【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過(guò)，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱 PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤(pán)、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(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(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。現(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞 —— “智能型”，如智 能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開(kāi)發(fā)者搞出來(lái)的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。 單片機(jī)的發(fā)展史 1971年 intel 公司 研制出世界上第一個(gè) 4位的微處理器； Intel 公司的霍夫 研制成功世界上第一塊 4 位微處理器芯片 Intel 4004，標(biāo)志著第一代微處理器問(wèn)世，微處理器和 微機(jī) 時(shí)代從此開(kāi)始。因發(fā)明微處理器，霍夫被英國(guó) 《經(jīng)濟(jì)學(xué)家》雜志列為 “ 二戰(zhàn)以來(lái)最有影響力的 7位科學(xué)家 ” 之一 。 1971 年 11月， Intel 推出 MCS4 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) （包括 4001 ROM 芯片、 4002 RAM 芯片、 4003 移位寄存器 芯片和 4004 微處理器 ）其中 4004包含 2300 個(gè) 晶體管 ，尺寸規(guī)格為 3mm 4mm，計(jì)算性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)年的ENIAC，最初售價(jià)為 200 美元。 6 1972年 4 月，霍夫等人開(kāi)發(fā)出第一個(gè) 8 位微處理器 Intel 8008。由于8008 采用的是 P 溝道 MOS 微處理器，因此仍屬第一代微處理器。 1973年 Intel 公司研制出 8位的微處理器 8080； 1973 年 8月，霍夫等人研制出 8 位微處理器 Intel 8080，以 N 溝道 MOS 電路 取代了 P 溝道，第二代微處理器就此誕生。 主頻 2MHz 的 8080 芯片運(yùn)算速度比 8008 快 10 倍，可存取 64KB 存儲(chǔ)器，使用了基于 6 微米技術(shù)的 6000 個(gè)晶體管，處理速度為 （ Million Instructions Per Second ）。 1975 年 4 月， MITS 發(fā)布第一個(gè)通用型 Altair 8800，售價(jià) 375 美元，帶有 1KB 存儲(chǔ)器。這是世界上第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。 1976年 Intel 公司研制出 MCS48 系列 8位的單片機(jī)，這也是單片機(jī)的問(wèn)世。 ZILOG 公司于 1976 年開(kāi)發(fā)的 Z80 微處理器，廣泛用于微型計(jì)算機(jī)和工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備。當(dāng)時(shí)， ZILOG、 Motorola 和 Intel 在微處理器領(lǐng)域三足鼎立。 20世紀(jì) 80年代初， Intel公司在 MCS48系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上，推出了 MCS51系列 8 位高檔單片機(jī)。 MCS51 系列單片機(jī)無(wú)論是片內(nèi) RAM 容量， I/O 口功能，系統(tǒng)擴(kuò)展方面都有了很大的提高。 單片機(jī)的硬件特性 單片機(jī)集成度高。單片機(jī)包括 CPU、 4KB 容量的 ROM（ 8031 無(wú)）、128 B 容量的 RAM、 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 、 4 個(gè) 8 位并行口、全雙工串口行口。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化 。 單片機(jī)可靠性高，可工作到 10^6 ~10^7 小時(shí)無(wú)故障 。 處理功能強(qiáng)，速度快。 單片機(jī)的應(yīng)用 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 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(guò)程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇： ： 單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能7 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(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)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。例如精密的測(cè)量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。 ： 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(jí)控制系統(tǒng)等。 ： 可以這樣說(shuō)，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(wú)所不在。 ： 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(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無(wú)線電對(duì)講機(jī)等。 ： 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。 ： 某些專用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂(lè)集成單片機(jī)，看似簡(jiǎn)單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機(jī)的原理），就需要復(fù)雜的類似于計(jì)算機(jī)的原理。如：音樂(lè)信號(hào)以數(shù)字的形式存于存儲(chǔ)器中（類似于 ROM），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂(lè)電信號(hào)（類似于聲卡）。在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡(jiǎn)化了電路，降低了損壞、錯(cuò)誤率，也方便于更換。 ： 單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，基于 CAN 總線的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能電子控制器， GPS導(dǎo)航系統(tǒng)， abs防抱死系統(tǒng)，制動(dòng)系統(tǒng)等等。此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 8 第二章 單片機(jī)芯片和兩位數(shù)碼管的簡(jiǎn)介 MCS51芯片簡(jiǎn)介 AT89S51 是 MCS51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行 研究使用。 圖 1 AT89S51 單片機(jī)實(shí)物圖 圖 2 AT89S51 針腳圖 9 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。 ⒈ 電源 : ⑴ VCC 芯片電源，接 +5V； ⑵ VSS 接地端； 注：用萬(wàn)用表測(cè)試單片機(jī)引腳電壓一般為 0v或者 5v，這是標(biāo)準(zhǔn)的 TTL電平。但有時(shí)候在單片機(jī)程序正在工作時(shí)候測(cè)試結(jié)果并不是這個(gè)值而是介于 0v5v 之間，其實(shí)這是萬(wàn)用表的響應(yīng)速度沒(méi)這么快而已，在某一個(gè)瞬間單片機(jī)引腳電壓仍保持在 0v或者 5v。 ⒉ 時(shí)鐘 :XTAL XTAL2 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 ⒊ 控制線 :控制線共有 4 根， ⑴ ALE/PROG:地址鎖存允許 /片內(nèi) EPROM 編程脈沖 ① ALE 功能：用來(lái)鎖存 P0 口送出的低 8 位地址 ② PROG 功能：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 ⑵ PSEN:外 ROM 讀選通信號(hào)。 ⑶ RST/VPD:復(fù)位 /備用電源。 ① RST（ Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。 ② VPD 功能：在 Vcc 掉電情況下，接備用電源。 ⑷ EA/Vpp:內(nèi)外 ROM 選擇 /片內(nèi) EPROM 編程電源。 ① EA 功能：內(nèi)外 ROM 選擇端。 ② Vpp功能：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，施加編程電源 Vpp。 ⒋ I/O 線 80C51 共有 4 個(gè) 8位并行 I/O端口： P0、 P P P3口，共 32個(gè)引腳。 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） 5. P3 口第二功能 P30 RXD 串行輸入口 10 P31 TXD 串行輸出口 P32 INT0 外部中斷 0（低電平有效） P33 INT1 外部中斷 1（低電平有效） P34 T0 定時(shí)計(jì)數(shù)器 0 P35 T1 定時(shí)計(jì)數(shù)器 1 P36 WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通（低電平有效） P37 RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通（低電平有效） LED 數(shù)碼管簡(jiǎn)介 LED 數(shù)碼管（ LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成 “ 8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。 led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為 7 段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于 3位 “ +1”型。位數(shù)有半位， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 8， 10位等等 ....，led數(shù)碼管根據(jù) LED的接法不同分為共陰和共陽(yáng)