单片机基础资料介绍

1、4. 1单片机介绍：单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能 集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、 存、部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定 时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、 网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制器(Microcontroler),是因为它最早被用在工业控 制领域。单片机由芯片仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过 将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复 杂的而对提及要求严格

2、的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计 出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬熊。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,因为简 单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了 MCS51系列单片 机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域 要求的提高，开始出现了 16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的 应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提髙。随 着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16 位单片机的高端地位，并且进

3、入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了 飞速提髙，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，髙端的32位单片机主频 已经超过300MHz,性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格 跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸 机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机 上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的髙端单片机甚至可以直接使用专用的 Windows和Linux操作系统。单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。 事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子 和机械产品中

4、都会集成有单片机。手机、计算器、家用电器、电子玩具、掌上 电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少 的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至 可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的 综合，甚至比人类的数量还要多。单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个 计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体页脚. 积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使 用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机部也用和电脑功能类似的模块，

5、比如CPU,存，并行总线，还有和硬 盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很 多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可 用它来做一些控制电器一 类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等 等的家电里面都可以看到它的身影！它主要是作为控制部分的核心部件。它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的 抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区 别。单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其 是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是 花

6、大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74 系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大 PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有 天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，髙效率，以及髙 可靠性！由于单片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语 言，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，既然这么低级为什么还要用 呢？很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢？原因很简单， 就是单片机没有家用计算机那样的CPU,也没有像硬盘那样的海量存储设备。一 个可视化高级语言

7、编写的小程序里面即使只有一个按钮，也会达到几十K的尺 寸！对于家用PC的硬盘来讲没什么，可是对于单片机来讲是不能接受的。单片 机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使 用。一样的道理，如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用PC上来 运行，家用PC的也是承受不了的。可以说，二十世纪跨越了三个电”的时代，即电气时代、电子时代和现已 进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主 机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算 机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机 的最小系统只用了一

8、片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通 常都藏在被控机械的肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用， 它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如 智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了页脚.单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词一一“智 能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞 出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因， 可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。4.2 AT89C51 简介：AT89C51 (如图2-10所

9、示)是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPER0MFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压， 髙性能CM0S8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器 制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89S51是一种髙效微控制pt. 1 rFl.2 匚Pl 3 LPI.4 匚Pl i LPI.6P A匚RSTPOOL(TXO P.1 匚ONTflJ P3 2 匚irflTf) M3 J C4TO pa.4 匚 P3

10、 i C(WH) P3.e E宀S PJ F匚XTAL2 CXTiM 1 匚GND C:1 V-CCP0 IADQ总1AD1) :丁 1AO2) :.PO3；J PO .4 AD5:F2.T4AlS|i P2.4:陀4 P?.2:PCi .et 1AC6J 门 PQ7:1 EAJVPP；1 AIL El1 PRO 乜:PSEN PZ 1 (AB) :P2O A8F器，为很多嵌入式控 制系统提供了一种 灵活性高且价廉的 方案。AT89C51AT89C51单片机示意图(4-2-1)VCC:供电电压。GND：接地。页脚.P0 口 ： PO 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL门电流

11、。当 P1 口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储 器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入 口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1 口 ： P1 口是一个部提供上拉电阻的8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收 输出4TTL 11电流。P1 口管脚写入1后，被部上拉为高，可用作输入，P1 口被外 部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于部上拉的缘故。在FLASH编程和校验 时，P1 口作为第八位地址接收。P2 口： P2 口为一个部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输 出4个T

12、TL门电流，当P2 口被写“1”时，其管脚被部上拉电阻拉高，且作为输 入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于部上 拉的缘故P2 口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时, P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用部上拉优势，当对外部八 位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的容。P2 口在FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口： P3 口管脚是8个带部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL 门电流。当P3 口写入“1”后，它们被部上拉为高电平，并用作输入。作为输入, 由于外部下拉为低电

13、平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的髙电 平时当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上 的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H, P0-P3输出 口全部为高电平，堆栈指钟写入07H,其它专用寄存器被清“0”。RESET由髙电 平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变 RAM （包括工作寄存器R0-R7）的状态，特殊功能寄存器初始态特殊功能寄存器初始态ACC00HBOOHPSWOOHSP07HDPHOOHTHOOOHDPL

14、OOHTLOOOHIPxxxOOOOOBTH1OOHIEOxxOOOOOBTL1OOH页脚.TM0D00HTCONOOHSC0NxxxxxxxxBSBUFOOHP0-P3lllllllBPCONOxxxxxxxB8051的初始态(4-2-2)ALE/PR0G：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的 地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不 变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外 部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时， 将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH

15、地址上置0。此时，ALE 只有在执行MOVX, M0VC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉髙。如果 微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机 器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号 将不出现。EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器 (0000H-FFFFH),不管是否有部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将部锁定 为RESET；当/EA端保持高电平时，此间部程序存储器。在FLASH编程期间，此 引脚也用于施加12V编程电源(VPP)oXTAL1：反向

16、振荡放大器的输入及部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大 器可以配置为片振荡器。石晶振荡和瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器 件，XTAL2应不接。有余输入至部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外 部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。芯片擦除：整个PER0M阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组 合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被 写1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89S51设有稳态逻

17、辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持 两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM,定时器，计 数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的容并且冻结振荡器， 禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。在自然界，任何高于绝对温度(- 273度)时物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，页脚.其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器（PIR）, 它能将波长为8 12um之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具 有抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区，当

18、无人体移动时，热释电红外感应器感应到 的只是背景温度，当人体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体 温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与 背景物体的温度的差异。另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。 菲涅尔透镜作用有两个：一是聚用，即将热释的红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作 用是将警戒区分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在PIR 上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化的电信号。人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10微米左右的红外线，被动式红 外探头就是靠探测人体发射的10微米左右的红外线而进行工作的。人体发射的10微米左右 的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件， 这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电 路经检测处理后就能产生报警信号。1）这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10微米左右的红外辐射