单片机概述总结计划汇报设计纯word可编辑

1第第1 1章章 单片机概述单片机概述2内容概要内容概要介绍单片机根底知识、开展历史、应用领域以及开展趋势。介绍单片机根底知识、开展历史、应用领域以及开展趋势。8 8位单片机主流机型，较大市场份额的位单片机主流机型，较大市场份额的MCS-51MCS-51系列单片机及系列单片机及其兼容的单片机统称为其兼容的单片机统称为5151单片机单片机对目前流行的对目前流行的5151单片机的代表性机型：美国单片机的代表性机型：美国ATMELATMEL公司的公司的AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列单片机及代表性产品系列单片机及代表性产品AT89S51AT89S51详细介详细介绍。绍。简要介绍其它类型的单片机。简要介绍其它类型的单片机。初步了解嵌入式处理器：单片机，数字信号处理器初步了解嵌入式处理器：单片机，数字信号处理器DSPDSP、嵌入式微处理器嵌入式微处理器32020世纪世纪7070年代问世，广泛用在工业自动化、自动检测与控制、年代问世，广泛用在工业自动化、自动检测与控制、智能仪器仪表、机电一体化设备、汽车电子、家用电器等各智能仪器仪表、机电一体化设备、汽车电子、家用电器等各个方面。什么是单片机？个方面。什么是单片机？1.1 1.1 什么是单片机什么是单片机一片半导体硅片集成：中央处理单元一片半导体硅片集成：中央处理单元CPUCPU、存储器、存储器RAMRAM、ROMROM、并行、并行I/OI/O、串行、串行I/OI/O、定时器、定时器/计数器、中断系统、系计数器、中断系统、系统时钟电路及系统总线的微型计算机。统时钟电路及系统总线的微型计算机。具有微型计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单具有微型计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。片机。4主要应用于测控领域。单片机使用时，通常是处于测控系统主要应用于测控领域。单片机使用时，通常是处于测控系统的核心地位并嵌入其中，所以国际上通常把单片机称为嵌的核心地位并嵌入其中，所以国际上通常把单片机称为嵌入式控制器入式控制器EMCUEMCU，Embedded MicroController UnitEmbedded MicroController Unit，或微控制器或微控制器MCUMCU，MicroController UnitMicroController Unit。我国习惯。我国习惯于使用于使用“单片机这一名称。单片机这一名称。单片机是计算机技术开展史上的一个重要里程碑，标志着计单片机是计算机技术开展史上的一个重要里程碑，标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。分支。单片机体积小、本钱低，嵌入到工业控制单元、机器人、智单片机体积小、本钱低，嵌入到工业控制单元、机器人、智能仪器仪表、汽车电子系统、武器系统、家用电器、办公能仪器仪表、汽车电子系统、武器系统、家用电器、办公自动化设备、金融电子系统、玩具、个人信息终端及通讯自动化设备、金融电子系统、玩具、个人信息终端及通讯产品中。产品中。5按照其用途可分为通用型和专用型两大类。按照其用途可分为通用型和专用型两大类。1 1通用型单片机：其内部可开发的资源如存储器、通用型单片机：其内部可开发的资源如存储器、I/OI/O等各种外围功能部件等可全部提供给用户。等各种外围功能部件等可全部提供给用户。用户根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核心，再配用户根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核心，再配以外围接口电路及其它外围设备，并编写相应的软件来满以外围接口电路及其它外围设备，并编写相应的软件来满足各种不同需要的测控系统。通常所说的和本书介绍的是足各种不同需要的测控系统。通常所说的和本书介绍的是指通用型单片机。指通用型单片机。2 2专用型单片机：专门针对某些产品的特定用途而制作专用型单片机：专门针对某些产品的特定用途而制作的单片机。的单片机。例如，各种家用电器中的控制器等。由于特定用途，单片机例如，各种家用电器中的控制器等。由于特定用途，单片机芯片制造商常与产品厂家合作，设计和生产芯片制造商常与产品厂家合作，设计和生产“专用的单专用的单片机芯片。片机芯片。由于在设计中，已经对由于在设计中，已经对“专用单片机的系统结构最简化、专用单片机的系统结构最简化、可靠性和本钱的最正确化等方面都做了全面的综合考虑，可靠性和本钱的最正确化等方面都做了全面的综合考虑，“专用单片机具有十清楚显的综合优势。专用单片机具有十清楚显的综合优势。无论无论“专用单片机在用途上有多么专用单片机在用途上有多么“专，根本结构和工专，根本结构和工作原理都是以通用单片机为根底。作原理都是以通用单片机为根底。61.2 1.2 单片机的开展历史单片机的开展历史按处理的二进制位数主要分为：按处理的二进制位数主要分为：4 4位单片机、位单片机、8 8位单片机、位单片机、1616位单片机和位单片机和3232位单片机。位单片机。开展大致分为开展大致分为4 4个阶段。个阶段。第一阶段第一阶段19741974年年19761976年：初级阶段。因工艺限制，采年：初级阶段。因工艺限制，采用双片的形式用双片的形式,且功能较简单。且功能较简单。19741974年年1212月，仙童公司推月，仙童公司推出了出了8 8位的位的F8F8单片机，实际上只包括了单片机，实际上只包括了8 8位位CPUCPU、64B RAM64B RAM和和2 2个并行口。个并行口。第二阶段第二阶段19761976年年19781978年：低性能单片机阶段。年：低性能单片机阶段。19761976年年 Intel Intel的的MCS-48MCS-48单片机单片机8 8位极大地促进了单片机的变革位极大地促进了单片机的变革7和开展，和开展，19771977年年GIGI公司推出了公司推出了PIC1650PIC1650，但这个阶段仍处于，但这个阶段仍处于低性能阶段。低性能阶段。第三阶段第三阶段19781978年年19831983年：高性能单片机阶段。年：高性能单片机阶段。19781978年，年，ZilogZilog公司推出公司推出Z8Z8单片机，单片机，19801980年，年，IntelIntel公司在公司在MCS-48MCS-48系系列根底上推出列根底上推出MCS-51MCS-51系列，系列，MortorolaMortorola推出推出68016801单片机。单片机。使单片机的性能及应用跃上新的台阶。使单片机的性能及应用跃上新的台阶。此后，各公司的此后，各公司的8 8位单片机迅速开展。推出的单片机普遍带位单片机迅速开展。推出的单片机普遍带有串行有串行I/OI/O口、多级中断系统、口、多级中断系统、1616位定时器位定时器/计数器，片内计数器，片内ROMROM、RAMRAM容量加大，且寻址范围可达容量加大，且寻址范围可达64KB64KB，有的片内还带，有的片内还带有有A/DA/D转换器。由于这类单片机的性能价格比高，所以被转换器。由于这类单片机的性能价格比高，所以被广泛应用，是目前应用数量最多的单片机。广泛应用，是目前应用数量最多的单片机。8第四阶段第四阶段19831983年现在：年现在：8 8位单片机稳固开展及位单片机稳固开展及1616位单位单片机、片机、3232位单片机推出阶段。位单片机推出阶段。1616位典型产品位典型产品IntelIntel公司的公司的MCS-96MCS-96系列单片机。而系列单片机。而3232位单片位单片机除了具有更高的集成度外，其数据处理速度比机除了具有更高的集成度外，其数据处理速度比1616位单片位单片机提高许多，性能比机提高许多，性能比8 8位、位、1616位单片机更加优越。位单片机更加优越。2020世纪世纪9090年代单片机制造业大开展时期，年代单片机制造业大开展时期，MortorolaMortorola、IntelIntel、ATMELATMEL、德州仪器、德州仪器TITI、三菱、日立、飞利浦、三菱、日立、飞利浦、LGLG等公等公司开发一大批性能优越的单片机，极大推动单片机的应用。司开发一大批性能优越的单片机，极大推动单片机的应用。近年，又有不少新型的高集成度的单片机产品涌现出来，近年，又有不少新型的高集成度的单片机产品涌现出来，出现了产品丰富多彩的局面。目前，除出现了产品丰富多彩的局面。目前，除8 8位单片机得到广位单片机得到广泛应用外，泛应用外，1616位单片机、位单片机、3232位单片机也得到广阔用户青睐。位单片机也得到广阔用户青睐。91.3 1.3 单片机的特点单片机的特点单片机是集成电路技术与微型计算机技术高速开展的产物。单片机是集成电路技术与微型计算机技术高速开展的产物。体积小、价格低、应用方便、稳定可靠，因此，给工业自体积小、价格低、应用方便、稳定可靠，因此，给工业自动化等领域带来了一场重大革命和技术进步。动化等领域带来了一场重大革命和技术进步。由于体积小，很容易地嵌入到系统之中，以实现各种方式的由于体积小，很容易地嵌入到系统之中，以实现各种方式的检测、计算或控制，这一点，一般微机根本做不到。检测、计算或控制，这一点，一般微机根本做不到。由于单片机本身就是一个微型计算机，因此只要在单片机的由于单片机本身就是一个微型计算机，因此只要在单片机的外部适当增加一些必要的外围扩展电路，就可以灵活地构外部适当增加一些必要的外围扩展电路，就可以灵活地构成各种应用系统，如工业自动检测监视系统、数据采集系成各种应用系统，如工业自动检测监视系统、数据采集系统、自动控制系统、智能仪器仪表等。统、自动控制系统、智能仪器仪表等。10为什么应用广泛？具有以下优点：为什么应用广泛？具有以下优点：1 1简单方便，易于普及。单片机技术是易掌握技术。应简单方便，易于普及。单片机技术是易掌握技术。应用系统设计、组装、调试已经是容易的事情，工程技术用系统设计、组装、调试已经是容易的事情，工程技术人员通过学习可很快掌握其应用设计技术。人员通过学习可很快掌握其应用设计技术。2 2功能齐全，应用可靠，抗干扰能力强。功能齐全，应用可靠，抗干扰能力强。3 3开展迅速，前景广阔。短短几十年，单片机经过开展迅速，前景广阔。短短几十年，单片机经过4 4位位机、机、8 8位机、位机、1616位机、位机、3232位机等几大开展阶段。尤其是集位机等几大开展阶段。尤其是集成度高、功能日臻完善的单片机不断问世，使单片机在成度高、功能日臻完善的单片机不断问世，使单片机在工业控制及工业自动化领域获得长足开展和大量应用。工业控制及工业自动化领域获得长足开展和大量应用。目前，单片机内部结构愈加完美，片内外围功能部件越目前，单片机内部结构愈加完美，片内外围功能部件越来越完善，一片芯片就是一个应用系统。为更高层次和来越完善，一片芯片就是一个应用系统。为更高层次和更大规模的开展奠定坚实的根底。更大规模的开展奠定坚实的根底。114 4嵌入容易，用途广泛，体积小、性能价格比高，应用嵌入容易，用途广泛，体积小、性能价格比高，应用灵活性强等特点在嵌入式微控制系统中具有十分重要的地灵活性强等特点在嵌入式微控制系统中具有十分重要的地位。位。单片机出现前，制作一套测控系统，大量的模拟电路、数字单片机出现前，制作一套测控系统，大量的模拟电路、数字电路、分立元件完成，以实现计算、判断和控制功能。系电路、分立元件完成，以实现计算、判断和控制功能。系统的体积庞大，线路复杂，连接点多，易出现故障。统的体积庞大，线路复杂，连接点多，易出现故障。单片机出现后，测控功能的绝大局部由单片机的软件程序实单片机出现后，测控功能的绝大局部由单片机的软件程序实现，其它电子线路那么由片内的外围功能部件来替代。现，其它电子线路那么由片内的外围功能部件来替代。1.4 1.4 单片机的应用单片机的应用软硬件结合、体积小，容易嵌入到各种应用系统中。得到广软硬件结合、体积小，容易嵌入到各种应用系统中。得到广泛应用。泛应用。121 1工业检测与控制工业检测与控制主要应用：工业过程控制、智能控制、设备控制、数据采集主要应用：工业过程控制、智能控制、设备控制、数据采集和传输、测试、测量、监控等。在工业自动化的领域中，和传输、测试、测量、监控等。在工业自动化的领域中，机电一体化技术将发挥愈来愈重要的作用，在这种集机械、机电一体化技术将发挥愈来愈重要的作用，在这种集机械、微电子和计算机技术为一体的综合技术如机器人技术微电子和计算机技术为一体的综合技术如机器人技术中，单片机发挥着非常重要的作用。中，单片机发挥着非常重要的作用。2 2仪器仪表仪器仪表目前对仪器仪表的自动化和智能化要求越来越高。单片机的目前对仪器仪表的自动化和智能化要求越来越高。单片机的使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减小体积而易于携带和使用，加速仪器仪表向数字化、智能小体积而易于携带和使用，加速仪器仪表向数字化、智能化、多功能化方向开展。化、多功能化方向开展。133 3消费类电子产品消费类电子产品例如，洗衣机、电冰箱、空调机、电风扇、电视机、微波炉、例如，洗衣机、电冰箱、空调机、电风扇、电视机、微波炉、加湿机、消毒柜等。嵌入了单片机后，功能和性能大大提加湿机、消毒柜等。嵌入了单片机后，功能和性能大大提高，并实现智能化、最优化控制。高，并实现智能化、最优化控制。4 4通信通信在调制解调器、各类在调制解调器、各类 、机、程控机、程控 交换机、信息网交换机、信息网络及各种通讯设备中，单片机也已经得到广泛应用。络及各种通讯设备中，单片机也已经得到广泛应用。5 5武器装备武器装备在现代化的武器装备中，如飞机、军舰、坦克、导弹、鱼雷在现代化的武器装备中，如飞机、军舰、坦克、导弹、鱼雷制导、智能武器装备、航天飞机导航系统，都有单片机嵌制导、智能武器装备、航天飞机导航系统，都有单片机嵌入其中。入其中。146 6各种终端及计算机外部设备各种终端及计算机外部设备计算机网络终端如银行终端以及计算机外部设备如打计算机网络终端如银行终端以及计算机外部设备如打印机、硬盘驱动器、绘图机、印机、硬盘驱动器、绘图机、机、复印机等中都使机、复印机等中都使用了单片机作为控制器。用了单片机作为控制器。7 7汽车电子设备汽车电子设备已经广泛地应用在各种汽车电子设备中，如汽车平安系统、已经广泛地应用在各种汽车电子设备中，如汽车平安系统、汽车信息系统、智能自动驾驶系统、卫星汽车导航系统、汽车信息系统、智能自动驾驶系统、卫星汽车导航系统、汽车紧急请求效劳系统、汽车防撞监控系统、汽车自动诊汽车紧急请求效劳系统、汽车防撞监控系统、汽车自动诊断系统以及汽车黑匣子等。断系统以及汽车黑匣子等。8 8分布式多机系统分布式多机系统在较复杂多节点的测控系统中，常采用分布式多机系统。在较复杂多节点的测控系统中，常采用分布式多机系统。15一般由假设干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任一般由假设干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。在这种系统务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。在这种系统中，单片机往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点中，单片机往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。上，对现场信息进行实时的测量和控制。从工业自动化、自动控制、智能仪器仪表、消费类电子产品从工业自动化、自动控制、智能仪器仪表、消费类电子产品等方面，直到国防尖端技术领域，单片机都发挥着十分重等方面，直到国防尖端技术领域，单片机都发挥着十分重要的作用。要的作用。1.5 1.5 单片机的开展趋势单片机的开展趋势单片机的开展趋势将是向大容量、高性能化，外围电路内装单片机的开展趋势将是向大容量、高性能化，外围电路内装化等方面开展。为满足不同用户的要求，各公司竞相推出化等方面开展。为满足不同用户的要求，各公司竞相推出能满足不同需要的产品。能满足不同需要的产品。1 1CPUCPU的改进的改进1 1增加增加CPUCPU数据总线宽度。例如，各种数据总线宽度。例如，各种1616位单片机和位单片机和3232位位单片机，数据处理能力要优于单片机，数据处理能力要优于8 8位单片机。另外，位单片机。另外，8 8位单片位单片机内部采用机内部采用1616位数据总线，其数据处理能力明显优于一般位数据总线，其数据处理能力明显优于一般8 8位单片机。位单片机。2 2采用双采用双CPUCPU结构，以提高数据处理能力。结构，以提高数据处理能力。172 2存储器的开展存储器的开展1 1片内程序存储器普遍采用闪烁片内程序存储器普遍采用闪烁FlashFlash存储器。可不存储器。可不用外扩展程序存储器，简化系统结构。目前有的单片机片内用外扩展程序存储器，简化系统结构。目前有的单片机片内程序存储器容量可达程序存储器容量可达128KB128KB甚至更多。甚至更多。2 2加大片内数据存储容量，以满足动态存储的需要。加大片内数据存储容量，以满足动态存储的需要。3 3片内片内I/OI/O的改进的改进1 1增加并行口驱动能力，以减少外部驱动芯片。有的单增加并行口驱动能力，以减少外部驱动芯片。有的单片机可以直接输出大电流和高电压，以便能直接驱动片机可以直接输出大电流和高电压，以便能直接驱动LEDLED和和VFDVFD荧光显示器。荧光显示器。2 2有些单片机设置了一些特殊的串行有些单片机设置了一些特殊的串行I/OI/O功能，为构成分功能，为构成分布式、网络化系统提供方便条件。布式、网络化系统提供方便条件。183 3引入数字交叉开关，改变了以往片内外设与外部引入数字交叉开关，改变了以往片内外设与外部I/OI/O引引脚的固定对应关系。脚的固定对应关系。交叉开关是一个大的数字开关网络，可通过编程设置交叉开交叉开关是一个大的数字开关网络，可通过编程设置交叉开关控制存放器，将片内的计数器关控制存放器，将片内的计数器/定时器、串行口、中断定时器、串行口、中断系统、系统、A/DA/D转换器等片内外设灵活配置出现在端口转换器等片内外设灵活配置出现在端口I/OI/O引脚引脚。这就允许用户根据自己的特定应用，将内部外设资源分。这就允许用户根据自己的特定应用，将内部外设资源分配给端口配给端口I/OI/O引脚。引脚。4 4低功耗化低功耗化CMOSCMOS化，功耗小，配置有等待状态、睡眠状态、关闭状态等化，功耗小，配置有等待状态、睡眠状态、关闭状态等工作方式。消耗电流仅在工作方式。消耗电流仅在A A或或nAnA量级，适于电池供电的便量级，适于电池供电的便携式、手持式的仪器仪表以及其它消费类电子产品。携式、手持式的仪器仪表以及其它消费类电子产品。5 5外设电路内装化外设电路内装化众多外围电路集成在片内，系统的单片化是目前开展趋势之众多外围电路集成在片内，系统的单片化是目前开展趋势之一。例如，美国一。例如，美国CygnalCygnal公司的公司的C8051F020 8C8051F020 8位单片机，内位单片机，内部采用流水线结构，大局部指令的完成时间为部采用流水线结构，大局部指令的完成时间为1 1或或2 2个时钟个时钟周期，峰值处理能力为周期，峰值处理能力为25MIPS25MIPS。片上集成有。片上集成有8 8通道通道A/DA/D、两、两路路D/AD/A、两路电压比较器，内置温度传感器、定时器、可、两路电压比较器，内置温度传感器、定时器、可编程数字交叉开关和编程数字交叉开关和6464个通用个通用I/OI/O口、电源监测、口、电源监测、20看门狗、多种类型的串行接口两个看门狗、多种类型的串行接口两个UARTUART、SPISPI等。一片等。一片芯片就是一个芯片就是一个“测控系统。测控系统。6 6编程及仿真的简单化编程及仿真的简单化目前大多数的单片机都支持程序的在线编程，也称在系统编目前大多数的单片机都支持程序的在线编程，也称在系统编程程ISPIn System ProgramISPIn System Program，只需一条，只需一条ISPISP并口下载并口下载线，就可以把仿真调试通过的程序从线，就可以把仿真调试通过的程序从PCPC写入单片机的写入单片机的FlashFlash存储器内，省去编程器。某些机型还支持在线应用存储器内，省去编程器。某些机型还支持在线应用编程编程IAPIAP，可在线升级或销毁单片机的应用程序，省，可在线升级或销毁单片机的应用程序，省去了仿真器。去了仿真器。21综上所述，单片机正在向多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、低价格几元钱、外设电路内装化以及片内程序存储器、数据存储器容量不断增大的方向开展。7实时操作系统的使用51单片机可配置实时操作系统RTX51。RTX51是一个针对8051系列的多任务内核。从本质上简化了对实时事件反响速度要求较高的复杂应用的系统设计、编程和调试。RTX51实时内核完全集成到C51编译器中，使用简单方便。1.6 MCS-511.6 MCS-51系列与系列与AT89C5xAT89C5x系列单片机系列单片机2020世纪世纪8080年代以来，单片机的开展非常迅速，世界上一些著名年代以来，单片机的开展非常迅速，世界上一些著名厂商投放市场的产品就有数百个机型，其中厂商投放市场的产品就有数百个机型，其中IntelIntel公司的公司的MCS-51MCS-51系列单片机是一款设计成功、易于掌握并在世界范围系列单片机是一款设计成功、易于掌握并在世界范围得到广泛使用的机型。得到广泛使用的机型。231.6.1 MCS-511.6.1 MCS-51系列单片机系列单片机MCSMCS是是IntelIntel公司生产的单片机的系列符号，公司生产的单片机的系列符号，MCS-51MCS-51系列单片系列单片机是机是IntelIntel公司在公司在MCS-48MCS-48系列的根底上于系列的根底上于2020世纪世纪8080年代初年代初开展起来的，是最早进入我国，并在我国应用最为广泛的开展起来的，是最早进入我国，并在我国应用最为广泛的单片机机型之一，也是单片机应用的主流品种。单片机机型之一，也是单片机应用的主流品种。MCS-51MCS-51系列单片机主要包括根本型产品系列单片机主要包括根本型产品80318031、80518051、87518751对应的低功耗型对应的低功耗型80C3180C31、80C5180C51、87C5187C51和增强型产品和增强型产品80328032、80528052、87528752。241.1.根本型根本型典型产品：典型产品：8031/8051/87518031/8051/8751。80318031内部包括内部包括1 1个个8 8位位CPUCPU、128B RAM128B RAM，2121个特殊功能存放器个特殊功能存放器SFRSFR、4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O口、口、1 1个全双工串行口，个全双工串行口，2 2个个1616位位定时器定时器/计数器，计数器，5 5个中断源，但片内无程序存储器，需外个中断源，但片内无程序存储器，需外扩程序存储器芯片。扩程序存储器芯片。8051805180518051是在是在80318031的根底上，片内又集成有的根底上，片内又集成有4KB ROM4KB ROM作为程作为程序存储器。所以序存储器。所以80518051是一个程序不超过是一个程序不超过4KB4KB的小系统。的小系统。ROMROM内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的，主要用在内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的，主要用在程序已定且批量大的单片机产品中。程序已定且批量大的单片机产品中。87518751与与80518051相比，片内集成的相比，片内集成的4KB4KB的的EPROMEPROM取代了取代了80518051的的4KB4KB ROMROM来作为程序存储器，构成了一个程序不大于来作为程序存储器，构成了一个程序不大于4KB4KB的的25小系统。用户可将程序固化在小系统。用户可将程序固化在EPROMEPROM中，中，EPROMEPROM中的内容可反中的内容可反复擦写修改。复擦写修改。80318031外扩一片外扩一片4KB4KB的的EPROMEPROM就相当于一个就相当于一个87518751。2.2.增强型增强型 Intel Intel公司在根本型根底上，推出增强型公司在根本型根底上，推出增强型-52-52子系列，典子系列，典型产品：型产品：8032/8052/87528032/8052/8752。内部。内部RAMRAM增到增到256B256B，80528052、片内、片内程序存储器扩展到程序存储器扩展到8KB8KB，1616位定时器位定时器/计数器增至计数器增至3 3个，个，6 6个中个中断源，串行口通信速率大大提高。断源，串行口通信速率大大提高。表表1-11-1列出了根本型和增强型的列出了根本型和增强型的MCS-51MCS-51系列单片机片内系列单片机片内的根本硬件资源。的根本硬件资源。261.6.2 AT891.6.2 AT89系列单片机系列单片机 MCS-51 MCS-51系列单片机的代表性产品为系列单片机的代表性产品为80518051，其他单片机都，其他单片机都是在是在80518051的根底上进行了功能的增减。的根底上进行了功能的增减。20 20世纪世纪8080年代中期以后，年代中期以后，IntelIntel公司已把精力集中在高公司已把精力集中在高档档CPUCPU芯片的研发上，逐渐淡出单片机芯片的开发和生产。芯片的研发上，逐渐淡出单片机芯片的开发和生产。由于由于MCS-51MCS-51系列单片机设计上的成功，以及较高的市场占有系列单片机设计上的成功，以及较高的市场占有率，以率，以MCS-51MCS-51技术核心为主导的单片机已经成为许多厂家、技术核心为主导的单片机已经成为许多厂家、电气公司竞相选用的对象，并以此为基核。因此，电气公司竞相选用的对象，并以此为基核。因此，IntelIntel公公司以专利转让或技术交换的形式把司以专利转让或技术交换的形式把80518051的内核技术转让给了的内核技术转让给了许多半导体芯片生产厂家，如：许多半导体芯片生产厂家，如：29给给ATMELATMEL、PhilipsPhilips、CygnalCygnal、ANALOGANALOG、LGLG、ADIADI、MaximMaxim、DALLASDALLAS等公司。等公司。这些公司生产的兼容机均采用这些公司生产的兼容机均采用80518051的内核结构、指令系统相同，的内核结构、指令系统相同，采用采用CMOSCMOS工艺；有的公司还在工艺；有的公司还在80518051内核的根底上又增加了一内核的根底上又增加了一些功能模块，其集成度更高，更有特点，功能和市场竞争力些功能模块，其集成度更高，更有特点，功能和市场竞争力更强。人们常用更强。人们常用80C5180C51来称呼所有这些具有来称呼所有这些具有80518051内核使用内核使用80518051指令系统的单片机，也习惯把这些兼容机等各种衍生品种统指令系统的单片机，也习惯把这些兼容机等各种衍生品种统称为称为5151单片机。单片机。30 近年来，世界上单片机芯片生产厂商推出的与近年来，世界上单片机芯片生产厂商推出的与8051805180C5180C51兼容的主要产品如表兼容的主要产品如表1-21-2所示。所示。在众多的与在众多的与MCS-51MCS-51单片机兼容的各种根本型、增强型、扩展单片机兼容的各种根本型、增强型、扩展型等衍生机型中，美国型等衍生机型中，美国ATMELATMEL公司推出的公司推出的AT89AT89系列，尤其系列，尤其是该系列中的是该系列中的AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x单片机在我国目前的单片机在我国目前的8 8位单位单片机市场中占有较大的份额。片机市场中占有较大的份额。ATMELATMEL公司是美国公司是美国2020世纪世纪8080年代中期成立并开展起来的半导年代中期成立并开展起来的半导体公司。该公司于体公司。该公司于19941994年以年以E2PROME2PROM技术与技术与IntelIntel公司的公司的80C5180C51内核的使用权进行交换。内核的使用权进行交换。ATMELATMEL公司的技术优势是其公司的技术优势是其闪烁闪烁FlashFlash存储器技术，将存储器技术，将FlashFlash技术与技术与80C5180C51内核相内核相结合，形成了片内带有结合，形成了片内带有FlashFlash存储器的存储器的AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系系列单片机。列单片机。31AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列单片机与系列单片机与MCS-51MCS-51系列单片机在原有功系列单片机在原有功能、引脚以及指令系统方面完全兼容，该系列单片机中的能、引脚以及指令系统方面完全兼容，该系列单片机中的某些品种又增加了一些新的功能，如看门狗定时器某些品种又增加了一些新的功能，如看门狗定时器WDTWDT、ISPISP在系统编程，也称在线编程及在系统编程，也称在线编程及SPISPI串行接口技术等。串行接口技术等。片内片内FlashFlash存储器允许在线存储器允许在线+5V+5V电擦除、使用编程器或电擦除、使用编程器或串行下载写入对其重复编程。串行下载写入对其重复编程。另外，另外，AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x还支持由软件选择的两种节电工作还支持由软件选择的两种节电工作方式，非常适于电池供电或其他要求低功耗的场合。方式，非常适于电池供电或其他要求低功耗的场合。AT89S51AT89S51 与与MCS-51MCS-51 系列中的系列中的87C5187C51相比，片内的相比，片内的4KB Flash4KB Flash存储器取代了存储器取代了87C5187C51片内的片内的4KB4KB的的EPROMEPROM。AT89S51AT89S51片内的片内的4KB Flash4KB Flash存储器可在线编程或使用编程器重复编程，存储器可在线编程或使用编程器重复编程，32且其价格较低，因此且其价格较低，因此AT89S5xAT89S5x单片机是目前取代单片机是目前取代MCS-51MCS-51系列系列单片机的主要芯片之一。本书重点介绍单片机的主要芯片之一。本书重点介绍AT89S51AT89S51单片机的单片机的工作原理及应用设计。工作原理及应用设计。AT89S5xAT89S5x的的“S“S档系列机型是档系列机型是ATMELATMEL公司继公司继AT89C5xAT89C5x系列之后系列之后推出的新机型，推出的新机型，“S“S表示含有串行下载的表示含有串行下载的FlashFlash存储器，存储器，代表性产品为代表性产品为AT89S51AT89S51和和AT89S52AT89S52。由于。由于AT89C51AT89C51单片机已单片机已不再生产，原来使用不再生产，原来使用AT89C51AT89C51单片机的系统，在保存原来单片机的系统，在保存原来软硬件的条件下，完全可以用软硬件的条件下，完全可以用AT89S51AT89S51直接代换。直接代换。与与AT89C5xAT89C5x系列相比，系列相比，AT89S5xAT89S5x系列的时钟频率以及运算速度系列的时钟频率以及运算速度有了较大的提高。例如，有了较大的提高。例如，AT89C51AT89C51工作频率的上限为工作频率的上限为24MHz24MHz，而而AT89S51AT89S51那么为那么为33MHz33MHz。AT89S51AT89S51片内集成有双数据指针片内集成有双数据指针DPTRDPTR，看门狗定时器、具有低功耗空闲工作方式和掉电工，看门狗定时器、具有低功耗空闲工作方式和掉电工作方式。目前，作方式。目前，AT89S5xAT89S5x系列已经逐渐取代了系列已经逐渐取代了AT89C5xAT89C5x系列。系列。尽管尽管AT89S5xAT89S5x系列单片机有多种机型，但是掌握好根本型系列单片机有多种机型，但是掌握好根本型AT89S51AT89S51单片机是十分重要的，因为它们是具有单片机是十分重要的，因为它们是具有80518051内核内核的各种型号单片机的根底，最具典型性和代表性，同时也的各种型号单片机的根底，最具典型性和代表性，同时也是各种增强型、扩展型等衍生品种的根底。是各种增强型、扩展型等衍生品种的根底。34在我国，除了在我国，除了8 8位单片机得到广泛应用外，一些厂家的位单片机得到广泛应用外，一些厂家的1616位位单片机也得到了广阔用户的青睐。例如，美国单片机也得到了广阔用户的青睐。例如，美国TITI公司的公司的1616位的位的MSP430MSP430系列单片机。这些单片机本身带有系列单片机。这些单片机本身带有A/DA/D转换器，转换器，一片芯片就构成了一个数据采集系统。用户设计使用非常一片芯片就构成了一个数据采集系统。用户设计使用非常方便。尽管这样，方便。尽管这样，1616位单片机还远远没有位单片机还远远没有8 8位单片机应用位单片机应用的那样广泛和普及，这是因为目前在单片机的大多数应用的那样广泛和普及，这是因为目前在单片机的大多数应用场合中，场合中，8 8位单片机所具有的性能已经能够满足大局部的位单片机所具有的性能已经能够满足大局部的实际需求，况且实际需求，况且8 8位单片机的性价比也较好。在众多厂家位单片机的性价比也较好。在众多厂家生产的各种不同的生产的各种不同的8 8位单片机中，位单片机中，5151单片机目前仍然是单片机目前仍然是8 8位位单片机的主流品种，在最近假设干年内仍是自动化、机电单片机的主流品种，在最近假设干年内仍是自动化、机电一体化、仪器仪表、工业检测控制应用的主角。一体化、仪器仪表、工业检测控制应用的主角。351.6.3 AT891.6.3 AT89系列单片机的型号说明系列单片机的型号说明AT89S5xAT89S5x系列单片机编码由三局部组成，它们是前缀、型号和系列单片机编码由三局部组成，它们是前缀、型号和后缀。后缀。格式为：格式为：AT89CAT89C 其中，其中，ATAT是前缀，是前缀，89C89C是型号，是后缀。下是型号，是后缀。下面分别对这三局部进行说明。面分别对这三局部进行说明。1 1前缀前缀由字母由字母“AT“AT组成，表示该器件是组成，表示该器件是ATMELATMEL公司的产品。公司的产品。2 2型号型号由由“89C“89C或或“89LV“89LV或或“89S“89S等等表示。表示。36“89C“89C中，中，8 8表示单片，表示单片，9 9表示内部含有表示内部含有FlashFlash存储存储器，器，C C表示表示CMOSCMOS产品。产品。“89LV“89LV中，中，LVLV表示低电压产品，可在表示低电压产品，可在2.5V2.5V电压下电压下工作，其他的产品在工作，其他的产品在5V5V下工作。下工作。“89S“89S中，中，S S表示含有串行下载的表示含有串行下载的FlashFlash存储器。存储器。后后4 4位的位的“表示器件的型号，如表示器件的型号，如5151、5252、20512051、80528052等。等。3 3后缀后缀由最后的由最后的“4 4个参数组成，每个参数的表示意义个参数组成，每个参数的表示意义不同。在型号与后缀局部由不同。在型号与后缀局部由“号隔开。号隔开。后缀中的第后缀中的第1 1个个“表示速度，意义如下：表示速度，意义如下：x=12，表示速度为，表示速度为12MHz；x=16，表示速度为，表示速度为16MHz；x=20，表示速度为，表示速度为20MHz；x=24，表示速度为，表示速度为24MHz。后缀中的第后缀中的第2个个“表示封装，意义如下：表示封装，意义如下：x=P，表示塑料双列直插，表示塑料双列直插DIP封装；封装；x=D，表示陶瓷封装；，表示陶瓷封装；x=Q，表示，表示PQFP封装；封装；x=J，表示，表示PLV封装；封装；x=A，表示，表示TQFP封装；封装；x=S，表示，表示SOIC封装；封装；x=W，表示裸芯片。，表示裸芯片。38后缀中的第后缀中的第3个个“表示芯片的温度范围，意义如下：表示芯片的温度范围，意义如下：x=C，表示商业用产品，温度范围为，表示商业用产品，温度范围为0+70；x=I，表示工业用产品，温度范围为，表示工业用产品，温度范围为40+85；x=A，表示汽车用产品，温度范围为，表示汽车用产品，温度范围为40+125；x=M，表示军用产品，温度范围为，表示军用产品，温度范围为55+150；后缀中的第后缀中的第4个个“用于说明产品的工艺，意义如下：用于说明产品的工艺，意义如下：x为空，表示处理工艺是标准工艺；为空，表示处理工艺是标准工艺；x=/883，表示处理工艺采用，表示处理工艺采用MIL-STD-883标准。标准。例如，某一单片机型号例如，某一单片机型号“AT89C51-12PI，表示是，表示是ATMEL公司的公司的Flash，CMOS产品，速度产品，速度12 MHz，塑料双列直插，塑料双列直插DIP封装，工业级，标准处理工艺生产。封装，工业级，标准处理工艺生产。1.7 1.7 各种衍生品种的各种衍生品种的5151单片机单片机 各厂家推出各厂家推出80518051内核，各种集成度高、功能强的的增强型单片内核，各种集成度高、功能强的的增强型单片机。这些单片机目前得到广阔设计工程师的青睐。机。这些单片机目前得到广阔设计工程师的青睐。1.7.1 STC1.7.1 STC系列单片机系列单片机具有我国独立自主知识产权，功能与抗干扰性强的增强型具有我国独立自主知识产权，功能与抗干扰性强的增强型5151单单片机，多种子系列，几十个品种，以满足不同应用需要。其片机，多种子系列，几十个品种，以满足不同应用需要。其中中STC12C5410/STC12C2052STC12C5410/STC12C2052系列的性能及特点如下。系列的性能及特点如下。1 1高速：传统高速：传统5151单片机每机器周期为单片机每机器周期为1212个时钟，而个时钟，而STCSTC单片单片机可以机可以1 1时钟每机器周期，指令执行速度大大提高，速度比时钟每机器周期，指令执行速度大大提高，速度比普通的普通的80518051快快8 81212倍。倍。402 2宽工作电压：宽工作电压：5.55.53.8V3.8V，2.42.43.8V3.8VSTC12LE5410ADSTC12LE5410AD系列。系列。3 312KB/10KB/8KB/6KB/4KB/2KB12KB/10KB/8KB/6KB/4KB/2KB片内片内FlashFlash程序存储器，程序存储器，擦写次数擦写次数1010万次以上。万次以上。4 4512B512B片内的片内的RAMRAM数据存储器。数据存储器。5 5可在系统可编程可在系统可编程ISPISP/在应用可编程在应用可编程IAPIAP，无需，无需编程器编程器/仿真器，可远程升级。仿真器，可远程升级。6 68 8通道的通道的1010位位ADCADC，4 4路路PWMPWM输出。输出。7 74 4通道捕捉通道捕捉/比较单元，也可用来再实现比较单元，也可用来再实现4 4个定时器或个定时器或4 4个外部中断支持上升沿个外部中断支持上升沿/下降沿中断。下降沿中断。8 82 2个硬件个硬件1616位定时器，兼容普通位定时器，兼容普通80518051的定时器。的定时器。4 4路路PCAPCA还可再实现还可再实现4 4个定时器。个定时器。9 9硬件看门狗硬件看门狗WDTWDT。1010高速高速SPISPI串口。串口。1111全双工异步串行口全双工异步串行口(UART)(UART)，兼容普通，兼容普通80518051的串口。的串口。1212通用通用I/OI/O口口27/23/1527/23/15个，复位后：准双向口个，复位后：准双向口/弱上弱上拉普通拉普通80518051传统传统I/OI/O接口。可设成四种模式：准双向接口。可设成四种模式：准双向口口/弱上拉，推挽弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入强上拉，仅为输入/高阻，开漏，高阻，开漏，I/OI/O口口驱动能力均可到达驱动能力均可到达20mA20mA，但整个芯片最大不可超过，但整个芯片最大不可超过55mA55mA。1313超强抗干扰能力与高可靠性：超强抗干扰能力与高可靠性：高抗静电；高抗静电；通过通过2kV/4kV2kV/4kV快速脉冲干扰的测试快速脉冲干扰的测试EFTEFT测试；测试；宽电压，不怕电源抖动；宽电压，不怕电源抖动；宽温度范围：宽温度范围：4040+85+85；I/OI/O口经过特殊处理；口经过特殊处理；片内的电源供电系统、时钟电路、复位电路、看门狗电路片内的电源供电系统、时钟电路、复位电路、看门狗电路均经过特殊处理；均经过特殊处理；1414采取了降低单片机时钟对外部电磁辐射的措施：采取了降低单片机时钟对外部电磁辐射的措施：禁止禁止ALEALE输出；输出；如选如选 6 6时钟时钟/机器周期，外部时钟频率可降一半；机器周期，外部时钟频率可降一半；单片机时钟振荡器增益可设为单片机时钟振荡器增益可设为GainGain。1515超低功耗设计：超低功耗设计：掉电模式：典型功耗掉电模式：典型功耗0.1A0.1A；空闲模式：典型功耗为空闲模式：典型功耗为2mA2mA；正常工作模式：典型功耗为正常工作模式：典型功耗为4mA4mA7mA7mA；掉电模式可由外部中断唤醒，适用于电池供电系统，如水掉电模式可由外部中断唤醒，适用于电池供电系统，如水表、气表、便携设备等。表、气表、便携设备等。STCSTC单片机可直接替换单片机可直接替换ATMELATMEL、PhilipsPhilips、WinbondWinbond华邦等华邦等公司的产品。公司的产品。是一款高性能、高可靠性机型，尤其是具有较高的抗干扰特是一款高性能、高可靠性机型，尤其是具有较高的抗干扰特性，应当给予足够的重视。性，应当给予足够的重视。1.7.2 C8051F1.7.2 C8051F单片机单片机美国美国CygnalCygnal公司的公司的C8051FC8051F系列单片机，集成度高，采系列单片机，集成度高，采用用80518051内核，代表性产品为内核，代表性产品为C8051F020C8051F020。C8051F020C8051F020内部采用流水线结构，大局部指令的完成时间为内部采用流水线结构，大局部指令的完成时间为1 1或或2 2个时钟周期，峰值处理能力为个时钟周期，峰值处理能力为25MIPS25MIPS，与经典的，与经典的5151单单片机相比，可靠性和速度有很大提高。片机相比，可靠性和速度有很大提高。C8051F020C8051F020片内集成了片内集成了1 1个个8 8位位ADCADC、1 1个个1212位位ADCADC、1 1个双个双1212位位DACDAC；64KB64KB片内片内FlashFlash程序存储器、程序存储器、256B RAM256B RAM、128B SFR128B SFR；8 8个个I/OI/O端口共端口共6464根根I/OI/O口线；口线；5 5个个1616位通用定时器；位通用定时器；5 5个捕个捕捉捉/比较模块的可编程计数比较模块的可编程计数/定时器阵列定时器阵列PCAPCA，1 1个个UARTUART串行口、串行口、1 1个个SMBus/I2CSMBus/I2C串口、串口、1 1个个SPISPI串行口；串行口；2 2路电压比较路电压比较器、电源监测器、内置温度传感器。器、电源监测器、内置温度传感器。最突出的改进是引入了数字交叉开关最突出的改进是引入了数字交叉开关C8051F2xxC8051F2xx除外。除外。改变了以往内部功能与外部引脚的固定对应关系。改变了以往内部功能与外部引脚的固定对应关系。用户可通过可编程的交叉开关控制存放器将片内的计数器用户可通过可编程的交叉开关控制存放器将片内的计数器/定时器、串行总线、硬件中断、定时器、串行总线、硬件中断、ADCADC转换器输入、比较器转换器输入、比较器输出以及单片机内部的其他硬件外设配置出现在端口输出以及单片机内部的其他硬件外设配置出现在端口I/OI/O引脚。可根据特定应用，选择通用端口引脚。可根据特定应用，选择通用端口I/OI/O与片内硬件资与片内硬件资源的灵活组合。源的灵活组合。461.7.3 ADC8121.7.3 ADC812单片机单片机ADC812ADC812是美国是美国ADIADIAnalog DevicelncAnalog Devicelnc公司生产的高性公司生产的高性能单片机，其内部包含了高精度的自校准能单片机，其内部包含了高精度的自校准8 8通道通道1212位模数位模数转换器转换器ADCADC，2 2通道通道1212位数模转换器位数模转换器DACDAC以及以及80518051内核，指令系统与内核，指令系统与MCS-51MCS-51系列兼容。片内有系列兼容。片内有8KB Flash8KB Flash程程序存储器、序存储器、640B Flash640B Flash数据存储器、数据存储器、256B256B数据数据SRAMSRAM支持支持可编程。可编程。片内集成看门狗定时器、电源监视器以及片内集成看门狗定时器、电源监视器以及ADCADC DMADMA功能。为多功能。为多处理器接口和处理器接口和I/OI/O扩展提供了扩展提供了3232条可编程的条可编程的I/OI/O线、包含有线、包含有与与I2CI2C兼容的串行接口、兼容的串行接口、SPISPI串行接口和标准串行接口和标准UARTUART串行接口串行接口I/OI/O。ADADC812C812片内集成有看门狗定时器、电源监视器以及片内集成有看门狗定时器、电源监视器以及ADCADC DMADMA功能。为多处理器接口和功能。为多处理器接口和I/OI/O扩展提供了扩展提供了3232条可编条可编程的程的I/OI/O线、包含有与线、包含有与I2CI2C兼容的串行接口、兼容的串行接口、SPISPI串行接口串行接口和标准的和标准的UARTUART串口。串口。ADC812ADC812的的MCUMCU内核和模数转换器均设置有正常、空闲和掉内核和模数转换器均设置有正常、空闲和掉电工作模式，通过软件可以控制芯片从正常模式切换到空电工作模式，通过软件可以控制芯片从正常模式切换到空闲模式，也可以切换到更为省电的掉电模式。在掉电模式闲模式，也可以切换到更为省电的掉电模式。在掉电模式下，下，ADC812ADC812消耗的总电流约为消耗的总电流约为5 5A A。1.7.4 1.7.4 台湾华邦公司台湾华邦公司W78W78系列和系列和W77W77系列单片机系列单片机台湾华邦公司台湾华邦公司WinbondWinbond的产品的产品W77W77系列、系列、W78W78系列单片机与系列单片机与5151单片机完全兼容。单片机完全兼容。对对80518051的时序作了改进：每个指令周期只需要的时序作了改进：每个指令周期只需要4 4个时钟周期，个时钟周期，速度提高了速度提高了3 3倍，工作频率最高可达倍，工作频率最高可达40MHz40MHz。W77W77系列为增强型，片内增加了看门狗系列为增强型，片内增加了看门狗WatchDogWatchDog、两组、两组UARTUART串串口、两组口、两组DPTRDPTR数据指针编写应用程序非常便利、数据指针编写应用程序非常便利、ISPISP在线编程等功能。片内集成了在线编程等功能。片内集成了USBUSB接口，语音处理等接口，语音处理等功能，具有功能，具有6 6组外部中断源。组外部中断源。华邦公司的华邦公司的W741W741系列的系列的4 4位单片机具有液晶驱动，在线烧录，位单片机具有液晶驱动，在线烧录，保密性高，低工作电压保密性高，低工作电压1.2V1.2V1.8V1.8V等优点。等优点。1.8 AVR1.8 AVR系列单片机与系列单片机与PICPIC系列单片机系列单片机除除5151单片机外，某些非单片机外，某些非5151单片机也得到了较广泛的应用。目单片机也得到了较广泛的应用。目前我国使用较为广泛的是前我国使用较为广泛的是PICPIC系列与系列与AVRAVR系列单片机，这两系列单片机，这两种单片