【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16 位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。 90 年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大的提高。隨著 INTEL i960 系列特別是后來的 ARM 系列的廣泛應(yīng)用， 32 位單片機(jī)迅速取代 16 位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的 8 位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起 80 年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的 32 位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過 300MHz，性能直追 90 年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至 1 美元，最高端的型號(hào)也只有 10 美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng)。 單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于 嵌入式系統(tǒng) ，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的 計(jì)算機(jī) ?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、 計(jì)算器 、家用電器、電子玩具、 掌上電腦 以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有 12 部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車上一般配備 40 多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過 PC 機(jī)和其他計(jì)算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多。 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。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了 I/O 設(shè)備。概括的武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。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)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如 CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的 存 儲(chǔ)器 件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過價(jià)錢也是低的，一般不超過 10 元即可 ......用它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、 VCD 等等的家電里面都可以看到它的身影！ ......它主要是作為控制部分的核心部件。 它是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場(chǎng)控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的（比如家用 PC）的主要區(qū)別。 單片機(jī)是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一 些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國(guó) 50 年代開發(fā)的 74 系列，或者 60 年代的 CD4000 系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大 PCB 板！但是如果要是用美國(guó) 70 年代成功投放市場(chǎng)的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別！只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過你編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機(jī)對(duì)成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級(jí) 匯編 語言，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級(jí)的語言了，既然這么低級(jí)為什么還要用呢？很 多高級(jí)的語言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡(jiǎn)單 就是單片機(jī)沒有家用計(jì)算機(jī)那樣的 CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲(chǔ)設(shè)備。一個(gè)可視化高級(jí)語言編寫的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會(huì)達(dá)到幾十 K 的尺寸！對(duì)于家用 PC 的硬盤來講沒什么，可是對(duì)于單片機(jī)來講是不能接受的。 單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到 家用 PC 上來運(yùn)行，家用 PC 的也是承受不了的。 可以說，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?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)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(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?，F(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)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(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。 V1 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 2． 2 單片機(jī)歷史 單片機(jī)誕生于 20 世紀(jì) 70 年代末，經(jīng)歷了 SCM、 MCU、 SoC 三大階段。 即 單片微型計(jì)算機(jī) （ Single Chip Microputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。 ―創(chuàng)新模式 ‖獲得成功，奠定了 SCM 與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上， Intel 公司功不可沒。 即微控制器（ Micro Controller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí)，對(duì)象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對(duì)象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展 MCU 的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來看， Intel 逐漸淡出 MCU 的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展 MCU 方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù) Philips 公司。 Philips 公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢(shì)，將 MCS51 從單片微型計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。因此，當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時(shí)，不要忘記 Intel 和 Philips 的歷史功績(jī)。 ，向 MCU 階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了 SoC 化趨勢(shì)。隨著微電子技術(shù)、 IC設(shè)計(jì)、 EDA 工具的發(fā)展，基于 SoC 的 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 會(huì)有較大的發(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)。 2． 3 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，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(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，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(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程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇： 圖 總控制方框圖 2． 4 單片機(jī)的特點(diǎn) ： 1 、具有優(yōu)異的性能價(jià)格比 2 、集成度高、體積小、可靠性高 3 、控制功能強(qiáng) 4 、低電壓、低功耗 2． 5 單片機(jī)的基本組成 ： 它由 CPU 、存儲(chǔ)器（包括 RAM 和 ROM ）、 I/O 接口、定時(shí) / 計(jì)數(shù)器、中斷控制功能等均集成在一塊芯片上，片內(nèi)各功能通過內(nèi)部總線相互連接起來。 輸入 / 輸出引腳 P0 、 P1 、 P2 、 P3 的功能 ： ~P0 。 7 ： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路型雙向 I/O 端口。在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，它分時(shí)作低 8 位地址和 8 位雙向數(shù)據(jù)總線用。在武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 EPROM 編程時(shí)，由 P0 輸入指令字節(jié)，而在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證程序時(shí)，要求外接上拉電阻。 P0 能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 P1. 0 ~P1. 7 （ 1~8 腳）： P1 是一上帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在 EPROM 編程和驗(yàn)證程序時(shí)，由它輸入低 8 位地址。 P1 能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 在 8032/8052 中， P1. 0 還相當(dāng)于專用功能端 T2 ，即定時(shí)器的計(jì)數(shù)觸發(fā)輸入端； P1. 1 還相當(dāng)于專用功能端 T2EX ，即定時(shí)器 T2 的外部控制端。 ~ （ 21~28 腳）： P2 也是一上帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，由它輸出高 8 位地址。在對(duì) EPROM 編程和程序驗(yàn)證時(shí)，由它輸入高 8 位地址。 P2 可以驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 P3. 0 ~P3. 7 （ 10~17 腳）： P3 也是一上帶內(nèi)部上 拉電阻的雙向 I/O 口。在 MCS51 中，這 8 個(gè)引腳還用于專門的第二功能。 P3 能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 P3. 0 RXD （串行口輸入） P3. 1 TXD （串行口輸出） P3. 2 INT0 （外部中斷 0 輸入） P3. 3 INT1 （外部中斷 1 輸入） P3. 4 T0 （定時(shí)器 0 的外部輸入） P3. 5 T1 （定時(shí)器 1 的外部輸入） P3. 6 WR （片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） P3. 7 RD （片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 4] 2． 6 單片機(jī)的應(yīng)用 智能儀器 儀表上的應(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(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，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、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。 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)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信， 無線電 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，超聲診斷武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 大型電器中的模塊化應(yīng)用 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。 3 本設(shè)計(jì)的主要工作 應(yīng)用 AT89C52 讀寫 SD 卡有兩點(diǎn)需要注意。首先，需要尋找一個(gè)實(shí)現(xiàn) AT89C52 單片機(jī)與 SD 卡通訊的解決方案；其次， SD 卡所能接受的邏輯電平與 AT89C52 提供的邏輯電平不匹配，需要解決電平匹配問題。 4 SPI 模式 SPI 模式的 介紹 SPI 模式由一個(gè)由基于閃存 SD 存儲(chǔ)卡提供的次要通信 協(xié)議組成 .此模式是 SD 存儲(chǔ)卡協(xié)議的子集。此接口在上電（ CMD0）后的每一個(gè)復(fù)位命令期間被選擇。 SPI標(biāo)準(zhǔn)只定義物理鏈接，而不提供數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。 SD存儲(chǔ)卡 SPI執(zhí)行利用 SD存儲(chǔ)卡協(xié)議和命令集的子集。 SPI（ Serial Peripheral Interface－－串行外設(shè)接口）總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使 MCU 與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。外圍設(shè)備包括 FLASHRAM、網(wǎng)絡(luò)控制器、 LCD 顯示驅(qū)動(dòng)器、 A／ D 轉(zhuǎn)換器和 MCU 等。 SPI 總線系統(tǒng)可直接與各個(gè)廠家生產(chǎn)的多種標(biāo)準(zhǔn)外圍 器件直接接口，該接口一般使用 4 條線：串行時(shí)鐘線（ SCK）、主機(jī)輸入／從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線 MISO、主機(jī)輸出／從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線 MOSI 和低電平有效的從機(jī)選擇線 SS （有的 SPI 接口芯片帶有中斷信號(hào)線 INT 或 INT、有的 SPI 接口芯片沒有主機(jī)輸出／從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線 MOSI）。由于 SPI 系統(tǒng)