【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 央處理器在設(shè)計(jì)時(shí)就規(guī)定了一系列與其硬件電路相配 合的指令系統(tǒng)。指令集，顧名思義就是中央處理器在指令的集合。單片機(jī)從指令集的角度可分為 CISC(復(fù)雜指令集 )單片機(jī)與 RISC(精簡(jiǎn)指令集 )單片機(jī)兩大類。 CISC 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的馮 .諾依曼（ von Neumann architecture）型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)與指令共同使用同一條總線進(jìn)行傳輸。 CISC 單片機(jī)的指令豐富，功能較強(qiáng)。但這類單片機(jī)中，指令與數(shù)據(jù)的傳輸操作不能同時(shí)進(jìn)行，工作速度將受到一定的限制，而且價(jià)格也相對(duì)較高。 RISC 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是新型的哈佛（ Harvard）型結(jié)構(gòu)，即雙總線型結(jié)構(gòu)。這 種結(jié)構(gòu)的單片機(jī)內(nèi)部，指令總線與數(shù)據(jù)總線分離，使得指令與數(shù)據(jù)的傳輸可以同時(shí)進(jìn)行，從而提高了單片機(jī)的運(yùn)行速度。 一般在控制關(guān)系比較簡(jiǎn)單的小型電路中可使用 RISC 單片機(jī)，而在控制關(guān)系復(fù)雜的環(huán)境中應(yīng)采用 CISC 單片機(jī)。 b按制造工藝分類 按芯片的制造工藝，可將單片機(jī)分為 HMOS 工藝和 CHOMS 工藝兩大類。 HMOS工藝是指高密度短溝道的 MOS（金屬氧化物半導(dǎo)體）工藝，采用這種工藝制造出的芯片具有高速度和高密度的特點(diǎn)； CHMOS 工藝是指互補(bǔ)金屬氧化物的 HMOS 工藝，采用這種工藝制造出的芯片除了具有 HMOS 型芯片的特點(diǎn)外 ，還具有低功耗的特點(diǎn)。 通常型號(hào)中帶有“ C”字樣的單片機(jī)為 CHMOS 型，其余則為 HMOS 型。例如8051 單片機(jī)就是 HMOS 型，而 80C51 則是 CHMOS 型。 c按片內(nèi)程序存儲(chǔ)器分類 單片機(jī)是通過(guò)指令程序來(lái)控制各種電路的，這種指令程序存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器中。單片機(jī)內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器稱為片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，按照片內(nèi)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)，可將單片機(jī)分為：片內(nèi)無(wú) ROM 型、片內(nèi)帶掩膜 ROM 型、片內(nèi) EPROM 型、片內(nèi)一次可編程型、片內(nèi)帶 Flash 型等。下面對(duì)該分類中所出現(xiàn)的技術(shù)名詞進(jìn)行解釋。 ROM 是只讀存儲(chǔ)器的縮寫(xiě)，這種存儲(chǔ)器中的內(nèi)容 通過(guò)特殊方法寫(xiě)入后就不能隨意更新，但可以隨時(shí)讀取，而且斷電后 ROM 中的內(nèi)容仍然會(huì)被保留。 淮海工學(xué)院二 〇一二 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁(yè) 共 36 頁(yè) 掩膜是一種半導(dǎo)體制造工藝，一般 ROM 中的內(nèi)容是可以通過(guò)特殊方法來(lái)改變的，而掩膜 ROM 中的內(nèi)容則在出廠前寫(xiě)好后就無(wú)法改變。 EPROM 是可擦寫(xiě)、可編程的只讀存儲(chǔ)器（ Erasable Programmable Read_Only Memory）的縮寫(xiě)，它是一種可以重復(fù)利用的 ROM。 一次可編程（ One Time Program， OTP），是指僅允許用戶完成一次寫(xiě)入操作。 Flash 是閃速存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱閃存，是一種可擦寫(xiě)、可編 程的 ROM。 Flash 內(nèi)部包含 IOS（一種為國(guó)際互聯(lián)服務(wù)的操作系統(tǒng)）及微代碼。與 EPROM 相比， Flash的存儲(chǔ)速度更快。 d按所能處理的數(shù)據(jù)寬度分類 按照 CPU 一次可處理的數(shù)據(jù)寬度（數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位數(shù)），單片機(jī)可分為 4 位機(jī)、 8位機(jī)、 16位機(jī)、 32位機(jī)和 64位機(jī)。目前應(yīng)用最廣，需求量最大的機(jī)型是4位機(jī)和 8位機(jī)。 常用的幾種單片機(jī)系系列 目前，市場(chǎng)上常見(jiàn)的單片機(jī)主要有以下幾個(gè)系列。 如圖 31 所示是各類芯片： 圖 31 各類芯片 （ 1） 51 系列單片機(jī) MCS_51系列單片機(jī)由 Intel公 司生產(chǎn)，其中 8051是一系列的典型代表。 8051單片機(jī)推出后，很多公司都購(gòu)買了它的內(nèi)核，使得以 8051 為內(nèi)核的微控制器系列單片機(jī)在全世界的產(chǎn)量最大，應(yīng)用也最為廣泛。有人推測(cè) 8051 可能最終形成世界上的標(biāo)準(zhǔn) MCU 芯片。 淮海工學(xué)院二 〇一二 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁(yè) 共 36 頁(yè) （ 2） AVR 系列單片機(jī) 1997 年， ATMEL 公司為了充分發(fā)揮其 Flash 的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，推出了全新配置的精簡(jiǎn)指令集單片機(jī)，簡(jiǎn)稱 AVR。該系列單片機(jī)一進(jìn)入市場(chǎng)，就以其卓越的性能大受歡迎。 （ 3） Motorola 單片機(jī) Motorola 是世界上最大的單片機(jī)廠商。與 Intel 單片機(jī)相比， Motorola 單片機(jī)的高頻噪聲低，抗干擾能力強(qiáng)，更適合工作在惡劣的環(huán)境。 (4) PIC 系列單片機(jī) PIC 系列單片機(jī) Microchip 公司的產(chǎn)品，其突出的特點(diǎn)是體積小，功耗低，精簡(jiǎn)指令集，抗干擾性好，可靠性高，有較強(qiáng)的模擬接口，代碼保密性好。在一些小型的應(yīng)用中，比傳統(tǒng)的 51單片機(jī)更加靈活，因而也得到了廣泛的應(yīng)用。 (5) MDT20XX 系列單片機(jī) MDT20XX 系列是由 Micon 公司生產(chǎn)的工業(yè)級(jí) OTP（一次性可編程）單片機(jī)，該系列單片機(jī)與 PIC 系列的管腳一致。我國(guó)海爾集團(tuán)的電冰箱控制器、 TCL 的通信產(chǎn)品就采用這種單片機(jī) 。 (6) SX 系列單片機(jī) SX 系列單片機(jī)是 8 位 RISC 結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，由 Scenix 公司推出。 SX系列單片機(jī)與 Intel 公司的 Pentium Ⅱ等一起被《 Electronic Industry Yearbook 1998》（電子工業(yè)年鑒 1998）評(píng)選為 1998 年世界十大處理器。 SX 系列單片機(jī)采用雙時(shí)鐘設(shè)置，其指令運(yùn)行速度可達(dá) 50/75/100MIPS(MIPS 指每秒執(zhí)行百萬(wàn)條指令 )。 (7)SMC 系列單片機(jī) EPSON 公司生產(chǎn)的 SMC 系列單片機(jī)以低電壓、低功耗和內(nèi)置 LCD（液晶顯示器）驅(qū)動(dòng)器特點(diǎn)而受到市場(chǎng) 的歡迎，其廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備、家用電器、儀器儀表、通信設(shè)備和手持式消費(fèi)類產(chǎn)品等領(lǐng)域。 (8)Z8 系列單片機(jī) Z8 系列單片機(jī)是 Zilog 公司的產(chǎn)品，該系列單片機(jī)的開(kāi)發(fā)工具價(jià)廉物美，價(jià)格便宜，主要面向低端應(yīng)用。 通過(guò)以上單片機(jī)的簡(jiǎn)介， 8051 單片機(jī)的在應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)很運(yùn)用的的很廣泛，淮海工學(xué)院二 〇一二 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁(yè) 共 36 頁(yè) 其 8051 單片機(jī)的微控制器比其它的單片機(jī)功能強(qiáng)大。其中也包括 AT89C51 系列的單片機(jī)，它可以適用于很多領(lǐng)域的應(yīng)用。 單片機(jī)的應(yīng)用 （ 1）單片機(jī) 在 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 當(dāng) 中，結(jié)合不同類型的 傳感器 ，可 以對(duì) 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 進(jìn)行 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 相比于 采用電子或 數(shù)字電路 更加 簡(jiǎn)單和清晰 。例如精密的測(cè)量設(shè)備（ 功率計(jì) ， 示波器 ，各 類的 分析儀）。 （ 2）單片機(jī) 在工業(yè)控制中的應(yīng)用 用單片機(jī)可以 組 成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集 的 系統(tǒng)。例如 ， 工廠流水線的智能化管理，電梯智能化 的 控制、 各式各樣 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。 （ 3）單片機(jī) 在家用電器中的應(yīng)用 可以 通俗的 說(shuō)， 如今 的家用電器基本上都采 是由 單片機(jī)控制，從電飯 煲 、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)、彩電、其他 音響 視頻器材、再到 電子秤 量設(shè)備，五花八門，無(wú) 處 不在。 （ 5）單片機(jī) 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 如今 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 之 間的應(yīng)用提供了 很 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， 先是 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(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電話，集群 的移動(dòng)通信， 無(wú)線電 對(duì)講機(jī)等 等 。 （ 6） 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在醫(yī) 療 設(shè)備中的用途 也是 相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各 類 分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等 ，都是利用單片機(jī)技術(shù) 。 （ 8） 在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用 淮海工學(xué)院二 〇一二 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁(yè) 共 36 頁(yè) 有些 專用 單片機(jī)設(shè)計(jì)用 來(lái) 實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化 的 應(yīng)用，而不 是 要求使用人員了解 芯片的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 比 如音樂(lè)集成單片機(jī)，看似 很 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(lè)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(lè)電信號(hào) （ 類似于聲卡）。在大型 的 電路中，這 類 模塊化應(yīng)用極大地縮小了 單片機(jī)的 體積，簡(jiǎn)化了 實(shí)際的 電路，降低了損壞 度 、錯(cuò)誤率，也方便 來(lái) 更換 舊的芯片 。 （ 9） 單片機(jī)在汽車設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用 也 非常廣泛 ，例如汽車中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器， 它是基于 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 ，這些都充分說(shuō)明了單片機(jī)的重要意義。 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。 以下是一些單片機(jī)的芯片： MCU即微控制器 淮海工學(xué)院二 〇一二 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁(yè) 共 36 頁(yè) 常見(jiàn)的單片機(jī)芯片 單片機(jī) AT89C51 芯 片 AT89C51 的簡(jiǎn)介 AT89C51 是一種帶 4K字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器 （ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器， 稱之為 單片機(jī) 。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除 只讀存儲(chǔ)器 的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 因?yàn)閷⒍喙δ?8位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， 所以 ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C 系列的 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價(jià)廉的 產(chǎn)品 。 AT89C51 的特性概述 AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器， 128字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個(gè) I/O 口線，兩個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)， AT89C51 可 以 降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電 工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 淮海工學(xué)院二 〇一二 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) 共 36 頁(yè) AT89C51 單片機(jī)的管腳說(shuō)明 AT89C51 單片機(jī)的管腳圖（ 32）所示： 圖（ 32 ） AT89C51 的管腳圖 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口 是 一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每 個(gè)管 腳可吸收 8TTL門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫(xiě) 1時(shí)， 則 被定義為 高阻 輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn) 檢查 時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。 P1口： P1 口是一個(gè) 由 內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1口管腳寫(xiě)入 1后，被內(nèi)部上拉為 高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 淮海工學(xué)院二 〇一二 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁(yè) 共 36 頁(yè) P2口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě) “1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng) 進(jìn) 行 外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀寫(xiě)時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí) 來(lái) 接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。