【文章內(nèi)容簡介】 t)。由于單片機在使用時，通常是處于測控系統(tǒng)的核心地位并嵌入其中，所以，通常也把單片機稱為嵌入式控制器EMCU((Embedded MicroController Unit). 單片機按照其用途可分為通用型和專用型兩大類。 80C51系列單片機 80C51系列單片機是MCS51系列中的一個典型品種；其它廠商以8051為基核開發(fā)出的CMOS工藝單片機產(chǎn)品統(tǒng)稱為80C51系列。當前常用的80C51系列單片機主要產(chǎn)品有：Intel的80C380C587C51,80C380C587C52等，ATM的89C580C589C2051等，Philips、華邦、Dallas、STC、siemens等公司的許多產(chǎn)品。雖然它是8位單片機，但具有品種全、兼容性強、性能價格比高等特點，且軟硬件應(yīng)用設(shè)計資料豐富齊全。1. 內(nèi)部結(jié)構(gòu)8051系列單片機都具有基本相同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。*算術(shù)邏輯單元80C51內(nèi)不包含一個8位的算術(shù)邏輯單元ALU，用于處理各種算術(shù)運算和邏輯運算。作為80C51系統(tǒng)的核心，ALU為用戶提供了豐富的指令系統(tǒng)和極快的指令運行速度，在外部時鐘頻率為12MHZ的情況下，多數(shù)指令的執(zhí)行時間僅為1us,乘法指令為4us。*片內(nèi)RAM存儲器80C51單片機提供了256Byte片內(nèi)RAM存儲器，其地址空間為00HFFH。 8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖*片內(nèi)ROM存儲器80C51單片機通常提供8 K Flash Memory。*I/O端口80C51單片機共有32根I/O線，即4個并行8位端口（Port），分別記為P0、PP2和P3。端口的每一位均由鎖存器、輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器組成。各口除了按字節(jié)輸入/輸出外，它們的每一條口線也可以單獨作為輸入\輸出線。P1口、P2口、P3口是3個8位準雙向的I/O，當這3個口用作輸入使用是，首先要向該口先寫“1”，這3個口無高阻的“浮空”狀態(tài)。而雙向口P0口線除了作為輸入/輸出外，還可處于高阻的“浮空”狀態(tài)，故稱為雙向三態(tài)I/0口。此外，80C51還提供了一個全雙工的串口，使用兩根I\O線，可編程選定4種工作方式。 *定時系統(tǒng) 80C51單片機包含兩個16位的定時/計數(shù)器，支持4種工作方式。*中斷系統(tǒng) 80C51的中斷系統(tǒng)包含5個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級，其中每個中斷源的優(yōu)先級都是可編程設(shè)置的。*程序存儲器空間單片機中的程序存儲空間用于保存在單片機中執(zhí)行的程序和表格常數(shù)等信息。通常由ROM、EPROM、E2 PRORM等組成。 在80C51單片機中，使用專門的程序計數(shù)器（PC）來存放將要執(zhí)行的指令地址。每取出指令的一個字節(jié)，PC中的值就自動加1，指向下一地址字節(jié)，使程序順序執(zhí)行。PC的位長為16位，因此程序存儲器的最大可尋址空間為64KB。 程序存儲器也可以分為兩個部分，分別為片內(nèi)程序存儲器區(qū)和片外程序存儲器區(qū)。 80C51單片機上電復(fù)位后，程序計數(shù)器為0000H，此外，0003H0032H被保留，用于終端服務(wù)程序。*數(shù)據(jù)存儲器空間80C51的數(shù)據(jù)存儲空間分為片內(nèi)和片外兩個數(shù)據(jù)存儲空間，這兩個存儲空間相互獨立編址，分別使用不同的指令訪問。其片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器通常被分為兩個部分，分別為片內(nèi)RAM塊和特殊功能寄存器（SFR）塊。80C51單片機片內(nèi)RAM分為工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)3個部分。*特殊功能寄存器80C51的特殊功能寄存器（SFR）又稱為專用寄存器區(qū)，是用來對片內(nèi)的定時控制、中斷控制、串行接口等內(nèi)部功能單元進行管理、控制、監(jiān)控的一組特殊功能的RAM區(qū)。80C51單片機中共有26個特殊功能寄存器，離散地分布在80HFFH的地址空間范圍內(nèi)。其中12個寄存器可以使用位尋址，映射80HFFH的位地址空間。此外，還有5個寄存器TLTHT2CON、RCAP2L和RCAP2H是子系列所特有的，這些寄存器所在的地址在51系列單片機中無定義。*80C51定時系統(tǒng)對80C51單片機而言，定時系統(tǒng)是其中最為重要的功能模塊。在檢測、監(jiān)控等應(yīng)用中常用來進行系統(tǒng)的定時檢測、定時控制等，在單片機通行領(lǐng)域，定時器也起著十分重要的作用。80C51單片機內(nèi)部設(shè)置了兩個16位可編程的定時/計數(shù)器T0和T1，具有定時器方式和計數(shù)器方式兩種工作方式，可編程控制4種工作模式，由TMOD寄存器的M0、M1兩位確定。*80C51中斷系統(tǒng) 89C單片機提供了相當強大的單片機中斷系統(tǒng)，提供了5個中斷請求源，具有兩個中斷優(yōu)先級，可以提供兩級終端服務(wù)程序嵌套。用戶可以屏蔽所有的中斷，也可以獨立地對每一個中斷源進行屏蔽或開啟。此外，還可以用軟件獨立設(shè)置每個中斷源的優(yōu)先級。80C51單片機提供的5個中斷源中，包括兩個外部中斷源和，兩個時鐘溢出中斷TF0和TF1，以及一個片內(nèi)串口中斷請求TI或RI。寄存器TCON和SCON提供相應(yīng)位用于鎖存這些中斷源。 80C51系列單片機通常采用3種封裝方式：40引腳的DIP封裝、44引腳的PLCC封裝和44引腳的QFP封裝。*電源部分**控制和復(fù)位部分在單片機的實際應(yīng)用中，單片機自帶的資源往往無法滿足實際應(yīng)用的需要，這就需要對單片機系統(tǒng)進行系統(tǒng)擴展。80C51單片機的基本系統(tǒng)擴展，包括程序存儲器的擴展、數(shù)據(jù)存儲器的擴展以及I/0的擴展。*程序存儲器的擴展 80C51的程序存儲空間最大尋址空間為64KB，片內(nèi)自帶4KB的ROM或EEPROM，當片內(nèi)ROM不夠用時，需擴展程序存儲器。由于80C51單片機的P0口是分時復(fù)用的，因此在進行程序存儲器擴展時，需要使用地址鎖存器將地址信號從地址/數(shù)據(jù)總線中分離出來。*數(shù)據(jù)存儲器的擴展80C51單片機的內(nèi)部僅有256ByteRAM，在實時數(shù)據(jù)采集和處理等領(lǐng)域，僅靠片內(nèi)提供的RAM容量是遠遠不夠的，這就需要擴展外部數(shù)據(jù)存儲器。常用的數(shù)據(jù)存儲器有靜態(tài)RAM和動態(tài)RAM兩種。在對外部RAM進行讀寫時，數(shù)據(jù)存儲器使用 、控制線，以與外部擴展ROM的讀寫相區(qū)別。*80C51外部I/O口擴展 當單片機系統(tǒng)中的外接資源過多時，80C51本身提供的I/O口不能滿足應(yīng)用本身的需要，這時就要對單片機的I/O口進行擴展。在實際應(yīng)用中，多使用Intel公司的8255A和8155芯片實現(xiàn)80C51單片機I/O的擴展。 TMS320TMS320系列DSP是軟件可編程器件，具有通用微處理器所具有的方便靈活的特點。其基本特點有：哈佛結(jié)構(gòu)，流水線操作，專用的硬件乘法器，特殊的DSP指令，快速的指令周期。這些特點使得TMS320系列DSP可以實現(xiàn)快速的DSP運算，并使大部分運算能夠在一個指令周期完成。TMS320常用系列：TMS320C2000系列，TMS320C5000系列和TMS320C6000系列。 TMS320應(yīng)用：信號處理、通信、語音、圖形圖像、軍事、儀器儀表、自動控制、醫(yī)療、家用電器等。 PICPIC（Peripheral Interface Controller）的特點。 （1) PIC最大的特點是不搞單純的功能堆積，而是從實際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價格比，靠發(fā)展多種型號來滿足不同層次的應(yīng)用要求。就實際而言，不同的應(yīng)用對單片機功能和資源的需求也是不同的。PIC系列從低到高有幾十個型號，可以滿足各種需要。其中，PIC12C508單片機僅有8個引腳，、25字節(jié)RAM、一個8位定時器、一根輸入線、5根I/O線。PIC的高檔型號，如PIC16C74（尚不是最高檔型號）有40個引腳，其內(nèi)部資源為ROM共4K、192字節(jié)RAM、8路A/D、3個8位定時器、2個CCP模塊、三個串行口、1個并行口、11個中斷源、33個I/O腳?！　。?) 精簡指令使其執(zhí)行效率大為提高。PIC系列8位CMOS單片機具有獨特的RISC結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線（Harvard）結(jié)構(gòu)，使指令具有單字長的特性，且允許指令碼的位數(shù)可多于8位的數(shù)據(jù)位數(shù)，這與傳統(tǒng)的采用CISC結(jié)構(gòu)的8位單片機相比，可以達到2:1的代碼壓縮，速度提高4倍。 　?。?) 產(chǎn)品上市零等待（Zero time to market）。采用PIC的低價OTP型芯片，可使單片機在其應(yīng)用程序開發(fā)完成后立刻使該產(chǎn)品上市。 　　（4) PIC有優(yōu)越開發(fā)環(huán)境。OTP單片機開發(fā)系統(tǒng)的實時性是一個重要的指標，象普通51單片機的開發(fā)系統(tǒng)大都采用高檔型號仿真低檔型號，其實時性不盡理想。PIC在推出一款新型號的同時推出相應(yīng)的仿真芯片，所有的開發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實時性非常好。 ?。?) 其引腳具有防瞬態(tài)能力,通過限流電阻可以接至220V交流電源,可直接與繼電器控制電路相連,無須光電耦合器隔離，給應(yīng)用帶來極大方便。 　　（6) 徹底的保密性。PIC以保密熔絲來保護代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無法讀出，除非恢復(fù)熔絲。目前，PIC采用熔絲深埋工藝，恢復(fù)熔絲的可能性極小。 　?。?) 自帶看門狗定時器，可以用來提高程序運行的可靠性。 　?。?) 睡眠和低功耗模式。雖然PIC在這方面已不能與新型的TI－MSP430相比，但在大多數(shù)應(yīng)用場合還是能滿足需要的。PIC單片機的型號繁多，對初學者來說實在不好應(yīng)付，容易混淆，以下作一簡單分類，希望有助于初學者學習。初檔8位單片機：PIC12C5XXX／16C5X系列。中檔8位單片機：PIC12C6XX/PIC16CXXX系列。高檔8位單片機：PIC17CXX系列。 AVR AVR單片機是1997年由ATMEL公司研發(fā)出的增強型內(nèi)置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精簡指令集高速8位單片機。AVR的單片機可以廣泛應(yīng)用于計算機外部設(shè)備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個領(lǐng)域。 1997年，由Atmel公司挪威設(shè)計中心的A先生和V先生，利用Atmel公司的Flash新技術(shù)，共同研發(fā)出RISC精簡指令集高速8位單片機，簡稱AVR。 AVR的特點。（1）哈佛結(jié)構(gòu)，具備1MIPS / MHz的高速運行處理能力。 　　（2） 超功能精簡指令集（RISC），具有32個通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用單一ACC進行處理造成的瓶頸現(xiàn)象。 　　（3）快速的存取寄存器組、單周期指令系統(tǒng)，大大優(yōu)化了目標代碼的大小、執(zhí)行效率，部分型號FLASH非常大，特別適用于使用高級語言進行開發(fā)。 　?。?）作輸出時與PIC的HI/LOW相同，可輸出40mA（單一輸出），作輸入時可設(shè)置為三態(tài)高阻抗輸入或帶上拉電阻輸入，具備10mA20mA灌電流的能力。(5)片內(nèi)集成多種頻率的RC振蕩器、上電自動復(fù)位、看門狗、啟動延時等功能，外圍電路更加簡單，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。 　　(6)大部分AVR片上資源豐富：帶E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT等。 　　(7)大部分AVR除了有ISP功能外，還有IAP功能，方便升級或銷毀應(yīng)用程序 　　AVR系列單片機的選型：AVR單片機系列齊全,可適用于各種不同場合的要求。AVR單片機有3個檔次。低檔Tiny系列，主要有Tiny11/12/13/15/26/28等。中檔AT90S系列，主要有AT90S1200/2313/8515/8535等，(正在淘汰或轉(zhuǎn)型到Mega中)。高檔ATmega系列，主要有ATmega8/16/32/64/128（存儲容量為8/16/32/64/128 KB）以及ATmega8515/8535等。 ARMARM（Advanced RISC Machines）是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費/教育類多媒體、DSP和移動式應(yīng)用等。ARM行業(yè)：電子，半導(dǎo)體，微處理器，智能手機。ARM市場份額:手機處理器90%的市場份額,上網(wǎng)本處理器30%的市場份額,平板電腦處理器80%的市場份。ARM將其技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體、軟件和OEM廠商，每個廠商得到的 ARM公司(6張)都是一套獨一無二的ARM相關(guān)技術(shù)及服務(wù)。利用這種合伙關(guān)系，ARM很快成為許多全球性RISC標準的締造者。目前，總共有30家半導(dǎo)體公司與ARM簽訂了硬件技術(shù)使用許可協(xié)議，其中包括Intel、IBM、LG半導(dǎo)體、NEC、SONY、飛利浦和國民半導(dǎo)體這樣的大公司。至于軟件系統(tǒng)的合伙人，則包括微軟、升陽和MRI等一系列知名公司。ARM 公司是專門從事基于 RISC 技術(shù)芯片設(shè)計開發(fā)的公司，作為知識產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，本身不直接從事芯片生產(chǎn)，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片，世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從ARM公司購買其設(shè)計的 ARM 微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當?shù)耐鈬娐罚瑥亩纬勺约旱?ARM 微處理器芯片進入市場。目前，全世界有幾十家大的半導(dǎo)體公司都使用 ARM 公司的授權(quán)，因此既使得 ARM 技術(shù)獲得更多的第三方工具、制造、軟件的支持，又使整個系統(tǒng)成本降低，使產(chǎn)品更容易進入市場被消費者所接受，更具有競爭力。ARM商品模式的強大之處在于它在世界范圍有超過100個的合作伙伴(Partners）。ARM 是設(shè)計公司，本身不生產(chǎn)芯片。采用轉(zhuǎn)讓許可證制度，由合作伙伴生產(chǎn)芯片。作為一個初學者，盡管80C51系列單片機是8位的單片機，但考慮到品種全、兼容性強、性能價格比高、入手容易是其它系列單片機的基礎(chǔ)，80C51系列單片機是新手最合適的選擇。80C51單片機支持用C語言開發(fā)，明顯增強程序的可讀性，便于改進、擴充和移植。如果掌握了80C51系列單片機，在此基礎(chǔ)上在學習其他系列單片機，那么就會融會貫通，順手而來。最終AGV控制板卡選取STC89C52單片機。單片機STC89C52提供了256 Bytes Onchip RAM，提供8K Flash Memory。一般的通訊接口USB、PXI、PCI、PCI Express、火線(1394)、PCMCIA、ISA、Compact Flash、4823以太網(wǎng)、各種無線網(wǎng)絡(luò)等總線接入個人計算機。從設(shè)計的實際角度出