【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 r)， 簡(jiǎn)稱單片機(jī) 。 由于它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的 ， 且近年來(lái)單片機(jī)著力擴(kuò)展了各種控制功能如 A/D、 PWM 等 ，因此我們更多時(shí)候稱其為一個(gè)單片形態(tài)的微控制器 (Single Chip Micro Controller)， 或直接稱其為微控制器 (Micro Controller)。 B：用單片 機(jī)組成的微機(jī)控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn) ： ， 片內(nèi)存儲(chǔ)器容量較小 。 一般片內(nèi) ROM 小于 4— 8K 字節(jié) ， 片內(nèi) RAM小于 256 字節(jié) ； 但可在外部進(jìn)行擴(kuò)展 ， 如 MCS— 51 系列單片機(jī)的片外可擦可編程只讀存儲(chǔ)器 (EPROM)、靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器 (SRAM)可分別擴(kuò)展至 64K 字節(jié)。 。單片機(jī)芯片本身是按工業(yè)控制環(huán)境要求設(shè)計(jì)的 ， 其抗工業(yè)噪聲的能力優(yōu)于一般通用 CPU。程 序指令及其常數(shù)、表格固化在 ROM 中不易破壞 。 常用信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi) ， 故可靠性高。 。片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必須的部件 ， 芯片外部有許 多供擴(kuò)展用的總線及并行、串行輸入 /輸出端口 ， 很容易構(gòu)成各種規(guī)模的微機(jī)控制系統(tǒng)。 。為了滿足工業(yè)控制要求 ， 單片機(jī)的指令系統(tǒng)中有極豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令、 I/O 口的邏輯操作以及位處理功能。一般來(lái)說(shuō) ， 單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微處理器。 ， 軟件開發(fā)工作量大。但近年來(lái)已開始哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 5 出現(xiàn)了片內(nèi)固化有 BASIC 解釋程序及 FROTH 操作系統(tǒng)的單片機(jī) ， 使單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)提高了一個(gè)新水平。 此外 ， 單片機(jī)成本低、集成度高、控制功能多 ， 可靈活地組裝成各種智能控制 裝置 ，并能有針對(duì)性設(shè)計(jì)成專用系統(tǒng) ， 解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各種需要 ， 實(shí)現(xiàn)最佳的性價(jià)比。特別是單片機(jī)與傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合 ， 使原有機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、控制智能化。如數(shù)控機(jī)床就是典型實(shí)例。近年來(lái) ， 單片機(jī)發(fā)展極快 ， 其產(chǎn)量占微機(jī)產(chǎn)量的 70%以上。目前，至少有50 個(gè)系列 400 余種機(jī)型，性能和結(jié)構(gòu)各不相同 ， INTEL、 MOTOROLA、 ZILCG 等公司都有 系列單片微型計(jì)算機(jī)。國(guó)內(nèi)普及的幾乎都是 INTEL 公司的產(chǎn)品。 AT89C51 單片機(jī)簡(jiǎn)介 AT89C5 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能的 CMOS8 位單 片機(jī)片內(nèi) 4Kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器 (PEROM)和 128bytes 的隨機(jī)存儲(chǔ)器 (RAM)，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器 (CPU)和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。 AT89C51 單片機(jī)可為你提供許多高性價(jià)的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活的應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 其管腳如圖 21 所示。 圖 21 單片機(jī) AT89C51 管腳圖 主要性能參數(shù) ： 與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)的全兼容 。 4k 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲(chǔ)器 。 1000 次可擦寫周期 。 全靜態(tài)操作： 0Hz24MHz。 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 。 1288 字節(jié)內(nèi)部 RAM。 32 個(gè)可編程 I/O 口線 。 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 。 6 個(gè)中斷源 。 可編程串行 UART 通道 。 低功耗空閑和掉電模式 。 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 AT89C51 功能特性描述 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 向量中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)震蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)， AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的可選的節(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，但震蕩器停止工作并禁止所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 (1)AT89C51 引腳功能說(shuō)明： Vcc：電源電壓 。 GND：地 。 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路行雙向 I/O 口，也既地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口?？勺鳛檩敵隹谑褂脮r(shí)，每位可吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯電路，對(duì)端口寫 “ 1” 可作為高阻抗輸入 端 用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換 地址 (低 8 位 )和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 Flash 編程時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求接上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸入緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流 )4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫 “ 1” ，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸出口。作輸入口時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)輸出一個(gè)電流 (I)。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P1 口接收 8 位地址。 P2 口： P2 口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位 雙向 I/O 口， P2 的輸入緩沖極可以驅(qū)動(dòng) (輸入或輸出電流 )4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口 “ 1” ，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)和作為輸出口，作輸出口時(shí)，因?yàn)榇嬖趦?nèi)部上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器或 1 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (例如執(zhí)行 MOVX@DPTR指令 )時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (如執(zhí)行 MOVX@RI指令 )時(shí)， P2 口線的內(nèi)容 (也既特殊功能寄存器 (SFR)區(qū)中 R2 寄存器的內(nèi)容 )，在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 亦接收 高地址和其他控制信號(hào)。 P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸入緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流 )4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì) P3 口寫入 “ 1” 時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸出端口。作輸出端口時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流。 P3 口除可作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能 ，如表 21 所示。 P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào) 。 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 7 表 21 AT89C51 的 端 口及第二功能 端口引腳 第二功能 RXD(串行輸 入口 ) TXD(串行輸出口 ) INT0(外中斷 0) INT1(外中斷 1) T0(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0) T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1) 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)位輸出。當(dāng)震蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平使機(jī)器復(fù)位。 ALE/PROG 當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE(地址鎖存允許 )輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)，即使不訪問(wèn)外部字節(jié)， ALE 仍時(shí)鐘震蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘脈沖或用于定時(shí)目的。要注意的是：每次訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還要輸入編程脈沖 (PROG)。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器 (SFR)區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令可激活。此外，此引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)該置 ALE 無(wú)效。 PESN：程序存入允許 (PESN)輸出的是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89C51 由外部程序取指令 (或數(shù)據(jù) )時(shí)， 每個(gè)機(jī)器周期兩次 PESN 有效，既輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的 PESN 信號(hào)不出現(xiàn)。 EA/VPP：外部訪問(wèn)允許。欲使 CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器 (地址為 0000HFFFFH)，EA 端必須保持低電平 (接地 )。要注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA 端狀態(tài)。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V的編程電壓 Vpp。 XTAL1：震蕩器反向放大器及內(nèi)部時(shí)鐘的輸入端。 XAAL2：震蕩器反向放大器的輸出端。 時(shí)鐘震蕩器： AT89C51 中有一個(gè)構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反向放大器，引腳 XTAL1和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英或陶瓷震蕩器一起構(gòu)成自激震蕩器震蕩電路如圖 22 所示 。外接石英晶體 (或陶瓷震蕩器 )及電容C C2 接在放大器的震蕩回路中構(gòu)成并聯(lián)震蕩電路。對(duì)外接電容 C C2 雖然沒(méi)有非常嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)輕微影響震蕩頻率的高低、震蕩工作的穩(wěn)定性、起震的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦使用 30pF177。10pF，而如果使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF177。10pF。用戶還可以采用外部時(shí)鐘，采用外部時(shí)鐘 如圖 23 所示 。在這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到 XTAL1 端，既內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2 懸空。 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 c 2c 1X T A L 2X T A L 1G N DN C外 部 震 蕩信 號(hào) 輸 入X T A L 2X T A L 1G N D 圖 22 內(nèi)部震蕩電路 圖 圖 23 外部震蕩電路 圖 由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè) 2 分頻的觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的所以外部 時(shí)鐘的占空比沒(méi)有特殊要求，但最小高電平持續(xù)的時(shí)間和最大低電平持續(xù)的時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求 ，如表 22 所示。 表 22 AT89C51 寄存器 寄存器 內(nèi)容 寄存器 內(nèi)容 PC 0000H TMOD 00H ACC 00H TCOM 00H B 00H TH0 00H PSW 00H TLO 00H SP 07H TH1 00H0 DPTR 0000H TH1 00H P1— P3 0FFH SCON 00H IP xxx00000 SBUF 不定 IE 0xxx00000 PCON 0xxx00000 Flash 閃速存儲(chǔ)器的編程： AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部有 4K 字節(jié)的 Flash PEROM，這個(gè) Flash 存儲(chǔ)存儲(chǔ)陣列出廠時(shí)已處于擦除狀態(tài) (即 所有存儲(chǔ)單元的內(nèi)容均為 FFH)，用戶隨時(shí)可對(duì)其進(jìn)行編程。程序接收高電壓 (+12V)或低電壓 (Vcc)的允許編程信號(hào)。低電壓編程模式，適用與用戶在線編程系統(tǒng)。而高電平模式可與通用 EPROM 編程程序兼容。 編程方法： 編程前需設(shè)置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號(hào)，編程單元的地址就、加在 P1 口和 P2 口的— (11 位地址范圍為 0000H— 0FFFH)，數(shù)據(jù)從 P0 口輸入，引腳 、 和 、 的電平設(shè)置見表。 PSEN 為低電平， RST 保持高電平， EA/Vp 引腳是編程電源的輸入端，按要求加上編程電壓， ALE/PROG 引腳輸入編程脈沖 (負(fù)脈沖 )編程時(shí)可采用 4— 20MHz的時(shí)鐘震蕩器 AT89C51 的編程方法如下： 在地址線上加上要編程單元的地址信號(hào)。 。 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 9 。 ，將 EA/Vpp 端加上 +1V編程電壓。 Flash 存儲(chǔ)陣列寫入一個(gè)字節(jié)，加上一個(gè) ALE/PROG 編程脈沖。 (2)AT89C51 控制信號(hào) ： RST/VPD(9 腳 )復(fù)位信號(hào)時(shí)鐘電路工作后，在引腳上出現(xiàn) 兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，芯片內(nèi)部進(jìn)行初始復(fù)位，復(fù)位后片內(nèi)存儲(chǔ)器的狀態(tài)如表所示， P1— P3 口輸出高電平，初始值07H寫入堆棧指針 SP、清 0 程序計(jì)數(shù)器 PC 和其余特殊功能寄存器，但始終不影響片內(nèi) RAM狀態(tài)，只要該引腳保持高電平， 89C51 將循環(huán)復(fù)位， RAT/VPD 從高電平到低電平單片機(jī)將 從 0 號(hào)單元開始執(zhí)行程序，另外該引腳還具有復(fù)用功能，只要將 VPD 接 +5V備用電源，一旦 Vcc 電位突然降低或斷電，能保護(hù)片內(nèi) RAM 中的信息不丟失，恢復(fù)電后能正常工作。 AT89C81 通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和開關(guān)手動(dòng)復(fù)位，我們采用的是手動(dòng) 復(fù)位開關(guān) 如 圖 24所示 。 圖 24 手動(dòng) 復(fù)位 開關(guān) 電路圖 手動(dòng)開關(guān)未按下之前，電容正極處于家電狀態(tài)，當(dāng)按鍵按下去后， VCC 與 GND 導(dǎo)通，電容放電，從而實(shí)現(xiàn)放電。 本章小結(jié) 本章介紹了單片機(jī)的發(fā)展歷史，共四個(gè)階段，分別為單片機(jī)的探索階段，單片機(jī)的完善階段，單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段，以及微控制器的全面發(fā)展階段。同時(shí)還介紹了單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)。單片機(jī)在智能儀表，機(jī)電一體化，實(shí)時(shí)控制和分布式多機(jī)系統(tǒng)等中的應(yīng)用。更加詳細(xì)的描述了 AT89C51 單片機(jī)的主要性