱點(diǎn)就是PIC中低檔單片機(jī)里有一個(gè)翻頁(yè)的概念，編寫匯編程序比較麻煩。對(duì)于初學(xué)單片機(jī)的人一般是選51系列的單片機(jī)，比如說Intel公司的8051系列，Atmel的AT89系列，STC公司的51系列等等都可以算是51系列單片機(jī)。這些單片機(jī)的指令系統(tǒng)是一樣的。可查的芯片資料也是最多。而且對(duì)于學(xué)習(xí)8051類型片除了應(yīng)用簡(jiǎn)單以外還有一個(gè)好處就是它屬于CISC（復(fù)雜指令集）結(jié)構(gòu)型單片機(jī)。指令系統(tǒng)非常完全，利用匯編語(yǔ)言寫程序也比較簡(jiǎn)單易懂。而且它也有keilC51的C編譯器。因此可以利用C語(yǔ)言來寫程序。四、單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，如導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上的各類儀表的控制，通信網(wǎng)絡(luò)終端與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)采集處理，并且現(xiàn)在被廣泛使用的各類智能IC卡，汽車安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及遙控玩具、電子類玩具和寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說高科技自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。 單片機(jī)技術(shù)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，其應(yīng)用類別大致可分如下幾個(gè)范疇：①各類智能儀器儀表上的應(yīng)用②在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用③在各種家用電器中的應(yīng)用④在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中的應(yīng)用 ⑤單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備和制藥領(lǐng)域中的應(yīng)用此外，單片機(jī)還在金融、科研、教育、航空航天等領(lǐng)域都有著十分普遍的用途。第二節(jié) 單片機(jī)的選型如今市場(chǎng)上的單片機(jī)種類繁多，其功能也各不相同。在滿足本次設(shè)計(jì)的基本要求前提下我們要綜合考慮單片機(jī)的價(jià)格、體積、抗干擾性和可靠性等條件，選擇合適的單片機(jī)來完成本次設(shè)計(jì)。綜合上訴條件，如今市面上比較適合的單片機(jī)有51系列與STC系列兩種。80C51單片機(jī)雖然應(yīng)用普遍，可用工具多，易上手，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，但是8051單片機(jī)不適合做一些簡(jiǎn)單的課題設(shè)計(jì)。STC系列雖然功耗低，抗干擾能力較好，支持在線下載程序、精簡(jiǎn)指令集，可靠性高，所以一般來說，比較適合民用單片機(jī)設(shè)計(jì)。由此可見，STC系列已經(jīng)成為事實(shí)上的單片機(jī)主流系列，所以，本次設(shè)計(jì)選擇STC89C52單片機(jī)來完成。一、STC89C52的基本結(jié)構(gòu)： STC89C52的基本結(jié)構(gòu)，STC89C52單片機(jī)[4]主要由以下部分組成：①CPU(微處理器)STC89C52單片機(jī)中有一個(gè)8位的CPU，包括了運(yùn)算器和放大器兩大部分，具有面向控制的處理功能，不僅可以處理字節(jié)數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行位變量的處理。②數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)單片機(jī)運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等等。片內(nèi)為128B，片外最多可外擴(kuò)64KB；片內(nèi)的128B的RAM，以高速RAM的形式集成在單片機(jī)內(nèi)，可以加快單片機(jī)的運(yùn)行速度，并且這種結(jié)構(gòu)的RAM還可以降低功耗。③程序存儲(chǔ)器(ROM/EPROM)用來存儲(chǔ)程序，8031無(wú)此部件；80C51為4KB的ROM；8751為4KB的EPROM。如果片內(nèi)只讀存儲(chǔ)器的容量不夠，則需用擴(kuò)展片外只讀存儲(chǔ)器，片外最多可擴(kuò)展至64KB。④中斷系統(tǒng)具有5個(gè)中斷源，2級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。⑤定時(shí)器/計(jì)數(shù)器片內(nèi)有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有4種工作方式。⑥串行口1個(gè)全雙工的串行口，具有4種工作方式。可用來進(jìn)行串行通信，擴(kuò)展并行I/O口，甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。⑦I/O口4個(gè)并行的I/O口。⑧特殊功能寄存器(SFR)特殊功能寄存器共有21個(gè)，用于CPU對(duì)片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實(shí)際上是片內(nèi)各功能部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)具有特殊功能的RAM區(qū)。由上可見，STC89C52單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強(qiáng)等特點(diǎn)。特別值得一提的是CPU中的位處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的1位微計(jì)算機(jī)，這個(gè)1位微計(jì)算機(jī)有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。1位機(jī)在開關(guān)決策、邏輯電路仿真、工業(yè)控制方面非常有效；而8位機(jī)在數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算處理方面有明顯的長(zhǎng)處。80C51單片機(jī)中8位機(jī)和1位機(jī)的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相成，他是單片機(jī)技術(shù)上的一個(gè)突破，這也是80C51在設(shè)計(jì)上的精美之處。二、STC89C52單片機(jī)的封裝和引腳STC89C52系列單片機(jī)[9]采用雙列直插式(DIP).QFP44(Quad Flat Pack)和LCC(Leaded Chip Caiier)形式封裝。這里僅介紹常用的總線型DIP40封裝。 STC89C52單片機(jī)的引腳圖40個(gè)引腳按引腳功能大致可分為4個(gè)種類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳①電源引腳Vcc：接+5V電源。Vss：接地。②時(shí)鐘引腳兩個(gè)時(shí)鐘引腳XTALXTAL2外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成了1個(gè)振蕩器，它為單片機(jī)提供了時(shí)鐘控制信號(hào)。兩個(gè)時(shí)鐘引腳也可以外接獨(dú)立的晶體振蕩器。XTAL1：接外部晶體的一個(gè)引腳。該引腳內(nèi)部是一個(gè)反相放大器的輸入端。這個(gè)反向放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。如果采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。XTAL2：外部晶體的另一端，在該引腳內(nèi)部接至內(nèi)部反相放大器的輸入端。若采用外部時(shí)鐘振蕩器時(shí)，該引腳接收時(shí)鐘振蕩器的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘放生器的輸入端。③控制引腳RST/VPD：RST(RESET)是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效，單片機(jī)運(yùn)行時(shí)在此引腳上加持續(xù)時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可以完成復(fù)位操作。VDP為本引腳的第二功能，即備用電源的輸入端，當(dāng)主電源VCC發(fā)生故障，降低到某一規(guī)定值的低電平時(shí)，將+5V的電源自動(dòng)接入RST端，為內(nèi)部RAM提供備用電源，從而使單片機(jī)在復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。ALE/PROG：ALE引腳輸出為地址鎖存器允許信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)正常工作后，ALE引腳不斷輸出正脈沖信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE輸出信號(hào)的負(fù)跳沿用于單片機(jī)發(fā)出的低8位地址經(jīng)外部鎖存器鎖存的鎖存控制信號(hào)。PROG為該引腳的第二功能，在對(duì)片內(nèi)EPROM型單片機(jī)編程寫入時(shí)，此引腳作為編程脈沖輸入端。PSEN：程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端。在單片機(jī)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此引腳輸出脈沖負(fù)跳沿作為讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。EA/VPP：EA功能為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端。當(dāng)EA引腳為高電平時(shí)，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，EA引腳為低電平時(shí)，單片機(jī)則只訪問外部程序存儲(chǔ)器。VPP為該引腳的第二功能。在對(duì)EPROM型單片機(jī)8751片內(nèi)EPROM固化編程時(shí)，用于施加較高的編程電壓。對(duì)于80C51單片機(jī)，則加在VPP引腳的編程電壓為+12V或+5V。④I/O口引腳STC89C52共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、PPP3口，共32個(gè)引腳。P1口、P2口、P3口是三個(gè)8位準(zhǔn)雙向的I/O口，各口線在片內(nèi)均有固定的上拉電阻。當(dāng)這三個(gè)準(zhǔn)雙向I/O口作輸入口使用時(shí)，要向該口先寫1，準(zhǔn)雙向I/O口無(wú)高阻的“浮空”狀態(tài)。另外P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線）。而雙向口P0口線內(nèi)無(wú)固定上拉電阻，由兩個(gè)MOS管串接，既可開漏輸出，又可處于高阻的“浮空”狀態(tài)，故稱為雙向三態(tài)I/O口。三、STC89C52單片機(jī)的時(shí)鐘STC89C52單片機(jī)各部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種是外部時(shí)鐘方式。①內(nèi)部時(shí)鐘方式STC89C52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2，這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，： STC89C52內(nèi)部時(shí)鐘方式電路該電路中電容Cl和C2的值通常選擇為30pF左右；Cl、C2對(duì)頻率有微調(diào)作用，～12MHz之間選擇。為了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)引腳XTALl和XTAL2靠近。②外部時(shí)鐘方式外部時(shí)鐘方式是使用外部振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，常用于多單片機(jī)同時(shí)工作，以便于多單片機(jī)之間的同步，一般為低于12MHz的方波。外部的時(shí)鐘源直接連到XTAL1端，XTAL2端懸空。 STC89C52外部時(shí)鐘方式電路四、STC89C52單片機(jī)的復(fù)位復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)系統(tǒng)在上電啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位。其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作，因而，復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。但單片機(jī)本身是不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部復(fù)位電路才能實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)的外部復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。，當(dāng)電源接通時(shí)只要Vcc的上升時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。圖中給出了復(fù)位電路參數(shù)。 上電復(fù)位電路 除了上電復(fù)位外，單片機(jī)有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位是通過RST端經(jīng)電阻與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。上電瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。RST引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。該電路典型的電阻值和我電容參數(shù)為：晶振為12MHZ，電容值為10uF。 按鍵復(fù)位電路復(fù)位時(shí)，ALE和PSEN成輸入狀態(tài)，即ALE=PSEN= 1，片內(nèi)RAM不受復(fù)位影響。復(fù)位后，P0～P3口輸出高電平且使這些雙向口皆處于輸入狀態(tài)，并將07H寫入堆棧指針SP，同時(shí)將PC和其余專用寄存器清0。此時(shí)，單片機(jī)從起始地址0000H開始重新執(zhí)行程序。所以，單片機(jī)運(yùn)行出錯(cuò)或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，可使其復(fù)位后重新運(yùn)行。初始復(fù)位不改變RAM(包括工作寄存器R0～R7)的狀態(tài)。(表中“x”為不定數(shù)) 寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HBSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL000HP0～P3FFHSCON00HIPxx000000BSBUFxxxxxxxxBIE0x000000BPCON0xxx0000B第三節(jié) 時(shí)鐘芯片現(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)了越來越多的電子時(shí)鐘芯片，并且都具有各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，下面簡(jiǎn)單介紹幾種常見的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片的資料，并從中選擇并完成設(shè)計(jì)時(shí)鐘芯片的選型工作。一、S3530A實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片S3530A實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片是一款支持總線的CMOS實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它根據(jù)CPU傳送來的數(shù)據(jù)信息設(shè)置時(shí)鐘和日歷。此芯片是通過兩線式與CPU連接，并且有兩個(gè)中斷報(bào)警系統(tǒng)，這樣便可以大大減少CPU的軟件部分的工作。當(dāng)振蕩電路工作恒定電壓時(shí)，此芯片功耗非常小。此類芯片封裝有8腳DIP和8腳SSOP兩種封裝形式。實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片S3530A具有如下特性：①低功耗：②工作電壓范圍：~③年、月、日、星期、時(shí)、分、秒的BCD碼輸入/輸出④內(nèi)部置有電壓檢測(cè)電路⑤內(nèi)部置有穩(wěn)壓電路⑥內(nèi)部置有上電/掉電檢測(cè)電路⑦內(nèi)部置有報(bào)警中斷（雙系統(tǒng)）⑧可設(shè)固定終端頻率/時(shí)間⑨內(nèi)部置有32KHz石英晶體振蕩電路⑩8腳DIP和8腳SSOP封裝實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片S3530A的應(yīng)用：①移動(dòng)電話②IC卡系統(tǒng)③各種呼機(jī)③電視與VCR④游戲二、DS1302涓流充電時(shí)鐘保持芯片DS1302時(shí)鐘芯片是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的集成實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、星期、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)還具有閏年補(bǔ)償功能，～。其采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部置有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。DS1302的特性：①實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）計(jì)秒、分、時(shí)、日期、月、星期和年，并且?guī)чc年，有效補(bǔ)償?shù)?100年 ②31字節(jié)、電池備份的、非