【正文】 快是以時(shí)鐘頻率越來越高為標(biāo)志 的。而單片機(jī)則有所不同，為提高單片機(jī)抗干擾能力，降低噪聲，降低時(shí)鐘頻率而不 犧 牲運(yùn)算速度是單片機(jī)技術(shù)發(fā)展之追求。一些 8051 單片機(jī)兼容廠商改善了單片機(jī)的內(nèi)部時(shí) 序，在不提高時(shí)鐘頻率的條件下，使運(yùn)算速度提高了很多，Motorola 單片機(jī)則使用了瑣 相環(huán)技術(shù)或內(nèi)部倍頻技術(shù)使內(nèi)部總線速度大大高于時(shí)鐘產(chǎn)生器的頻率。 68HC08 單片機(jī)使 用 外部振蕩器而內(nèi)部時(shí)鐘達(dá) 32M，而 M68K系列 32 位單片機(jī)使用 32K 的外部振蕩器頻率 內(nèi)部時(shí)鐘可達(dá) 16MHz 以上。低電壓與低功耗 自 80年代中期以來， NMOS 工藝單片機(jī)逐漸被 CMOS 工藝代替，功耗得以 大幅度下降，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)由 3μ m 工 藝發(fā)展到 、 、 、 、 近而實(shí)現(xiàn) m工藝，全靜態(tài)設(shè)計(jì)使時(shí)鐘頻率從直流到數(shù)十兆任選，都使功耗不斷下降 。 Motorola 最近推出任選的 可在 電壓下以 50M/48MIPS全速工作，功率約為 20mW。幾乎所有的單片機(jī)都有 Wait、 Stop 等省電運(yùn)行方式。允許使用的電源電壓范圍也 越來越寬。一般單片機(jī)都能在 3到 6V范圍內(nèi)工作，對單片機(jī)實(shí)訓(xùn) 2 電池供電的單片機(jī)不再需要對電源采 取穩(wěn)壓措施。低電壓供電的單片機(jī)電源下限已由 降至 、 。 供電的單片 機(jī)已經(jīng) 問世。 低噪聲與高可靠性技術(shù) 為提高單片機(jī)系統(tǒng)的抗電磁干擾能力，使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工 作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標(biāo)準(zhǔn)的要求，各單片機(jī)商家在單片機(jī)內(nèi)部電路中采取 了一些新的技術(shù)措施。如美國國家半導(dǎo)體 NS 的 COP8 單片機(jī)內(nèi)部增加了抗 EMI 電路，增強(qiáng)了 “看門狗”的性能。 Motorola 也推出了低噪聲的 LN 系列單片機(jī)。 OTP 與掩膜 OTP 是一次性寫入的單片機(jī)。過去認(rèn)為一個(gè)單片機(jī)產(chǎn)品的成熟是以投產(chǎn)掩膜 型單片機(jī)為標(biāo)志的。由于掩膜需要一定的生產(chǎn)周期，而 OTP 型單片機(jī)價(jià)格不斷下降，使得 近年來直接使用OTP完成最 終產(chǎn)品制造更為流行。它較之掩膜具有生產(chǎn)周期短、風(fēng)險(xiǎn)小的 特點(diǎn)。近年來， OTP 型單片機(jī)需量大幅度上揚(yáng)，為適應(yīng)這種需求許多單片機(jī)都采用了在片 編程技術(shù) (In System Programming)。未編程的 OTP芯片可采用裸片 Bonding 技術(shù)或表面貼 技術(shù)，先焊在印刷板上，然后通過單片機(jī)上引出的編程線、串行數(shù)據(jù)、時(shí)鐘線等對單片 機(jī)編程。解決了批量寫 OTP 芯片時(shí)容易出現(xiàn)的芯片與寫入器接觸不好的問題。使 OTP的裸 片得以廣泛使用，降低了產(chǎn)品的成本。編程線與 I/O 線共用，不增加單片機(jī)的額外引腳。而一些生產(chǎn)廠商推出 的單片機(jī)不再有掩膜型，全部為有 ISP功能的 OTP。 MTP 向 OTP 挑戰(zhàn) MTP 是可多次編程的意思。一些單片機(jī)廠商以 MTP 的性能、 OTP 的價(jià)位推出 他們的單片機(jī)，如 ATMEL AVR 單片機(jī)，片內(nèi)采用 FLASH，可多次編程。華邦公司生產(chǎn)的與 8051 兼容的單片機(jī)也采用了 MTP 性能， OTP 的價(jià)位。這些單片機(jī)都使用了 ISP 技術(shù)，等安裝到印刷線路板上以后再下載程序。 單片機(jī)的分類 ATMEL 公司的 AVR 單片機(jī) ,是增強(qiáng)型 RISC 內(nèi)載 Flash 的單片機(jī) ,芯片上的 Flash存儲器附在用戶的產(chǎn)品中 ,可隨時(shí)編程 ,再 編程 ,使用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)容易 ,更新?lián)Q代方便 .AVR 單片機(jī)采用增強(qiáng)的 RISC 結(jié)構(gòu) ,使其具有高速處理能力 ,在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可執(zhí)行復(fù)雜的指令 ,每 MHz可實(shí)現(xiàn) 1MIPS的處理能力 .AVR單片機(jī)工作電壓為 ~,可以實(shí)現(xiàn)耗電最優(yōu)化 .AVR 的單片機(jī)廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備 ,工業(yè)實(shí)時(shí)控制 ,儀器儀表 ,通訊設(shè)備 ,家用電器 ,宇航設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域 . （ 1） Motorola 單片機(jī) : Motorola是世界上最大的單片機(jī)廠商 .從 M6800開始 ,開發(fā)了廣泛的品種 ,4位 ,8位 ,16 位 32 位的單片機(jī)都能生產(chǎn) ,其中典型的代表有 :8 位 機(jī) M6805,M68HC05 系列 ,8位增強(qiáng)型 M68HC11,M68HC12 , 16 位機(jī) M68HC16, 32 位機(jī) M683XX. Motorola 單片機(jī)的特點(diǎn)之一是在同樣的速度下所用的時(shí)鐘頻率較 Intel 類單片機(jī)低得多 ,因而使得高頻噪聲低 ,抗干擾能力強(qiáng) ,更適合于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境 . （ 2） MicroChip 單片機(jī) : 單片機(jī)實(shí)訓(xùn) 3 MicroChip 單片機(jī)的主要產(chǎn)品是 PIC 16C 系列和 17C 系列 8 位單片機(jī) ,CPU 采用RISC 結(jié)構(gòu) ,分別僅有 33,35,58 條指令 ,采用 Harvard 雙總線結(jié)構(gòu) ,運(yùn)行速度快 ,低工作電壓 ,低功耗 ,較大的輸入輸出直接驅(qū)動(dòng)能力 ,價(jià)格低 ,一次性編程 ,小體積 . 適用于用量大 ,檔次低 ,價(jià)格敏感的產(chǎn)品 .在辦公自動(dòng)化設(shè)備 ,消費(fèi)電子產(chǎn)品 ,電訊通信 ,智能儀器儀表 ,汽車電子 ,金融電子 ,工業(yè)控制不同領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用 ,PIC 系列單片機(jī)在世界單片機(jī)市場份額排名中逐年提高 .發(fā)展非常迅速 . 工業(yè)級 OTP單片機(jī) ,Micon公司生產(chǎn) ,與 PIC單片機(jī)管腳完全一致 ,海爾集團(tuán)的電冰箱控制器 ,TCL 通信產(chǎn)品 ,長安奧拓鈴木小轎車功率分配器就采用這種單片機(jī)。EM78系列 OTP型單片機(jī) : 臺灣義隆電子股份有限公司 ,直接替代 PIC16CXX,管腳兼容 ,軟件可轉(zhuǎn)換 . （ 4） Scenix 單片機(jī) : Scenix 公司推出的 8位 RISC 結(jié)構(gòu) SX系列單片機(jī)與 Intel 的 Pentium II 等一起被 Electronic Industry Yearbook 1998評選為 1998 年世界十大處理器 .在技術(shù)上有其獨(dú)到之處， SX系列雙時(shí)鐘設(shè)置 ,指令運(yùn)行速度可達(dá) 50/75/100MIPS(每秒執(zhí)行百萬條指令 ,XXX M Instruction Per Second) 。具有虛擬外設(shè)功能 ,柔性化 I/O端口 ,所有的 I/O端口都可單獨(dú)編程設(shè)定 ,公司提供各種 I/O的庫函數(shù) ,用于實(shí)現(xiàn)各種I/O 模塊的功能以及應(yīng)用 ,如多路 UART,多路 A/D,PWM,SPI,DTMF,FS,LCD 驅(qū)動(dòng)等等 . 采用 EEPROM/FLASH 程序存儲器 ,可以實(shí)現(xiàn)在線系統(tǒng)編程 .通過計(jì)算機(jī) RS232C 接口 ,采用專用串行電纜即可對目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)仿真 . （ 5） 8051 單片機(jī) : 8051單片機(jī)最早由 Intel公司推出 ,其后 ,多家公司購買了 8051的內(nèi)核 ,使得以8051 為內(nèi)核的 MCU 系列單片機(jī)在世界上產(chǎn)量最大 ,應(yīng)用也最廣泛 ,有人推測 8051 可能最終形成事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn) MCU 芯片 . 單片機(jī) 的應(yīng)用與開發(fā) 單片機(jī)有多種類型，并且逐漸發(fā)展 16位、 32 位單片機(jī)，但是掌握好基本的 8031是十分重要的。開發(fā)單片機(jī)通常用到開發(fā)軟件、仿真器、編程器，以及諸如邏輯筆、萬用表等輔助工具，當(dāng)然 PC機(jī)是少不了的。 開發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，首先時(shí)軟硬件設(shè)計(jì)，很難說誰先誰后，大致是更據(jù)應(yīng)用的要求畫出框圖，想想哪些功能是由硬件實(shí)現(xiàn)的，哪些是由軟件實(shí)現(xiàn)的，然后畫出軟件的流程圖。當(dāng)然設(shè)計(jì)中有的功能可由軟件代替硬件實(shí)現(xiàn)，但要考慮編程的復(fù)雜性，有時(shí)雖然可以降低成本，但會給自己帶來麻煩 。 一般有兩種開發(fā)方法，其一是軟件模擬仿真后把沒 有錯(cuò)誤的程序用編程器寫入EPROM 或單片機(jī)內(nèi)，廉價(jià)的 PIC 單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)就是這樣，早期的 sim51 軟件是對單片機(jī)實(shí)訓(xùn) 4 8031 仿真的。有的是在 PC 上寫好程序，檢查無語法錯(cuò)誤后用軟件下載到編程器對AT89C51 等單片機(jī)進(jìn)行編程，或者對可在線編程的單片機(jī)有例如 PIC16F8PICBASIC（ PS1016）等進(jìn)行編程。對于這種 “ 開發(fā)手段 ” ，一般只能應(yīng)用在軟硬件比較簡單的情況下，也特別適用于學(xué)生或者業(yè)余愛好者。 其二是采用通用實(shí)時(shí)再線仿真器，用設(shè)斷點(diǎn)，單步運(yùn)行，實(shí)時(shí)查看寄存器、 I/O口、存儲器內(nèi)容等方法調(diào)試單片機(jī)系統(tǒng)真是 感覺好極了，一切盡在掌握。通常仿真器通過 RS232 串口于 PC 機(jī)連接，用軟件編程調(diào)試， PC 機(jī)顯示器顯示狀態(tài)。高檔的仿真器支持許多型號的單片機(jī)，并有 WINDOWS 下集成開發(fā)環(huán)境（包括編輯，匯編，仿真等），大多數(shù)做單片機(jī)系統(tǒng)的人都是采用這種方法開發(fā)，只是仿真器大多較貴，業(yè)余愛好者要根據(jù)自己的情況決定。 以前的開發(fā)要用 EPROM，需要編程器（把程序?qū)懭?EPROM 中）和紫外線燈（ EPROM擦除器），擦完后還要校驗(yàn)，非常不便。現(xiàn)在片內(nèi)帶有 EEPROM 的單片機(jī)開發(fā)起來很方便（就像 CI 取代 BIOS 一樣）， EEPROM 既 像靜態(tài) RAM 那樣讀寫簡便，又在掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會丟失的，大大簡化應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。另外一般 EPROM 中的程序很容易被復(fù)制，OTP單片機(jī)可以把保密熔絲燒斷以保密，而有的 EEPROM 單片機(jī)有種 “ 鎖 ” ，使別人無法讀取其中的程序，若要讀， EEPROM 中原來的信息會自動(dòng)銷毀，就達(dá)到了保密的目的。 近年來出現(xiàn)了 IIC 串行總線結(jié)構(gòu)，這種總線是用兩條數(shù)據(jù)線代替現(xiàn)行的 8 位數(shù)據(jù)總線，從而大大地減少了單片機(jī)引線，目前許多電子公司正在積極開發(fā) IIC 總線的產(chǎn)品，也為我們使用提供了方便。 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8051 是 MCS51 系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品， 8051 單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明： （ 1） 中央處理器： 中央處理器 (CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼， CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 （ 2） 數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)： 8051 內(nèi)部有 128 個(gè) 8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元 和 128 個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 RAM 只有 128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中單片機(jī)實(shí)訓(xùn) 5 間結(jié)果或用戶定義的字型表。 （ 3） 程序存儲器 (ROM)： 8051 共有 4096 個(gè) 8 位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 （ 4） 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 (ROM)： 8051 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于其中的控制程序轉(zhuǎn)向。 （ 5） 并行輸入輸出 (I/O)口： 8051 共有 4組 8位 I/O口 (P0、 P P2 或 P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。 （ 6） 中斷系統(tǒng)： 8051 具備較完善的中斷功能，有兩