【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 單片機(jī) 發(fā)展階段 單片機(jī) 的發(fā)展經(jīng)歷了探索 完善 MCU化 百花齊放四個(gè)階段。 （ 1）芯片化探索階段 20 世紀(jì) 70 年代，美國(guó)的 Fairchild(仙童 )公司首先推出了第一款單片機(jī) F－ 8，隨后 Intel 公司推出了影響面大、應(yīng)用更廣的 MCS48 單片機(jī)系列。 MCS48 單片機(jī)系列的推出標(biāo)志著在工業(yè)控制領(lǐng)域，進(jìn)入到智能化嵌入式應(yīng)用的芯片形態(tài)計(jì)算機(jī)的探索階段。參與這一探索階段的還有 Motorola、 Zilog 和 Ti 等大公司，它們都取得了滿 意的探索效果 ， 確立了在 SCMC的嵌入式應(yīng)用中的地位。這就是 Single Chip Microputer的誕生年代，單片機(jī)一詞即由此而來(lái)。這一時(shí)期的特點(diǎn)是： 嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的芯片集成設(shè)計(jì)； 少資源、無(wú)軟件，只保證基本控制功能。 （ 2）結(jié)構(gòu)體系的完善階段 時(shí)序電路 CPU 總線 控制 邏輯 總 線 存儲(chǔ)器 I/O接口 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 在 MCS48 探索成功的基礎(chǔ)上很快推出了完善的、典型的單片機(jī)系列 MCS5l。MCS51 系列單片機(jī)的推出，標(biāo)志 Single Chip Microputer 體系結(jié)構(gòu)的完善。它在以下幾個(gè)方面奠定了典型的通用總線型單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。 ① 完善的總線結(jié)構(gòu)： 并行總線： 8 位數(shù)據(jù)總線、 16 位地址總線及相應(yīng)的控制總線，兩個(gè)獨(dú)立的地址空間；串行總線：通信總線 ，擴(kuò)展總線。 ②完善的指令系統(tǒng)： 具有很強(qiáng)的位處理功能和邏輯控制功能，以滿足工業(yè)控制等方面的需要；功能單 元的 SFR(特殊功能寄存器 )集中管理。 ③ 完善的 MCS51 成為 SCMC 的經(jīng)典體系結(jié)構(gòu)。 日后，許多電氣商在 MCS51 的內(nèi)核和體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)出各具特色的單片機(jī)。 （ 3） 從 SCMC 向 MCU化過(guò)渡階段 Intel 公司推出的 MCS96 單片機(jī)，將一些用于測(cè)控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)、程序運(yùn)行監(jiān)視器 (WDT)、脈寬調(diào)制器 (PWM)、高速 I/O 口納入片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。 MCS51 單片機(jī)系 列向各大電氣商的廣泛擴(kuò)散，許多電氣商競(jìng)相使用80C51 為核，將許多測(cè)控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、可靠性技術(shù)應(yīng)用到單片機(jī)中；隨著單片機(jī)內(nèi)外圍功能電路的增強(qiáng)，強(qiáng)化了智能控制器特征。微控制器(Microcontrollers)成為單片機(jī)較為準(zhǔn)確表達(dá)的名詞。其特點(diǎn)是 ： ① 滿足嵌入式應(yīng)用要求的外圍擴(kuò)展，如 WDT、 PWM、 ADC、 DAC、高速 I/0 等。 ② 眾多計(jì)算機(jī)外圍功能集成，如：提供串行擴(kuò)展總線： SPI、 I2C、 BUS、 Microwire；配置現(xiàn)場(chǎng)總線接口： CAN BUS。 ③ CMOS 化，提供功耗管理功能。 ④ 提供 OTP 供應(yīng)狀態(tài)，利于 大 規(guī)模和批量生產(chǎn)。 （ 4） MCU的百花齊放階段 單片機(jī)發(fā)展到這一階段，表明單片機(jī)已成為工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍采用的智能化控制工具 小到玩具、家電行業(yè)，大到車載、艦船電子系統(tǒng)，遍及計(jì)量測(cè)試、工業(yè)過(guò)程控制、機(jī)械電子、金融電子、商用電子、辦公自動(dòng)化、工業(yè)機(jī)器人、軍事和航空 航天等領(lǐng)域。為滿足不同的要求，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力和多機(jī)通信能力的 8 位、 16 位、 32 位通用型單片機(jī)，小型廉價(jià)型、外圍系 統(tǒng)集成的專用型單片機(jī)，以及形形色色各具特色的現(xiàn)代單片機(jī)?？梢哉f(shuō) ， 單片機(jī)的發(fā)展進(jìn)人了百 花齊放的時(shí)代，為用戶的選擇提供了空間。這一時(shí)期的特點(diǎn)為： ① 電氣商、半導(dǎo)體商的普遍介入 MCS48 的成功，刺激了許多半導(dǎo)體公司競(jìng)相研制和發(fā)展自己的單片機(jī)系列。到目前為止，世界各地廠商已相繼研制出大約 50 個(gè)系列 300 多個(gè)品種的單片機(jī)產(chǎn)品，其中較有代表性的有 Motorola 公司的 680 6802， Zilog 公司的 Z8 系列， Microchip濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 公司的 PIC 系列等。此外，開本的 NEC 公司、日立公司也都推出了各自具有特色的單片機(jī)品種。 ② 大力發(fā)展專用單片機(jī) 通用型與專用型是按某一型號(hào)單片機(jī)適用范圍區(qū)分的。例如， 80C51 是通用型單片機(jī)，它并不是為某一種專門用途設(shè)計(jì)的單片機(jī)；而專用型單片機(jī)是針對(duì)某一類產(chǎn)品甚至某個(gè)產(chǎn)品需要而設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的單片機(jī)。例如，來(lái)電顯示電話中配有液晶驅(qū)動(dòng)器接口的單片機(jī)和全自動(dòng)洗衣機(jī)中的微控制器，都是專用單片機(jī)；特別是小家電、玩具領(lǐng)域的單片機(jī)，因?yàn)樾》庋b、價(jià)格低廉一外圍器件、外設(shè)接口集成度高，多數(shù)為專用單片機(jī)。 ③提高綜合品質(zhì) 在體系結(jié)構(gòu) (RISC)、電磁兼容性能 (EMC)、開發(fā)環(huán)境 (高級(jí)語(yǔ)言支持 ISP、 IAP 等 )、功耗管理等諸方面得到了提高。根據(jù)控制單元設(shè)計(jì)的方式與采用的技術(shù)不同，目前市場(chǎng)上的這些 單片機(jī)可區(qū)分為兩大類型：繁雜指令集結(jié)構(gòu) (CISC 架構(gòu) )和精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu) (RISC 架構(gòu) )。繁雜指令集結(jié)構(gòu) (CISC)的特點(diǎn)是指 令 數(shù)量多，尋址方式豐富，較適合初學(xué)者系統(tǒng)學(xué)習(xí)，如 INTEL 的 80C51 或 80C19 MC68K；而精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu) (RISC)具有較少的指令與尋址模式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，執(zhí)行程序的速度較快，成為單片機(jī)的后起之秀，如 PIC、 EM78XXX 和 Z86HCXX。 ISP(In System Programming)和 IAP(In Application Programming)方式是兩種先 進(jìn)的實(shí)時(shí)在線開發(fā)方式。它們無(wú)須傳統(tǒng)的開發(fā)裝置，借助計(jì)算機(jī)和單片機(jī)的高性能，實(shí)現(xiàn)了真正的在線仿真。 ④ C 語(yǔ)言的廣泛支持 單片機(jī)普遍支持 C 語(yǔ)言編程，為后來(lái)者學(xué)習(xí)和應(yīng)用單片機(jī)提供了方便；高級(jí)語(yǔ) 言減少了選型障礙，便于程序的優(yōu)化、升級(jí)和交流 。 ⑤多種選擇下的選擇原則 尋求最簡(jiǎn)化的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)；盡可能選擇專用單片機(jī)；綜合考慮下進(jìn)行合理 的選擇。 單片機(jī) 應(yīng)用范圍 （ 1）智能產(chǎn)品：?jiǎn)纹瑱C(jī)微處理器與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合，使傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、控制智能化，構(gòu)成新一代的機(jī)電一體化的產(chǎn)品。例如傳真打字機(jī)采用單片機(jī) ，可以取代近千個(gè)機(jī)械器件；縫紉機(jī)采用單片機(jī)控制，可執(zhí)行多功能自動(dòng)操作、自動(dòng)調(diào)速、控制縫紉花樣的選擇。 （ 2）智能儀表：用單片機(jī)微處理器改 良原有的測(cè)量、控制儀表，能使儀表數(shù) 字化、智能化、多功能化、綜合化。而測(cè)量?jī)x器中的誤差修正、線性化等問(wèn)題也可迎刃而解。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 （ 3）測(cè)控系統(tǒng)：用單片機(jī)微處理器可以設(shè)計(jì)各種工業(yè)控制系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)，例如溫室人工氣候控制、水閘自動(dòng)控制、電鍍生產(chǎn)線自動(dòng)控制、汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。 （ 4）數(shù)控型控制機(jī)：在目前數(shù)字控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)易控制機(jī)中，采用單片機(jī)可提高可靠性，增強(qiáng)其功能、降 低成本。例如在兩坐標(biāo)的連續(xù)控制系統(tǒng)中，用 805l 單片機(jī)微處理器組成的系統(tǒng)代替 Z80 組臺(tái)系統(tǒng)，在完成同樣功能的條件下 ， 其程序長(zhǎng)度可減少 50％，提高了執(zhí)行速度。數(shù)控型控制機(jī)采用單片機(jī)后口可能改變其結(jié)構(gòu)模式，例如使控制機(jī)與伺服控制分開，用單片機(jī)構(gòu)成的步進(jìn)電機(jī)控制器可減輕數(shù)控型控制機(jī)的負(fù)擔(dān)。 （ 5）智能接口 ： 微電腦系統(tǒng)，特別是較大型的工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中，除外圍裝置 (打印機(jī)、鍵盤、磁盤、 CRT)外，還有許多外部通信、采集、多路分配管理、驅(qū)動(dòng)控制等接口。這些外圍裝置與接口如果完全由主機(jī)進(jìn)行管理，勢(shì)必造成主機(jī)負(fù)擔(dān)過(guò)重，降低 執(zhí)行速度，如果采用單片機(jī)進(jìn)行接口的控制與管理，單片機(jī)微處理器與主機(jī)可并行上作，大大地提高了系統(tǒng)的執(zhí)行速度。如在大型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，用單片機(jī)對(duì)模擬，數(shù)字轉(zhuǎn)換接口進(jìn)行控制不僅可提高采集速度，還可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)先處理，如數(shù)字濾波、線性化處理、誤差修正等。在通信接口中采用單片機(jī)可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼譯碼、分配管理、接收 /發(fā)送控制等。 AT 89C52 單片機(jī)的特性 功能特性描述： AT89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技 術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模 式。空閑模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 引腳功能介紹 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 AT 89C52 封裝圖 GND：地 。 VCC：電源 。 P0 口： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。 當(dāng)用 作為輸出口 時(shí) ，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P0 端口寫 “1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻 。 在 flash 編程時(shí)， P0 口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個(gè)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(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P1 端口寫 “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，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 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ），具體如下表 2 所示。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。 P2 口： P2 口是一個(gè)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(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P2 端口寫 “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，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(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 1 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 @DPTR）時(shí)， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 P3 口： P3 口是一個(gè)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(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P3 端口寫 “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，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 AT89C52 特殊功能（第二功能）使用，如 表 所示。在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口也接收一些控制信號(hào)。 表 P3口部分引腳的第二功能 引腳號(hào) 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0（定時(shí)器 0 外部輸入） T1（定時(shí)器 1 外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） RST： 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)， RST 腳持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后， RST 腳輸出 96 個(gè)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(wú)效。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位 高電平有效 。 ALE/PROG：地址鎖存控制信號(hào)（ ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在 flash 編程時(shí)，此引腳（ PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 脈沖將會(huì)跳過(guò)。如果需要，通過(guò)將地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位置 “1”， ALE 操作將無(wú)效。這一位置 “1”， ALE僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時(shí)有效。否則， ALE 將被微弱拉高。這個(gè) ALE 使能標(biāo)志位（地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。 PSEN： 外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（ PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)AT89C52 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)， PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， PSEN 將不被激活。 EA/VPP： 訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外