51單片機(jī)及其應(yīng)用11.1電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展概述1.1.1電子計(jì)算機(jī)的問(wèn)世及其經(jīng)典結(jié)構(gòu)1946年2月15日，第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)問(wèn)世，這標(biāo)志著計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)。（CALCULATOR）ENIAC（“埃尼阿克”）2◆與現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)相比，有許多不足，但它的問(wèn)世開(kāi)創(chuàng)了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元，對(duì)人類(lèi)的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生了巨大的影響?！鬍NIAC是電子管計(jì)算機(jī)，時(shí)鐘頻率僅有100KHz，但能在1秒鐘的時(shí)間內(nèi)完成5000次加法運(yùn)算。3電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，相繼經(jīng)歷了五個(gè)時(shí)代：﹡電子管計(jì)算機(jī)；﹡晶體管計(jì)算機(jī)；﹡集成電路計(jì)算機(jī)；﹡大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)；﹡超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)仍然沒(méi)有突破馮·諾依曼提出的計(jì)算機(jī)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)框架。5二、微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用形態(tài)從應(yīng)用形態(tài)上，微機(jī)可以分成三種：

◆多板機(jī)（系統(tǒng)機(jī)）將CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口電路和總線(xiàn)接口等組裝在一塊主機(jī)板（即微機(jī)主板）。各種適配板卡插在主機(jī)板的擴(kuò)展槽上并與電源、軟/硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器及光驅(qū)等裝在同一機(jī)箱內(nèi)，再配上系統(tǒng)軟件，就構(gòu)成了一臺(tái)完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)系統(tǒng)機(jī)）。工業(yè)PC機(jī)也屬于多板機(jī)。6

◆單板機(jī)將CPU芯片、存儲(chǔ)器芯片、I/O接口芯片和簡(jiǎn)單的I/O設(shè)備（小鍵盤(pán)、LED顯示器）等裝配在一塊印刷電路板上，再配上監(jiān)控程序（固化在ROM中），就構(gòu)成了一臺(tái)單板微型計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)單板機(jī)）。單板機(jī)7

◆單片機(jī)在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口電路，從而構(gòu)成了單芯片微型計(jì)算機(jī)，即單片機(jī)。三種應(yīng)用形態(tài)的比較：?jiǎn)伟鍣C(jī)單片機(jī)系統(tǒng)機(jī)（多板機(jī)）9系統(tǒng)機(jī)（桌面應(yīng)用）屬于通用計(jì)算機(jī)，主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理、辦公自動(dòng)化及輔助設(shè)計(jì)。單片機(jī)（嵌入式應(yīng)用）屬于專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，主要應(yīng)用于智能儀表、智能傳感器、智能家電、智能辦公設(shè)備、汽車(chē)及軍事電子設(shè)備等應(yīng)用系統(tǒng)。

單片機(jī)體積小、價(jià)格低、可靠性高，其非凡的嵌入式應(yīng)用形態(tài)對(duì)于滿(mǎn)足嵌入式應(yīng)用需求具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。101.2單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程及產(chǎn)品近況1.2.1單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程單片機(jī)技術(shù)發(fā)展過(guò)程可分為三個(gè)主要階段：

◆單芯片微機(jī)形成階段

1976年，Intel公司推出了MCS-48系列單片機(jī)。8位CPU、1K字節(jié)ROM、64字節(jié)RAM、27根I/O線(xiàn)和1個(gè)8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。

特點(diǎn)是：存儲(chǔ)器容量較小，尋址范圍?。ú淮笥?K），無(wú)串行接口，指令系統(tǒng)功能不強(qiáng)。

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◆微控制器化階段

特點(diǎn)是：片內(nèi)面向測(cè)控系統(tǒng)外圍電路增強(qiáng)，使單片機(jī)可以方便靈活地用于復(fù)雜的自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)及設(shè)備?！拔⒖刂破鳌钡姆Q(chēng)謂更能反應(yīng)單片機(jī)的本質(zhì)。

1982年，Intel推出MCS-96系列單片機(jī)。芯片內(nèi)集成：16位CPU、8K字節(jié)ROM、232字節(jié)RAM、5個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍64K。片上還有8路10位ADC、1路PWM輸出及高速I(mǎi)/O部件等。131.2.2單片機(jī)產(chǎn)品近況

﹡ATMEL公司融入Flash存儲(chǔ)器技術(shù)的AT89系列；

﹡Philips公司的80C51、80C552系列；

﹡華邦公司的W78C51、W77C51高速低價(jià)系列；

﹡ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列；

﹡LG公司的GMS90/97低壓高速系列；

﹡Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列；

﹡Cygnal公司的C8051F系列高速SOC單片機(jī)。

◆

80C51系列單片機(jī)產(chǎn)品繁多，主流地位已經(jīng)形成，近年來(lái)推出的與80C51兼容的主要產(chǎn)品有：14

◆非80C51結(jié)構(gòu)單片機(jī)新品不斷推出，給用戶(hù)提供了更為廣泛的選擇空間，近年來(lái)推出的非80C51系列的主要產(chǎn)品有：﹡Intel的MCS-96系列16位單片機(jī)；﹡Microchip的PIC系列RISC單片機(jī)；﹡TI的MSP430F系列16位低功耗單片機(jī)。15◆體積小、價(jià)格低、易于產(chǎn)品化

單片機(jī)芯片即是一臺(tái)完整的微型計(jì)算機(jī)，對(duì)于批量大的專(zhuān)用場(chǎng)合，一方面可以在眾多的單片機(jī)品種間進(jìn)行匹配選擇；同時(shí)還可以專(zhuān)門(mén)進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)，使芯片的功能與應(yīng)用具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；在單片機(jī)產(chǎn)品的引腳封裝方面，有的單片機(jī)引腳已減少到8個(gè)或更少。從而使應(yīng)用系統(tǒng)的印制板減小、接插件減少、安裝簡(jiǎn)單方便。171.3.2單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

◆智能儀器儀表

單片機(jī)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，使儀器儀表智能化，同時(shí)還簡(jiǎn)化了儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，從而可以方便地完成儀器儀表產(chǎn)品的升級(jí)換代。如各種智能電氣測(cè)量?jī)x表、智能傳感器等。18◆機(jī)電一體化產(chǎn)品機(jī)電一體化產(chǎn)品是集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的各種機(jī)電產(chǎn)品。單片機(jī)在機(jī)電一體化產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產(chǎn)品如機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)包裝機(jī)、點(diǎn)鈔機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等。19

◆分布式系統(tǒng)的前端模塊

在較復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用分布式測(cè)控系統(tǒng)完成大量的分布參數(shù)的采集。在這類(lèi)系統(tǒng)中，采用單片機(jī)作為分布式系統(tǒng)的前端采集模塊，系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠，數(shù)據(jù)采集方便靈活，成本低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)。21◆家用電器家用電器是單片機(jī)的又一重要應(yīng)用領(lǐng)域，前景十分廣闊。如空調(diào)器、電冰箱、洗衣機(jī)、電飯煲、高檔洗浴設(shè)備、高檔玩具等。

另外，在交通領(lǐng)域中，汽車(chē)、火車(chē)、飛機(jī)、航天器等均有單片機(jī)的廣泛應(yīng)用。如汽車(chē)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、航天測(cè)控系統(tǒng)、黑匣子等

。222.180C51系列概述2.1.1MCS-51系列（1）MCS-51是Intel公司生產(chǎn)的一個(gè)單片機(jī)系列名稱(chēng)。屬于這一系列的單片機(jī)有多種，如：

﹡8051/8751/8031；

﹡8052/8752/8032；

﹡80C51/87C51/80C31

﹡80C52/87C52/80C32等

。

23（3）在功能上，該系列單片機(jī)有基本型和增強(qiáng)型兩大類(lèi)：增強(qiáng)型：8052/8752/803280C52/87C52/80C32基本型：8051/8751/803180C51/87C51/80C3125（4）在片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的配置上，該系列單片機(jī)有三種形式，即掩膜ROM、EPROM和ROMLess(無(wú)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器)。如：﹡80C51有4K字節(jié)的掩膜ROM；﹡87C51有4K字節(jié)的EPROM；﹡80C31在芯片內(nèi)無(wú)程序存儲(chǔ)器。262.1.280C51系列

﹡

Intel的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等；

﹡ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等；

﹡

Philips、華邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司的許多產(chǎn)品。

80C51是MCS-51系列中CHMOS工藝的一個(gè)典型品種；其它廠商以8051為基核開(kāi)發(fā)出的CMOS工藝單片機(jī)產(chǎn)品統(tǒng)稱(chēng)為80C51系列。當(dāng)前常用的80C51系列單片機(jī)主要產(chǎn)品有：27學(xué)單片機(jī)需要具備的條件與以前所學(xué)的知識(shí)關(guān)聯(lián)很少；對(duì)器件的概念基本上是從0開(kāi)始；如果要用C語(yǔ)言編程，需具備一定的C語(yǔ)言基礎(chǔ)；所有人都站在了同一起跑線(xiàn)上；29#include<reg52.h>unsignedcharFlag=0x3f;main(){ P1=0x55;While(1){ if(Flag––==0) { Flag=0x3f; P1=~P1; } }}30 org 0000h jmp main org 0100hmain: mov p1,#55hamain: mov r0,#3fhloop: djnz r0,loop cpl a mov p1,a jmp amain end31

·8位CPU

·4kbytes程序存儲(chǔ)器(ROM)

(52為8K)

·256bytes的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)

（52有384bytes的RAM）

·32條I/O口線(xiàn)

·111條指令，大部分為單字節(jié)指令

·21個(gè)專(zhuān)用寄存器

2.2.2單片機(jī)的主要功能32

·2個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器

·5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)

（52有6個(gè)）

·一個(gè)全雙工串行通信口

·外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間為64kB

·外部程序存儲(chǔ)器尋址空間為64kB

·邏輯操作位尋址功能

·雙列直插40PinDIP封裝

·單一+5V電源供電

332.3.280C51的引腳封裝總線(xiàn)型非總線(xiàn)型3435CPU：由運(yùn)算和控制邏輯組成，同時(shí)還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)；ROM：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格；I/O口：四個(gè)8位并行I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出；T/C：兩個(gè)定時(shí)/記數(shù)器，既可以工作在定時(shí)模式，也可以工作在記數(shù)模式；36五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個(gè)全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高振蕩頻率為12M。37單片機(jī)最小系統(tǒng)38P0~P3：通用I/O口；VCC：電源端，一般接5V；GND：電源地；XTAL1，XTAL2：外接晶體振蕩器，不能超過(guò)24M；需加微調(diào)電容，一般為30pF；RST/VPD：復(fù)位端，平時(shí)為低電平；ALE/PROG：地址鎖存允許信號(hào)端；EA/Vpp：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端；392.2.4控制器1.時(shí)鐘電路（a）內(nèi)部時(shí)鐘電路；（b）HMOS型外部振蕩源(C)CHMOS型外部振蕩源40單片機(jī)工作的基本時(shí)序.機(jī)器周期和指令周期（1）振蕩周期:也稱(chēng)時(shí)鐘周期,是指為單片機(jī)提供時(shí)鐘脈沖信號(hào)的振蕩源的周期。（2）狀態(tài)周期:每個(gè)狀態(tài)周期為時(shí)鐘周期的2倍,是振蕩周期經(jīng)二分頻后得到的。（3）機(jī)器周期:一個(gè)機(jī)器周期包含6個(gè)狀態(tài)周期S1~S6,也就是12個(gè)時(shí)鐘周期。在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi),CPU可以完成一個(gè)獨(dú)立的操作。（4）指令周期:它是指CPU完成一條操作所需的全部時(shí)間。每條指令執(zhí)行時(shí)間都是有一個(gè)或幾個(gè)機(jī)器周期組成。MCS-51系統(tǒng)中,有單周期指令、雙周期指令和四周期指令。411.時(shí)鐘電路引腳：

XTAL1：接外部晶振和微調(diào)電容的一端，在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，該引腳接收振蕩器的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部振蕩器的輸入端。

XTAL2：接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸出端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)懸空。422.控制信號(hào)引腳：RST/VPD:RST是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)此輸入端保持2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。RST引腳的第二功能是備用電源的輸入端。上電復(fù)位按鍵復(fù)位43ALE/PROG:(AddressLatchEnable/Programming)當(dāng)單片機(jī)上電正常工作后，ALE引腳不斷向外輸出正弦脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。CP