單片機基礎知識講解

L/O/G/O單片機基礎知識講解

創(chuàng)新實驗5組組員：徐卓

趙浩

卞黎明

曾靚娜目錄

單片機概述單片機的外部引腳及其介紹

單片機的電平特性

單片機的C51基礎知識介紹4123單片機基礎知識講解一、單片機概述單片機概述

單片機（Singlechipmicrocomputer）微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，單片機又稱單片微控制器，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。單片機由運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設備構(gòu)成，相當于一個微型的計算機（最小系統(tǒng)），和計算機相比，單片機缺少了外圍設備等。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、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。它最早是被用在工業(yè)控制領域。由于單片機在工業(yè)控制領域的廣泛應用，單片機由僅有CPU的專用處理器芯片發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。

一、單片機概述INTEL的8080是最早按照這種思想設計出的處理器，當時的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)。因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。盡管2000年以后ARM已經(jīng)發(fā)展出了32位的主頻超過300M的高端單片機，直到現(xiàn)在，基于8051的單片機還在廣泛的使用。在很多方面單片機比專用處理器更適合應用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了廣泛的應用。事實上單片機是世界上數(shù)量最多處理器，隨著單片機家族的發(fā)展壯大，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件有電子器件的產(chǎn)品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電子產(chǎn)品中都含有單片機。汽車上一般配備40多片單片機，復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百片單片機在同時工作！單片機的數(shù)量遠遠超過PC機和其他計算機的總和。

一、單片機概述單片機發(fā)展歷史

單片機（Singlechipmicrocomputer）誕生于1971年，經(jīng)歷了SCM、MCU、SOC三大階段，早期的SCM單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上發(fā)展出了MCS51系列MCU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)控制領域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTELi960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。當代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不僅只在裸機環(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可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。

一、單片機概述單片機簡介

在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲器、I/O接口電路，從而構(gòu)成了單芯片微型計算機，即單片機。Intel公司推出了MCS-51系列單片機：集成8位CPU、4K字節(jié)ROM（程序存儲器）、128字節(jié)RAM（數(shù)據(jù)存儲器）、4個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時/計數(shù)器。尋址范圍64K，并有控制功能較強的布爾處理器。一、單片機概述CPU：由運算和控制邏輯組成，同時還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)；ROM：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格；I/O口：四個8位并行I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出；T/C

：兩個定時/記數(shù)器，既可以工作在定時模式，也可以工作在記數(shù)模式；一、單片機概述單片機的功能智能儀器：單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、電流、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。工業(yè)控制：單片機具有體積小、控制功能強、功耗低、環(huán)境適應能力強、擴展靈活和使用方便等優(yōu)點，用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)、無線感知系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、機器人等應用控制系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。家用電器：家用電器廣泛采用了單片機控制，從電飯煲、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備和白色家電等。

一、單片機概述單片機的功能網(wǎng)絡和通信：現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡和通信設備間的應用提供了極好的物質(zhì)條件，通信設備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。設備領域：單片機在醫(yī)用設備中的用途也相當廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設備及病床呼叫系統(tǒng)等等。汽車電子：單片機在汽車電子中的應用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動機控制器，基于CAN總線的汽車發(fā)動機智能電子控制器、GPS導航系統(tǒng)、abs防抱死系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、胎壓檢測等。其他：單片機在工商、金融、科研、教育、電力、通信、物流和國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途

二、單片機的外部管腳及其介紹總線型非總線型二、單片機的外部管腳及其介紹

芯片共有40個引腳，引腳的排列順序為從靠芯片的缺口左邊那列引腳逆時針數(shù)起，依次為1、2、3、4。。。40，其中芯片的1腳頂上有個凹點（見上頁）。在單片機的40個引腳中，電源引腳2根，外接晶體振蕩器引腳2根，控制引腳4根以及4組8位可編程I/O引腳32根。1、主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接＋5V電源GND(Pin20)：接地線2、外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端單片機有兩種振蕩方式，一種是內(nèi)部振蕩方式，只要接上兩個電容和一個晶振即可；另一種是外部振蕩方式，采用外部振蕩方式時，XTL1接地，在XTL2上加外部時鐘信號。二、單片機的外部管腳及其介紹3、控制引腳（4根）PSEN（Pin29）：程序儲存器允許輸出端。片外ROM選通信號，低電平有效，以實現(xiàn)外部儲存器的讀操作。由于現(xiàn)在使用的單片機內(nèi)部有足夠大的ROM，所以無需再擴展外部ROM。ALE/PROG（Pin30）：地址鎖存信號輸出端/EPROM編程脈沖輸入端。

①ALE功能：擴展外部RAM時，用來鎖存P0口送出的低8位地址；

②PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。但大多數(shù)單片機都可以通過串口下載程序，不用編程脈沖引腳寫程序。二、單片機的外部管腳及其介紹RST:復位信號輸入端。用于初始化操作。EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。

①EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。EA接高電平時，單片機讀取內(nèi)部ROM，讀完自動讀取外部ROM；接低電平時，直接讀取外部ROM。由于現(xiàn)在的單片機都有內(nèi)部ROM，所以EA一般只接高電平。

②Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。二、單片機的外部管腳及其介紹4、八位可編程I/O引腳（32根）P0.0~P0.7

P0口8位雙向口線（在引腳的39~32號端子）P0口有三個功能：

1、外部擴展存儲器時,當做數(shù)據(jù)總線；2、外部擴展存儲器時,當作地址總線；3、不擴展時,可做一般的I/O使用,但內(nèi)部無上拉電阻,作為輸入或輸出時應在外部接上拉電阻。P1.0~P1.7

P1口8位雙向口線（在引腳的1~8號端子）。P1口只做I/O口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。

二、單片機的外部管腳及其介紹P2.0~P2.7

P2口8位雙向口線（在引腳的21~28號端子）。P2口有兩個功能：1、擴展外部存儲器時,當作地址總線使用

2、做一般I/O口使用,其內(nèi)部有上拉電阻;P3.0~P3.7

P2口8位雙向口線（在引腳的10~17號端子）。P3口有兩個功能：

1、作為I/O使用（其內(nèi)部有上拉電阻）,還有一些特殊功能,由特殊寄存器來設置,具體功能請參考我們后面的引腳說明。

2、有內(nèi)部EPROM的單片機芯片（例如8751）,為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源,這些信號也是由信號引腳的形式提供的

即：編程脈沖：30腳（ALE/PROG）

編程電壓（25V）：31腳（EA/Vpp）二、單片機的外部管腳及其介紹P3第二功能各引腳功能定義：P3.0：RXD串行口輸入P3.1：TXD串行口輸出P3.2：INT0外部中斷0輸入P3.3：INT1外部中斷1輸入P3.4：T0定時器0外部輸入P3.5：T1定時器1外部輸入P3.6：WR外部寫控制P3.7：RD外部讀控制三、單片機的電平特性數(shù)字電路中只有兩種電平：高和低單片機為TTL電平：高+5V低0V電腦上的RS232接口采用的是負邏輯電平：-15~-3表示邏輯1；+15~+3表示邏輯0；

電壓值通常在7V左右

所以計算機與單片機之間通訊時需要加電平轉(zhuǎn)換芯片，如max232三、單片機的電平特性常見邏輯電平現(xiàn)在常用的電平標準有TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVPECL、RS232、RS485等，還有一些速度比較高的

LVDS、GTL、PGTL、CML、HSTL、SSTL等。5Ｖ的TTL和５Ｖ的CMOS是通用的邏輯電平。3.3V，2.5V，1.8V的稱為低電平邏輯電平，常用的是LVTTL電平。ECL/PECL和LVDS是差分輸入/輸出結(jié)構(gòu)。RS232和RS485是串口的接口標準。

常用邏輯電平是TTL和CMOS電平。三、