1、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片集成电路，即可进行简单运算和控制。 它的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑，因为它体积小， 通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在这个装置中，起着有如人类头脑 的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。单片机具有体积小、功能强、应用面广等优点，目前正以前所未见的 速度取代着传统电子线路构成的经典系统，蚕食着传统数字电路与模拟电 路固有的领地。它的体积小、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
2、片机了解计算机原理与结构的最佳选择。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛。彩电、冰箱、空调、录像机、VCD遥控器、游戏机、电饭煲等无处不见单片机的影子，单片机早已 深深地融入我们每个人的生活之中。单片机能大大地提高这些产品的智能性，易用性及节能性等主要性能指标，给我们的生活带来舒适和方便的同时，在工农业生产上也极大地提 高了生产效率和产品质量。单片机按用途大体上可分为两类，一种是通用 型单片机，另一种是专用型单片机。1.1单片机基础知识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。MCS-51单片机是美国I
3、NTEL公司于1980年推出的产品，与 MCS48单 片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电 路单元和指令，指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品， 一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校 及专业学校的培训教材仍与MSC-51单片机作为代表进行理论基础学习。MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品。DP-51S单片机仿真实验仪是由广州致远电子有限公司设计的 DP系列单片机仿真实验仪之一，是一种功能强大的单片机应用技术学习、调试。1.2单片机的应用领域单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用
4、设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分为如下几个范畴：一、在智能仪器仪表的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用 方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸 如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬 度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、 智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的 测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。二、 在家用电器中的应用可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、 洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器
5、材、再到电子秤量设备， 五花八门，无所不在。三、 在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流 水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成 二级控制系统等。四、 在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通 信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的 通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机、电话机、小型程控交 换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见 的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。五、 单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备
6、中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析 仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。此外，单片机在工商、金融、科研、教育、国防航空等领域都有着十 分广泛的用途。1.3单片机的发展趋势单片机现在可以说是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制 造公司都推出了自己的单片机，从 8位、16位到32位，数不胜数，应有尽 有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互 补，为单片机的应用提供了广阔的天地。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：一、微型单片化现在常规的单片机普遍都是将中央处理器（CPU、随机存取数据存储（RAM、只读程序存储器（R0、并行和串行
7、通信接口，中断系统、定时 电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如 AD转换器、PM（脉宽调制电路）、WD（看门狗、有些单片机将LCD（液晶）驱 动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能 就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有 自己特色的单片机芯片。此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功 能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装 形式，其中SM（表面封装）越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝 微型化方向发展。二、低功耗CMO化MCS-51系列的8031推出时的功耗达630m，
8、而现在的单片机普遍都在 100mV左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基 本都采用了 CMO（互补金属氧化物半导体工艺）。像80C51就采用了 HMOS（即高密度金属氧化物半导体工艺）和CHMOS互补高密度金属氧化物半导 体工艺）。CMOS!然功耗低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMO则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于要求低功耗像电 池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途 径。三、主流与多品种共存现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以 80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有 PHILIPS公司的产品
9、，ATME公司的 产品和中国台湾的 Win bo nd系列单片机。所以80C51占据了半壁江山。而 Microchip公司的PIC精简指令集合（RISC）也有着强劲的发展势头，中国 台湾的HOLTE）公司近年的单片机产量与日俱增，与其底价质优的优势，占 据一定的市场份额。此外还有 MOTORO公司的产品，日本几大公司的专用 单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一 统天下的垄断局面，走的是依存互补、相辅相成、共同发展的道路。九十年代以后，单片机在结构上采用双CPU或内部流水线，CPU位数有 8位、16位、32位，时钟频率高达20MHZ片内带有PW输出、监视定时 器WDT
10、可编程计数器阵列PCA DMA传输、调制解调器等。芯片向高度集 成化、低功耗方向的发展，使得单片机在大量数据的实时处理、高级通信 系统、数字信号处理、复杂工业过程控制、高级机器人以及局域网等方面 得到大量应用。这类单片机有 NEC公司的MPD78O0 MITSUBISHI公司的 M33770Q REVKWEL公司的 R650Q2.硬件设计2.1硬件设计2.1.18QC51 单片机的内部结构图2-1为80C51单片机功能结构框图80C51芯片内部集成了 CPU RAM、ROM、定时计数器和10 口等各功 能部件，并由内部总线把这些不见连接在一起。80C51单片机内部包含以下一些功能部件：（1）一
11、个 8 位 CPU;（2）个片内振荡器和时钟电路；（3）4KB ROM（ 80C51 有 4KB掩膜 ROM, 87C51 有 4KB EPROM 80C31 片内有无ROM）；（4）128B 内 RAM;（5）可寻址64KB的外ROM和外RAM控制电路；（6）两个16位定时计数器；（7）21个特许功能寄存器；（8）4个8位并行IO 口，共32条可编程IO端线；（9）一个可编程全双工串行口；（10）5个中断源，可设置成2个优先级。外时钟源 外部事件计数中断 控制 并行口 串行通信图2-1 80C51单片机功能结构框图2.1.280C51单片机的引脚功能80C51单片机一般采用双列直插 DIP封
12、装，共40个引脚，图2-2a为引 脚排列图。图2-2b为逻辑符号图。40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、 控制和IO引脚。图2-2 80C51引脚图1.电源（1）Vc芯片电源，接+5V;（2）Vs接地端。2时钟XTAL1 XTAL 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 使用内部振荡电路时外接石英晶体。3控制线控制线共有4根，其中3根是复用线。所谓复用线是指具有两种功能, 正常使用时是一种功能，在某种条件下是另一种功能（1）ALEPR0地址锁存允许片内 EPROM编程脉冲。1ALE功能：用来锁存P0 口送出的低8位地址。80C51在并行扩展外存储器（包括并行扩展IO 口）时，P0 口用于分时 传送
13、低8位地址和数据信号，且均为二进制数。那么如何区分是低 8位地 址还是8位数据信号呢？当ALE信号有效时，P0 口传送的是低8位地址信 号；ALE信号无效时，P0 口传送的是8位数据信号。在ALE信号的下降沿， 锁定P0 口传送的内容，即低8位地址信号。需要指出的是，当CPU不执行访问外RAM指令（MOVX）时，ALE以 时钟振荡频率1 6的固定频率输出，因此ALE信号也可作为外部芯片CLK时钟或其他需要。但是，当 CPU执行MOVX指令时，ALE将跳过一个ALE 脉冲。ALE端可驱动8个LSTTL门电路。2PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输 入编程脉冲。（2
14、）PSEN外ROM读选通信号。80C51读外ROM时，没个机器周期内PSEN两次有效输出。PSEN可作 为外ROM芯片输出允许 OE的选通信号。在读内ROM或读外RAM时，PSEN 无效。PSEN可驱动8个LSTTL门电路。（3）RSTVpd复位备用电源。正常工作时，RST（ Reset端为复位信号输入端，只要在该引脚上连续保持两个机器周期以上高电平，80C51芯片即实现复位操作，复位后一切 从头开始，CPU从0000H开始执行指令。Vpd功能：在Vcc掉电情况下，该引脚可接上备用电源，由Vpd向片 内供电，以保持片内RAM中的数据不丢失。EAVpp 内外 ROM选择片内EPROM编程电源。1
15、EA功能：正常工作时，EA为内外ROM选择端。80C51单片机ROM 寻址范围为64KB,其中4KB在片内，60KB在片外（80C31芯片无内ROM, 全部在片外）。当EA保持高电平时，先访问内ROM，但当PC（程序计数器） 值超过4KB（OFFFH时，将自动转向执行外 ROM中的程序。当EA保持低 电平时，则只访问外ROM,不管芯片内有否内ROM。对80C31芯片，片内 无ROM,因此EA必须接地。2Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚用 于施加编程电源Vpp。对4个控制引脚，应熟记起第一功能，了解其第二功能。严格来讲，80C51的控制线还应该包括P3 口的第二功能。4. IO引脚80C51共有4个8位并行IO端口，共32个引脚（1）P0 口 8位双向IO 口。在不并行扩展外存储器（包括并行扩展IO 口）时,P0口可用作双向IO 口。在并行扩展外存储器（包括并行扩展IO 口）时，P0 口可用于分时传送低8 位地址（地址总线）和8位数据信号（数据
