【正文】 工串行接口和 2個 16位定時 /計數器。尋址范圍為 64K，并集成有控制功能較強的布爾處理器完成處理功能。 此階段的主要特點是：結構體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點進一步突出?，F在， MCS51 已成為公認的單片機經典機種。 三、微控制器化階段 1982 年， Intel 公司推出 MCS96 系列單片機。該系列單片機在芯片內部集成有：16 位 CPU、 K 字節(jié)程序存儲器（ ROM）、 232 字節(jié)數據存儲器（ RAM）、 5 個 8 位并行接口 、1個全雙工串行接口和 2個 16位定時 /計數器。尋址范圍最大為 64K。片上還有 8路 10位 ADC、 1路 PWM（ D/A）輸出及高速 I/O 部件等。 近年來，許多半導體廠商以 MCS51 系列單片機的 8051 為內核，將許多測控系統(tǒng)中的接口技術、可靠性技術及先進的存儲器技術和工藝技術集成到單片機中，生產出了多種功能強大、使用靈活的新一代 80C51 系列單片機。 此階段的主要特點是：片內面向測控系統(tǒng)的外圍電路增強，使單片機可以方便靈活地應用于復雜的自動測控系統(tǒng)及設備。因此，“微控制器”的稱謂更能反應單片機的本質。 單片機發(fā)展趨勢 縱觀單片機的發(fā)展過程，可以預示單片機的發(fā)展趨勢，大致有： 蘭州理工大學畢業(yè)設計 20 1. 低功耗 CMOS 化 MCS51系列的 8031 推出時的功耗達 630mW，而現在的單片機普遍都在 100mW 左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現在的各個單片機制造商基本都采用了 CMOS(互補金屬氧化物半導體工藝 )。 像 80C51 就采用了 HMOS(即高密度金屬氧化物半導體工藝 )和CHMOS(互補高密度金屬氧化物半導體工藝 )。 CMOS 雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而 CHMOS 則具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。 現在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器 (CPU)、隨機存取數據存儲 (RAM)、只讀程序存儲器 (ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片 機集成了如 A/D 轉換器、 PMW(脈寬調制電路 )、 WDT(看門狗 )、有些單片機將 LCD(液晶 )驅動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。此外，現在的產品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機除了功能強和功耗低外，還要求其體積要小?，F在的許多單片機都具有多種封裝形式，其中 SMD(表面封裝 )越來越受歡迎，使得由單片機構成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。 現在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以 80C51 為核心的單片機占主流，兼容其結構和指令系統(tǒng)的有 PHILIPS公司的產品， ATMEL公司的產品和中國臺灣的 Winbond系列單片機。所以 C8051 為核心的單片機占據了半壁江山。而 Microchip 公司的 PIC精簡指令集 (RISC)也有著強勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣的 HOLTEK 公司近年的單片機產量與日俱增，與其低價質優(yōu)的優(yōu)勢，占據一定的市場份額。此外還有 MOTOROLA 公司的產品，日本幾大公司的專用單片機，在一定時期內，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機一統(tǒng) 天下的壟斷局面，走的是依存互補，相輔相成，共同發(fā)展的道路。 單片機的應用領域 由于單片機具有良好的控制性能和靈活的嵌入品質，近年來單片機在各種領域都獲得了極為廣泛的應用。概要地分成以下幾個方面： 1： 智能儀器儀表 單片機用于各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能花，同時還簡化了儀器儀表的硬件結構，從而可以方便地完成各種儀器儀表產品的升級換代。如各種智能電氣測量儀表、智能傳感器等。 2： 機電一體化產品 機電一體化產品是集機械技術、微電子技術、自動化技術和計算機技術于一體， 具有智能化特征的各種機電產品。單片機在機電一體化產品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產品如機器人、數控機床、自動包裝機、點鈔機、醫(yī)療設備、打印機、傳真機、復印機等。 3： 實時工業(yè)控制 單片機還可以用于各種物理量的采集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理量參數的采集和控制均可以利用單片機方便地實現。在這類系統(tǒng)中，利用單片機作為系統(tǒng)控制器，可以根據被控對象的不同特征采用不同的智能算法，實現期望的控制指標，蘭州理工大學畢業(yè)設計 21 從而提高生產效率和產品質量。典型應用如電動機轉速控制、溫度控制、自動生產線等。 4： 分布系統(tǒng)的前端模塊 在較復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)中，經常要采用分布式測控系統(tǒng)完成大量的分布參數的采集。在這類系統(tǒng)中，采用單片機作為分布式系統(tǒng)的前端模塊。系統(tǒng)具有運行可靠，數據采集方便靈活，成本低廉等一系列優(yōu)點。 5： 家用電器 家用電器是單片機的又一重要領域，前景十分廣闊。如空調器、電冰箱、洗衣機、電飯煲、高檔洗浴設備、高檔玩具等。 另外，在交通領域中，汽車、火車、飛機、航天器等均有單片機的廣泛應用。如汽車自動駕駛系統(tǒng)、航天測控系統(tǒng)、黑匣子等。 PIC16F877 單片機簡介 PIC16F877 單片機的內部結構 PIC16F877 單片機的功能框圖如圖 所示。從其執(zhí)行功能考慮，可以將單片機分成兩大組件，即基本功能模塊和專用功能模塊。 1： PIC16F877 單片機的基本功能模塊 PIC16F877 單片機的基本功能區(qū)域的主要功能模塊包括以下 7部分 1） 程序存儲器區(qū)域 PIC16F877 單片機帶有 Flash 程序存儲器結構，主要存放由用戶預先編制好的程序和一些固定不變的數據。程序存儲器共有 8K179。 14位程序單元空間，即 0000H~1FFFH，由程序計數器提供 13 條地址線進行單元選擇，每個單元寬 14 位，能夠存放一條 PIC單片機系統(tǒng)指令。在系統(tǒng)上電或其他復位情況下，程序計數器均從 0000H 地址單元開始工作。如果遇到調用子程序或系統(tǒng)發(fā)生事件中斷時，都將把當前程序斷點處的地址送入8級179。 14 位的堆棧區(qū)域進行保護。堆棧是一個獨立的存儲區(qū)域，在子程序或中斷服務程序執(zhí)行完后，再恢復斷點地址，使主程序得以繼續(xù)執(zhí)行。通過 14 位程序總線，取出對應程序指令的機器碼，送入指令寄存器，將組成的操作碼和操作數進行有效分離。如果操作數為地址，則進入地址復用器；如果 操作數為數據，則進入數據復用器。而操作碼將在指令譯碼和控制單元中轉化為相應的功能操作。 2） 數據存儲區(qū)域 PIC16F877 單片機數據存儲器主要包括特殊功能寄存器和通用寄存器兩部分，用于存取 CPU 在執(zhí)行程序過程中產生的中間數據或預置的參數。 RAM 數據存儲器的每個存儲單元除具備普通存儲器功能之外，還能實現移位、置位、復位和位測試等通常只有寄存器才能完成的操作。 PIC16F877 共有 512 字節(jié)單元空間（包括無效的地址單元），即 000H~ 9條地址線，實現 512 個數據存儲器單元地址的有效選擇。對 于不同的數據訪問，地址復用器的組合方式也存在差異。當采用直接尋址時， RAM地址的形成采用 7加 2模式，即 7位數據來源于指令操作數， 2 位數據來源于 STATUS 狀態(tài)寄存器 RP RP0；而采用間接尋址時， RAM 地址的形成采用 8加 1模式，即 8 位數據來源于文件選擇寄存器 FSR， 1位數據來源于 STATUS 狀態(tài)寄存器 IRP 基本功能區(qū)域配置有地址和數據兩種復用器，是一種信號的選擇開關，可根據指令功能的不同而選擇其中的一個通路。 3） E2PROM 數據存儲器模塊 蘭州理工大學畢業(yè)設計 22 PIC16F877 單片機嵌入一個 256179。 8 位 E2PROM 數據存儲器模塊。它與內部數據存儲器最大的差異在于可在線擦 /寫，存儲的內容掉電時不會丟失。完成數據存取功能， PIC單片機指令集沒有提供現成的機器指令，而必須采用特殊的程序段。 4） 算術邏輯運算區(qū)域 PIC16F877 單片機中一個非常重要的部件就是算術邏輯單元 ALU，主要實現算數運 上電延時 起振延時 上電復位 WDT 欠壓復位 在線調試 低壓編程 Flash 程序存儲器 程序計數器 8 級堆棧（ 13 位） 指令寄存器 指令譯碼和控制器 RAM 數據存儲器 地址復用器 STATUS FSR 數據復用器 ALU W 寄存器 端口 A 端口 B 端口 C 端口 D 端口 E 定時器 0 定時器 1 定時器 2 E2PROM 數據存儲器 捕捉 /比較 /脈寬調制 1 捕捉 / 比較 / 脈寬調制 2 同步串行端口 通用同步/ 異步收發(fā)器 8 位從動端口 A/D轉換器 器件型號 Flash 程序存儲器 RAM數據存儲器 E2PROM數據存儲器 PIC16F877 8K179。 14 368179。 8 256179。 8 時基發(fā)生器 基本功能區(qū)域 專用功能區(qū)域 蘭州理工大學畢業(yè)設計 23 圖 單片機的功能框圖 算和邏輯運算。一般對于雙目操作類指令，如“加”、“減”、“與”、“或”的兩個操作數將來源于工作寄存器 W和數據復用器。而執(zhí)行的結果可以送入工作寄存器 W或返回數據總線（進入特定外圍模塊或給定的數據寄存器單元），同時會將運算結果的狀態(tài)送入STATUS 狀態(tài)寄存器。 與算術邏輯運算區(qū)域關聯的特殊功能寄存器有以下 3 種 （ 1）工作寄存器 W：相當于其它單片機中的“累加器 A”，是數據傳送的橋梁，是最為繁忙的工作單元。在運算前， W 可以暫存準備參加運算的一個操作數（成為源操作數）； （ 2）狀態(tài)寄存器 STATUS：反映最近一次算術 邏輯運算結果的狀態(tài)特征，如是否產生進位、借位、結果是否為零等，共涉及 3個標志位（ Z、 DC 和 C）。該寄存器在其他單片機中又稱為標志寄存器或程序狀態(tài)字（ PAW）寄存器。另外，狀態(tài)寄存器還包括數據寄存器區(qū)域的選擇信息（ IRP、 RP1 和 RP0）。如圖所示的狀態(tài)寄存器 STATUS 指向數據存儲器地址復用器的 3條控制線，配合完成間接尋址（ IRP）和直接尋址（ RP1和 RP0）。 （ 3）文件選擇寄存器 FSR：是與 INDF 完成間接尋址的專用主題寄存器，用于存放間接地址，即預先將要訪問單元的地址存入該寄存器。 5） 輸入 /輸出端口模式 PIC16F877 單片機具有豐富的接口資源，共設置有 5個輸入 /輸出端口，分別為 RA（ 6 位）、 RB（ 8位）、 RC（ 8位）、 RD（ 8 位）和 RE（ 3 位），合計共有 33 個引腳。大多數引腳除了基本 I/O 功能外，還配置有其他特殊功能，例如模擬量輸入通道，串 /并行通信線和 MPLAB— ICD 專用控制線等。這些端口引腳在使用中存在著差異，特別是 RA（ 6位）和 RE（ 3 位）中所涉及的輸入 /輸出通道，只有當對 ADCON1 進行設置后才能用作為數字累輸入 /輸出引腳。另外， RB端口的高 4 位具有特殊的電平變化中斷功能，為實時監(jiān)控提供了很 大方便。 RC端口擁有各類串行通信功能，包括主控同步串行通信 MSSP（ SPI、I2C）和通用同步 /異步收發(fā)器 USART 6） 多功能定時器模塊 PIC16F877 單片機配置有 3 個功能較強的多功能定時器模塊： TMR0（ 8 位）、 TMR1（ 16 位）和 TMR2（ 8 位）。他們都具有不同位寬的可編程定時器，出 TMR2 以外都可作為計數器使用。每個定時器 /計數器模塊都配有不同比例的預分頻器或后分頻器。另外，還有兩個重要的專門用途；當設置在同步計數方式下， TMR1 可與捕捉 /比較 /脈寬調制CCP 模塊配合實現脈寬調制輸出功能。 7） 核心模塊 PIC16F877 單片機具有多種功能強大的系統(tǒng)復位模式：基于電容的效應，當系統(tǒng)芯片加電后， VDD 電壓會有一個逐漸上升的過程，只有達到 ~ 后，上電復位電路將自動產生一個復位脈沖，使單片機復位；而為了保障系統(tǒng)程序安全，可靠運行，當VDD 掉電跌落到 VBOR(大約 4V)的時間大于 TBOR（大約 100us）時，如果掉電復位功能處于使能方式，將自動產生一個復位信號并使芯片保持在復位狀態(tài)；而此時如果 VDD蘭州理工大學畢業(yè)設計 24 恢復到正常范圍，上電延時電路再提供一個 72ms 延時，才使 CPU 從復位狀態(tài)返回到原正常運行狀態(tài)。另外，核心 模塊還帶有兩種特殊的延時電路：上電延時和起振延時電路。在芯片加電時，上電延時定時器 PWRT 提供一個固定的 72ms 正常上電延時。上電延時電路采用 RC振蕩器方式工作。當 PWRT 處于延時過程時，芯片就能一直保持在復位狀態(tài)，以確保電源電