【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 t)。由于單片機(jī)在使用時(shí)，通常是處于測(cè)控系統(tǒng)的核心地位并嵌入其中，所以，通常也把單片機(jī)稱為嵌入式控制器EMCU((Embedded MicroController Unit). 單片機(jī)按照其用途可分為通用型和專用型兩大類。 80C51系列單片機(jī) 80C51系列單片機(jī)是MCS51系列中的一個(gè)典型品種；其它廠商以8051為基核開(kāi)發(fā)出的CMOS工藝單片機(jī)產(chǎn)品統(tǒng)稱為80C51系列。當(dāng)前常用的80C51系列單片機(jī)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(jī)，但具有品種全、兼容性強(qiáng)、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，且軟硬件應(yīng)用設(shè)計(jì)資料豐富齊全。1. 內(nèi)部結(jié)構(gòu)8051系列單片機(jī)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(gè)8位的算術(shù)邏輯單元ALU，用于處理各種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)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(yùn)行速度，在外部時(shí)鐘頻率為12MHZ的情況下，多數(shù)指令的執(zhí)行時(shí)間僅為1us,乘法指令為4us。*片內(nèi)RAM存儲(chǔ)器80C51單片機(jī)提供了256Byte片內(nèi)RAM存儲(chǔ)器，其地址空間為00HFFH。 8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖*片內(nèi)ROM存儲(chǔ)器80C51單片機(jī)通常提供8 K Flash Memory。*I/O端口80C51單片機(jī)共有32根I/O線，即4個(gè)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(dòng)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(dú)作為輸入\輸出線。P1口、P2口、P3口是3個(gè)8位準(zhǔn)雙向的I/O，當(dāng)這3個(gè)口用作輸入使用是，首先要向該口先寫“1”，這3個(gè)口無(wú)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(gè)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(shí)系統(tǒng) 80C51單片機(jī)包含兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)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(gè)中斷源，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，其中每個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)都是可編程設(shè)置的。*程序存儲(chǔ)器空間單片機(jī)中的程序存儲(chǔ)空間用于保存在單片機(jī)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(jī)中，使用專門的程序計(jì)數(shù)器（PC）來(lái)存放將要執(zhí)行的指令地址。每取出指令的一個(gè)字節(jié)，PC中的值就自動(dòng)加1，指向下一地址字節(jié)，使程序順序執(zhí)行。PC的位長(zhǎng)為16位，因此程序存儲(chǔ)器的最大可尋址空間為64KB。 程序存儲(chǔ)器也可以分為兩個(gè)部分，分別為片內(nèi)程序存儲(chǔ)器區(qū)和片外程序存儲(chǔ)器區(qū)。 80C51單片機(jī)上電復(fù)位后，程序計(jì)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(chǔ)器空間80C51的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間分為片內(nèi)和片外兩個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，這兩個(gè)存儲(chǔ)空間相互獨(dú)立編址，分別使用不同的指令訪問(wèn)。其片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器通常被分為兩個(gè)部分，分別為片內(nèi)RAM塊和特殊功能寄存器（SFR）塊。80C51單片機(jī)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(gè)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(lái)對(duì)片內(nèi)的定時(shí)控制、中斷控制、串行接口等內(nèi)部功能單元進(jìn)行管理、控制、監(jiān)控的一組特殊功能的RAM區(qū)。80C51單片機(jī)中共有26個(gè)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(gè)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(gè)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(jī)中無(wú)定義。*80C51定時(shí)系統(tǒng)對(duì)80C51單片機(jī)而言，定時(shí)系統(tǒng)是其中最為重要的功能模塊。在檢測(cè)、監(jiān)控等應(yīng)用中常用來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的定時(shí)檢測(cè)、定時(shí)控制等，在單片機(jī)通行領(lǐng)域，定時(shí)器也起著十分重要的作用。80C51單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置了兩個(gè)16位可編程的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1，具有定時(shí)器方式和計(jì)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(jī)提供了相當(dāng)強(qiáng)大的單片機(jī)中斷系統(tǒng)，提供了5個(gè)中斷請(qǐng)求源，具有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，可以提供兩級(jí)終端服務(wù)程序嵌套。用戶可以屏蔽所有的中斷，也可以獨(dú)立地對(duì)每一個(gè)中斷源進(jìn)行屏蔽或開(kāi)啟。此外，還可以用軟件獨(dú)立設(shè)置每個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)。80C51單片機(jī)提供的5個(gè)中斷源中，包括兩個(gè)外部中斷源和，兩個(gè)時(shí)鐘溢出中斷TF0和TF1，以及一個(gè)片內(nèi)串口中斷請(qǐng)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(jī)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(jī)的實(shí)際應(yīng)用中，單片機(jī)自帶的資源往往無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，這就需要對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展。80C51單片機(jī)的基本系統(tǒng)擴(kuò)展，包括程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展以及I/0的擴(kuò)展。*程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 80C51的程序存儲(chǔ)空間最大尋址空間為64KB，片內(nèi)自帶4KB的ROM或EEPROM，當(dāng)片內(nèi)ROM不夠用時(shí)，需擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。由于80C51單片機(jī)的P0口是分時(shí)復(fù)用的，因此在進(jìn)行程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，需要使用地址鎖存器將地址信號(hào)從地址/數(shù)據(jù)總線中分離出來(lái)。*數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展80C51單片機(jī)的內(nèi)部?jī)H有256ByteRAM，在實(shí)時(shí)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(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這就需要擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM兩種。在對(duì)外部RAM進(jìn)行讀寫時(shí)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用 、控制線，以與外部擴(kuò)展ROM的讀寫相區(qū)別。*80C51外部I/O口擴(kuò)展 當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)中的外接資源過(guò)多時(shí)，80C51本身提供的I/O口不能滿足應(yīng)用本身的需要，這時(shí)就要對(duì)單片機(jī)的I/O口進(jìn)行擴(kuò)展。在實(shí)際應(yīng)用中，多使用Intel公司的8255A和8155芯片實(shí)現(xiàn)80C51單片機(jī)I/O的擴(kuò)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(diǎn)。其基本特點(diǎn)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(diǎn)使得TMS320系列DSP可以實(shí)現(xiàn)快速的DSP運(yùn)算，并使大部分運(yùn)算能夠在一個(gè)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(hào)處理、通信、語(yǔ)音、圖形圖像、軍事、儀器儀表、自動(dòng)控制、醫(yī)療、家用電器等。 PICPIC（Peripheral Interface Controller）的特點(diǎn)。 （1) PIC最大的特點(diǎn)是不搞單純的功能堆積，而是從實(shí)際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價(jià)格比，靠發(fā)展多種型號(hào)來(lái)滿足不同層次的應(yīng)用要求。就實(shí)際而言，不同的應(yīng)用對(duì)單片機(jī)功能和資源的需求也是不同的。PIC系列從低到高有幾十個(gè)型號(hào)，可以滿足各種需要。其中，PIC12C508單片機(jī)僅有8個(gè)引腳，、25字節(jié)RAM、一個(gè)8位定時(shí)器、一根輸入線、5根I/O線。PIC的高檔型號(hào)，如PIC16C74（尚不是最高檔型號(hào)）有40個(gè)引腳，其內(nèi)部資源為ROM共4K、192字節(jié)RAM、8路A/D、3個(gè)8位定時(shí)器、2個(gè)CCP模塊、三個(gè)串行口、1個(gè)并行口、11個(gè)中斷源、33個(gè)I/O腳?！　。?) 精簡(jiǎn)指令使其執(zhí)行效率大為提高。PIC系列8位CMOS單片機(jī)具有獨(dú)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(zhǎng)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(jī)相比，可以達(dá)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(jià)OTP型芯片，可使單片機(jī)在其應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)完成后立刻使該產(chǎn)品上市。 　?。?) PIC有優(yōu)越開(kāi)發(fā)環(huán)境。OTP單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性是一個(gè)重要的指標(biāo)，象普通51單片機(jī)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)大都采用高檔型號(hào)仿真低檔型號(hào)，其實(shí)時(shí)性不盡理想。PIC在推出一款新型號(hào)的同時(shí)推出相應(yīng)的仿真芯片，所有的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實(shí)時(shí)性非常好。 　（5) 其引腳具有防瞬態(tài)能力,通過(guò)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(wú)須光電耦合器隔離，給應(yīng)用帶來(lái)極大方便。 　?。?) 徹底的保密性。PIC以保密熔絲來(lái)保護(hù)代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無(wú)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。 　　（7) 自帶看門狗定時(shí)器，可以用來(lái)提高程序運(yùn)行的可靠性。 　　（8) 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(chǎng)合還是能滿足需要的。PIC單片機(jī)的型號(hào)繁多，對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)實(shí)在不好應(yīng)付，容易混淆，以下作一簡(jiǎn)單分類，希望有助于初學(xué)者學(xué)習(xí)。初檔8位單片機(jī)：PIC12C5XXX／16C5X系列。中檔8位單片機(jī)：PIC12C6XX/PIC16CXXX系列。高檔8位單片機(jī)：PIC17CXX系列。 AVR AVR單片機(jī)是1997年由ATMEL公司研發(fā)出的增強(qiáng)型內(nèi)置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精簡(jiǎn)指令集高速8位單片機(jī)。AVR的單片機(jī)可以廣泛應(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、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。 1997年，由Atmel公司挪威設(shè)計(jì)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(jiǎn)指令集高速8位單片機(jī)，簡(jiǎn)稱AVR。 AVR的特點(diǎn)。（1）哈佛結(jié)構(gòu)，具備1MIPS / MHz的高速運(yùn)行處理能力。 　　（2） 超功能精簡(jiǎn)指令集（RISC），具有32個(gè)通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用單一ACC進(jìn)行處理造成的瓶頸現(xiàn)象。 　?。?）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(biāo)代碼的大小、執(zhí)行效率，部分型號(hào)FLASH非常大，特別適用于使用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)。 　?。?）作輸出時(shí)與PIC的HI/LOW相同，可輸出40mA（單一輸出），作輸入時(shí)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(dòng)復(fù)位、看門狗、啟動(dòng)延時(shí)等功能，外圍電路更加簡(jiǎn)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(jí)或銷毀應(yīng)用程序 　　AVR系列單片機(jī)的選型：AVR單片機(jī)系列齊全,可適用于各種不同場(chǎng)合的要求。AVR單片機(jī)有3個(gè)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(chǔ)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(jì)了大量高性能、廉價(jià)、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(diǎn)。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費(fèi)/教育類多媒體、DSP和移動(dòng)式應(yīng)用等。ARM行業(yè)：電子，半導(dǎo)體，微處理器，智能手機(jī)。ARM市場(chǎng)份額:手機(jī)處理器90%的市場(chǎng)份額,上網(wǎng)本處理器30%的市場(chǎng)份額,平板電腦處理器80%的市場(chǎng)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(gè)廠商得到的 ARM公司(6張)都是一套獨(dú)一無(wú)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(biāo)準(zhǔn)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(guó)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(yáng)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(jì)開(kāi)發(fā)的公司，作為知識(shí)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(jì)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(gòu)買其設(shè)計(jì)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(dāng)?shù)耐鈬娐?，從而形成自己?ARM 微處理器芯片進(jìn)入市場(chǎng)。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(gè)系統(tǒng)成本降低，使產(chǎn)品更容易進(jìn)入市場(chǎng)被消費(fèi)者所接受，更具有競(jìng)爭(zhēng)力。ARM商品模式的強(qiáng)大之處在于它在世界范圍有超過(guò)100個(gè)的合作伙伴(Partners）。ARM 是設(shè)計(jì)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(gè)初學(xué)者，盡管80C51系列單片機(jī)是8位的單片機(jī)，但考慮到品種全、兼容性強(qiáng)、性能價(jià)格比高、入手容易是其它系列單片機(jī)的基礎(chǔ)，80C51系列單片機(jī)是新手最合適的選擇。80C51單片機(jī)支持用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，明顯增強(qiáng)程序的可讀性，便于改進(jìn)、擴(kuò)充和移植。如果掌握了80C51系列單片機(jī)，在此基礎(chǔ)上在學(xué)習(xí)其他系列單片機(jī)，那么就會(huì)融會(huì)貫通，順手而來(lái)。最終AGV控制板卡選取STC89C52單片機(jī)。單片機(jī)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)等總線接入個(gè)人計(jì)算機(jī)。從設(shè)計(jì)的實(shí)際角度出