1 第 1章 單片機(jī)概述 2 第 1章 目錄 什么是單片機(jī) 單片機(jī)的發(fā)展歷史 單片機(jī)的特點(diǎn) 單片機(jī)的應(yīng)用 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 列單片機(jī) 他的 51單片機(jī) 3 臺(tái)灣華邦公司 77系列單片機(jī) 各類嵌入式處理器簡(jiǎn)介 嵌入式微控制器（單片機(jī)） 嵌入式 嵌入式微處理器 嵌入式片上系統(tǒng) n 4 介紹單片機(jī) 基 礎(chǔ)知識(shí)、發(fā)展歷史、應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢(shì) 。 8位單片機(jī)的主流機(jī)型，較大市場(chǎng)份額的 稱為 51系列單片機(jī)） 對(duì)目前 流行的 51單片機(jī) 的 代表性機(jī)型： 美國(guó) 介紹 。 簡(jiǎn)要介紹 其 他 類型 的單片機(jī)。 初步了解 嵌入式處理器 ： 單片機(jī)，數(shù)字信號(hào)處理器（ 嵌入式微處理器 內(nèi)容概要 5 20世紀(jì) 70年代問(wèn)世 ， 廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化、自動(dòng)檢測(cè)與控制、智能儀器儀表、機(jī)電一體化設(shè)備、汽車電子、家用電器等各個(gè)方面。什么是單片機(jī)？ 什么是單片機(jī) 一片半導(dǎo)體硅片集成 ： 中央處理單元（ 存儲(chǔ)器（ 并行 I/O、串行 I/O、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、系統(tǒng)時(shí)鐘電路及系統(tǒng)總線 的微型計(jì)算機(jī)。 具有 微型計(jì)算機(jī) 的屬性 ，因而被稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱 單片機(jī) 。 6 主要應(yīng)用于 測(cè)控領(lǐng)域 。單片機(jī)使用時(shí)，通常是 處于測(cè)控系統(tǒng)的核心地位 并嵌入其中，所以國(guó)際上通常把單片機(jī)稱為 嵌入式控制器 （ 或 微控制器 （ 。 我國(guó)習(xí)慣于使用 “單片機(jī)” 這一名稱。 單片機(jī)是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了 通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 和 嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 兩大分支。 單片機(jī) 體積小 、 成本低 ，嵌入到工業(yè)控制單元、機(jī)器人、智能儀器儀表、汽車電子系統(tǒng)、武器系統(tǒng)、家用電器、辦公自動(dòng)化設(shè)備、金融電子系統(tǒng)、玩具、個(gè)人信息終端及通訊產(chǎn)品中。 7 按照其用途可分為 通用型 和 專用型 兩大類。 （ 1） 通用型 單片機(jī)就是其內(nèi)部可開(kāi)發(fā)的資源（如存儲(chǔ)器、I/以全部提供給用戶。 用戶根據(jù)需要，設(shè)計(jì)一個(gè)以通用單片機(jī)芯片為核心，再配以外圍接口電路及其它外圍設(shè)備，并編寫(xiě)相應(yīng)的軟件來(lái)滿足各種不同需要的測(cè)控系統(tǒng)。通常所說(shuō)的和 本書(shū) 介紹的是指 通用型單片機(jī) 。 （ 2） 專用型 單片機(jī)是專門針對(duì)某些產(chǎn)品的 特定用途 而制作的單片機(jī)。 8 例如， 各種家用電器中的控制器等。由于用于特定用途，單片機(jī)芯片制造商常與產(chǎn)品廠家合作，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)“專用”的單片機(jī)芯片。 由于在設(shè)計(jì)中，已經(jīng)對(duì)“專用”單片機(jī)的系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)化 、可靠性 和 成本的最佳化 等方面都做了全面的綜合考慮，所以“專用”單片機(jī)具有十分明顯的綜合優(yōu)勢(shì)。 無(wú)論“專用”單片機(jī)在用途上有多么“?！保浠窘Y(jié)構(gòu)和工作原理都是 以通用單片機(jī)為基礎(chǔ) 的。 9 單片機(jī)的發(fā)展歷史 單片機(jī) 按 其處理的 二進(jìn)制位數(shù) 主要分為： 4位 單片機(jī)、 8位 單片機(jī)、 16位 單片機(jī)和 32位 單片機(jī)。 發(fā)展大致分為 4個(gè)階段 。 第一階段 （ 1974年 1976年）：?jiǎn)纹瑱C(jī) 初級(jí)階段 。因工藝限制，單片機(jī)采用雙片的形式而且功能比較簡(jiǎn)單。 1974年 12月，仙童公司推出了 8位的 際上只包括了 8位64B 個(gè)并行口。 第二階段 （ 1976年 1978年）： 低性能單片機(jī)階段 。 1976年 8位）極大地促進(jìn)了單片機(jī)的變革 10 和發(fā)展， 1977年 出了 這個(gè)階段仍處于低性能階段。 第三階段 （ 1978年 1983年）： 高性能單片機(jī)階段 。 1978年，出 1980年， 礎(chǔ)上 推出 801單片機(jī) 。使單片機(jī)的性能及應(yīng)用躍上新的臺(tái)階。 此后， 各公司的 8位單片機(jī)迅速發(fā)展。推出的單片機(jī)普遍帶有串行 I/級(jí)中斷系統(tǒng)、 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，片內(nèi)尋址范圍可達(dá) 64的片內(nèi)還帶有 A/于這類單片機(jī)的性能價(jià)格比高，所以被廣泛應(yīng)用，是目前應(yīng)用數(shù)量最多的單片機(jī)。 11 第四階段 （ 1983年現(xiàn)在）： 8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及 16位單片機(jī)、 32位單片機(jī) 推出階段 。 16位典型產(chǎn)品 片機(jī)。而 32位單片機(jī)除了具有更高的集成度外，其數(shù)據(jù)處理速度比 16位單片機(jī)提高許多，性能比 8位、 16位單片機(jī)更加優(yōu)越。 20世紀(jì) 90年代 單片機(jī)制造業(yè)大發(fā)展時(shí)期， 州儀器（ 三菱、日立、飛利浦、 大推動(dòng)單片機(jī)的應(yīng)用。近年，又有不少 新型的高集成度的單片機(jī)產(chǎn)品 涌現(xiàn)出來(lái)，出現(xiàn)了產(chǎn)品豐富多彩的局面。目前，除 8位單片機(jī)得到廣泛應(yīng)用外， 16位單片機(jī)、 32位單片機(jī)也得到廣大用戶青睞。 12 單片機(jī)的特點(diǎn) 單片機(jī)是 集成電路技術(shù) 與 微型計(jì)算機(jī)技術(shù) 高速發(fā)展的產(chǎn)物。體積小、價(jià)格低、應(yīng)用方便、穩(wěn)定可靠，因此， 給工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域帶來(lái)了一場(chǎng)重大革命和技術(shù)進(jìn)步 。 由于 體積小，很容易地嵌入到系統(tǒng) 之中，以實(shí)現(xiàn)各種方式的檢測(cè)、計(jì)算或控制，這一點(diǎn)，一般微機(jī)根本做不到。 由于單片機(jī)本身就是一個(gè)微型計(jì)算機(jī)，因此只要在單片機(jī)的外部適當(dāng)增加一些必要的外圍擴(kuò)展電路，就可以靈活地構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)， 如工業(yè)自動(dòng)檢測(cè)監(jiān)視系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、智能儀器儀表等。 13 為什么 應(yīng)用廣泛 ？具有 以下優(yōu)點(diǎn) ： （ 1）功能齊全，應(yīng)用可靠，抗干擾能力強(qiáng)。 （ 2）簡(jiǎn)單方便，易于普及。單片機(jī)技術(shù)是易掌握技術(shù)。應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試已經(jīng)是一件容易的事情，工程技術(shù)人員通過(guò)學(xué)習(xí)可很快掌握其應(yīng)用設(shè)計(jì)技術(shù)。 （ 3）發(fā)展迅速，前景廣闊。短短幾十年，單片機(jī)經(jīng)過(guò) 4位機(jī)、8位機(jī)、 16位機(jī)、 32位機(jī) 等幾大發(fā)展階段。尤其是 集成度高、功能日臻完善的單片機(jī) 不斷問(wèn)世，使單片機(jī)在工業(yè)控制及工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域獲得長(zhǎng)足發(fā)展和大量應(yīng)用。 目前 ，單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)愈加完美，片內(nèi)外圍功能部件越來(lái)越完善，向 更高層次 和 更大規(guī)模 的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 14 （ 4） 嵌入容易，用途廣泛 ， 體積小、性能價(jià)格比高，應(yīng)用靈活性強(qiáng) 等特點(diǎn)在嵌入式微控制系統(tǒng)中具有十分重要的地位。 單片機(jī)出現(xiàn)前， 制作一套測(cè)控系統(tǒng)，大量的模擬電路、數(shù)字電路、分立元件完成，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算、判斷和控制功能。系統(tǒng)的體積龐大，線路復(fù)雜，連接點(diǎn)多，易出現(xiàn)故障。 單片機(jī)出現(xiàn)后 ，測(cè)控功能的絕大部分由單片機(jī)的軟件程序?qū)崿F(xiàn)，其它電子線路則由 片內(nèi)的 外圍功能部件 來(lái)替代。 單片機(jī)的應(yīng)用 軟硬件結(jié)合、體積小，容易嵌入到各種應(yīng)用系統(tǒng)中。得到廣泛應(yīng)用。 15 1工業(yè)檢測(cè)與控制 主要應(yīng)用： 工業(yè)過(guò)程控制、智能控制、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)采集和傳輸、測(cè)試、測(cè)量、監(jiān)控等。在工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域中，機(jī)電一體化技術(shù) 將發(fā)揮愈來(lái)愈重要的作用，在這種集機(jī)械、微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的綜合技術(shù)（如 機(jī)器人技術(shù) ）中，單片機(jī)發(fā)揮著非常重要的作用。 2儀器儀表 目前對(duì)儀器儀表的 自動(dòng)化 和 智能化 要求越來(lái)越高。單片機(jī)的使用有助于提高儀器儀表的精度和準(zhǔn)確度，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減小體積而易于攜帶和使用， 加速儀器儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化方向 發(fā)展。 16 3消費(fèi)類電子產(chǎn)品 例如，洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、電風(fēng)扇、電視機(jī)、微波爐、加濕機(jī)、消毒柜等。嵌入了單片機(jī)后，功能和性能大大提高，并實(shí)現(xiàn)智能化、最優(yōu)化控制。 4通訊 在調(diào)制解調(diào)器、各類手機(jī)、傳真機(jī)、程控電話交換機(jī)、信息網(wǎng)絡(luò)及各種通訊設(shè)備中，單片機(jī)也已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。 5武器裝備 在 現(xiàn)代化的武器裝備 中，如飛機(jī)、軍艦、坦克、導(dǎo)彈、魚(yú)雷制導(dǎo)、智能武器裝備、航天飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)，都有單片機(jī)嵌入其中。 17 6各種終端及計(jì)算機(jī)外部設(shè)備 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端（如銀行終端）以及計(jì)算機(jī)外部設(shè)備（如打印機(jī)、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、繪圖機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等）中都使用了單片機(jī)作為控制器。 7汽車電子設(shè)備 已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在 各種汽車電子設(shè)備 中， 如 汽車安全系統(tǒng)、汽車信息系統(tǒng)、智能自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、衛(wèi)星汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車緊急請(qǐng)求服務(wù)系統(tǒng)、汽車防撞監(jiān)控系統(tǒng)、汽車自動(dòng)診斷系統(tǒng)以及汽車黑匣子等。 8分布式多機(jī)系統(tǒng) 在較復(fù)雜多節(jié)點(diǎn)的測(cè)控系統(tǒng)中，常采用 分布式多機(jī)系統(tǒng) 。 18 一般由若干臺(tái)功能各異的單片機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過(guò)串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。在這種系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個(gè)終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點(diǎn)上，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量和控制。 從 工業(yè)自動(dòng)化、自動(dòng)控制、智能儀器儀表、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等方面， 直到國(guó)防尖端技術(shù)領(lǐng)域 ，單片機(jī)都發(fā)揮著 十分重要的作用 。 19 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)將是 向大容量、高性能化，外圍電路內(nèi)裝化等方面發(fā)展 。為滿足不同用戶的要求，各公司競(jìng)相推出能滿足不同需要的產(chǎn)品。 1 （ 1）增加 例如，各種 16位單片機(jī)和 32位單片機(jī)，數(shù)據(jù)處理能力要優(yōu)于 8位單片機(jī)。另外， 8位單片機(jī)內(nèi)部采用 16位數(shù)據(jù)總線 ，其數(shù)據(jù)處理能力明顯優(yōu)于一般8位單片機(jī)。 （ 2）采用 雙 提高數(shù)據(jù)處理能力。 20 2存儲(chǔ)器的發(fā)展 （ 1）片內(nèi)程序存儲(chǔ)器普遍采用 閃爍（ 儲(chǔ)器 ?？刹挥猛鈹U(kuò)展程序存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 （ 2） 加大存儲(chǔ)容量 。目前有的單片機(jī)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器容量可達(dá) 128 3片內(nèi) I/（ 1）增加并行口 驅(qū)動(dòng)能力 ，以減少外部驅(qū)動(dòng)芯片。有的單片機(jī)可以直接輸出大電流和高電壓，以便能直接驅(qū)動(dòng) 光顯示器）。 （ 2）有些單片機(jī)設(shè)置了一些 特殊的串行 I/為 構(gòu)成分布式、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng) 提供方便條件。 21 4低功耗化 耗小，配置有 等待狀態(tài)、睡眠狀態(tài)、關(guān)閉狀態(tài) 等工作方式。消耗電流僅在 A或 于電池供電的便攜式、手持式的儀器儀表以及其它消費(fèi)類電子產(chǎn)品。 5外圍電路內(nèi)裝化 眾多外圍電路全部裝入片內(nèi)，即 系統(tǒng)的單片化 是目前發(fā)展趨勢(shì)之一。 例如， 美國(guó) 8051位單片機(jī)，內(nèi)部采用流水線結(jié)構(gòu)，大部分 指令的完成時(shí)間 為 1或 2個(gè)時(shí)鐘周期， 峰值處理能力 為 25上集成有 8通道 A/D、兩路 D/A、兩路電壓比較器，內(nèi)置溫度傳感器、定時(shí)器、可編程數(shù)字交叉開(kāi)關(guān)和 64個(gè)通用 I/源監(jiān)測(cè)、 22 看門狗、多種類型的串行接口（兩個(gè) 。一片芯片就是一個(gè)“測(cè)控”系統(tǒng)。 綜上所述，單片機(jī)正在 向多功能、高性能、高速度（時(shí)鐘達(dá)40低電壓（ 低功耗、低價(jià)格（幾元錢）、外圍電路內(nèi)裝化以及片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量不斷增大 的方向發(fā)展。 23 20世紀(jì) 80年代以來(lái)，發(fā)展迅速，世界一些 著名廠商投放市場(chǎng)的產(chǎn)品就有幾十個(gè)系列 ， 數(shù)百個(gè)品種 ， 801、 6802， 501、 6502等。此外，荷蘭的本的 立公司等也相繼推出了各自的產(chǎn)品。 盡管機(jī)型很多，但是在 20世紀(jì) 80年代以及 90年代， 在我國(guó)使用最多 的 8位單片機(jī)還是 片機(jī)以及與其兼容的單片機(jī)（稱為 51系列單片機(jī) ）。 24 0世紀(jì) 80年代初發(fā)展起來(lái)的，是 最早進(jìn)入我國(guó) ，并在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用的單片機(jī)主流品種。 基本型 ： 8031/8051/8751（低功耗型 8007強(qiáng)型 ： 8032/8052/8752。已為我國(guó)廣大技術(shù)人員所熟悉和掌握。在上世紀(jì) 80年代和 90年代， 常使用的是 基本型 和 增強(qiáng)型 。 25 （ 1）基本型 典型產(chǎn)品： 8031/8051/8751。 8031內(nèi)部包括 1個(gè) 8位 128B 21個(gè)特殊功能寄存器（ 4個(gè) 8位并行 I/1個(gè)全雙工串行口， 2個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 5個(gè)中斷源，但 片內(nèi)無(wú) 程序存儲(chǔ)器 ，需外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器芯片。 8051是在 8031的基礎(chǔ)上，片內(nèi)又 集成有 4以 8051是一個(gè)程序不超過(guò) 4為用戶燒制的。 8751與 8051相比，片內(nèi)集成的 4051的 4 26 （ 2）增強(qiáng)型 出 增強(qiáng)型 典型產(chǎn)品 ： 8032/8052/8752。 內(nèi)部 56B， 8052、 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 擴(kuò)展到 816位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 增至 3個(gè)， 6個(gè)中斷源，串行口通信速率提高 5倍。 表 1 列單片機(jī) 20世紀(jì) 80年代中期以后， 制上，淡出單片機(jī)芯片的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。 27 28 計(jì)上的成功 ，以及 較高的市場(chǎng)占有率 ，已成為許多廠家、電氣公司競(jìng)相選用的對(duì)象。 專利 形式把 8051內(nèi)核技術(shù) 轉(zhuǎn)讓 給 生產(chǎn)的兼容機(jī)與 8051兼容，采用 而常用 80051指令系統(tǒng)的單片機(jī)，這些兼容機(jī) 的 各種衍生品種統(tǒng)稱為 51系列單片機(jī) 或簡(jiǎn)稱為 51單片機(jī) ，是 在 8051的基礎(chǔ)上又 增加一些功能模塊 （稱其為 增強(qiáng)型 、 擴(kuò)展型 子系列單片機(jī)）。 29 近年來(lái)，世界上單片機(jī)芯片生產(chǎn)廠商推出的 與 8051（ 80 兼容的主要產(chǎn)品 如 表 1 30 在眾多的 衍生機(jī)型 中， 其是 位單片機(jī)市場(chǎng)中 占有較大的市場(chǎng)份額 。 994年以 0 術(shù)優(yōu)勢(shì)是閃爍（ 儲(chǔ)器技術(shù) ，將0成了片內(nèi)帶有 31 原有功能、引腳以及指令系統(tǒng)方面完全兼容 。 此外，某些品種 又增加了一些新的功能 ，如 看門狗定時(shí)器系統(tǒng)編程也稱在線編程）及 術(shù)等。片內(nèi) +5V）電擦除、電寫(xiě)入或使用編程器對(duì)其重復(fù)編程。 另外， 支持由軟件選擇的 兩種 節(jié)電工作方式 ，非常適于 低功耗的場(chǎng)合 。 與 7 代了 8732 重復(fù)編程，且價(jià)格較低 。 因此 為 代表性產(chǎn)品 受到 用戶 歡迎，目前取代 本書(shū)重點(diǎn)介紹 原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 S”檔 系列機(jī)型是 代表性產(chǎn)品為 本型的 33 使用 保留原來(lái)軟硬件的條件下，完全可以用 與 鐘頻率以及運(yùn)算速度有了較大的提高 ，例如， 4 3門狗定時(shí)器、具有低功耗空閑工作方式和掉電工作方式。目前， 表 1內(nèi)硬件資源 。由于種類多，要依據(jù)實(shí)際需求來(lái)選擇合適的型號(hào)。 34 35 表 1檔機(jī)型， 均為 20只 引腳。當(dāng)?shù)蜋n機(jī)滿足設(shè)計(jì)需求時(shí)，就不要采用較高檔次的機(jī)型。 例如， 當(dāng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)， 僅僅需要一個(gè)定時(shí)器和幾位數(shù)字量輸出 ，那么選擇 需選擇為后者要比前者的價(jià)格高，且前者體積也小。 如對(duì) 程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的 容量要求較高 ，還要單片機(jī)運(yùn)行速度盡量要快 ，可考慮選擇 為它們的最高工作時(shí)鐘頻率為 33 程序需要多于 8考慮選用片內(nèi) 0 36 表 1“ 代表 低電壓 ，它與 2工作電壓為 6V，編程電壓 珍式、無(wú)交流電源供電的環(huán)境中應(yīng)用，特別適于電池供電的儀器儀表和各種野外操作的設(shè)備中。 盡管 多種機(jī)型 ，但掌握好 基本型 分重要，因?yàn)樗鼈兪蔷哂?8051內(nèi)核的各種型號(hào)單片機(jī)的基礎(chǔ)，最具典型性和代表性，同時(shí)也是各種增強(qiáng)型、擴(kuò)展型等衍生品種的基礎(chǔ)。 本書(shū) 以 1單片機(jī) 的 代表性機(jī)型 來(lái)介紹單片機(jī)的原理及應(yīng)用。 37 在我國(guó)，除 8位單片機(jī)得到廣泛應(yīng)用外， 16位單片機(jī)也得到了廣大用戶的青睞 ，例如，美國(guó) 16位單片機(jī)陽(yáng) 16位單片機(jī) 。本身帶有 A/片芯片就構(gòu)成了一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。設(shè)計(jì)使用非常方便。盡管這樣， 16位 單片機(jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有 8位 單片機(jī)應(yīng)用的那樣廣泛和普及， 因?yàn)槟壳暗闹饕獞?yīng)用中， 8位單片機(jī)的性能已能夠滿足大部分的實(shí)際需求，況且 8位單片機(jī)的性能價(jià)格比也較好。 在眾多廠家生產(chǎn)的各種不同的 8位單片機(jī)中， 與 1單片機(jī) ，目前仍然是 8位單片機(jī)的 主流品種 ，若干年內(nèi)仍是自動(dòng)化、機(jī)電一體化、儀器儀表、工業(yè)檢測(cè)控制應(yīng)用的 主角 。 38 他 的 51單片機(jī) 世界各半導(dǎo)體器件廠家推出 的 以 8051為內(nèi)核的，各種集成度高、功能強(qiáng)的的增強(qiáng)型單片機(jī)。這些單片機(jī)目前也得到廣大設(shè)計(jì)工程師的青睞。 812單片機(jī) 美國(guó) 司生產(chǎn)的高性能單片機(jī)，內(nèi)部包含 高精度的自校準(zhǔn) 8通道 12位 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ， 2通道 12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器 以及可編程的 8位的與 8051單片機(jī)兼容的 令系統(tǒng)與 內(nèi)有 8 640B 256持可編程 )。 39 片內(nèi)集成 看門狗定時(shí)器、電源監(jiān)視器以及 為多處理器接口和 I/2條可編程的 I/含有與 標(biāo)準(zhǔn) 。 812的 閑和掉電工作模式，軟件可控制從正常模式到空閑模式，也可切換到更省電的掉電模式。掉電模式， 消耗總電流約 5A。 美國(guó) 品 ，集成度高， 8051內(nèi)核 。 典型產(chǎn)品 為 部采用 流水線結(jié)構(gòu) ，大部分指令的完成時(shí)間為 1或 2個(gè)時(shí)鐘周期， 峰值處理能力 為 25 40 片內(nèi) 資源： 1個(gè) 8位 1個(gè) 12位 1個(gè)雙 12位 64256B 128B 8個(gè) I 4根 I 5個(gè) 16位通用定時(shí)器； 5個(gè)捕捉比較模塊的可編程計(jì)數(shù)定時(shí)器陣列（ 1個(gè) 個(gè) 1個(gè) 2路電壓比較器，電源監(jiān)測(cè) )，內(nèi)置溫度傳感器。 突出的改進(jìn) 是 引入了數(shù)字交叉開(kāi)關(guān) 。 數(shù)字交叉開(kāi)關(guān)，改變以往內(nèi)部功能與外部引腳的固定對(duì)應(yīng)關(guān)系。 它 是一個(gè)大的數(shù)字開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，允許將內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng) 41 資源分配給端口 I/具有標(biāo)準(zhǔn)復(fù)用數(shù)字 I/該 結(jié)構(gòu)可支持所有功能組合?？?通過(guò)設(shè)置交叉開(kāi)關(guān)控制寄存器 將片內(nèi)計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器、串行總線、硬件中斷、較器輸出及單片機(jī)內(nèi)部的其它數(shù)字信號(hào)配置為出現(xiàn)在端口 I/許用戶根據(jù)自己的特定應(yīng)用，選擇通用端口 I/ 臺(tái)灣華邦公司 77系列單片機(jī) 臺(tái)灣華邦公司 (片機(jī)與 增強(qiáng)型。 8051的時(shí)序作了改進(jìn)：每個(gè)指令周期只需要 4個(gè) 42 時(shí)鐘周期，速度提高了三倍，工作頻率最高可達(dá) 40 加看門狗 組 組 寫(xiě)程序非常便利）、 系統(tǒng)可編程）等功能。片內(nèi)集成了 音處理等功能，具有 6組外部中斷源。 華邦公司的 4位單片機(jī)帶 液晶驅(qū)動(dòng) ，在線燒錄，保密性高，低工作電壓 ( 43 除了 51單片機(jī)外，目前某些 非 51單片機(jī) 也得到了較為廣泛的應(yīng)用，目前應(yīng)用較廣泛是 片機(jī)， 它們博采眾長(zhǎng)，具獨(dú)特技術(shù)， 受到 廣大設(shè)計(jì)工程師的關(guān)注。 997年 先生 與 同研發(fā)出的 精簡(jiǎn)指令集 ( 高速 8位單片機(jī)，簡(jiǎn)稱 特點(diǎn)如下： （ 1）高速、高可靠性、功能強(qiáng)、低功耗和低價(jià)位。 44 早期單片機(jī) 采取穩(wěn)妥方案 ：即采用 較高的分頻系數(shù) 對(duì) 時(shí)鐘分頻 ，使 指令周期長(zhǎng) ，執(zhí)行 速度慢 。 以后的單片機(jī)雖采用提高時(shí)鐘頻率和縮小分頻系數(shù)等措施，但這種狀態(tài)并未被徹底改觀 (例如 51單片機(jī) )。雖有某些精簡(jiǎn)指令集單片機(jī)問(wèn)世，但 依舊沿襲對(duì)時(shí)鐘分頻的作法 。 底打破這種舊設(shè)計(jì)格局， 廢除了機(jī)器周期，拋棄復(fù)雜指令計(jì)算機(jī) (求指令完備的做法 。采用精簡(jiǎn)指令集，以字作為指令長(zhǎng)度單位，將操作數(shù)與操 45 作碼 安排在一字之中，指令長(zhǎng)度固定、指令格式與種類相對(duì)較少、尋址方式也相對(duì)較少，絕大部分指令都為單周期指令 。 取指周期短 ， 又可預(yù)取指令 ，實(shí)現(xiàn) 流水作業(yè) ，故可高速執(zhí)行指令。當(dāng)然這種 “ 高速度 ” 是以高可靠性來(lái)保障的。 （ 2）采用 片內(nèi) 用戶的開(kāi)發(fā)帶來(lái)方便。 片 內(nèi)大容量的 時(shí)也更有效的支持使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)系統(tǒng)程序，并可像 46 （ 3）豐富的 片內(nèi) 外設(shè) 。定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、看門狗電路、低電壓檢測(cè)電路 個(gè)復(fù)位源 (自動(dòng)上下電復(fù)位、外部復(fù)位、看門狗復(fù)位、 ，可設(shè)置的啟動(dòng)后延時(shí)運(yùn)行程序，增強(qiáng)了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性。 多種串口： 如通用的異步串行口（ 面向字節(jié)的高速硬件串行接口 外還有 47 （ 4） I/動(dòng)能力大 。 業(yè)級(jí)產(chǎn)品 ，具有大電流 (最大可達(dá) 40 驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，可省去功率驅(qū)動(dòng)器件 ，直接驅(qū)動(dòng)可控硅 。I/便于 滿足各種多功能 I/具備 10能力。 （ 5）低功耗。 具有省電功能 (休眠功能 (低功耗的工作方式。一般耗電在 1 2.5 型功耗，00適用于 電池供電 。 48 有的器件 最低 （ 6）支持程序的 在系統(tǒng)編程 （ 在線編程，開(kāi)發(fā)門檻較低。只需一條 可以把程序?qū)懭?以使用 錢少 。其中 線應(yīng)用編程 （ 在線升級(jí)或銷毀應(yīng)用程序 ）。 （ 7） 程序保密性好，不可破解的位加密鎖 具有多重密碼保護(hù)鎖死 (能，使得用戶編寫(xiě)的應(yīng)用程序不被讀出。 49 3個(gè)檔次 ，適于各種不同要求： （ 1）低檔 2/13/15/26/28等； （ 2）中檔 313/8515/8535等； （ 3）高檔 有 6/32/64/128（ 存儲(chǔ)容量為 8/16/32/64/128 及 535等。 美國(guó) 性如下： （ 1）最大的特點(diǎn)是從實(shí)際出發(fā)，重視性能價(jià)格比，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種型號(hào)來(lái)滿足應(yīng)用需求。 例如， 一個(gè)摩托車的點(diǎn)火器需要一個(gè) I/靠性 50 較高的小型單片機(jī)，若用 40腳功能強(qiáng)的單片機(jī)，投資大，使用也不方便。 低到高有 幾十個(gè)型號(hào) 。其中， 有 8個(gè)引腳 ，是 世界最小的單片機(jī) 。有 512字節(jié) 25字節(jié) 個(gè) 8位定時(shí)器、一根輸入線、 5根 I/價(jià)格非常便宜。 用 在 摩托車點(diǎn)火器 非常適合。 如 不是最高檔型號(hào)）有 40個(gè)引腳，其內(nèi)部資源為 K、 192字節(jié) 8路 A/D、 3個(gè) 8位定時(shí)器、 2個(gè) 3個(gè)串行口、 1個(gè)并行口、 11個(gè)中斷源、 33個(gè) I/可以和其 他 品牌的高檔型號(hào)媲美。 51 （ 2） 精簡(jiǎn)指令 集 使執(zhí)行效率大為提高。 位單片機(jī)采用精簡(jiǎn)指令集（ 數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線（ 構(gòu)，指令單字長(zhǎng)，且允許指令代碼的位數(shù)可多于 8位的數(shù)據(jù)位數(shù)，這與傳統(tǒng)的采用復(fù)雜指令結(jié)構(gòu)（ 構(gòu)的 8位單片機(jī)相比，可以達(dá)到 2:1的代碼壓縮，速度提高 4倍。 （ 3） 優(yōu)越 的 開(kāi)發(fā)環(huán)境 。 51單片機(jī)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)大都采用高檔型仿真低檔型，實(shí)時(shí)性不理想。 有的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實(shí)時(shí)性非常好。 52 （ 4）其引腳具有防瞬態(tài)能力 ，通過(guò)限流電阻可以接至 220直接與繼電器控制電路相連，無(wú)須光電耦合器隔離，給應(yīng)用帶來(lái)極大方便。 （ 5）保密性好 。 戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無(wú)法讀出，除非恢復(fù)熔絲。目前，復(fù)熔絲的可能性極小。 （ 6）片內(nèi)集成了看門狗定時(shí)器 ，可以用來(lái)提高程序運(yùn)行的可靠性。 53 （ 7）設(shè)有休眠和省電工作方式 。可大大降低系統(tǒng)功耗 并 可采用電池供電。 低檔型、中檔型 和 高檔型 ： （ 1）低檔 8位單片機(jī) 16 早在市場(chǎng)上得到發(fā)展，價(jià)格低，有較完善的開(kāi)發(fā)手段， 因此在國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛 ；而 界第一個(gè) 8腳低價(jià)位單片機(jī) 可用于簡(jiǎn)單的智能控制等要求體積小的場(chǎng)合，前景廣闊。 54 （ 2）中檔 8位單片機(jī) 種最為豐富，其性能比低檔產(chǎn)品有所提高，增加了中斷功能，指令周期可達(dá)到200 A D，內(nèi)部 時(shí)鐘工作，比較輸出，捕捉輸入， 步串行接口（ 模擬電壓比較器及 封裝從 8腳到 68腳，可用于高、中、低檔的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，價(jià)格適中，廣泛應(yīng)用在各類電子產(chǎn)品中。 55 （ 3）高檔 8位單片機(jī) 適合高級(jí)復(fù)雜系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品， 在中檔位單片機(jī)的基礎(chǔ)上 增加了硬件乘法器，指令周期可達(dá)成 160是目前世界上 8位單片機(jī)中性價(jià)比最高的機(jī)種，可用于高、中檔產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，如電機(jī)控制等。 各類嵌入式處理器簡(jiǎn)介 隨著集成電路技術(shù)及電子技術(shù)的飛速發(fā)展， 各種體系結(jié)構(gòu)的處理器品種繁多 ，且都 嵌入到系統(tǒng)中 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸和控制功能，各類 嵌入式處理器為核心 的嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用， 是 當(dāng)今電子信息技術(shù)應(yīng)用的 一大熱點(diǎn) 。 56 具有各種不同體系結(jié)構(gòu)的處理器，構(gòu)成了 嵌入式處理器家族 ，是嵌入式系統(tǒng)的核心。全世界嵌入式處理器的品種總量已經(jīng)超過(guò) 1000多種，按 體系結(jié)構(gòu)主要分為如下幾類 ： 嵌入式微控制器（ 單片機(jī) ）、嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器（簡(jiǎn)稱、 嵌入式微處理器 以及片上系統(tǒng)（ 。 57 嵌入式微控制器（單片機(jī)） 將用于測(cè)控目的的計(jì)算機(jī)小系統(tǒng)集成到一塊芯片中。 一般以某一種微處理器內(nèi)核為核心 ，片內(nèi)集成 線及總線控制邏輯、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、 A/D、 D/A、 一個(gè)系列的單片機(jī)具有 多種衍生產(chǎn)品 ，每種衍生產(chǎn)品的 處理器內(nèi)核都是一樣 的，不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的配置及封裝。使單片機(jī) 與 需求相匹配，減少功耗和成本。 單片機(jī)最大特點(diǎn)是 單片化， 價(jià)廉 ， 功耗和成本下降、可靠性提高 。 是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。 58 嵌入式 非常擅長(zhǎng)于高速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算（如數(shù)字濾波、 譜分析 等） 。由于硬件結(jié)構(gòu)和指令 的 特殊設(shè)計(jì)，使其能夠高速完成各種數(shù)字信號(hào)處理算法。 1981年， 制出 片 低成本、高性能 使 上世紀(jì) 90年代， 由于無(wú)線通信、各種網(wǎng)絡(luò)通信、多媒體技術(shù)的普及和應(yīng)用，高清晰度數(shù)字電視的研究，極大地刺激了 59 入式領(lǐng)域 。推動(dòng) 入式系統(tǒng)的智能化， 例如 各種帶有智能邏輯的消費(fèi)類產(chǎn)品，生物信息識(shí)別終端，實(shí)時(shí)語(yǔ)音壓解系統(tǒng)、數(shù)字圖像處理等。這類智能化算法一般都是運(yùn)算量較大，特別是向量運(yùn)算、指針線性尋址等較多，而這些正是 但在一些實(shí)時(shí)性要求很高的場(chǎng)合 ， 單片 能滿足要求 。因此，又研制出了多總線、多流水線和并行處理的包含多個(gè) 大提高了系統(tǒng)的性能。 與單片機(jī)相比， 速運(yùn)算 能力 和 多總線 ， 處理的算法的復(fù)雜度 和 大的數(shù)據(jù)處理流量 是 單片機(jī) 不可企及的。 60 美國(guó) 居榜首 ，占全球 60左右 。 2000系列，移動(dòng)通信的 及應(yīng) 用在通信和數(shù)字圖像處理的 今天，隨著全球信息化和 媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用，尖端技術(shù)向民用領(lǐng)域迅速的轉(zhuǎn)移，數(shù)字技術(shù)大范圍進(jìn)入消費(fèi)類電子產(chǎn)品，使 能指標(biāo)不斷提高，價(jià)格不斷下降，已成為 新興科技：通信、多媒體系統(tǒng)、消費(fèi)電子、醫(yī)用電子等飛速發(fā)展 的推動(dòng) 力量 ， 61 力 ， 據(jù)國(guó)際著名市場(chǎng)調(diào)查研究公司 布的一份統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)報(bào)告顯示，目前 世界 0 的增幅 大幅度增長(zhǎng)，是目前最有發(fā)展和應(yīng)