【文章內容簡介】 r)， 簡稱單片機 。 由于它的結構與指令功能都是按工業(yè)控制要求設計的 ， 且近年來單片機著力擴展了各種控制功能如 A/D、 PWM 等 ，因此我們更多時候稱其為一個單片形態(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 機組成的微機控制系統具有以下特點 ： ， 片內存儲器容量較小 。 一般片內 ROM 小于 4— 8K 字節(jié) ， 片內 RAM小于 256 字節(jié) ； 但可在外部進行擴展 ， 如 MCS— 51 系列單片機的片外可擦可編程只讀存儲器 (EPROM)、靜態(tài)隨機存儲器 (SRAM)可分別擴展至 64K 字節(jié)。 。單片機芯片本身是按工業(yè)控制環(huán)境要求設計的 ， 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、表格固化在 ROM 中不易破壞 。 常用信號通道均在一個芯片內 ， 故可靠性高。 。片內具有計算機正常運行所必須的部件 ， 芯片外部有許 多供擴展用的總線及并行、串行輸入 /輸出端口 ， 很容易構成各種規(guī)模的微機控制系統。 。為了滿足工業(yè)控制要求 ， 單片機的指令系統中有極豐富的條件分支轉移指令、 I/O 口的邏輯操作以及位處理功能。一般來說 ， 單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微處理器。 ， 軟件開發(fā)工作量大。但近年來已開始哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 5 出現了片內固化有 BASIC 解釋程序及 FROTH 操作系統的單片機 ， 使單片機系統的開發(fā)提高了一個新水平。 此外 ， 單片機成本低、集成度高、控制功能多 ， 可靈活地組裝成各種智能控制 裝置 ，并能有針對性設計成專用系統 ， 解決從簡單到復雜的各種需要 ， 實現最佳的性價比。特別是單片機與傳統機械產品相結合 ， 使原有機械產品的結構簡化、控制智能化。如數控機床就是典型實例。近年來 ， 單片機發(fā)展極快 ， 其產量占微機產量的 70%以上。目前，至少有50 個系列 400 余種機型，性能和結構各不相同 ， INTEL、 MOTOROLA、 ZILCG 等公司都有 系列單片微型計算機。國內普及的幾乎都是 INTEL 公司的產品。 AT89C51 單片機簡介 AT89C5 是美國 ATMEL 公司生產的低電壓，高性能的 CMOS8 位單 片機片內 4Kbytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器 (PEROM)和 128bytes 的隨機存儲器 (RAM)，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失存儲技術生產，兼容標準 MCS51 指令系統，片內置通用 8位中央處理器 (CPU)和 Flash 存儲單元，功能強大。 AT89C51 單片機可為你提供許多高性價的應用場合，可靈活的應用于各種控制領域。 其管腳如圖 21 所示。 圖 21 單片機 AT89C51 管腳圖 主要性能參數 ： 與 MCS51 產品指令系統的全兼容 。 4k 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器 。 1000 次可擦寫周期 。 全靜態(tài)操作： 0Hz24MHz。 三級加密程序存儲器 。 1288 字節(jié)內部 RAM。 32 個可編程 I/O 口線 。 2 個 16 位定時 /計數器 。 6 個中斷源 。 可編程串行 UART 通道 。 低功耗空閑和掉電模式 。 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 6 AT89C51 功能特性描述 AT89C51 提供以下標準功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內部 RAM， 32 個I/O 口線，兩個 16 位定時 /計數器，一個 5 向量中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內震蕩器及時鐘電路。同時， 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。空閑方式停止 CPU的工作，但允許 RAM，定時 /計數器， 串 行通信口及中斷系統繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內容，但震蕩器停止工作并禁止所有部件工作直到下一個硬件復位。 (1)AT89C51 引腳功能說明： 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 /數據總線復用口?？勺鳛檩敵隹谑褂脮r，每位可吸收電流的方式驅動 8 個 TTL 邏輯電路，對端口寫 “ 1” 可作為高阻抗輸入 端 用。在訪問外部數據存儲器時，這組口線分時轉換 地址 (低 8 位 )和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在 Flash 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求接上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸入緩沖級可驅動 (吸收或輸出電流 )4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫 “ 1” ，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸出口。作輸入口時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時輸出一個電流 (I)。 Flash 編程和程序校驗期間， P1 口接收 8 位地址。 P2 口： P2 口是一個帶有內部上拉電阻的 8 位 雙向 I/O 口， P2 的輸入緩沖極可以驅動 (輸入或輸出電流 )4 個 TTL 邏輯門電路。對端口 “ 1” ，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時和作為輸出口，作輸出口時，因為存在內部上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部存儲器或 1 位地址的外部數據存儲器 (例如執(zhí)行 MOVX@DPTR指令 )時， P2 口送出高 8 位地址數據。在訪問 8 位地址的外部數據存儲器 (如執(zhí)行 MOVX@RI指令 )時， P2 口線的內容 (也既特殊功能寄存器 (SFR)區(qū)中 R2 寄存器的內容 )，在整個訪問期間不改變。 Flash 編程或校驗時， P2 亦接收 高地址和其他控制信號。 P3 口： P3 口是一組帶有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸入緩沖級可驅動 (吸收或輸出電流 )4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入 “ 1” 時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸出端口。作輸出端口時，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 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號 。 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 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 /計數器 0) T1(定時 /計數器 1) WR(外部數據存儲器寫選通 ) RD(外部數據存儲器讀選通 ) RST：復位輸出。當震蕩器工作時， RST 引腳出現兩個機器周期以上高電平使機器復位。 ALE/PROG 當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時， ALE(地址鎖存允許 )輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)，即使不訪問外部字節(jié)， ALE 仍時鐘震蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘脈沖或用于定時目的。要注意的是：每次訪問外部存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。對 Flash 存儲器編程期間，該引腳還要輸入編程脈沖 (PROG)。如有必要，可通過對特殊功能寄存器 (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，此引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應該置 ALE 無效。 PESN：程序存入允許 (PESN)輸出的是外部程序存儲器的讀選通信號，當 AT89C51 由外部程序取指令 (或數據 )時， 每個機器周期兩次 PESN 有效，既輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數據存儲器，這兩次有效的 PESN 信號不出現。 EA/VPP：外部訪問允許。欲使 CPU僅訪問外部程序存儲器 (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，復位時內部會鎖存EA 端狀態(tài)。 Flash 存儲器編程時，該引腳加上 +12V的編程允許電源 Vpp，當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部時鐘的輸入端。 XAAL2：震蕩器反向放大器的輸出端。 時鐘震蕩器： AT89C51 中有一個構成內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。這個放大器與作為反饋元件的片外石英或陶瓷震蕩器一起構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成并聯震蕩電路。對外接電容 C C2 雖然沒有非常嚴格的要求，但電容的大小會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鐘，采用外部時鐘 如圖 23 所示 。在這種情況下，外部時鐘脈沖接到 XTAL1 端，既內部時鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2 懸空。 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 8 c 2c 1X T A L 2X T A L 1G N DN C外 部 震 蕩信 號 輸 入X T A L 2X T A L 1G N D 圖 22 內部震蕩電路 圖 圖 23 外部震蕩電路 圖 由于外部時鐘信號是通過一個 2 分頻的觸發(fā)器后作為內部時鐘信號的所以外部 時鐘的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)的時間和最大低電平持續(xù)的時間應符合產品技術條件的要求 ，如表 22 所示。 表 22 AT89C51 寄存器 寄存器 內容 寄存器 內容 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 閃速存儲器的編程： AT89C51 單片機內部有 4K 字節(jié)的 Flash PEROM，這個 Flash 存儲存儲陣列出廠時已處于擦除狀態(tài) (即 所有存儲單元的內容均為 FFH)，用戶隨時可對其進行編程。程序接收高電壓 (+12V)或低電壓 (Vcc)的允許編程信號。低電壓編程模式，適用與用戶在線編程系統。而高電平模式可與通用 EPROM 編程程序兼容。 編程方法： 編程前需設置好地址、數據及控制信號，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)，數據從 P0 口輸入，引腳 、 和 、 的電平設置見表。 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 (負脈沖 )編程時可采用 4— 20MHz的時鐘震蕩器 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。 。 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 9 。 ，將 EA/Vpp 端加上 +1V編程電壓。 Flash 存儲陣列寫入一個字節(jié)，加上一個 ALE/PROG 編程脈沖。 (2)AT89C51 控制信號 ： RST/VPD(9 腳 )復位信號時鐘電路工作后，在引腳上出現 兩個機器周期的高電平，芯片內部進行初始復位，復位后片內存儲器的狀態(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 程序計數器 PC 和其余特殊功能寄存器，但始終不影響片內 RAM狀態(tài)，只要該引腳保持高電平， 89C51 將循環(huán)復位， RAT/VPD 從高電平到低電平單片機將 從 0 號單元開始執(zhí)行程序，另外該引腳還具有復用功能，只要將 VPD 接 +5V備用電源，一旦 Vcc 電位突然降低或斷電，能保護片內 RAM 中的信息不丟失，恢復電后能正常工作。 AT89C81 通常采用上電自動復位和開關手動復位，我們采用的是手動 復位開關 如 圖 24所示 。 圖 24 手動 復位 開關 電路圖 手動開關未按下之前，電容正極處于家電狀態(tài)，當按鍵按下去后， VCC 與 GND 導通，電容放電，從而實現放電。 本章小結 本章介紹了單片機的發(fā)展歷史，共四個階段，分別為單片機的探索階段，單片機的完善階段，單片機向微控制器發(fā)展的階段，以及微控制器的全面發(fā)展階段。同時還介紹了單片機的發(fā)展趨勢和特點。單片機在智能儀表，機電一體化，實時控制和分布式多機系統等中的應用。更加詳細的描述了 AT89C51 單片機的主要性