【正文】 象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對(duì)象的智能化控制能力。 “ 創(chuàng)新模式 ” 獲得成功，奠定了 SCM 與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。 單片機(jī)誕生于 20世紀(jì) 70年代末，經(jīng)歷了 SCM、 MCU、 SoC 三大階段?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些 產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的 “ 肚子 ” 里。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。 可以說，二十世紀(jì)跨越了三個(gè) “ 電 ” 的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。 單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國(guó) 50年代開發(fā)的 74 系列，或者 60 年代的 CD4000 系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大 PCB板！但是如果要是用美國(guó) 70 年代成功投放市場(chǎng)的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別！只因 為單片機(jī)的通過你編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性 ！ 由于單片機(jī)對(duì)成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級(jí)匯編語(yǔ)言，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級(jí)的語(yǔ)言了，既然這么低級(jí)為什么還要用呢？很多高級(jí)的語(yǔ)言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡(jiǎn)單，就是單片機(jī)沒有家用計(jì)算機(jī)那樣的 CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲(chǔ)設(shè) 備。 單片機(jī)是 靠程序 的，并且可以修改。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、 VCD等等的家電里面都可以看到它的身影！ ......它主要是作為控制部分的核心部件 。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。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。汽車上一般配備 40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片秒表系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過 PC機(jī)和 其他計(jì)算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有 12 部單片機(jī)。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)。而 在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的 Windows 和Linux 操作系統(tǒng)。目前，高端的 32 位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過 300MHz，性能直追 90年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至 1 美元，最高端的型號(hào)也只有 10 美元。隨著 INTEL i960 系列特別是后來的 ARM 系列的廣泛應(yīng)用， 32位單片機(jī)迅速取代 16 位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16 位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。此后在 8031 上發(fā)展出了 MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)。 早期的單片機(jī)都是 8 位或 4 位的。最早的設(shè)計(jì) 理念是通過將大量外圍設(shè)備和 CPU 集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易 集成進(jìn) 復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 單片機(jī)也被稱為微控制器（ Microcontroller），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。秒表系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 單片機(jī) 簡(jiǎn)介 單片機(jī)的定義 單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件： CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有 CPU 的專用處理器發(fā)展而來。 INTEL 的Z80 是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。 90 年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大的提高。而傳統(tǒng)的 8 位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起 80年代提高了數(shù)百倍。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。 單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。 單片機(jī)的介紹 單片機(jī)又稱單片微控制器 ,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片 ,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。 單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如 CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過價(jià)錢也是低的，一般不超過 10 元即可 ......用它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。 它是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場(chǎng)控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的（比如家用 PC）的主要區(qū)別。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個(gè)可視化高級(jí)語(yǔ)言編寫的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會(huì)達(dá)到幾十 K 的尺寸！對(duì)于家用 PC的硬盤來講沒什么，可是對(duì)于單片機(jī)來講是不能接受的。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用 PC 上來運(yùn)行，家用 PC 的也是承受不了的。不過，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱 PC機(jī)。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟秒表系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 悉。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞 —— “ 智能型 ” ，如智能型洗衣機(jī)等。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。 即單片微型計(jì)算機(jī)（ Single Chip Microputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上， Intel 公司功不可沒。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展 MCU 的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。在發(fā)展 MCU 方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù) Philips 公司。因此，當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時(shí)，不要忘記 Intel 和 Philips 的歷史 功績(jī)。隨著微電子技術(shù)、 IC設(shè)計(jì)、 EDA工具的發(fā)展，基于 SoC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。更不秒表系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇： （ 1） 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)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。例如精密的測(cè)量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(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。 （ 4） 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機(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)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(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，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)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無線電對(duì)講機(jī)等。 （ 6） 在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用 某些專用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如：音樂信號(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)化為模擬音樂電信號(hào)（類似于聲卡）。 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 。器件的數(shù)據(jù)線也就被稱為數(shù)據(jù)總線，器件所有的控制線被稱為控制總線。 二、數(shù)據(jù)、地址、指令：之所以將這三者放在一起，是因?yàn)檫@三者的本質(zhì)都是一樣的 —— 數(shù)字，或者說都是一串 ‘0’ 和 ‘1’ 組成的序列。指令：由單片機(jī)芯片的設(shè)計(jì)者規(guī)定的一種數(shù)字，它與我們常用的指令助記符有著嚴(yán)格的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，不可以由單片機(jī)的開發(fā)者更改。數(shù)據(jù)：這是由微處理機(jī)處理的對(duì)象，在各種不同的應(yīng)用電路中各不相同，一般而言，被處理的數(shù)據(jù)可能有這么幾種情況： 1?地址（如 MOV DPTR， 1000H），即地址 1000H 送入 DPTR。 3?常數(shù)（如 MOV TH0， 10H） 10H 即定時(shí)常數(shù)。又如用于 LED 的字形 碼，也是實(shí)際輸出的值。 三、 P0口、 P2 口和 P3的第二功能用法：初學(xué)時(shí)往往對(duì) P0口、 P2口和P3 口的第二功能用法迷惑不解，認(rèn)為第二功能和原功能之間要有一個(gè)切換的過程，或者說要有一條指令，事實(shí)上，各端口的第二功能完全是自動(dòng)的，不需要用指令來轉(zhuǎn)換。事實(shí)上 ‘ 不能作為通用 I/O 口使用 ’ 也并不是 ‘ 不能 ’ 而是（使用者） ‘ 不會(huì) ’ 將其作為通用 I/O 口使用。 四、程序的執(zhí)行過程： 單片機(jī)在通電復(fù)位后 8051 內(nèi)的程序計(jì)數(shù)器（ PC）中的值為 ‘0000’ ，所以程序總是從 ‘0000’ 單元開始執(zhí)行，也就是說：在系統(tǒng)的 ROM 中一定要存在 ‘0000’ 這個(gè)單元，并且在 ‘ 0000’ 單元中存放的一定是一條指令。由于 SP 中的值可以用指令加以改變，所以只要在程序開始階段更改了 SP的值，就可以把 堆棧設(shè)置在規(guī)定的內(nèi)存單元中，如在程序開始時(shí)，用一條 MOV SP， 5FH 指令，就時(shí)把堆棧設(shè)置在從內(nèi)存單元 60H 開始的單元中。不同作者編寫程序時(shí)，初始化堆棧指令也不完全相同，這是作者的習(xí)慣問題。 六、單片