【正文】 主導地位。而 INTEL 公司憑著他們雄厚的技術(shù)，性能優(yōu)秀的機型和良好的基礎(chǔ)，目前仍是單片機的主流產(chǎn)品。只不過是九十年代中期， INTEL 公司忙著開發(fā)他們個人電腦微處理器，已沒有足夠的精力繼續(xù)發(fā)展自己創(chuàng)導的單片機技術(shù)，而由 PHILIPS 等公司繼續(xù)發(fā)展 S5l 系列單片機。 5 單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力 (如算術(shù)運算，邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理 )的微處理器 (CPU)，隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，只讀程 序存儲器 (ROM)，輸入輸出電路 (I/O)，可能還包括定時計數(shù)器，串行通信口 (SCI)，顯示驅(qū)動電路 (LCD 或 LED 驅(qū)動電路 )，脈寬調(diào)制電路 (PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換器及 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構(gòu)成一個最小然而完善的計算機系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準確、迅速、高效地完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù) [4]。 由此來看，單片機有著微處理器所不具備的功能，它可單獨地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這是單片機最大的特征。 然而單片機又不同于單板機，芯片在沒有開發(fā)前，它只是具備功能極強的超大規(guī)模 集成電路，如果賦予它特定的程序，它便是一個最小的、完整的微型計算機控制系統(tǒng)，它與單板機或個人電腦 (PC 機 )有著本質(zhì)的區(qū)別，單片機的應(yīng)用屬于芯片級應(yīng)用，需要用戶了解單片機芯片的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計所需要的理論和技術(shù)，用這樣特定的芯片設(shè)計應(yīng)用程序，從而使該芯片具備特定的功能。 不同的單片機有著不同的硬件特征和軟件特征，即它們的技術(shù)特征均不盡相同，硬件特征取決于單片機芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用戶要使用某種單片機，必須了解該型產(chǎn)品是否滿足需要的功能和應(yīng)用系統(tǒng)所要求的特性指標。這里的技術(shù)特征包括功 能特性、控制特性和電氣特性等等，這些信息需要從生產(chǎn)廠商的技術(shù)手冊中得到。軟件特征是指指令系統(tǒng)特性和開發(fā)支持環(huán)境，指令特性即我們熟悉的單片機的尋址方式，數(shù)據(jù)處理和邏輯處理方式，輸入輸出特性及對電源的要求等等。開發(fā)支持的環(huán)境包括指令的兼容及可移植性，支持軟件包含可支持開發(fā)應(yīng)用程序的軟件資源及硬件資源。要利用某型號單片機開發(fā)自己的應(yīng)用系統(tǒng)，掌握其結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)特征是必須的 [6]。 單片機控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，可以軟件控制來實現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化，現(xiàn)在單片機控制范疇無所不在，例如通信產(chǎn)品、家用電器、智能儀器儀表、過程控制和專用控制裝置等等，單片機的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。 誠然，單片機的應(yīng)用意義遠不限于它的應(yīng)用范疇或由此帶來的經(jīng)濟效益，更重要的是它已從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設(shè)計思想。是控制技術(shù)的一次革命，是一座重要的里程碑 [5]。 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 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，大致可分如下幾個范疇： 6 (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，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、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設(shè)備 (功率計，示波器，各種分析儀 )。 (2) 在工業(yè)控制中的應(yīng)用 用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。 (3) 在家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本 上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣讓機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，丟無所不在。 (4) 在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。 (5) 單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機在醫(yī)用設(shè) 備中的用途亦相當廣泛，監(jiān)護儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。此外，單片機在工商，金融，科研、教育分廣泛的用途。例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 單片機按用途大體上可分為兩大類： 1通用型單片機； 2專用型單片機。 通用型單片機的用途很廣泛，使用不同的接口電路及編制不同的應(yīng)用程序就可完成不同的功能。小到家用電器儀器儀表，大到機器設(shè)備和整套生產(chǎn)線都可用單片機來實現(xiàn)自動化控制。 專用型單片機是指用途比較專一，出廠時程序已經(jīng)一次性固化好，不能再修改的單片機。例如電子表里的單片機 就是其中的一種。其生產(chǎn)成本很低 [4]。 單片機的發(fā)展趨勢 現(xiàn)在可以說單片機是百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機，從 8 位、 16 位到犯位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流 7 C5l 系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補，為單片機的應(yīng)用提供廣闊的天地?？v觀單片機的發(fā)展過程，可以預示單片機的發(fā)展趨勢，大致有： (1) 低功耗 CMOS 化 MCS51 系列的 8031 推出時的功耗達 630mW，而現(xiàn)在的單片機普遍都在100mW 左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機制 造商基本都采用了 CMOS(互補金屬氧化物半導體工藝 )。象 80S51 就采用了 HMOS(即高密度金屬氧化物半導體工藝 )和 CHMOS(互補高密度金屬氧化物半導體工藝 )。 CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而 CHMOS 則具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。 (2) 微型單片化 現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器 (CPU)、隨機存取數(shù)據(jù)存儲 (RAM)只讀程序存儲器 (ROM)、并行和串行通信接口，中斷系 統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了如 A/D 轉(zhuǎn)換器、 PMW(脈寬調(diào)制電路 )、 WDT(看門狗 )、有些單片機將 LCD(液晶 )驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。 此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機除了功能強和功耗低外，還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機都具有多種封裝形式，其中SMD(表面封裝 )越來越受歡迎，使得由單片機構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。 (3) 主流與多品種共存 現(xiàn)在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以 80S51 為核心的單片機占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有 PHILIPS 公司的產(chǎn)品， ATMEL 公司的產(chǎn)品和中國臺灣的單片機。所以 80S51 為核心的單片機占據(jù)了半壁江山。而 Microchip 公司的PIC 精簡指令集 (RISC)也有著強勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣的 HOLTEK 公司近年的單片機產(chǎn)量與日俱增，以其低價質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢，占據(jù)一定的市場份額。此外還有MOTOROLA 公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機。在一定的時期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某 個單片機一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補，相輔相成、共同發(fā)展的道路 [4]。 AT89S51 的功能及簡介 (8 制單片機，片內(nèi)含 4K bytes 可系統(tǒng)編程的存儲器 ) AT89S51 是美國 ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4k bytes 的可系統(tǒng)編程的Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它集 Flash 程序存儲器既可在線編程（ ISP)也可 8 用傳統(tǒng)方法進行編程及通用 8 位微處理器于單片芯片中， ATMEL 公司的 功能強大，低價位 AT89S51 單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場介，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 主要性能參數(shù)： 與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼 :容 4k 字節(jié)在線系統(tǒng)編程 (ISP) Flash 閃速存儲器 1000 次擦寫周期 4. 05. 5V 的工作電壓范圍 全靜態(tài)工作模式： 0Hz33MHz 三級程序加密鎖 128 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM 32 個可編程 I/O 口線 2 個 16 位定時 /計數(shù)器 6 個中斷源 全雙工串行 UART 通道 低功耗空閑和掉電模式 中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng) 看 門狗 (WDT)及雙數(shù)據(jù)指針 掉電標識和快速編程特性 靈活的在線系統(tǒng)編程 (ISP 一字節(jié)或頁寫模式 ) 功能特性概述： AT89S51 提供以下標準功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個 I/O 口線，看門狗（ WDT），兩個數(shù)據(jù)指針，兩個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時， AT89S51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。 引腳功能說明： Vcc： 電源電壓 GND：地 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫‘ 1’可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址 (低 8 位 )和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 Flash 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 P1 口： P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動 (吸 9 收或輸出電流 )4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫‘ 1’，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，囚為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 (In)。 Flash 編程和程序校驗期間 P1 收低 8位地址。 P2 口： P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流 )4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫‘ 1’，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口 使用時，囚為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 (In)。在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器 (例如執(zhí)行 MOVX @DPTR 指令 )時， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器 (如執(zhí)行 MOVX @Ri 指令 )時， P2 口線卜的內(nèi) 容 (也 即特殊功能寄存器（ SFR)區(qū)中 P2 寄存器的內(nèi)容 )，在整個訪問期間不改變Flash 編程或校驗時， P2 亦接收高位地址和其它控制信號。 P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動 (吸收或輸出電流 )4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入“ 1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ In）。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能。P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號 [13]。 表 21 P3口功能表 RST：當振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 SFR AUXR 的 DISR