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分类： 嵌入式
2011-01-03 22:28:40
1 概述：
单片机，全称单片微型计算机，是指在一块芯片上集成了中央处理器CPU，随机储存器RAM，程序储存器ROM或EPROM，定时/计数器，中断控制器及串行和并行I/O接口等部件，构成一个完整的微型计算机。
目前，新型单片机内还有A/D及D/A转换器，调整I/O部件，DMA通道，浮点运算等特殊功能部件。
其构成和指令功能都是按工业控制要求设计的，特别适用于工业控制及其数据处理场合，确切的称谓应是微控制器（Microcontroller）
计算机发展简史大致分为5阶段：4位，低档8位，高档8位，16位，新一代单片机。
需要指出：
（1）4、8、16位单片机仍各有其应用领域
（2）8位单片机在中小规模应用场合仍点主流地位
（3）16位单片机在比较复杂的控制系统中才有应用
单片机的发展方向：
（1） 增加字长，提高数据精度和处理速度
（2）改进制作工艺，提高单片机整体性能
（3）由CISC转向RISC
（4）多功能模块集成技术，使一块“嵌入式”芯片具有多种功能
（5）微处理器与DSP技术结合
（6）融入高级语言的编译程序
（7）低电压、宽电压、低功耗
单片机的特点：
（1）优异的性价比
（2）集成度高、体积小、可靠性高
（3）控制功能强
（4）单片机的系统扩展和系统配置都比较典型、规范，且非常容易构成种种规模的应用系统。
单片机应用：
目前应用最多的是单机方式，主要应用领域有：测控系统、机电一体化、智能仪表、智能接口，智能民用产品。
单片机多机应用系统可分为：功能集散系统、并行多机处理、局部网络系统。
2 MCS－51单片机硬件结构
自从1976年单片机诞生以来，单片机已有70多个系列，近500个机种。8位机中MCS－51仍是主流系列。
MCS－51系列单片机已有10多种产品，可分为两大系列：51子系列，52子系列。
P20 MCS－51系列单片机配置
P22 AT89系列单片机配置
2.1 MCS－51的内结构
一个8 位CPU
4KB ROM或EPROM（8031无ROM）
128B RAM数据存储器
21个特殊功能寄存器SFR
4个8位并行I/O口，其中P0、P2为地址/数据线，可寻址64KB ROM和64KB RAM
一个可编程全双工串行口
具有5个中断源，两个优先级，嵌套中断结构
两个16位定时/计数器
一个片内振荡器及时钟电路
P23 MCS－51单片机结构框图
3 中央处理器CPU（运算器+控制器）
运算器：ALU、ACC、B、PSW
控制器：时钟电路、复位电路、指令寄存器和译码器、PC、SP、DPTR
复位要求RST端持续给出2个机器周期的高电平，复位后SP＝07H，P0~P3 ＝0FFH，SBUF不定，其余内部寄存器都为0.
4 存储器结构
ROM和RAM独立空间，且都有可以扩展为64KB。
从寻址空间来看有 程序存储器、内部数据存储器，外部数据存储器三大部分；
从功能上来看有 程序存储器、内部数据存储器、特殊功能寄存器SFR、位地址空间 和 外部数据存储器 5个部分。
P27 图2.4 MCS－51单片机的存储器结构
P28 SFR
|
TCON |
TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 |
|
TMOD |
GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 |
|
PCON |
SMOD × × × GF1 GF0 PD IDL |
|
SCON |
SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI |
|
IE |
EA × ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 |
|
IP |
× × PT2 PS PT1 PX1 PT0 PX0 |
外部RAM和扩展的I/O接口是统一编址的。
5 并行I/O口
P0~P3 为准双向口，读引脚时要先写“1”。
P0 的通用接口功能，漏极开路，输出时需外接上拉电阻。
P0 的地址/数据分时复用功能。
P2 通用I/O接口功能 或 输出地址高8位。
P3 为双功能口，第二功能P30~P37为：RXD、TXD、int0、int1、T0、T1、wr、rd
6 单片机的引脚及其功能
MCS－51单片机40条引脚说明如下：
（1）电源引脚：Vcc、Vss
（2）时钟：XTAL1、XTAL2
（3）I/O总线：P0~P3
（4）控制总线：ALE/prog、psen、ea/Vpp、RST/VPD
7 单片机的工作基本时序
振荡周期、状态周期、机器周期、指令周期
ALE频率为机器周期的2倍。 但当CPU对外部数据存储器RAM读写时，ALE不是周期信号。
访问外部ROM的控制信号：ALE、psen
访问外部RAM的控制信号：ALE、wr、rd
