项目一认识单片机和单片机最小系统Word下载.docx

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单片机的发展也非常迅速，它依靠一定的硬件基础，根据特定环境，能完成一定的需求。

因其结构比较简单、工作任务针对性较强，使得在国民经济的各个领域中都能看见它的踪迹。

自从1974年美国仙童（Fairchild）公司运用计算机技术生产了世界上第一块单片机（F8）以来，在短短的几十年中，作为微型计算机中的一个重要分支，单片机的应用面极广，发展速度也很惊人。

随着计算机技术的发展，微型计算机应用越来越广泛，越来越多的电器也具有了“自动”、“智能”、“微电脑控制”等功能。

例如微电脑控制电磁炉、全自动洗衣机，智能电风扇等。

那么这些“自动”、“智能”、“微电脑控制”到底是什么呢？

又怎么去实现的呢？

能够实现这些功能的主角就是——单片机。

1．单片机名称由来

所谓单片机，就是一块集成电路芯片。

它采用超大规模集成技术把具有数据处理能力（如算术运算、逻辑运算、数据传输、中断处理）的微型中央处理器（CPU）、随机存取数据存储器（RAM）、只读程序存储器（ROM）、输入/输出电路（I/O接口），甚至还包括振荡电路、定时计数器、串行通信接口（SCI）、显示驱动电路（LCD或LED驱动电路）、脉宽调制电路（PWM），模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块芯片上，构成一个小而完善的计算机系统。

这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。

这样一块集成电路具有一台计算机的基本功能，因而被称为单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer），简称“单片机（SCM）”，也被称为微控制单元或者微控制器（MCU），MCU（MicroControllerUnit）。

所以，单片机就是一台芯片级的微型计算机。

单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，可以通过软件控制来实现，并能够实现智能化。

现在单片机的应用领域非常广泛，其应用意义远不限于它的应用范畴或由此带来的经济效益，更重要的是它已从根本上改变了传统的控制方法和设计思想。

它是控制技术的一次革命，是一座重要的里程碑。

图1-1-1各种各样的单片机

2．单片机的应用领域

单片机广泛应用于家用电器、数码电子产品、医用电子设备、智能仪器仪表、计算机网络和通信、实时工业生产管理及过程控制等领域，大致可分为以下几个范畴。

1、在家用电器/数码电子产品中的应用

现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，大到电冰箱、洗衣机、空调、彩电、电饭煲，小到笔记本电脑、数码摄像/照相机、智能手机等，无所不在。

家用电器是单片机的一个重要应用领域，前景十分广阔。

图1－1－2列出了一些现在市面上较流行的家电、码数产品。

图1-1-2单片机在洗衣机等家用电器中的应用

2、在医用电子设备中的应用

单片机在医用设备中的用途也相当广泛，如医用呼吸机、各种分析仪、监护仪、超声诊断设备及病床呼叫系统等。

图1-1-3单片机在过敏皮试仪、超声波诊断仪、X光机等医疗器设备中的应用

3、在智能仪器仪表上的应用

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中。

结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素和压力等物理量的测量。

采用单片机控制可使仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比采用电子或数字电路要更加强大。

例如，精密的测量设备（功率计、示波器和各种分析仪等）。

图1-1-4是一个PH/ORP仪表，用于环境监测、工矿企业、科学研究、水产养殖场等场合的pH值的测定并经内部处理后显示在LCD显示屏上。

图1-1-4单片机在智能仪器仪表中的应用

4、在计算机网络和通信中的应用

单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件。

现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机、电话、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信系统，到日常工作中随处可见的移动电话、集群移动通信、无线电对讲机等。

图1-1-5数字程控电话图1-1-6阿尔卡特朗讯会议电话

5、在实时工业生产管理及过程控制中的应用

用单片机可以构成形式多样的控制系统和数据采集系统。

例如，工厂生产线的智能化管理、生产设备的智能化控制、各种报警系统与计算机联网构成二级控制系统等。

此外，单片机在工商、金融、科研、教育和国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。

1．单片机的封装形式

MCS-51系列单片机的封装形式主要有三种:

PDIP、PLCC、TQFP。

以AT89S51型号为例，封装形式如图1-1-7（a）、1-1-7（b）、1-1-7（c）。

图1-2-1（a）PDIP封闭形式

图1-2-1（b）PLCC封闭形式图1-2-1（c）TQFP封闭形式

2．单片机的外部引脚及其功能

MCS-51系列单片机中各类型的端子是相互兼容的，用HOMS工艺制造的单片机大多采用40端子双列直插（DIP）封装。

当然，不同芯片之间的端子功能会略有差异，在设计、应用时应当注意。

MCS-51是高档8位单片机，但由于受到集成电路芯片引脚数目的限制，会有很多引脚具有第二功能。

以AT89S51型号为例，MCS-51的引脚如图1-1-8所示，40个引脚大致可分为4类：

电源、时钟、控制总线和I/O引脚。

图1-2-2MCS-51单片机外部引脚图

各引脚的功能如下：

1、电源引脚：

VCC和VSS

VCC：

电源输入端。

作为工作电源和编程校验，接+5V。

VSS：

接地端。

2、时钟振荡电路引脚：

XTAL1和XTAL2

在使用内部振荡电路时，XTAL1和XTAL2用来接石英晶体和微调电容，振荡频率为晶振频率，振荡信号送至内部时钟电路产生时钟脉冲信号：

在使用外部时钟时，XTAL1和XTAL2用于接外部时钟源。

3、控制信号引脚：

RST/VPD，

，

和

RST/VPD：

RST为复位信号输入端。

当RST端保持两个机器周期以上的高电平时，单片机完成复位操作。

VPD为内部RAM的备用电源输入端。

当电源VCC一旦断电或者电压降到一定值时，可以通过VPD为单片机内部RAM提供电源，以保护片内RAM中的信息不丢失，且上电后能够继续正常运行。

：

ALE为地址锁存信号。

当访问外部存储器时，ALE作为低8位地址锁存信号。

为片内EPROM编程时的编程脉冲输入端。

外部程序存储器的读选通信号，当访问外部ROM时，

产生负脉冲作为外部ROM的选通信号。

为访问程序存储器的控制信号。

当

为低电平时，CPU对ROM的访问限定在外部程序存储器；

为高电平时，CPU对ROM的访问从内部0～4KB地址开始，并可以自动延至外部超过4KB的程序存储器。

VPP为片内EPROM编程的21V电源输入端。

4、I/O口引脚：

P0、P1、P2和P3

P0口（P0.0～P0.7）：

第一功能是作为8位的双向I/O口使用，第二功能是在访问外部存储器时，分时提供低8位地址和8位双向数据。

在对片内EPROM进行编程和校验时，P0口用于数据的输入和输出。

P1口（P1.0～P1.7）：

8位准双向I/O口。

P2口（P2.0～P2.7）：

第一功能是作为8位的双向I/O口使用，第二功能是在访问外部存储器时，输出高8位地址A8~A15。

P3口（P3.0～P3.7）：

第一功能是作为8位的双向I/O口使用，在系统中，这8个引脚又具有各自的第二功能，如表1.1所示。

表1.1.1P3口的第二功能

P3引脚

引脚名称及第二功能

P3.0

RXD串行数据输入端

P3.4

T0定时/计数器T0外部输入端

P3.1

TXD串行数据输出端

P3.5

T1定时/计数器T1外部输入端

P3.2

外部中断0输入端

P3.6

外部数据存储器写选通信号

P3.3

外部中断1输入端

P3.7

与其他计算机一样，单片机的内部结构也主要是由中央处理器（CPU）、存储器及输入/输出（并行/串行接口）等控制电路组成。

不同的是，单片机将这些主要部件都集中在一个芯片内，使该芯片具备一台计算机所需的较为完整的硬件系统。

如图1.3所示为MCS-51系列单片机内部结构图。

CPU

时钟电路

ROM

RAM

定时计数器

并行接口

串行接口

中断系统

P0P1P2P3

TXDRXD

INT0INT1

图1-3-1MCS-51系列单片机内部结构图

从图1-1-9可以看出，MCS-51系列单片机的内部结构包含：

振荡/分频器、中央处理器（CPU）、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、中断控制系统、定时器/计数器、扩展功能控制电路、并行接口电路（I/O口）和串行接口电路，它们通过内部总线有机地连接起来。

1．振荡/分频器

振荡器是产生时基脉冲信号的发源地，它为单片机内所有功能部件提供统一而精确的基准脉冲信号，是单片机执行各种动作和指令的时间基准，如果没有基准脉冲信号，单片机将失去执行指令的动力与时序。

MCS-51系列单片机的时钟电路有两种方式：

内部时钟振荡方式和外部时钟振荡方式，如图1-1-10（a）、（b）所示。

图1-3-2（a）内部振荡方式如图1-3-2（b）外部振荡方式

图1.4内部时钟振荡方式

对于内部时钟振荡方式，单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端，所以只需在片外接一个晶振便可以构成自激振荡器，为系统提供时钟信号。

接在晶振上的电容一般取30pF左右，晶振的振荡频率范围是1～24MHz，在通常情况下MCS-51单片机使用的振荡频率为6MHz和12MHz，在现在的通信系统中常采用的频率为11.0592MHz。

电路连接实物如图1-1-11所示。

晶体振荡器

30pF电容器

图1-3-3内部振荡电路实物图

而对于外部时钟振荡方式，则是直接通过引脚XTAL2将外部的时钟脉冲接入单片机内部，从而使单片机有一个稳定的工作时序，外部的时钟脉冲通常是由特定的振荡电路产生。

2．中央处理器（CPU）

众所周知，任何一台计算机都离不开CPU，它是计算机分析和运算的核心部件，CPU向外发送各种控制指令，是计算机的指挥控制中心，它大体上由运算器和控制器组成。

在CPU正常工作时，运算器负责执行各种算术运算和逻辑运算。

控制器的主要功能是：

根据接收到的指令操作码或运算器的运算结果，来决定或发出相应的控制指令从而来完成指令的读取、运算和控制任务。

3．程序存储器（ROM）

程序是控制计算机动作的一系列命令，单片机只认识由“0”和”1“代码构成的机器指令。

在单片机处理问题之前必须事先将编好的程序、表格、常数汇编成机器