【正文】 作 時 同 樣 得到了指 導(dǎo) 教 師 趙秀婷 的 幫 助，在此也表示衷心的 謝 意！ 由于本人水平有限，加之時間倉促，其中 難 免存在 錯誤 和不足之 處 ，還望指導(dǎo)老師批評指正。它以體積小、功能全、價格低等特點，贏得了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)滲透到了社會生活的各個領(lǐng)域。 目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著CMOS（互補金屬氧化物半導(dǎo)體） 化、低功耗、小體積、 大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。 CMOS 化 CMOS（ Complementary Metal Oxide Semiconductor） 電路的特點是低功耗、高密度、低速度、低價格。隨著技術(shù)和工藝水平的提高，又出現(xiàn)了 HMOS（高密度、高速度 MOS）和 CHMOS 工藝。低功耗化的效應(yīng)不僅是功耗低，而且?guī)砹?產(chǎn)品的高可靠性、高抗干擾能力以及產(chǎn)品的便攜化。允許使用的電壓范圍越來越寬，一般在 3~6V 范圍內(nèi)工作。目前 供電的單片機已經(jīng)問世。 大容量化 以往單片機內(nèi)的 ROM 為 1KB～ 4KB， RAM 為 64～ 128B。為了適應(yīng)這種領(lǐng)域 的要求， 運用新的工藝，使片內(nèi)存儲器大容量化。 高性能化 主要是指進一步改進 CPU 的性能，加快指令運算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性。 小容量、低價格化 與上述相反，以 4 位、 8 位機為中心的小容量、低價格化也是發(fā)展動向之一。 外圍電路內(nèi)裝化 這也是 單片機發(fā)展的主要方向。除了一般必須具有的 CPU、 ROM、 RAM、定時器 /計數(shù)器等以外，片內(nèi)集成的部件還有模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器、 DMA 控制器、聲音發(fā)生器、監(jiān)視定時器、液晶顯示驅(qū)動器、彩色電視機和錄像機用的鎖相電路等。隨著低價位 OTP（ One Time Program）及各種類型片內(nèi)程序存儲器的發(fā)展，加之 外 圍接口不斷進入片內(nèi)，推動了單片機 “ 單片 ” 應(yīng)用結(jié)構(gòu)的發(fā)展。 單片機的特點及應(yīng)用領(lǐng)域 單片機的特點 單片機把微型計算機的主要功能都集成在一塊芯片上，即一塊芯片就是一個微型計算機。 5 （ 2）集成度好，體積小，可靠性好 單片機把各種功能不見集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線大大的提高了單片機的可靠性及其抗干擾能力。 （ 4）低電壓，低功耗。 單片機的 應(yīng)用領(lǐng)域 單片機的應(yīng)用范圍很廣，在社會生產(chǎn)的方方面面都得到了廣泛的應(yīng)用。 （ 2）智能儀器儀表 單片機用于各種儀器儀表，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度等物理 的測量。 （ 4）日常用品及家用電器領(lǐng)域 從電冰箱、洗衣機、空調(diào)機、數(shù)碼相機及其它視頻音像設(shè)備到智能卡、電子寵物等，形形色色，無處不在。 （ 6）商業(yè)營銷 采用單片機構(gòu)成專用系統(tǒng)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在了電子稱、收款機、條形數(shù)碼閱讀 器、倉儲安全監(jiān)控系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、冷凍保鮮系統(tǒng)等生活當(dāng)中的方方面面，極大的服務(wù)了人民。 雖然大多數(shù)普通單片機都具有熔絲燒斷保護單片機內(nèi)代碼的功能，但由于通用低檔的單片機并非定位于制作安全類產(chǎn)品，因此，它們往往沒有 6 提供有針對性的防范措施且安全級別較低。 目前世界上生產(chǎn)單片機的廠商眾多，迄今為止，主要的生產(chǎn)廠家有：美國的英特爾（ Intel）、摩托羅拉（ Motorola）、奇洛格（ Zilog）、微芯（ Microchip）、艾特梅爾（ Atmel）、國家半導(dǎo)體（ NS）、洛克威爾（ Rockwell）、德克薩斯儀器（ TI）等公司和日本的 NEC、東芝、日立、松下等公司以及荷蘭的飛利浦。 表 11 PCON 寄存器的位定義 美國英特爾公司 MCS51 系列及其增強型、擴展型系列 美國摩托羅拉公司 MC6801 系列和 MC680 MC68HC05 系列 美國奇洛格公司 Z8 系列和 super8 系列 美國艾特梅爾公司 AT89C5 AT89C52 系列 日本東芝公司 TLCS870 系列、 90 系列 日本日立公司 HD630 HD630 HD63L05 日本電氣公司 uCOM87 系列 日本松下公司 MN6800 系列 荷蘭飛利浦公司 8 C552 系列、 P89C5系列 德國西門子公司 SAB80 系列（ MCS51 內(nèi)核） 這些單片機以體積小、功能全、價格低等一系列特點在國內(nèi)外都獲得了廣泛的應(yīng)用，人們對于單片機的功用范圍也提出了更高的要求，單片機的功能也越來越強大！ 7 第 2 章 MCS51 系列 單片機的結(jié)構(gòu)及工作原理 MCS51 單片機的硬件結(jié)構(gòu) MCS51 是英特爾公司生產(chǎn)的 8 位高檔單片機系列，具有體積小、功能全、面向控制、開發(fā)應(yīng)用方便等特點是測控領(lǐng)域當(dāng)中較理想的八位微型計算機。圖 21 所示是按功能劃分的 MCS51 系列單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。其基本機構(gòu)如下所示 : （ 1） 1 個 8 位中央處理器 單片機 CPU 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有算術(shù)邏輯運算單元 ALU、累加器 ACC、程序狀態(tài)寄存器 PSW、堆棧指針 SP、寄存器 B、程序計數(shù)器（指令指針） PC、數(shù)據(jù)指針 DPTR、指令寄存器 IR、暫存器（ TMP）等部件構(gòu)成。 （ 2） 4K 字節(jié) ROM， 128 字節(jié) RAM 片內(nèi) 4K 字節(jié) ROM 存儲器為片內(nèi)程序存儲器，用于存儲程序和表格。 （ 3） 21 個特殊功能寄存器 特殊功能寄存器反映了單片機的工作狀態(tài)，它和單片機 CPU 芯片的引腳和內(nèi)部功能的控制有關(guān)，實際上是狀態(tài)字和控制字寄存器，是一個具有特殊功能的片內(nèi) RAN 區(qū)。 （ 4） 4 個 8 位并行輸入輸出接口 I/O 口 4 個 8 位并行輸入輸出接口P0 口、 P1 口、 P2 口和 P3 口（共 32 根線），用于并行輸入和輸出數(shù)據(jù)。 （ 6） 兩個 16 位的定時器 /計數(shù)器 片內(nèi)兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 T0和 T1，有 4 種工作方式，用于精確定時（或延時）控制及其對外部事件進行計數(shù)。 （ 8） 片外可尋址 64K 程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器空間 片外最多可擴展 64K 程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器空間。 由以上可以看出，單片機的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類齊全的特點，其基本組成和一般微型計算機是相同的，它只不過是把計算機的基本功能部件集成到了一塊芯片上，具有完成特定功能的微型計算機。另外還有 4 根控制信號引腳， 2 根時鐘引腳， 2 根電源線引腳。 P0 口有三個功能 : ① 外部擴展存儲器時， 當(dāng)作 數(shù)據(jù)總線（如圖 22 中的 D0～ D7為數(shù)據(jù)總線接口） ② 外部擴展存儲器時，當(dāng)作地址總線（如圖 22 中的 A0～A7 為地址總線接口） ③ 做擴 展時，可做一般的 I/O 使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應(yīng)在外部接上拉電阻。 P2 口： ～ P2 口 8 位雙向口線（在引腳的 21～ 28 號端子） ，是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，系 統(tǒng)擴展時，作為高 8 位地址線使用，不做擴展系統(tǒng)時，可作為一般 I/O 口使用，可以驅(qū)動 4 個 LS 型TTL 負載。 （ 2） 控制引腳 ALE/ PROG :ALE 為地址鎖存允許信號，工作時輸出一正脈沖； PROG 為此引腳的第二功能，在對片內(nèi) EPROM 型單片機編程寫入時，此引腳為編程脈沖輸入端。每個機器內(nèi)，PSEN 激發(fā)兩次，從片內(nèi)程序存儲器存取時，不激發(fā) PSEN 。 RST/ pdV ： RST 為復(fù)位信號輸入端，高電平有效。 10 PSEN 和 ALE 輸出端是否有信號可以判斷出單片機是否在工作。 XTAL1：此引腳內(nèi)部是一個片內(nèi)振蕩器的反向輸入端。 圖 22 MCS51 系列 單片機雙列直插封裝方式的引腳 XTAL2：此引腳內(nèi)部接至內(nèi)部反相放大器的輸出和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入 （ 4） 電源引腳 電源引腳用來接入單片機的工作電源。 ssV ：電源地線，接地端。 11 MCS51 單片機的工作方式 MCS51 系列單片機的工作方式有：復(fù)位方式，程序執(zhí)行方式，節(jié)電工作方式，低功耗方式以及 EPROM 編程和校驗方式。單片機工作方式的多少是衡量單片機性能的一項重要標(biāo)準(zhǔn)。另外，當(dāng)程序運行錯誤或由于錯誤操作而使單片機進入死鎖狀 態(tài)時，可以通過復(fù)位進行重新啟動。 MCS51 系列單片機的 RST 引腳是復(fù)位信號的引入端，復(fù)位信號高電平有效，單片機在時鐘電路工作以后，只是在 RST 端持續(xù)給出兩個機器周期（ 24 個振蕩周期）以上的高電平就可以完成復(fù)位操作。上電自動復(fù)位是通過電容充電來實現(xiàn)的，通過選擇適當(dāng)?shù)碾娙莺碗娮?，就能夠?RST 引腳上的高電平保持兩個振蕩周期以上，以實現(xiàn)上電的同時完成單片機的復(fù)位；按鍵手動復(fù)位分 為按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位兩種方式。程序執(zhí)行方式有兩種：連續(xù)執(zhí)行和單步執(zhí)行。 （ 3） 節(jié)電工作方式 ： MCS51 系列單片機中有 HMOS（高密度溝道金屬氧化物半導(dǎo)體）和 CHMOS（互補高密度溝道金屬氧化物半導(dǎo)體）兩種工藝芯片。 12 單片機的節(jié)電工作方式是由其內(nèi)部的電源控制寄存器 PCON 中的相關(guān)位來實現(xiàn)控制的，該特殊功能寄存器的地址為 87H， MCS51 系列單片機的節(jié)電工作方式有空閑工作方式和掉電工作方式兩種情況，其中在掉電工作方式中，單片機的內(nèi)部振蕩器停止工作， PCON 的各位定義如表 21 所示 。 其中退出空閑方式的方法有兩種，一種是中斷推出，另一種是按鍵復(fù)位退出；退出掉電方式的唯一方法是由硬件復(fù)位，復(fù)位時將所有的特殊功能寄存器的內(nèi)容初始化，但不改變內(nèi)部 PAM 區(qū)的 數(shù)據(jù)。 內(nèi)部 EPROM 編程：編程的主要操作是將原始程序、數(shù)據(jù)寫入到內(nèi)部EPROM 中，為了對片內(nèi) EPROM 編程， MCS51 系列單片機的時鐘頻率應(yīng)在 4～ 6MHz 的范圍內(nèi)，要用專門的單片機開發(fā)系統(tǒng)，編程時各引腳的用法如下所示： P1 口和 P2 口的 ～ 為 EPROM 的 4K 地址輸入， P1 口為低 8位地址； P0 口為編程數(shù)據(jù)輸入； ～ 以及 PSEN 應(yīng)為低電平 ， 和 RST 為高電平； 以上除 RST 的邏輯電平為 外，其余均為 TTL 電平。 EPROM 校驗程序：校驗的主要操作是在向片內(nèi)程序存儲器 EPROM 寫 13 入信息時或?qū)懭胄畔⒑?，可將片?nèi) EPROM 的內(nèi)容讀出校驗，以保證寫入信息的正確性。對于片內(nèi)有ROM/EPROM 的芯片來說，構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路、復(fù)位電路和電源即可。 MCS51 系列中含有片內(nèi)程序存儲器的單片機，如 8051/8751 僅一塊芯片就可以構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)，而無片內(nèi)程序存儲器的單片機，如 8031必須外接擴展程序存儲器才能構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)。 圖 23 單片機的應(yīng)用系統(tǒng) 14 由于集成度的限制，這種最小應(yīng)用系統(tǒng)只能起到作一些小型的控制單元，其應(yīng)用特點有以下幾個： ? 全部 I/O 口線均可提供用戶使用； ? 內(nèi)部存儲器容量有限（只有 4KB 地址空間）； ? 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性 。單片機使用的機器語言、匯編語言及高級語言，但不管使用是何種語言，最終還是要“ 翻譯 ” 成為機器碼，單片機才能執(zhí)行之。但不管是使用機器語言、匯編語言還是高級語言都是使用指令編寫程序的。 指令系統(tǒng)簡介 MCS51 系列單片機 的指令系統(tǒng)按功能可以分為數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)操作、邏輯操作和控制轉(zhuǎn)移四大類。 數(shù)據(jù)傳送指令可分為通用的、累加器專用的目標(biāo)地址用的三種： （ 1） 通用的傳送 MOV 執(zhí)行第二操作數(shù)到第一操作數(shù)地位、字節(jié) 字的傳送。 POP 把有 SP 寄存器尋址的棧單元中傳送一個字節(jié)到第一操作數(shù)，然后把 SP 減 1。 15 XCHD 第二操作數(shù)的地半字節(jié)于 A 累加器的地半字節(jié)交換。外部抵制可由 DPTR 寄存器（ 16 位）或 R R0（各 8 位）來指定。 (3)目標(biāo)地址傳送 MOV DPTR, data 把 16 位立即數(shù)裝入一對目的寄存器 DPH 和 DPL中。此外還有一種調(diào)整操作，它可以允許對壓縮的十進制數(shù)（ BCD） 直接執(zhí)行算術(shù)操作。 ADD 執(zhí)行 A 累加器與第二操作數(shù)之間的加法，結(jié)果送回 A 累加其中。 DA （ BCD 加法的使勁違法調(diào)整） 對兩個 2 位十進制操作數(shù)的二進制加法結(jié)果進行調(diào)整。如果 BCD 結(jié)果大于 99 則進位標(biāo)志位置位，否則清 0。 DEC （減 1） 執(zhí)行從操作數(shù)減 1，結(jié)果送到操作數(shù)中。雙字節(jié)乘法的高位字接送 B 寄存 器，低位字節(jié)送 A 累加器。 C 清零， AC 保持不變。若除數(shù)為 0，則累加器 A 和寄存器 B 內(nèi)容不定，并置位 0V,否則 0V 清 0。 MCS51 系列單片機除了能執(zhí)行一般操作數(shù)的基本邏輯操作數(shù)外，還能對位進行邏輯操作，有較強的布爾處理功能。 SETB C 進 位標(biāo)志或任何直接尋址的位置 1。 （ 2）雙操作數(shù)邏輯操作 ANL 對兩個操作執(zhí)行按為邏