單片機(jī)的歷史與現(xiàn)狀

第一章緒論第一節(jié)單片機(jī)第二節(jié)單片機(jī)的歷史與現(xiàn)狀第三節(jié)單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域第一節(jié)單片機(jī)

單片機(jī)即單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)，是將計(jì)算機(jī)主機(jī)(CPU、內(nèi)存和I/O接口)集成在一小塊硅片上的微型機(jī)。第二節(jié)單片機(jī)的歷史與現(xiàn)狀第一階段（1976~1978年）：低性能單片機(jī)的探索階段。以Intel公司的MCS-48為代表，采用了單片結(jié)構(gòu)，即在一塊芯片內(nèi)含有8位CPU、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行I/O口、RAM和ROM等。主要用于工業(yè)領(lǐng)域。第二階段（1978~1982年）：高性能單片機(jī)階段，這一類單片機(jī)帶有串行I/O口，8位數(shù)據(jù)線、16位地址線可以尋址的范圍達(dá)到64K字節(jié)、控制總線、較豐富的指令系統(tǒng)等。這類單片機(jī)的應(yīng)用范圍較廣，并在不斷的改進(jìn)和發(fā)展。第三階段（1982~1990年）：16位單片機(jī)階段。16位單片機(jī)除CPU為16位外，片內(nèi)RAM和ROM容量進(jìn)一步增大，實(shí)時(shí)處理能力更強(qiáng)，體現(xiàn)了微控制器的特征。第四階段（1990年~）：微控制器的全面發(fā)展階段，各公司的產(chǎn)品在盡量兼容的同時(shí)，向高速、強(qiáng)運(yùn)算能力、尋址范圍大以及小型廉價(jià)方面發(fā)展。第三節(jié)單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域一、單片機(jī)在儀器儀表中的應(yīng)用二、單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用三、單片機(jī)在智能接口和多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用四、單片機(jī)在生活中的應(yīng)用第二章硬件結(jié)構(gòu)第一節(jié)MCS-51單片機(jī)及其演變特點(diǎn)第二節(jié)80C51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)第三節(jié)80C51單片機(jī)的引腳功能第四節(jié)存儲器結(jié)構(gòu)第五節(jié)特殊功能存儲器SFR第六節(jié)輸入輸出端口第七節(jié)時(shí)鐘電路第八節(jié)復(fù)位電路第一節(jié)MCS-51單片機(jī)及其演變特點(diǎn)（1）一個(gè)8位微處理器CPU。（2）數(shù)據(jù)存儲器RAM和特殊功能寄存器SFR。（3）內(nèi)部程序存儲器ROM。（4）兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，用以對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可用作定時(shí)器。（5）四個(gè)8位可編程的I/O（輸入/輸出）并行端口，每個(gè)端口既可做輸入，也可做輸出。（6）一個(gè)串行端口，用于數(shù)據(jù)的串行通信。（7）中斷控制系統(tǒng)。（8）內(nèi)部時(shí)鐘電路。第二節(jié)80C51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1)中央處理器（CPU）中央處理器是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制功能。MCS-51的CPU能處理8位二進(jìn)制數(shù)或代碼。2)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部RAM）

8051芯片中共有256個(gè)RAM單元，但其中后128單元被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是前128單元，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。因此通常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器就是指前128單元，簡稱內(nèi)部RAM。3)內(nèi)部程序存儲器（內(nèi)部ROM）

8051共有4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格，因此，稱之為程序存儲器，簡稱內(nèi)部ROM。4)定時(shí)/計(jì)數(shù)器

8051共有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，并以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。5)并行I/O口

MCS-51共有4個(gè)8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出。在實(shí)訓(xùn)中我們已經(jīng)使用了P1口，通過P1口連接8個(gè)發(fā)光二極管。第三節(jié)80C51單片機(jī)的引腳功能MCS-51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳排列請參見右圖

ALE：地址鎖存控制信號。在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。此外，由于ALE是以晶振1/6的固定頻率輸出的正脈沖，因此,可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。

PSEN：外部程序存儲器讀選通信號。在讀外部ROM時(shí)，PSEN有效（低電平），以實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。EA：訪問程序存儲控制信號。當(dāng)信號為低電平時(shí)，對ROM的讀操作限定在外部程序存儲器；當(dāng)信號為高電平時(shí)，對ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。RST：復(fù)位信號。當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。XTAL1和XTAL2：外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號。VSS：地線。VCC：+5V電源。以上是MCS-51單片機(jī)芯片40條引腳的定義及簡單功能說明，讀者可以對照實(shí)訓(xùn)電路找到相應(yīng)引腳，在電路中查看每個(gè)引腳的連接使用。P3口線的第二功能。P3的8條口線都定義有第二功能第四節(jié)存儲器結(jié)構(gòu)MCS-51單片機(jī)的芯片內(nèi)部有RAM和ROM兩類存儲器，即所謂的內(nèi)部RAM和內(nèi)部ROM4.1MCS-51內(nèi)部程序存儲器1、MCS-51的程序存儲器用于存放編好的程序和表格常數(shù)。8051片內(nèi)有4KB的ROM，8751片內(nèi)有4KB的EPROM，8031片內(nèi)無程序存儲器。MCS-51的片外最多能擴(kuò)展64KB程序存儲器，片內(nèi)外的ROM是統(tǒng)一編址的。2、MCS-51程序存儲器中具有特殊功能的單元：一組是0000H～0002H，系統(tǒng)復(fù)位入口單元；另一組特殊單元是0003H～002AH，中斷源的中斷地址區(qū)。4.2MCS-51內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器

8051的內(nèi)部RAM共有256個(gè)單元，按其功能劃分為兩部分：低128單元（單元地址00H～7FH）和高128單元（單元地址80H～FFH）。1、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128單元寄存器區(qū)：

8051共有4組寄存器，每組8個(gè)寄存單元，都以R0～R7作寄存單元編號，常稱為通用寄存器（占據(jù)內(nèi)部RAM的00H～1FH單元）。程序狀態(tài)字寄存器PSW中RS1、RS0位的狀態(tài)組合來決定CPU使用當(dāng)前寄存器組別。

位尋址區(qū)內(nèi)部RAM的20H～2FH單元，既可作為一般RAM單元使用，進(jìn)行字節(jié)操作，也可以對單元中每一位進(jìn)行位操作，因此該區(qū)稱為位尋址區(qū)。用戶RAM區(qū)該區(qū)的使用沒有任何規(guī)定或限制，常用于堆棧，單元地址為30H～7FH。

2、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器高128單元

內(nèi)部RAM的高128單元是供給專用寄存器使用的，其單元地址為80H～FFH。因這些寄存器的功能已作專門規(guī)定，故稱之為專用寄存器（SpecialFunctionRegister）。其具體介紹見下節(jié)。第五節(jié)特殊功能存儲器SFR8051共有21個(gè)專用寄存器，現(xiàn)把其中部分寄存器簡單介紹如下：1、程序計(jì)數(shù)器（PC）：一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，它的作用是控制程序的執(zhí)行順序。其內(nèi)容為將要執(zhí)行指令的地址，尋址范圍達(dá)64KB。2、累加器（ACC）：8位寄存器，是最常用的專用寄存器，既可用于存放操作數(shù)，也可用來存放運(yùn)算的中間結(jié)果。

3、B寄存器：一個(gè)8位寄存器，主要用于乘除運(yùn)算，也可作為一般數(shù)據(jù)寄存器使用。4、數(shù)據(jù)指針（DPTR）：16位寄存器，既可以按16位寄存器使用，也可以按兩個(gè)8位寄存器分開使用，通常在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)作地址指針使用。5、堆棧指針（SP）：共有兩種操作：進(jìn)棧和出棧，是一個(gè)8位寄存器。6、程序狀態(tài)字（PSW）：8位寄存器，用于存放程序運(yùn)行中的各種狀態(tài)信息。PSW的各位定義如下：PSW位地址D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0H字節(jié)地址

CY

ACF0RS1RS0OVF1P除PSW.1位保留未用外，其余各位的定義及使用如下：CY（PSW.7）——進(jìn)位標(biāo)志位。其功能有二：一是存放算術(shù)運(yùn)算的進(jìn)位標(biāo)志；二是在位操作中，作累加位使用。AC（PSW.6）——輔助進(jìn)位標(biāo)志位。F0（PSW.5）——用戶標(biāo)志位。OV（PSW.2）——溢出標(biāo)志位。P（PSW.0）——奇偶標(biāo)志位RS1和RS0（PSW.4，PSW.3）——寄存器組選擇位。它們被用于選擇CPU當(dāng)前使用的通用寄存器組。通用寄存器共有4組，其對應(yīng)關(guān)系如下：

00：0組；01：1組；

10：2組；11：3組第六節(jié)輸入輸出端口MCS-51共有4個(gè)8位的并行I/O口，分別記作P0、P1、P2、P3。每個(gè)口都包含一個(gè)鎖存器、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。在訪問片外擴(kuò)展存儲器時(shí)，低8位地址和數(shù)據(jù)由P0口分時(shí)傳送，高8位地址由P2口傳送。在無片外擴(kuò)展存儲器的系統(tǒng)中，這4個(gè)口的每一位均可作為雙向的I/O端口使用。第七節(jié)時(shí)鐘電路XTAL2XTAL1MCS-51C1C2CYSXTAL2XTAL1MCS-51+5VVSSTTL外部時(shí)鐘源MCS-51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機(jī)的時(shí)鐘電路。

P1P2S1P2振蕩周期時(shí)鐘周期機(jī)器周期機(jī)器周期指令周期XTAL(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1