【文章內(nèi)容簡介】 1990）：8位單片機的鞏固發(fā)展及16位單片機的推出階段，也是單片機向微控制器發(fā)展的階段。Intel公司推出的MCS – 96系列單片機，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機的微控制器特征。隨著MCS – 51系列的廣應(yīng)用，許多電氣廠商競相使用80C51為內(nèi)核，將許多測控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、多通道A/D轉(zhuǎn)換部件、可靠性技術(shù)等應(yīng)用到單片機中，增強了外圍電路路功能，強化了智能控制的特征。（4）第四階段（1990—）：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機在各個領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強運算能力的8位/16位/32位通用型單片機，以及小型廉價的專用型單片機。（資料來源于網(wǎng)絡(luò)） 單片機的發(fā)展趨勢 單片機發(fā)展極為迅速,當前世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機,從8位、16位到32位等,但它們各具特色,互成互補,為單片機的應(yīng)用提供廣闊的天地。 　　現(xiàn)在可以說單片機是百花齊放的時期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機,從8位、16位到32位,數(shù)不勝數(shù),應(yīng)有盡有,它們各具特色,互成互補,為單片機的應(yīng)用提供廣闊的天地?？v觀單片機的發(fā)展過程,可以預(yù)示單片機的發(fā)展趨勢 。 （1）低功耗CMOS化 　　MCS51系列的8031推出時的功耗達630mW,而現(xiàn)在的單片機普遍都在100mW左右,隨著對單片機功耗要求越來越低,現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS(互補金屬氧化物半導體工藝)。80C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導體工藝)和CHMOS(互補高密度金屬氧化物半導體工藝)。CMOS雖然功耗較低,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,這些特征,更適合于在要求低功耗,電池供電的應(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。 （2）微型單片化 　　現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機存取數(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)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上,增強型的單片機集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機將LCD(液晶)驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上,這樣單片機包含的單元電路就更多,功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據(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,這就要求單片機除了功能強和功耗低外,還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機都具有多種封裝形式,其中SMD(表面封裝)越來越受歡迎,使得由單片機構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。 （3）主流與多品種共存 　　現(xiàn)在雖然單片機的品種繁多,各具特色,但仍以80C51為核心的單片機占主流,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。所以C8051為核心的單片機占據(jù)了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡指令集(RISC)也有著強勁的發(fā)展勢頭,中國臺灣的HOLTEK公司近年的單片機產(chǎn)量與日俱增,與其低價質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢,占據(jù)一定的市場分額。此外還有MOTOROLA公司的產(chǎn)品,日本幾大公司的專用單片機。在一定的時期內(nèi),這種情形將得以延續(xù),將不存在某個單片機一統(tǒng)天下的壟斷局面,走的是依存互補,相輔相成、共同發(fā)展的道路。 （4）大容量、高性能 　 以往單片機內(nèi)的ROM為1KB～4KB,RAM 為64～128B。但在需要復雜控制的場合,該存儲容量是不夠的,必須進行外接擴充。為了適應(yīng)這種領(lǐng)域的要求,須運用新的工藝,使片內(nèi)存儲器大容量化。目前,單片機內(nèi)ROM 最大可達64KB,RAM 最大為2KB。另外單片機進一步改變CPU的性能,加快指令運算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性。采用精簡指令集(RISC)結(jié)構(gòu)和流水線技術(shù),可以大幅度提高運行速度?，F(xiàn)指令速度最高者已達100MIPS(Million Instruction Per Seconds,即兆指令每秒),并加強了位處理、中斷和定時控制功能。這類單片機的運算速度比標準的單片機高出10 倍以上。由于這類單片機有極高的指令速度,可以使用軟件模擬其I/O 功能,由此引入了虛擬外設(shè)的新概念。 （5）串行擴展技術(shù) 　　在很長一段時間里,通用型單片機通過三總線結(jié)構(gòu)擴展外圍器件成為單片機應(yīng)用的主流結(jié)構(gòu)。隨著低價位OTP(One Time Programble)及各種特殊類型片內(nèi)程序存儲器的發(fā)展,加之處圍接口不斷進入片內(nèi),推動了單片機“單片”應(yīng)用結(jié)構(gòu)的發(fā)展。特別是I2C、SPI 等串行總線的引入,可以使單片機的引腳設(shè)計得更少,單片機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡化及規(guī)范化。 　　單片機改變了我們生活,縱觀我們現(xiàn)在生活的各個領(lǐng)域,從導彈的導航裝置,到飛機上各種儀表的控制,從計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸,到工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理,以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC卡、電子寵物等,這些都離不開單片機, 單片機有著廣闊的應(yīng)用前景。 單片機的特點及其應(yīng)用（1）單片機的特點從結(jié)構(gòu)上看，不但與通用微型計算機一樣，是一個有效的數(shù)據(jù)處理機，而且是一個功能強大的過程控制機。從某種意義上講，一塊單片機就有一臺微型計算機的功能，只要加上所需的輸入/輸出設(shè)備就可以構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，從而滿足各應(yīng)用領(lǐng)域的需要。他是以工業(yè)測控對象、環(huán)境、接口特點出發(fā)向著增強控制功能，提高工業(yè)環(huán)境下的可靠性方向發(fā)展。主要特點如下： 種類多，型號全。很多單片機廠家逐年擴大適應(yīng)各種需要，有針對性地推出一系列型號產(chǎn)品，使系統(tǒng)開發(fā)工程師有很大的選擇余地。大部分產(chǎn)品有較好的兼容性，保證了已開發(fā)產(chǎn)品能順利移植，較容易地使產(chǎn)品進行升級換代。 提高性能，擴大容量，性能價格比高。集成度已經(jīng)達到300萬個晶體管以上，總線速度達到數(shù)十微妙到幾百納秒，指令執(zhí)行周期已經(jīng)達到幾微妙到數(shù)十納秒，以往片外XRAM現(xiàn)已在物理上存入片內(nèi)，ROM容量已經(jīng)擴充達32K，64K，128K以致更大的空間。價格從幾百到幾元不等。 增加控制功能，向真正意義上的“單片”機發(fā)展。把原本是外圍接口芯片的功能集成到一塊芯片內(nèi)，在一片芯片中構(gòu)造了一個完整的功能強大的微處理應(yīng)用系統(tǒng)。 低功耗。現(xiàn)在新型單片機的功耗越來越小，甚至1V，工作電流從mA降到181。A級，gz2頻率從十幾兆可編程到幾十千赫茲。特別是很多單片機都設(shè)置了多種工作方式，這些工作方式包括等待，暫停，睡眠，空閑，節(jié)電等。 C語言開發(fā)環(huán)境，友好的人機互交環(huán)境。大多數(shù)單片機都提供基于C語言開發(fā)平臺，并提供大量的函數(shù)供使用，這使產(chǎn)品的開發(fā)周期、代碼可讀性、可移植性都大為提高。（2）單片機的應(yīng)用發(fā)展方向 使用壽命長。這里所說的長壽命，一方面指用單片機開發(fā)的產(chǎn)品可以穩(wěn)定可靠地工作十年、二十年，另一方面是指與微處理器相比的長壽命。隨著半導體技術(shù)的飛速發(fā)展，MPU更新?lián)Q代的速度約來約快?？梢灶A(yù)見，一些成功上市的相對 年輕的CPU核心，也會隨著I/O功能模塊的不斷豐富，有著相當長的生存周期。新的CPU類型的加盟，使單片機隊伍不斷壯大，給用戶帶來了更多的選擇余地。8位、16位、32位單片機共同發(fā)展是當前單片機發(fā)展的另一個動向之一。長期以來，單片機技術(shù)的發(fā)展是以8位機為主的。隨著移動通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品進入家庭，32位單片機應(yīng)用得到了長足的發(fā)展。以Mororola68K為CPU的32位單片機97年的銷售量達到了8千萬枚。過去認為由于8位單片機功能越來越強，32位機越來越便宜，使16位機單片機生存空間有 限，而16位單片機的發(fā)展無論從品種和產(chǎn)量方面，近年來都有較大幅度的增長。 速度越來越快。MUP發(fā)展中表現(xiàn)出來的速度越來越快是以時鐘頻率越來越高為標志的。而單片機則有所不同，為提高單片機抗干擾能力，降低噪音，降低時鐘頻率而不犧牲運算速度是單片機技術(shù)發(fā)展之追求。改善單片機的內(nèi)部時序，在不提高時鐘頻率的條件下，使運算速度提高了很多。 低噪聲和高可靠性技術(shù)。在單片機應(yīng)用中，可靠性是首要因素，位了擴大單片機的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域，提高單片機自身的可靠性是一種有效的方法。今年來，單片機的生產(chǎn)廠家愛在單片機設(shè)計上采用了各種提高可靠性的新技術(shù)，這些新技術(shù)表現(xiàn)在如下幾點：首先，EFT技術(shù)。EFT技術(shù)是一種抗干擾技術(shù)，它是指在振蕩電路的正弦信號受到外界干擾時，其波形上會迭加各種毛刺信號，人使用施密特電路對其整形，則毛刺會成為觸發(fā)信號干擾正常的時鐘，在交替使用施密特電路和RC濾波電路時，就可以消除這些毛刺另其作用失效，從而保證系統(tǒng)的時鐘信號正常工作。這樣，就提高了單片機工作的可靠性。其次，低噪聲布線技術(shù)及驅(qū)動技術(shù)。在傳統(tǒng)的單片機中，電源及地線是在集成電路外殼的對稱引腳上，一般是在左上、右下或右上左下的兩塊對稱稱點上。這樣，就使電源噪聲穿過整塊芯片，對單片機的內(nèi)部電路造成干擾?，F(xiàn)在，很多單片機都把地線和電源引腳安排在兩條相鄰的引腳上。這樣，不僅降低了穿過整個芯片的電流，另外還在印制電路板上容易布置去耦電容，從而降低系統(tǒng)的噪聲。 OTP與掩膜。OTP是一次性寫入的單片機。過去認為一個單片機產(chǎn)品的成熟是以投產(chǎn)掩膜型單片機為標志的。由于掩膜需要一定的生產(chǎn)周期，而OTP型單片機價格不斷下降，使得近年來直接使用OTP完成最終產(chǎn)品制造更為流行。它較之掩膜具有生產(chǎn)周期短、風險小的特點。近年來，OTP型單片機需量大幅度上揚，為適應(yīng)這種需求許多單片機都采用了在編程技術(shù)（In Sytem Programming）。為編程的OTP芯片可以采用裸片Bonding技術(shù)或表面貼技術(shù)，先焊在印刷版上，然后通過單片機上引出的編程線、串行數(shù)據(jù)、時鐘線等對單片機編程。解決了批量寫OTP芯片時容易出現(xiàn)的芯片寫入器接觸不好的問題，使得OTP的裸片得以廣泛使用，降低了產(chǎn)品的成本。編程線與I/O線共用，不增加單片機的額外引腳。 常用單片機機型介紹 目前單片機產(chǎn)品多達50個系列，300多種型號。目前世界上比較著名的部分8位單片機的生產(chǎn)廠家和部分主要機型如下:Intel(美國英特爾)公司:MCS51/96及其增強型列。NS（美國國家半導體）公司：NS8070系列。RCA（美國無線電）公司：CDP1800系列。TI（美國得克薩斯儀器儀表）公司：TMS700系列。Cypress(美國Cypress半導體）公司：CYXX系列。Rockwell(美國洛克威爾）公司：6500系列。Motorola(美國摩托羅拉）公司：6805系列。Fairchild(美國仙童）公司：FS系列及3870系列。Zilog（美國齊洛格）公司：Z8系列及SUPER8系列。Atmel(美國 Atmel）公司：AT89系列。National(日本松下）公司：MN6800系列。Hitachi(日本日立）公司：HD630HD65L0HD6305系列。NEC（日本電氣）公司：UCOM8（UPD7800）系列。Philips（荷蘭菲利浦）公司：P89C51XX系列。宏晶科技（深圳）：STC系列。 其中INTEL公司的MCS51系列及其增強型系列在意位單片機市中占的份額最大，達50%左右。在單片機選用方面，由于STC89C52系列單片機與MCS51系列單片機兼容，所以，本系統(tǒng)中選用STC89C52單片機。選用STC89C52單片機可以降低成本、提升性能，原有程序直接使用，硬件電路無需改動。 STC89C52單片機的引腳說明下圖為STC89C52單片機引腳圖圖31 STC89C52單片機引腳圖芯片引腳如圖31所示： VCC : 電源。 GND: 地。 P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 P1口： 是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，（）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（），具體如下表1所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。 P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如上表21所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。 RST: 復位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復位?？撮T狗計時完成后，RST 腳輸出96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。 ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8