单片机的课后阅读

1、 单片机的课后阅读1.单片机发展史1971年intel公司研制出世界上第一个4位的微处理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。因发明微处理器，霍夫被英国经济学家杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一 。 1971年11月，Intel推出MCS-4微型计算机系统（包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器 ）其中4004（下图）包含2300个晶体管，尺寸规格为3mm4mm，计算性能远远超过当年的ENIAC，最初售价为200美元。 1972年4月，

2、霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel 8008。由于8008采用的是P沟道MOS微处理器，因此仍属第一代微处理器。 1973年intel公司研制出8位的微处理器8080；1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微处理器就此诞生。 主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，使用了基于6微米技术的6000个晶体管，处理速度为0.64MIPS（Million Instructions Per Second ）。 1975年4月，MITS发布第一个通用型Altair 8800，售价375美元，带有1K

3、B存储器。这是世界上第一台微型计算机。 1976年intel公司研制出MCS-48系列8位的单片机，这也是单片机的问世。 Zilog公司于1976年开发的Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。当时，Zilog、Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立。 20世纪80年代初，Intel公司在MCS-48系列单片机的基础上，推出了MCS-51系列8位高档单片机。MCS-51系列单片机无论是片内RAM容量，I/O口功能，系统扩展方面都有了很大的提高。2.单片机的分类单片机最早是由INTEL公司发明的，最早的系列是MCS-48，后来有了MCS-51，现在还有MCS-96 系列

4、。经常说的51系列单片机MCS-51是一种8 位的单片机，而MCS-96 系列则是一种16 位的单片机。后来INTEL公司把它的核心技术转让给了世界上很多小公司，所以世界上就有许多公司生产51系列兼容单片机，比如飞利浦的87 LPC 系列，伟邦的W78L系列，达拉斯的DS87 系列，现代的GSM97系列等等。目前在我国比较流行的就是美国ATMEL公司的89C51，它是一种带Flash ROM 的单片机。20世纪80年代以来，单片机的发展非常迅速，一些著名的公司相继推出了各自的单片机产品，主要生产厂商及产品如表2.1所示。表2.1 单片机主要生产厂商及产品公司典型产品系列IntelMCS-48、

5、MCS-51、MCS-96系列Philips与MCS系列兼容的51系列MotorolaMC68系列Atmel与MCS系列兼容的51系列MicrochipPIC16C5X系列ZilogZ8系列单片机主要应用于测试和控制领域，按用途可分为通用型和专用型两大类：（1）通用型可开发的内部资源：RAM、ROM、I/O等功能部件，全部提供给用户，根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核心的测控系统。（2）专用型专门针对某些产品的特定用途而制作的单片机，针对性强且数量巨大。对系统结构的最简化、可靠性和成本最佳化等方面都作了全面的考虑。专用单片机具有十分明显的综合优势。随着单片机应用的广泛和深入，各种专业单片机

6、芯片将会越来越多。但无论专用单片机在用途上有多么专，其基本结构和工作原理都是以通用单片机为基础的3.单片机的应用单片机因其卓越的性能得到了广泛的应用，现已深入到各个领域，包括：一 工业控制。如工业生产过程中参数（如温度、压力、流量、液位等）的控制，数控机床，工业机器人等。二 智能化仪器仪表。由单片机构成的智能仪器仪表，集测量、数据处理功能于一体，如转速测试仪、噪声测试仪、振动测试仪及电子秤等。三 计算机网络与通信。单片机上有并行I/O接口和串行I/O接口，可用于通信接口，如单片机控制的自动呼叫应答系统、列车无线通信系统、遥测遥控系统等。四 家用电器。由于单片机体积小，控制能力强，且片内有定时器

7、/计数器，所以广泛应用于家电设备中。如空调机、洗衣机、微波炉、及防盗报警器等。总之，单片机软硬件结合、体积小，很容易应用到嵌入式控制系统中。4.应用实例MCS-51单片机是最早进入我国的单片机主流产品之一。MCS是Intel公司生产的单片机的系列号。MCS-51系列单片机既包括三个基本型8031、8051、8751，也包括对应的低功耗型80C31、80C51、87C51。MCS-51系列单片机组成框图，如图2.1所示。MCS-51单片机按功能划分，由如下功能部件组成，即微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）、串

8、行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）。图2.1 MCS-51系列单片机组成框图MCS-51系列单片机内部结构框图，如图2.2所示。图2.2 MCS-51系列单片机内部结构框图20世纪80年代中期以后，Intel公司已把精力集中在CPU芯片的开发、研制上，并逐渐放弃了单片机芯片的生产。但是以MCS-51为技术核心和主导的单片机已经成为许多厂家、电气公司竞相选用的对象，以此为基核。以专利或技术交换的形式把8051内核技术转让给各厂家。如：AMTEL、PHILIPS、ANALOG DEVICES、DALLAS公司。这些厂家的兼容单片机，与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，

9、采用CMOS工艺- 80C51系列。80C51系列：所有具有8051指令系统的单片机，不应直接称为MCS-51系列单片机，MCS只是Intel公司专用的单片机系列符号习惯把兼容机等衍生产品统称为51系列单片机或51单片机。在8051的基础上又进行了一些扩充,称为增强型、扩展型，如52子系列单片机，功能和市场竞争力更强。2.2.3 8051单片机内部结构（点击查看大图）图2.3 8051单片机内部结构8051单片机内部结构如图2.3所示。8051单片机主要由如下功能部件组成，即 CPU（微处理器）、 数据存储器（RAM）、片内为128个字节（52子系列的为256个字节）、程序存储器（ROM/EP

10、ROM）、4个并行8位I/O口（P1口、P2口、P3口、P0口）、串行口、定时器/计数器2.2.4 8051单片机的CPU结构8051的CPU是由运算器和控制器所构成。运算器：主要用来对操作数进行算术、逻辑运算和位操作。主要包括算术逻辑运算单元ALU、累加器A、寄存器B、位处理器、程序状态字寄存器PSW以及BCD码修正电路等。控制器：单片机的指挥控制部件，控制器的主要任务是识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件，从而保证单片机各部分能自动而协调地工作。、中断系统、特殊功能寄存器（SFR）。2.2.5 存储器结构MCS-51单片机存储器采用的是哈佛结构，即程序存储器空间和数据存储寻空间截

11、然分开，程序存储器和数据存储器各有自己的寻址方式、寻址空间和控制系统。这种结构对于单片机面向控制的实际应用极为方便有利。MCS-51单片机的存储器空间可划分为5类，见图2.4所示。1程序存储器空间：片内程序存储器为4KB的 Flash 存储器2片内数据存储器空间：内部有128个字节的随机存取存储器RAM3特殊功能寄存器 SFR-Special Function Register4位地址空间： 211个可寻址位5外部数据寄存器空间：片外可扩展64K字节RAM。（点击查看大图）图2.4 MCS-51系列单片机存储器配置图2.5内部数据存储器地址2.2.5.1 程序存储器MCS-51单片机的程序存储

12、器用于存放应用程序和表格之类的固定常数。可扩充的程序存储器空间最大为64K字节。程序存储器的使用应注意以下两点：1. 整个程序存储器空间可以分为片内和片外两部分，CPU访问片内和片外程序存储器，可由引脚所接的电平来确定。1，即引脚接高电平时，程序将从片内程序存储器开始执行；当 PC 值超出片内ROM的容量时，会自动转向片外程序存储器空间执行程序。0，即引脚接低电平时，单片机只执行片外程序存储器中的程序。64K程序存储器中有5个单元具有特殊用途，如下：0003H：外部中断0入口地址。000BH：定时器0中断入口地址。0013H：外部中断1入口地址。001BH：定时器1中断入口地址。0023H：串

13、行口中断入口地址。在系统中断响应之后，将自动转各中断入口地址处执行序，而中断服务程序一般无法存放于几个单元之内，因此在中断入口地址处往往存放一条无条件转移指令进行跳转，以便执行中断服务程序。2 程序存储器的某些单元被固定用于中断源的中断服务程序的入口地址。MCS-51单片机复位后，程序存储器PC的内容为0000H，故系统从0000H单元开始取指令，执行程序。2.2.5.2 MCS-51内部数据存储器MCS-51单片机的片内数据存储器单元共有128个，字节地址为00H-7FH。如图2.5所示。1. 地址为00H-1FH的32个单元是4组通用工作寄存器区，每个区含8个8位寄存器，编号为R7-R0。

14、2. 地址为20H-2FH的16个单元可进行共128位的位寻址。3. 地址为30H -7FH的单元为用户RAM区，只能进行字节寻址2.2.5.3 特殊功能寄存器（SFR）CPU对各种功能部件的管理、控制、监视是采用特殊功能寄存器（SFR，Special Function Register）的集中控制方式。特殊功能寄存器的总数为21个，离散的分布在该区域中，其中有些SFR还可以进行位寻址。表2.2是 SFR 的名称及其分布。表 2.2 SFR名称及地址分布2.2.5.4 位地址空间MCS-51单片机指令系统中有丰富的位操作指令，这些指令构成了位处理机的指令集。在RAM和SFR中共有211个位地址，位地址范围在00HFFH内，其中00H7FH这128个位处于内部RAM字节地址20H2FH单元中，如表2.3所示。其余的83个可寻址位分布在特殊功能寄存器SFR中，如表2.4所示。表2.3 8051内部RAM的可寻址位表2.4 8051特