第1章單片機(jī)概述

【本章內(nèi)容】本章主要介紹單片機(jī)的基本概念、特點(diǎn)、應(yīng)用與常用系列。【項(xiàng)目①驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)要點(diǎn)】什么是單片機(jī)？

為什么用單片機(jī)來(lái)構(gòu)成應(yīng)用項(xiàng)目中的自動(dòng)打鈴機(jī)控制電路？

①說(shuō)明：凡是書(shū)中提到的“項(xiàng)目”均指該書(shū)附錄A——“一個(gè)單片機(jī)的應(yīng)用項(xiàng)目”，請(qǐng)讀者隨時(shí)參見(jiàn)有關(guān)內(nèi)容。1第1章單片機(jī)概述1.1緒言1.2單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用1.3單片機(jī)的常用系列練習(xí)題END21.1緒言1.1.1什么是單片機(jī)1.1.2單片機(jī)的發(fā)展概況31.1.1什么是單片機(jī)單片機(jī)——是單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱，是一種把中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（ROM、RAM）、輸入/輸出（I/O）接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和中斷控制等部件集成在一塊芯片上而構(gòu)成的單芯片微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)的基本組成如圖1-1所示。單片機(jī)的外形如圖1-2所示。4圖1-1單片機(jī)的基本組成單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與一般微型計(jì)算機(jī)相似，各組成部件也都通過(guò)地址總線（AB）、數(shù)據(jù)總線（DB）和控制總線（CB）進(jìn)行連接，只是所有的部件都被集成封裝在了一塊芯片上而已。5圖1-2雙列直插式封裝的單片機(jī)外形圖為了便于在不同的場(chǎng)合使用，單片機(jī)被制成不同的封裝形式，其中，采用雙列直插式封裝的單片機(jī)外形，如圖1-2所示。

雖然單片機(jī)的外形與一般IC芯片相似，但是麻雀雖小，五臟俱全，由于其內(nèi)部集成了一般微型計(jì)算機(jī)的主要部件，所以，它完全具備了一般微型計(jì)算機(jī)所具有的記憶、判斷、運(yùn)算和控制等主要功能。61.1.2單片機(jī)的發(fā)展概況推出4位單片機(jī)。這是早期的單片機(jī)，集成度不高，CPU一次只能處理4位二進(jìn)制數(shù)，運(yùn)算能力較差，但這種單片機(jī)價(jià)格便宜，對(duì)于控制一般的電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，已經(jīng)具有了必要的控制功能，而且片內(nèi)含有多種I/O接口，根據(jù)不同用途，還可以配備許多專用接口。這一階段的單片機(jī)主要用于家用電器的控制，對(duì)家電產(chǎn)品的革新?lián)Q代起到了重要的推動(dòng)作用。第一階段（1971～1973年）：7第二階段（1974～1982年）：推出8位單片機(jī)。這種單片機(jī)控制能力較強(qiáng)，和4位單片機(jī)相比，它不僅具有較大的存儲(chǔ)容量和尋址范圍，而且片內(nèi)資源，如I/O接口、中斷源、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等都有不同程度的增加，結(jié)構(gòu)體系、指令系統(tǒng)更加完善，性能大大提高，面向控制的特點(diǎn)更加突出，品種齊全，滿足了家用電器、儀器儀表、工業(yè)控制等各種不同領(lǐng)域的應(yīng)用需要。8第三階段（1983年后）：推出16位、32位單片機(jī)。這類單片機(jī)由于CPU位長(zhǎng)的增加，其運(yùn)算能力、運(yùn)算速度遠(yuǎn)高于8位機(jī)，尋址范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，片內(nèi)資源也進(jìn)一步增加，還可以支持高級(jí)語(yǔ)言，控制功能更加強(qiáng)大?？梢杂糜诓捎媚：刂?、變頻調(diào)速等新技術(shù)的家用電器，進(jìn)一步提高家用電器的智能化、自動(dòng)化程度。也可以用于需要較快反應(yīng)速度的實(shí)時(shí)控制、實(shí)時(shí)處理或具有圖像識(shí)別、人工智能的控制系統(tǒng)，給單片機(jī)的應(yīng)用帶來(lái)了更加廣闊的前景。91.2單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用1.2.1單片機(jī)的特點(diǎn)1.2.2單片機(jī)的應(yīng)用101.2.1單片機(jī)的特點(diǎn)單片機(jī)自從問(wèn)世之日起，就開(kāi)始迅速發(fā)展，以獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)、優(yōu)越的性能，得到了廣泛的應(yīng)用，成為了微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支。其主要特點(diǎn)如下。111．控制功能強(qiáng)單片機(jī)是從工業(yè)測(cè)控對(duì)象、環(huán)境、接口的需要出發(fā)，為滿足工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的。所以單片機(jī)的邏輯控制、實(shí)時(shí)控制功能很強(qiáng)，并且具有功能卓著的位操作能力，十分適合在控制領(lǐng)域中應(yīng)用。122．可靠性高由于單片機(jī)的CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口等都集成在一塊芯片上，各組成部件連接緊湊，抗干擾能力強(qiáng)；系統(tǒng)軟件固化在ROM中，不易受到破壞；而且單片機(jī)適應(yīng)溫度范圍寬，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，因而運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。133．通用性好因?yàn)閱纹瑱C(jī)的基本結(jié)構(gòu)與通用微型計(jì)算機(jī)相似，所以對(duì)各種應(yīng)用對(duì)象來(lái)說(shuō)都是通用的。根據(jù)不同的控制對(duì)象，可以搭建成不同的控制電路，只要配以不同的控制程序，就可以滿足各種被控對(duì)象的需要。而且在需要改變功能時(shí)，往往只需要對(duì)軟件進(jìn)行升級(jí)就可以輕易地達(dá)到目的。144．適應(yīng)性廣從20世紀(jì)70年代至今，單片機(jī)已發(fā)展成為一個(gè)品種齊全、型號(hào)多樣、功能豐富的龐大系列產(chǎn)品，能適應(yīng)不同領(lǐng)域、不同產(chǎn)品的應(yīng)用需求，其中大部分產(chǎn)品還具有較好的兼容性，可較容易地對(duì)已開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品進(jìn)行移植或升級(jí)換代。155．?dāng)U展靈活

單片機(jī)具有供擴(kuò)展外部電路用的三總線（DB、AB、CB）結(jié)構(gòu)，能與各種擴(kuò)展芯片進(jìn)行連接，靈活地構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。166．易于嵌入單片機(jī)體積小、重量輕、功耗低、性價(jià)比高，可以很容易地嵌入各種電子設(shè)備中，方便地構(gòu)成嵌入式的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能控制。171.2.2單片機(jī)的應(yīng)用在實(shí)際應(yīng)用中，主要是將單片機(jī)嵌入需要控制的設(shè)備中，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行智能化控制。根據(jù)被控對(duì)象的不同，單片機(jī)大致有如下幾個(gè)方面的應(yīng)用。181．工業(yè)控制單片機(jī)可以用于各種物理量的采集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)的采集和控制均可以利用單片機(jī)方便地實(shí)現(xiàn)。在這類系統(tǒng)中，利用單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器，可以根據(jù)被控對(duì)象的不同特征采用不同的智能算法，實(shí)現(xiàn)期望的控制指標(biāo)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。典型應(yīng)用有電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制，伺服控制，溫度控制，供電，供水系統(tǒng)控制，數(shù)控機(jī)床，自動(dòng)生產(chǎn)線等。192．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，使其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化；同時(shí)還簡(jiǎn)化了儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，有利于儀器儀表的微型化，可以方便地實(shí)現(xiàn)其升級(jí)換代。這方面的主要應(yīng)用如各種智能電氣測(cè)量?jī)x表、智能傳感器、自動(dòng)記錄儀等。203．辦公設(shè)備單片機(jī)用于辦公設(shè)備主要是為了實(shí)現(xiàn)辦公設(shè)備的自動(dòng)化、智能化。這方面的應(yīng)用有電話機(jī)、傳真機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、讀卡機(jī)、考勤機(jī)等。214．家用電器早期沒(méi)有嵌入單片機(jī)的家用電器，大多數(shù)都是通過(guò)人工進(jìn)行控制的，操作麻煩、功能簡(jiǎn)單。而現(xiàn)在所謂的“電腦家電”，實(shí)際上就是應(yīng)用了單片機(jī)進(jìn)行控制的家用電器，如電視機(jī)、影碟機(jī)、洗衣機(jī)、空調(diào)機(jī)、電冰箱、電飯煲、電磁爐、微波爐、高檔廚衛(wèi)設(shè)備、高檔電子玩具、家庭防盜系統(tǒng)等。225．其他領(lǐng)域單片機(jī)在其他領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用，如在交通領(lǐng)域中的汽車控制、信號(hào)燈控制；醫(yī)療領(lǐng)域的醫(yī)療設(shè)備；商業(yè)領(lǐng)域的點(diǎn)鈔機(jī)、收銀機(jī)；軍事領(lǐng)域的制導(dǎo)武器等。綜上所述，目前單片機(jī)的應(yīng)用已普及到了絕大多數(shù)的電子產(chǎn)品，深入到很多領(lǐng)域。23

為什么在應(yīng)用項(xiàng)目中，選用單片機(jī)來(lái)構(gòu)成自動(dòng)打鈴機(jī)的控制電路？

解：因?yàn)榕f式打鈴機(jī)通常是利用分立元件、脈沖數(shù)字電路、組合邏輯電路或配以集成度較低的集成電路來(lái)制作的，需要器件多、設(shè)計(jì)困難、成本高，存在電路復(fù)雜、易出故障、可靠性差、控制精度低等缺點(diǎn)，若要改變?cè)仍O(shè)定的打鈴時(shí)間，就必須通過(guò)跳線改動(dòng)硬件電路才能實(shí)現(xiàn)，而對(duì)于應(yīng)用單片機(jī)控制的打鈴機(jī)，則只需改變單片機(jī)所運(yùn)行的源程序中的時(shí)間參數(shù)便可以很容易地更改打鈴時(shí)間，甚至可以通過(guò)設(shè)置面板編程按鈕，允許用戶即時(shí)改變打鈴時(shí)間，具有電路簡(jiǎn)單、使用方便、控制精確、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)?！卷?xiàng)目應(yīng)用】241.3單片機(jī)的常用系列1.3.1單片機(jī)的主要廠商和機(jī)型1.3.2MCS-51系列單片機(jī)251.3.1單片機(jī)的主要廠商和機(jī)型生產(chǎn)廠商產(chǎn)品系列IntelMCS-48、MCS-51、MCS-96系列ATMELAT89系列、AVR系列HitachiHD系列、SH系列MotorolaMC系列MicrochipPCI系列Philips80C51系列ZilogZ8系列、SUPER8系列261.3.2MCS-51系列單片機(jī)27MCS-51系列單片機(jī)的3種片內(nèi)ROM配置掩膜ROM：由廠家用掩膜工藝把應(yīng)用程序?qū)懭肫瑑?nèi)ROM中，用戶無(wú)法自行改變片內(nèi)程序，適宜批量生產(chǎn)，不適宜研發(fā)。EPROM：可以由用戶通過(guò)編程器將應(yīng)用程序?qū)懭肫瑑?nèi)EPROM，并且可以重復(fù)擦寫(xiě)，適宜在研究和試驗(yàn)階段使用。片內(nèi)無(wú)ROM：這種單片機(jī)必須外接ROM芯片作為程序存儲(chǔ)器，其容量可