单片机概述Word文件下载.docx

单片机概述Word文件下载.docx

《单片机概述Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机概述Word文件下载.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

串行口、并行输出口等）。

在个人计算机上这些部份被分成若干块芯片，安装一个称之为主板的印刷线路板上。

而在单片机中，这些部份，全部被做到一块集成电路芯片中了，所以就称为单片（单芯片）机，而且有一些单片机中除了上述部份外，还集成了其它部份如A/D，D/A等。

天！

PC中的CPU一块就要卖几千块钱，这么多东西做在一起，还不得买个天价！

再说这块芯片也得非常大了。

不，价格并不高，从几元人民币到几十元人民币，体积也不大，一般用40脚封装，当然功能多一些单片机也有引脚比较多的，如68引脚，功能少的只有10多个或20多个引脚，有的甚至只8只引脚。

为什么会这样呢？

功能有强弱，打个比方，市场上面有的组合音响一套才卖几百块钱，可是有的一台功放机就要卖好几千。

另外这种芯片的生产量很大，技术也很成熟，51系列的单片机已经做了十几年，所以价格就低了。

既然如此，单片机的功能肯定不强，干吗要学它呢？

话不能这样说，实际工作中并不是任何需要计算机的场合都要求计算机有很高的性能，一个控制电冰箱温度的计算机难道要用PIII？

应用的关键是看是否够用，是否有很好的性能价格比。

所以8051出来十多年，依然没有被淘汰，还在不断的发展中。

二、MCS51单片机和8051、8031、89C51等的关系

我们平常老是讲8051，又有什么8031，现在又有89C51，它们之间究竟是什么关系?

MCS51是指由美国INTEL公司（对了，就是大名鼎鼎的INTEL）生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机，而8031是前些年在我国最流行的单片机，所以很多场合会看到8031的名称。

INTEL公司将MCS51的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中89C51就是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产的。

以后我们将用89C51来完成一系列的实验。

三.CISC与RISC

　　CISC，ComplexInstructionSetComputer，复杂指令系统计算机。

RISC，ReducedInstructionSetComputer，精简指令系统计算机。

虽然这两个名词是针对计算机的，但下文我们仍然只对指令集进行研究。

　　（１）CISC的产生、发展和现状

　　一开始，计算机的指令系统只有很少一些基本指令，而其他的复杂指令全靠软件编译时通过简单指令的组合来实现。

举个最简单的例子，一个a乘以b的操作就可以转换为a个b相加来做，这样就用不着乘法指令了。

当然，最早的指令系统就已经有乘法指令了，这是为什么呢？

因为用硬件实现乘法比加法组合来得快得多。

　　由于那时的计算机部件相当昂贵，而且速度很慢，为了提高速度，越来越多的复杂指令被加入了指令系统中。

但是，很快又有一个问题：

一个指令系统的指令数是受指令操作码的位数所限制的，如果操作码为8位，那么指令数最多为256条（2的8次方）。

　　那么怎么办呢？

指令的宽度是很难增加的，聪明的设计师们又想出了一种方案：

操作码扩展。

前面说过，操作码的后面跟的是地址码，而有些指令是用不着地址码或只用少量的地址码的。

那么，就可以把操作码扩展到这些位置。

　　举个简单的例子，如果一个指令系统的操作码为2位，那么可以有00、01、10、11四条不同的指令。

现在把11作为保留，把操作码扩展到4位，那么就可以有00、01、10、1100、1101、1110、1111七条指令。

其中1100、1101、1110、1111这四条指令的地址码必须少两位。

　　然后，为了达到操作码扩展的先决条件：

减少地址码，设计师们又动足了脑筋，发明了各种各样的寻址方式，如基址寻址、相对寻址等，用以最大限度的压缩地址码长度，为操作码留出空间。

　　就这样，慢慢地，CISC指令系统就形成了，大量的复杂指令、可变的指令长度、多种的寻址方式是CISC的特点，也是CISC的缺点：

因为这些都大大增加了解码的难度，而在现在的高速硬件发展下，复杂指令所带来的速度提升早已不及在解码上浪费点的时间。

除了个人PC市场还在用x86指令集外，服务器以及更大的系统都早已不用CISC了。

x86仍然存在的唯一理由就是为了兼容大量的x86平台上的软件。

　　（２）RISC的产生、发展和现状

　　1975年，IBM的设计师JohnCocke研究了当时的IBM370CISC系统，发现其中占总指令数仅20%的简单指令却在程序调用中占了80%，而占指令数80%的复杂指令却只有20%的机会用到。

由此，他提出了RISC的概念。

事实证明，RISC是成功的。

80年代末，各公司的RISCCPU如雨后春笋般大量出现，占据了大量的市场。

到了90年代，x86的CPU如pentium和k5也开始使用先进的RISC核心。

　　RISC的最大特点是指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少，大多数是简单指令且都能在一个时钟周期内完成，易于设计超标量与流水线，寄存器数量多，大量操作在寄存器之间进行。

由于下文所讲的CPU核心大部分是讲RISC核心，所以这里就不多介绍了，对于RISC核心的设计下面会详细谈到。

　　RISC目前正如日中天，Intel的Itanium也将最终抛弃x86而转向RISC结构。

SoC和51系列

一.SOC

由于集成规模的扩大，原先由许多IC组成的电子系统有可能集成在一个单片上，构成所谓系统芯片（SystemOnChip，简称SOC）。

系统芯片与集成电路（IC）相比，不再是一种功能单一的单元电路，而是将信号采集、处理和输出等完整的系统集成在一起，成为一个有某种应用目的的电子系统单片。

电子系统传统的设计方法是在PCB（PrintedCircuitBoard）级完成的。

系统设计人员利用各IC制造商生产的通用集成电路，在PCB上构成系统，系统的调试也在PCB上进行。

这种开发设计方法要求设计者具有丰富的硬件知识和调试能力，产品开发周期长，投资较大，涉及修改困难。

此外，由于PCB连线的延时、空间尺度、重量和可靠性等制约，整机性能受到很大限制。

如果能将整个系统最终集成在一个单片上，无疑对于提高产品性能、缩小产品体积具有极大帮助。

因而，SOC是电子系统开发设计的合理选择。

微电子技术的近期发展成果，为SOC的实现提供了多种途径。

对于经过验证而又具有批量的系统芯片，可以做成专用集成电路（ApplicationSpecificIntegratedCircuit,简称ASIC）大量生产。

而对于一些仅小批量应用或出于开发阶段的SOC，若马上投入流片生产，需要投入较多的资金，承担较大的试制风险。

近十几年发展起来的高密度可编程逻辑器件（DensityProgrammableLogicDevice,简称HDPLD），则提供了另一种实现途径。

可编程逻辑器件（PLD）是一种由IC制造商大批量定型生产的半定制产品，器件内部的逻辑功能由户设计和制造，是一种价格低廉、而硬件功能可多次编程重构的器件。

可编程逻辑器件的出现，使得系统设计人员有可能在不改变系统硬件结构的前提下，修改完善甚至重新设计系统的硬件功能，使电子系统的硬件具有了“柔性”，极大地改变了硬件的刚性结构状态，甚至可以使电子系统的硬件功能状态调整，以适应外界使用环境的变化。

可编程逻辑器件产生于20世纪70年代，其出现的最初目的是为了用较少的PLD品种替代种类繁多的各式中小规模逻辑电路。

在30多年的发展过程中，PLD的结构、工艺、功耗和工作速度等性能都得到了重大改进。

尤其是在20世纪80年代，出现了HDPLD，可编程逻辑器件的单片集成度由原来的数百到数千门，发展到数万、数十万甚至数百万门，芯片的I/O引脚也有20~24脚发展到400~1000个引脚，为用户提供了大量的可编程逻辑资源和触发器，可以实现各种逻辑功能（包括组合逻辑和时序逻辑），有的PLD制造商还推出了嵌入系统级功能模块的核，使之具有强大功能。

因此，完全可能将一个电子系统集成在一个HDPLD单片上，为SOC的实现提供了一种简单易行而又成本低廉的手段，极大地促进了SOC的发展。

SOC的设计理念与传统IC不同。

SOC把系统的处理机制、模型算法、芯片结构、各层次电路直到器件的设计紧密结合，在一个或若干个单片上完成整个系统的功能。

与普通IC的设计不同，SOC的设计以IP核为基础，以硬件描述语言为系统功能的主要描述手段，借助于以计算机为平台的EDA工具进行。

SOC的出现是电子设计领域的一场革命。

如果说在上个世纪，电子系统的设计主要是在PCB层次上将各种元器件合理连接，那么进入本世纪后，电子系统的设计将主要使以HDPLD或ASIC为物理载体的系统芯片的设计，它对电子信息产业的影响将不亚于20世纪60年代集成电路的出现所产生的影响。

二.51系列

一）、单片机的外部结构

拿到一块芯片，想要使用它，首先必须要知道怎样连线，我们用的一块称之为89C51的芯片，下面我们就看一下如何给它连线。

1、电源：

这当然是必不可少的了。

单片机使用的是5V电源，其中正极接40引脚，负极（地）接20引脚。

2、振蒎电路：

单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19脚。

只要买来晶振，电容，连上就可以了，按图1接上即可。

3、复位引脚：

按图1中画法连好，至于复位是何含义及为何需要复位，在单片机功能中介绍。

4、EA引脚：

EA引脚接到正电源端。

至此，一个单片机就接好，通上电，单片机就开始工作了。

图

二）、任务分析

我们的第一个任务是要用单片机点亮一只发光二极管LED，显然，这个LED必须要和单片机的某个引脚相连，否则单片机就没法控制它了，那么和哪个引脚相连呢？

单片机上除了刚才用掉的5个引脚，还有35个，我们将这个LED和1脚相连。

（见图1，其中R1是限流电阻）

按照这个图的接法，当1脚是高电平时，LED不亮，只有1脚是低电平时，LED才发亮。

因此要1脚我们要能够控制，也就是说，我们要能够让1引脚按要求变为高或低电平。

即然我们要控制1脚，就得给它起个名字，总不能就叫它一脚吧？

叫它什么名字呢？

设计51芯片的INTEL公司已经起好了，就叫它P1.0，这是规定，不可以由我们来更改。

名字有了，我们又怎样让它变'

高'

或变'

低'

呢？

叫人做事，说一声就可以，这叫发布命令，要计算机做事，也得要向计算机发命令，计算机能听得懂的命令称之为计算机的指令。

让一个引脚输出高电平的指令是SETB，让一个引脚输出低电平的指令是CLR。

因此，我们要P1.0输出高电平，只要写SETBP1.0，要P1.0输出低电平，只要写CLRP1.0就可以了。

现在我们已经有办法让计算机去将P10输出高或低电平了，但是我们怎样才能计算机执行这条指令呢？

总不能也对计算机也说一声了事吧。

要解决这个问题，还得有几步要走。

第一，计算机看不懂SETBCLR之类的指令，我们得把指令翻译成计算机能懂的方式，再让计算机去读。

计算机能懂什么呢？

它只懂一样东西——数字。

因此我们得把SETBP1.0变为（D2H,90H