單片機基礎(chǔ)文件說明

1、4.1 單片機介紹：單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，然而它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至能夠?qū)⒙曇?、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機也被稱為微操縱器（Microcontroler），是因為它最早被用在工業(yè)操縱領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器進展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對提及要求嚴格的操縱設(shè)

2、備當中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的進展便分道揚鑣。早期的單片機差不多上8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了專門大的好評。此后在8031上進展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)操縱領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到專門廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大進展，單片機技術(shù)得到了巨大的提高。隨著INTEL i960系列特不是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，同時進入主流市場。而傳統(tǒng)

3、的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機主頻差不多超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而一般的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當代單片機系統(tǒng)差不多不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至能夠直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。單片機比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。手機、電話、

4、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有1-2部單片機。而個人電腦中也會有為數(shù)許多的單片機在工作。汽車內(nèi)一般配備40多部單片機，復(fù)雜的工業(yè)操縱系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作！單片機的數(shù)量不僅遠超過PC機和其他計算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多。單片機又稱單片微操縱器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格廉價、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用

5、相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱專門多，只是價鈔票也是低的，一般不超過10元即可.用它來做一些操縱電器一類不是專門復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、VCD等等的家電里面都能夠看到它的身影！它要緊是作為操縱部分的核心部件。 它是一種在線式實時操縱計算機，在線式確實是現(xiàn)場操縱，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用PC）的要緊區(qū)不。 單片機是靠程序的，同時能夠修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是專門的獨特的一些功能，這是不的器件需要費專門大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也專門難做到的。一個不是專門復(fù)雜的功

6、能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！然而假如要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結(jié)果就會有天壤之不！只因為單片機的通過你編寫的程序能夠?qū)崿F(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機對成本是敏感的，因此目前占統(tǒng)治地位的軟件依舊最低級匯編語言，它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級什么緣故還要用呢？專門多高級的語言差不多達到了可視化編程的水平什么緣故不用呢？緣故專門簡單，確實是單片機沒有家用計算機那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達

7、到幾十K的尺寸！關(guān)于家用PC的硬盤來講沒什么，但是關(guān)于單片機來講是不能同意的。 單片機在硬件資源方面的利用率必須專門高才行，因此匯編盡管原始卻依舊在大量使用。一樣的道理，假如把巨型計算機上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來運行，家用PC的也是承受不了的。能夠講，二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。只是，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不如何熟悉。這種計算機確實是把智能給予各種機械的單片機（亦稱微操縱器）。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和操縱。因為它體積小

8、，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了。現(xiàn)在，這種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，確實是功能太簡單且極易被仿制。究其緣故，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。4.2 AT89C51 簡介：AT89C51（如圖2-10所示）是一種帶4K字節(jié)閃耀可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFals

9、h Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采納ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃耀存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89S51是一種高效微操縱器，為專門多嵌入式操縱系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51單片機示意圖（4-2-1）VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可汲取8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程

10、序數(shù)據(jù)存儲器，它能夠被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，現(xiàn)在P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平常，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外

11、部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其專門功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和操縱信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平常當8

12、051通電，時鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)， 專門功能寄存器 初始態(tài) 專門功能寄存器 初始態(tài) ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPH 00H TH0 00H DPL 00H TL0 00H IP xxx00000B TH1 00H IE 0 xx00000B TL1 00H

13、 TMOD 00H TCON 00H SCON xxxxxxxxB SBUF 00H P0-P3 1111111B PCON 0 xxxxxxxB 8051的初始態(tài)（4-2-2）ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存同意的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平常，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將躍過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0?，F(xiàn)在， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作

14、用。另外，該引腳被略微拉高。假如微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP：當/EA保持低電平常，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平常，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩

15、器特性：XTAL1和XTAL2分不為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器能夠配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采納。如采納外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的操縱信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程往常，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89S51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，能夠在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下

16、，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容同時凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。在自然界，任何高于絕對溫度（-273度）時物體都將產(chǎn)生紅外光譜，不同溫度的物體，其釋放的紅外能量的波長是不一樣的，因此紅外波長與溫度的高低是相關(guān)的。 在被動紅外探測器中有兩個關(guān)鍵性的元件，一個是熱釋電紅外傳感器(PIR)，它能將波長為8一12um之間的紅外信號變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并能對自然界中的白光信號具有抑制作用，因此在被動紅外探測器的警戒區(qū)內(nèi)，當無人體移動時，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是背景溫度，當人體進人警戒區(qū)，通過菲涅爾透鏡，熱釋

17、電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異信號，因此，紅外探測器的紅外探測的差不多概念確實是感應(yīng)移動物體與背景物體的溫度的差異。 另外一個器件確實是菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡有兩種形式，即折射式和反射式。菲涅爾透鏡作用有兩個:一是聚焦作用，立即熱釋的紅外信號折射（反射）在PIR上，第二個作用是將警戒區(qū)內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入警戒區(qū)的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號，如此PIR就能產(chǎn)生變化的電信號。 人體都有恒定的體溫，一般在37度，因此會發(fā)出特定波長10微米左右的紅外線，被動式紅外探頭確實是靠探測人體發(fā)射的10微米左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的10微米左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚攏到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采納熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。 1)這種探頭是以探測人體輻射為目標的。因此熱釋電元件對波長為10微米左右的紅外輻射必須特不敏感。 2)為了僅