【正文】 算系統(tǒng) .類似的單片機還有 Zilog 公司的 Z80微處理器 . 1976年 INTEL公司推出了 MCS48單片機 ,這個時期的單片機才是真正的 8位單片微型計算機 ,并推向市場 .它以體積小 ,功能全 ,價格低贏得了廣泛的應(yīng)用 ,為單片機的發(fā)展奠定了基礎(chǔ) ,成為單片機發(fā)展史上重要的里程碑 . 在 MCS48的帶領(lǐng)下 ,其后 ,各大半導(dǎo)體公 司相繼研制和發(fā)展了自己的單片機 ,象 Zilog公司的 Z8系列 .到了 80年代初 ,單片機已發(fā)展到了高性能階段 ,象 INTEL 公司的 MCS51 系列 ,Motorola 公司的 6801 和 6802 系列 ,Rokwell 公司的 6501 及 6502 系列等等 ,此外 ,日本的著名電氣公司 NEC和 HITACHI 都相繼開發(fā)了具有自己特色的專用單片機 . 80 年代 ,世界各大公司均競相研制出品種多功能強的單片機 ,約有幾十個系列 ,300 多個品種 ,此時的單片機均屬于真正的單片化 ,大多集成了 CPU、 RAM、 ROM、數(shù)目繁多的 I/O接口、多種中斷系統(tǒng) ,甚至還有一些帶 A/D 轉(zhuǎn)換器的單片機 ,功能越來越強大 ,RAM 和 ROM 的容量也越來越大 ,尋址空間甚至可達 64kB,可以說 ,單片機發(fā)展到了一個全新階段 ,應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛 ,許多家用電器均走向利用單片機控制的智能化發(fā)展道路 . 1982 年以后 ,16位單片機問世 ,代表產(chǎn)品是 INTEL 公司的 MCS96 系列 ,16 位單片機比起 8位機 ,數(shù)據(jù)寬度增加了一倍 ,實時處理能力更強 ,主頻更高 ,集成度達到了 12 萬只晶體管 ,RAM增加到了 232字節(jié) ,ROM則達到了 8kB,并且有 8個中斷源 ,同時配置了多路的 A/D轉(zhuǎn)換通道 ,高速的 I/O 處理單元 ,適用于更復(fù)雜的控制系統(tǒng) . 九十年代以后 ,單片機獲得了飛速的發(fā)展 ,世界各大半導(dǎo)體公司相繼開發(fā)了功能更為強大的單片機 .美國 Microchip 公司發(fā)布了一種完全不兼容 MCS51的新一代 PIC 系列單片機 ,引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注 ,特別它的產(chǎn)品只有 33 條精簡指令集吸引了不少用戶 ,使人們從INTEL 的 111 條復(fù)雜指令集中走出來 .PIC 單片機獲得了快速的發(fā)展 ,在業(yè)界中占有一席之地 . 隨后的事情 ,熟悉單片機的人士都比較清楚了 ,更多的單片機種蜂擁而至 ,MOTOROLA 公司相繼發(fā)布了 MC68HC 系列單片機 ,日本的幾個著名公 司都研制出了性能更強的產(chǎn)品 ,但日本的單片機一般均用于專用系統(tǒng)控制 ,而不象 INTEL 等公司投放到市場形成通用單片機 .例如 NEC公司生產(chǎn)的 uCOM87 系列單片機 ,其代表作 uPC7811 是一種性能相當優(yōu)異的單片機 .MOTOROLA 公司的 MC68HC05 系列其高速低價等特點贏得了不少用戶 . Zilog 公司的 Z8 系列產(chǎn)品代表作是 Z8671,內(nèi)含 BASIC Debug 解釋程序 ,極大地方便用戶 .而美國國半的 COP800系列單片機則采用先進的哈佛結(jié)構(gòu) .ATMEL公司則把單片機技術(shù)與先進的 Flash 存儲技術(shù)完美地結(jié)合起來 ,發(fā)布了性能相當優(yōu)秀的 AT89 系列單片機 .包括中國的臺灣 HOLTEK 和 WINBOND 等公司也紛紛加入了單片機發(fā)展行列 ,憑著他們廉價的優(yōu)勢 ,分享一杯美羹 . 1990年美國 INTEL公司推出了 80960超級 32位單片機引起了計算機界的轟動 ,產(chǎn)品相繼投放市場 ,成為單片機發(fā)展史上又一個重要的里程碑 . 此期間 ,單片機園地里 ,單片機品種異彩紛呈 ,爭奇斗艷 .有 8位、 16 位甚至 32 位機 ,但 8位單片機仍以它的價格低廉、品種齊全、應(yīng)用軟件豐富、支持環(huán)境充分、開發(fā)方便等 6 特點而占著主導(dǎo)地位 .而 INTEL 公司憑著他們雄厚的技術(shù) ,性能優(yōu)秀的機型和良好的基礎(chǔ) ,目前仍是單片機的主流產(chǎn)品 .只不過是九十年代中期 ,INTEL 公司忙著開發(fā)他們個人電腦微處理器 ,已沒有足夠的精力繼續(xù)發(fā)展自己創(chuàng)導(dǎo)的單片機技術(shù) ,而由 PHILIPS 等公司繼續(xù)發(fā)展C51 系列單片機 . 單片機的發(fā)展趨勢 現(xiàn)在可以說單片機是百花齊放 ,百家爭鳴的時期 ,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機 ,從 8位、 16 位到 32位 ,數(shù)不勝數(shù) ,應(yīng)有盡有 ,有與主流 C51 系列兼容的 ,也有不兼容的 ,但它們各具特色 ,互成互補 ,為單片機的應(yīng)用提供廣闊的天地 . 縱觀單片機的發(fā)展過程 ,可以預(yù)示單片機的發(fā)展趨勢 ,大致有 : CMOS 化 MCS51 系列的 8031 推出時的功耗達 630mW,而現(xiàn)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(xiàn)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(dǎo)體工藝 ).象 80C51 就采用了 HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )和 CHMOS(互補高密度金屬氧化物半導(dǎo)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(yīng)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(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器 (CPU)、隨機存取數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換器、 PMW(脈寬調(diào)制電路 )、 WDT(看門狗 )、有些單片機將 LCD(液晶 )驅(qū)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(jù)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(xiàn)在的產(chǎn)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 .現(xiàn)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(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展 . 現(xiàn)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(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有 PHILIPS公司的產(chǎn)品 ,ATMEL公司的產(chǎn)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(jù)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(chǎn)量與日俱增 ,與其低價質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢 ,占據(jù)一定的市場分額 .此外還有 MOTOROLA 公司的產(chǎn)品 ,日本幾大公司的專用單片機 .在一定的時期內(nèi) ,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 . 7 第二章 控制交通燈的硬件 設(shè)計 MSC51 芯片簡介 MCS51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu) (如圖 ) 8051 是 MCS51 系列單片機的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講解。 中央處理器： 中央處理器 (CPU)是整個單片機的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)： 8051 內(nèi)部有 128 個 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和 128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控 制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 RAM只有 128 個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 程序存儲器 (ROM)： 8051 共有 4096 個 8位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 定時 /計數(shù)器 (ROM)： 8051 有兩個 16位的可編程定時 /計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 并行輸入輸出 (I/O)口： 8051 共有 4 組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或 P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。 全雙工串行口： 8 8051 內(nèi)置 一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。 中斷系統(tǒng)： 8051 具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時 /計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2級的優(yōu)先級別選擇。 時鐘電路： 8051 內(nèi)置最高頻率達 12MHz 的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但8051 單片機需外置振蕩電容。 INTEL 的 MCS51 系列單片機采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品 16 位的 MCS96系列單片機則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 圖 MCS51 的引腳說明： MCS51 系列單片機中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP 結(jié)構(gòu)，右圖是 它們的引腳配置， 40 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組 8位共 32 個 I/O 口，中斷口線與 P3 口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： 9 如圖 圖 Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號復(fù)用腳，當 8051 通電，時鐘電路開始工作，在 RESET 引腳上出現(xiàn) 24 個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。 RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。 8051 的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位，見下圖 。 圖 而訪問內(nèi)部程序存儲器時， AL