【文章內(nèi)容簡介】 是控制技術(shù)的一次革命，是一座重要的里程碑。 單片機的發(fā)展 單片機由于這種特殊的結(jié)構(gòu)形式，在某些應(yīng)用領(lǐng)域中承擔(dān)了大中型計算機和通用微型計算機無法完成的一些工作。總體來說，單片機的發(fā)展可分為三個階段： 第一階段（ 1976—— 1978 年）：以 Intel 公司的 MCS48系列單片機為代表，該系列單片機在片內(nèi)集成了 8位 CPU、并行 I/O 接口、 8位定時 /計數(shù)器、 RAM 和 ROM等，片內(nèi) RAM和 ROM容量較小，尋址范圍不大于 4KB。 第二階段（ 1978—— 1983 年）：以 Intel 公司的 MCS51系列單片機為代表，該系列單片機均帶有串行 I/O 接口，具有多級中斷處理系統(tǒng)，定時 /計數(shù)器位 16 位，片內(nèi) RAM 和ROM 容量相對增大，有的片內(nèi)還帶有 A/D 轉(zhuǎn)換接口。 第三階段（ 1983 年至今）：高檔 8位單片機鞏固發(fā)展及 16 位單片機推出階段。此階段主要特征是：一方面不斷完善高檔 8位單片機，改善其性能、結(jié)構(gòu)，另一方面發(fā)展 16位單片機及專用單片機。 16 位單片機除 了 CPU 位 16位外，片內(nèi) RAM 和 ROM 的容量進一步增大，片內(nèi) RAM為 232 位， ROM 為 8KB，片內(nèi)帶有高速輸入 /輸出部件，多通道 10 位 A/D轉(zhuǎn)換部件， 8 級中斷處理系統(tǒng)。近年來， 32位單片機已進入了實用階段。 MCS51 系列單片機的應(yīng)用特性 （ 1）集成度高 MCS51 系列單片機代表產(chǎn)品為 8051， 8051 內(nèi)部包含 4KB 的 ROM、 128B 的 RAM、四個 8位并行口、一個全雙工串行口、兩個 16 位定時器 /計數(shù)器以及一個處理功能強大的中央處理器。 （ 2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 MCS51 系列單片機芯片內(nèi)部采用模塊 化結(jié)構(gòu)，增加或更換一個模塊就能獲得指令系統(tǒng)和引腳兼容的新產(chǎn)品。另一方面， MCS51 系列單片機具有 64KB 的外部程序存儲器尋址能力和 64KB 的外部 RAM 和 I/O 口尋址能力。 Intel 公司標準的 I/O 接口電路和存儲器電路都可以直接連到 MCS51 系列單片機上以擴展系統(tǒng)功能，應(yīng)用非常靈活。 5 （ 3） 可靠性高 單片機產(chǎn)品和其他產(chǎn)品一樣，出廠指標有軍用品、工業(yè)品和商用品之分。其中軍用品要求絕對可靠，在任何惡劣的環(huán)境下都能可靠工作，主要用于武器系統(tǒng)、航空器等方面。單片機屬于工業(yè)品，能在常溫下工作，不需要在溫度恒定的機房 內(nèi)工作。由于單片機總線大多在芯片內(nèi)部不易受干擾，而且單片機應(yīng)用系統(tǒng)體積小，易于屏蔽，所以單片機的可靠性較高。 （ 4）處理功能強，速度快 MCS51 系列單片機指令系統(tǒng)中具有加、減、乘、除指令，各種邏輯運算和轉(zhuǎn)移指令，還具有位操作功能。 CPU 時鐘頻率高達 12MHz，單字節(jié)乘法和除法僅需要 4μ s，而且具有特殊的多機通信功能，可作為多機系統(tǒng)中的子系統(tǒng)。 MCS51 系列 單片機 簡介 作為主流的單片機品種， MCS51 系列單片機市場份額占有量巨大， PHILIPS 公司、 ATMEL公司等紛紛開發(fā)了以 8051 為內(nèi) 核的單片機產(chǎn)品，這些產(chǎn)品都歸屬于 MCS51單片機系列。 MCS51 單片機的內(nèi)部組成 MCS51 單片機的引腳和內(nèi)部組成如圖 所示。通常采用 DIP或 PLLD 封裝。 其內(nèi)核是 8051CPU， CPU 的內(nèi)部集成有運算器和控制器，運算器完成運算操作（包括數(shù)據(jù)運算、邏輯運算等），控制器完成取指令、對指令譯碼以及執(zhí)行指令。 MCS51 單片機的片內(nèi)資源有： 圖 MCS51單片機的內(nèi)部組成 6 (1) 中央處理器： 中央處理器 (CPU)是整個單片機的核心部件，是 8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8位二進制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 (2) 數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)： 8051 內(nèi)部有 128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）和 21 個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器有專門的用途，通常用于存放控制指令數(shù)據(jù)，不能用作用戶數(shù)據(jù)的存放，用戶能使用的 RAM 只有 128 個字節(jié)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 (3) 程序存儲器 (ROM)： 8051 共有 4K 字節(jié)程序存儲器（ ROM），用于存放用戶程序和數(shù)據(jù)表格。 (4) 定時 /計數(shù)器 (ROM)： 8051 有兩個 16位的可編程定時 /計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)，當定時 /計數(shù)器產(chǎn)生溢出時，可用中斷方式控制程序轉(zhuǎn)向。 (5) 并行輸入輸出 (I/O)口： 8051 共有 4個 8位的并行 I/O 口 (P0、 P P P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。 (6) 全雙工串行口： 8051 內(nèi)置一個全雙工異步串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。 (7) 中斷系統(tǒng)： 8051 具備較完善 的中斷功能，有五個中斷源（兩個外中斷、兩個定時 /計數(shù)器中斷和一個串行中斷），可基本滿足不同的控制要求，并具有 2級的優(yōu)先級別選擇。 (8) 時鐘電路： 8051 內(nèi)置最高頻率達 12MHz 的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的時序脈沖，但需外接晶體振蕩器和振蕩電容。 MCS51 系列單片機的主要產(chǎn)品 自單片機誕生以來，其產(chǎn)品得到了迅猛的發(fā)展，形成了多公司、多系列、多型號的局面 。各種產(chǎn)品既有很多共性，又各具特色。其中以 MCS51 系列使用最為廣泛。 MCS51 系列單片機主要產(chǎn)品及性能如表 1 所示。 7 表 1 MCS51系列單片機的主要產(chǎn)品 型號 制造技術(shù) 片內(nèi)程序存儲器 片內(nèi)數(shù)據(jù)庫 8051AH HMOS ROM(4K) 128字節(jié) 8031AH AHMOS 無 128字節(jié) 8751H HMOS EPROM(4K) 128字節(jié) AT89C51∕ AT89S51 CHMOS FLASHROM 128字節(jié) 80C31 CHMOS 無 128字節(jié) 8051 HMOS ROM(8K) 128字節(jié) 8031 HMOS 無 128字節(jié) 其中 AT89S51 單片機是一種新型的在線可編程的單片機，內(nèi)部有： 4K 字節(jié)、 Flash 存儲器，它使得 單片機產(chǎn)品的軟件可在線升級，也使得單片機的學(xué)習(xí)開發(fā)、程序的下載比 過去方便許多。 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 目前，單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(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、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。 ：電壓、頻率、溫度、濕度、流速、 元素、位移、壓力等測定。例如：微機多功能點位分析儀、微機溫度測控儀、智能電度表、智能流速儀等。 ：過程檢測、過程控制、工業(yè)控制器、機電一體化控制等。 ： 例如：洗衣機、電冰箱、彩色電視機、心率監(jiān)護儀、空調(diào)、微波爐、電飯煲、銀行計息電腦、收音機、音響、電子稱等。 ： 例如：單片機控制的串行自動呼叫應(yīng)答系統(tǒng)、列車無限通信系統(tǒng)、單片機的無限遙控系統(tǒng)等。 :除了以上方面的應(yīng)用外，單 片機還廣泛應(yīng)用于辦公自動化領(lǐng)域、汽車自動駕駛系統(tǒng)、計算機外部設(shè)備、航空航天器電子系統(tǒng)等。 8 第二 章 方案設(shè)計 設(shè)計方案論證 方案一 利用 AT89C5 74LS373 鎖存器和 27512 外部擴展組成的音樂 播放器 。 （ 1）功能特色 對內(nèi)存進行了擴展，可以播放三首以上的歌曲。 （ 2）硬件設(shè)計 電路以 AT89C51 為主控制器， 74LS373 和 27512 進行外部程序存儲器的擴展，播放 /暫停鍵為播放 /暫停歌曲，下 一曲鍵和上一曲鍵分別為調(diào)整歌曲的下一曲和上一曲選擇鍵的按鈕。晶振采用 12MHz，音樂信號由 ，經(jīng)喇叭發(fā)聲而播放歌曲如圖 框架圖。 （ 3）軟件設(shè)計 程序 根 據(jù) 音選取的是 C調(diào)三個 8 度內(nèi)的音符，共 16 個音。每個音符對應(yīng)頻率由定時器 T0產(chǎn)生。為了程序調(diào)用方便，每個音符都對應(yīng)一個編碼，占用一個字節(jié)。在程序中以查表的方式加載計數(shù)初值。當值為 00H 時表示空拍，與節(jié)拍碼配合完成節(jié)拍發(fā)音。節(jié)拍碼也占一個字節(jié)，其總時間 長 度等于基本時間乘以節(jié)拍碼的值。節(jié)拍碼值為 01H 時，表示當前樂曲結(jié)束，為 00H時，表示全部樂曲結(jié)束。為了編碼簡單，一般節(jié)拍碼高半字節(jié)表示整拍，低半字節(jié)表示分數(shù)，只 要基 本延時設(shè)定恰當即可 并且在按開始按鈕后，可以播放歌曲。 揚聲電路 顯示電路 晶振 電路 更換歌曲電路 圖 方案一 框架圖 AT89C51單片機 復(fù)位電路 外部擴展電路 9 方案二 利用 AT89C52和 LM386(音頻功放 ) 組成的音樂 播放器 。 （ 1）功能特色。 本 播放器利用單片機技術(shù)、 ML386 音頻功放芯片、 4x4 鍵盤和 SPEARK 實現(xiàn)原理圖設(shè)計，并用 C51 高級語言進行鍵盤識別程序設(shè)計和音頻脈沖輸出程序的設(shè)計 實現(xiàn)音樂播放。 （ 2）硬件設(shè)計。 電路以 AT89C52 為主控制器， LM386(音頻功放 )來實現(xiàn)的。晶振采 12MHz， P1 口為鍵盤接口， 為 音頻脈沖的輸出腳， 音樂信號由 P3． 0口輸出，經(jīng)喇叭發(fā)聲而播放歌曲，框架圖如圖 。 （ 3）軟件設(shè)計。 程序中根 據(jù) 每個音符對應(yīng)頻率由定時器 T0 產(chǎn)生。為了 程序調(diào)用方便，每個音符都對應(yīng)一個編碼，占用一個字節(jié) 。 方案比較 從以上兩種方案來看，方案 二能夠?qū)崿F(xiàn)任意樂曲演奏，采用 4x4 矩陣鍵盤作為發(fā)生器的輸入設(shè)備．利用功率放大器 LM386 放大單片機 AT89C52產(chǎn)生的樂曲聲音，通過 SPEAKER進行發(fā)生。且設(shè)計與操作都比 方案一簡潔方便。 通過方案對比，最終選擇方案二。 AT89C52單片機 LM386 音頻功放 揚聲器 圖 方案二框架圖 10 第 三 章 硬件電路設(shè)計 AT89C52 的簡介 AT89C52 概述 AT89C52 是 51 系列單片機的一個型號，它是 ATMEL 公司生產(chǎn)的。 AT89C52 是一個低電壓 ，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器和 Flash 存儲單元，功能強大的 AT89C52 單片機可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。 AT89C52 有 40個引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含 2個外中斷口， 3個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口， 2 個讀寫口線， AT89C52 可以 按照常規(guī)方法進行編程 ,但不可以在線編程 (S 系列的才支持在線編程 )。其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 AT89C52 有 PDIP、PQFP/TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 AT89C52 的管腳圖 MCS51系列單片機采用 40 引腳雙列直插式封裝（ DIP），其引腳排列和邏輯符號如圖 ， 4個并行口共有 32 根引腳，可分別作地址線、數(shù)據(jù)線和 I/O 線； 2根電源線； 2根時鐘振蕩電路引腳和 4根控制。 AT89C52 單片機的引腳介紹 AT89C52 單片機是高性能單片機，因為受引腳數(shù)目的限制，所以有許多引腳具有第二功能，各引腳功能說明如下： 圖 AT89C52 管腳圖圖 11 （ 1）輸入 /輸出口線 A． ～ 0p 口 8位雙向口線 B． ～ 1p 口 8 位雙向口線 C． ～ 2p 口 8位雙向口線 D． ～ 3p 口 8位雙向口線 （ 2） ALE 地址鎖存控制信號 當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖