【正文】 1 論 二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過，這種電腦，通常是指個(gè)人計(jì)算機(jī)，簡稱 PC 機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡單運(yùn)算和控制。它的出現(xiàn)是近代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在這個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱 瘓了。 單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)，目前正以前所未見的速度取代著傳統(tǒng)電子線路構(gòu)成的經(jīng)典系統(tǒng)，蠶食著傳統(tǒng)數(shù)字電路與模擬電路固有的領(lǐng)地。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 現(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛。彩電、冰箱、空調(diào)、錄像機(jī)、 VCD、遙控器、游戲機(jī)、電飯煲等無處不見單片機(jī)的影子，單片機(jī)早已深深地融入我們每個(gè)人的生活之中。 單片機(jī)能大大地提高這些產(chǎn)品的智能性，易用性及節(jié)能性等主要性能指 標(biāo)，給我們的生活帶來舒適和方便的同時(shí)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。單片機(jī)按用途大體上可分為兩類，一種是通用型單片機(jī)，另一種是專用型單片機(jī)。 2 單片機(jī)基礎(chǔ)知識 單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講，一塊芯片就成了一臺計(jì)算機(jī)。 MCS51 單片機(jī)是美國 INTEL 公司于 1980 年推出的產(chǎn)品，與 MCS 48 單片機(jī)相比，它的結(jié)構(gòu)更先進(jìn)，功能更強(qiáng)，在原來的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令，指令數(shù)達(dá) 111 條 ， MCS51 單片機(jī)可以算是相當(dāng)成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在， MCS51系列或其兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍與 MSC51 單片機(jī)作為代表進(jìn)行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。 MCS51 系列單片機(jī)主要包括 803 8051 和 8751 等通用產(chǎn)品。 DP51S單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)儀是由廣州致遠(yuǎn)電子有限公司設(shè)計(jì)的 DP系列單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)儀之一，是一種功能強(qiáng)大的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)學(xué)習(xí)、調(diào)試。 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 單片機(jī)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，大致可分為如下幾個(gè)范疇： 一、在智能儀器儀表的應(yīng)用 單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)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(jī)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(qiáng)大。例如精密的 3 測量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。 二、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(jī)控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。 三、在工業(yè)控制中的應(yīng)用 用單片機(jī)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(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。 四、在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從 手機(jī)、電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、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(jī)等。 五、單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 此外，單片機(jī)在工商、金融、科研、教育、國防航空等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 4 單片機(jī)現(xiàn)在可以說是百花齊放，百家爭鳴的時(shí)期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從 8 位 、 16 位到 32 位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流 C51 系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供了廣闊的天地。 縱觀單片機(jī)的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢，大致有： 一、微型單片化 現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器（ CPU）、隨機(jī)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(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)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(jī)將 LCD（液晶）驅(qū) 動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)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(jī)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(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機(jī)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(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。 二、低功耗 CMOS 化 MCS51 系列的 8031 推出時(shí)的功耗達(dá) 630mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW 左右，隨著對單片機(jī)功耗要求越 來越低，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了 CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）。像 80C51 就采用了 HMOS 5 （即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）和 CHMOS（互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）。 CMOS 雖然功耗低，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(diǎn)，這些特征，更適合于要求低功耗像電池供電的應(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。 三、主流與多品種共存 現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以 80C51 為核心的單片機(jī)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 Winbond 系列單片機(jī)。所以 80C51 占據(jù)了半壁江山。而Microchip 公司的 PIC 精簡指令集合（ RISC）也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣的 HOLTEX 公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增，與其底價(jià)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(jī)。在一定的時(shí)期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)、相輔相成、共同發(fā)展的道路。 九十年代以后，單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上 采用雙 CPU 或內(nèi)部流水線， CPU 位數(shù)有8 位、 16 位、 32 位，時(shí)鐘頻率高達(dá) 20MHZ，片內(nèi)帶有 PWM 輸出、監(jiān)視定時(shí)器 WDT、可編程計(jì)數(shù)器陣列 PCA、 DMA 傳輸、調(diào)制解調(diào)器等。芯片向高度集成化、低功耗方向的發(fā)展，使得單片機(jī)在大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、高級通信系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、復(fù)雜工業(yè)過程控制、高級機(jī)器人以及局域網(wǎng)等方面得到大量應(yīng)用。這類單片機(jī)有 NEC 公司的 MPD7800， MITSUBISHI 公司的M337700， REVKWELL 公司的 R6500。 6 硬件設(shè)計(jì) 80C51 單片機(jī)的內(nèi) 部結(jié)構(gòu) 圖 21 為 80C51 單片機(jī)功能結(jié)構(gòu)框圖 80C51 芯片內(nèi)部集成了 CPU、 RAM、 ROM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器和 I/O 口等各功能部件，并由內(nèi)部總線把這些不見連接在一起。 80C51 單片機(jī)內(nèi)部包含以下一些功能部件： (1) 一個(gè) 8 位 CPU； (2) 一個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路； (3) 4KB ROM（ 80C51 有 4KB 掩膜 ROM， 87C51 有 4KB EPROM， 80C31片內(nèi)有無 ROM）； (4) 128B 內(nèi) RAM； (5) 可尋址 64KB 的外 ROM 和外 RAM 控制電路； (6) 兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器； (7) 21 個(gè)特許功能寄存器； (8) 4 個(gè) 8 位并行 I/O 口，共 32 條可編程 I/O 端線； (9) 一個(gè)可編程全雙工串行口； (10) 5 個(gè)中斷源，可設(shè)置成 2 個(gè)優(yōu)先級。 7 外時(shí)鐘源 外部事件計(jì)數(shù)