51单片机结构及概述

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1、51单片机及其应用11.1 电电子计计算机的发发展概述v1.1.1 电电子计计算机的问问世及其经经典结结构1946年2月15日 ，第一台电子数 字计算机问世， 这标志着计算机 时代的到来。 （ CALCULATOR ） ENIAC （“埃尼阿克”）2与现代的计算机相比，有许多不足，但它 的问世开创了计算机科学技术的新纪元，对 人类的生产和生活方式产生了巨大的影响 。ENIAC是电子管计算机，时钟频率仅有100 KHz，但能在1秒钟的时间内完成5000次加法 运算。3匈牙利籍数学家冯诺依曼在方案的设计上做 出了重要的贡献。1946年6月，他又提出了“程序 存储”和“二进制运算”的思想，进一步构建

2、了计算 机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出 设备组成这一计算机的经典结构。（EDVAC-ELECTRONIC DISCRETE VARIABLE AUTOMATIC COMPUTER ）4电子计算机技术的发 展，相继经历了五个时代 ： 电子管计算机； 晶体管计算机； 集成电路计算机； 大规模集成电路计算机； 超大规模集成电路计算机。计算机的结构仍然没有突破冯诺依曼提 出的计算机的经典结构框架。5二、微型计算机的应用形态从应用形态上，微机可以分成三种：多板机（系统机）将CPU、存储器、I/O接口电路和总线接 口等组装在一块主机板（即微机主板）。各 种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源

3、、软/硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内， 再配上系统软件，就构成了一台完整的微型 计算机系统（简称系统机）。 工业PC机 也属于多板机。6单板机将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯 片和简单的I/O设备（小键盘、LED显示器） 等装配在一块印刷电路板上，再配上监控程 序（固化在ROM中），就构成了一台单板微 型计算机（简称单板机）。单单板机7单板机的I/O设备简单，软件资 源少，使用不方便。早期主要用 于微型计算机原理的教学及简单 的测控系统，现在已很少使用。8单片机在一片集成电路芯片上集成微处理器、存 储器、I/O接口电路，从而构成了单芯片微型计算 机，即单片机。三种应用形态的比较 ：单单

4、 板机单单 片机系统统机（多板 机）9系统机（桌面应用）属于通用计算 机，主要应用于数据处理、办公自动化及 辅助设计。单片机（嵌入式应用）属于专用计 算机，主要应用于智能仪表、智能传感器 、智能家电、智能办公设备、汽车及军事 电子设备等应用系统。单片机体积小、价格低、可靠性高 ，其非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入 式应用需求具有独特的优势。101.2 单单片机的发发展过过程及产产品近况1.2.1 单单片机的发发展过过程单单片机技术发术发 展过过程可分为为三个主要阶阶 段： 单单芯片微机形成阶阶段 1976年，Intel公司推出了MCS-48系列 单单片机 。8位CPU、1K字节节ROM、64字

5、节节 RAM、27根I/O线线和1个8位定时时/计计数器。特点是：存储储器容量较较小，寻寻址范围围小 （不大于4K），无串行接口，指令系统统功能不 强。 11性能完善提高阶段 1980年，Intel公司推出了MCS-51系列 单片机：8位CPU、4K字节ROM、128字节 RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2 个16位定时/计数器。寻址范围64K，并有控 制功能较强的布尔处理器。特点是：结构体系完善，性能已大大 提高，面向控制的特点进一步突出。现在， MCS-51已成为公认的单片机经典机种 。12微控制器化阶 段特点是：片内面向测控系统外围电路增强， 使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动

6、测控 系统及设备。 “微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。1982年，Intel推出MCS-96系列单片机。芯片内集成：16位CPU、8K字节ROM、232 字节RAM、5个8位并口、1个全双工串行口、2 个16位定时/计数器。寻址范围64K。片上还有8 路10位ADC、1路PWM输出及高速I/O部件等。131.2.2 单单片机产产品近 况ATMEL公司融入Flash存储储器技术术的AT89系列 ；Philips公司的80C51、80C552系列；华华邦公司的W78C51、W77C51高速低价系列；ADI公司的ADC8xx高精度ADC系列；LG公司的GMS90/97低压压高速系列；Maxim

7、公司的DS89C420高速（50MIPS）系列；Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单单片机。 80C51系列单单片机产产品繁多，主流地位 已经经形成，近年来推出的与80C51兼容的主要 产产品有：14非80C51结构单片机新品不断推出，给 用户提供了更为广泛的选择空间 ，近年来推出 的非80C51系列的主要产品有： Intel的MCS-96系列16位单片机 ； Microchip的PIC系列RISC单片机 ； TI的MSP430F系列16位低功耗单片机 。151.3 单单片机的特点及应应用领领域 1.3.1 单单片机的 特点近期推出的单单片机产产品，内部集成有高速I/O口 、ADC、

8、PWM、WDT等部件，并在低电压电压 、低功耗、 串行扩扩展总线总线 、控制网络总线络总线 和开发发方式（如在 系统编统编 程ISP）等方面都有了进进一步的增强。控制性能和可靠性高实时实时 控制功能特别别强，其CPU可以对对I/O端口直 接进进行操作，位操作能力更是其它计计算机无法比拟拟 的。另外，由于CPU、存储储器及I/O接口集成在同一 芯片内，各部件间间的连连接紧紧凑，数据在传传送时时受干 扰扰的影响较较小，且不易受环环境条件的影响，所以单单 片机的可靠性非常高。16体积小、价格低、易于产品化 单片机芯片即是一台完整的微型计算机， 对于批量大的专用场合，一方面可以在众多 的单片机品种间进

9、行匹配选择；同时还可以 专门进行芯片设计，使芯片的功能与应用具 有良好的对应关系；在单片机产品的引脚封 装方面，有的单片机引脚已减少到8个或更少 。 从而使应用系统的印制板减小、接插件减 少、安装简单方便。171.3.2 单单片机的应应用 领领域智能仪仪器仪仪 表 单单片机用于各种仪仪器仪仪表，一方 面提高了仪仪器仪仪表的使用功能和精度 ，使仪仪器仪仪表智能化，同时还简时还简 化了 仪仪器仪仪表的硬件结结构，从而可以方便 地完成仪仪器仪仪表产产品的升级换级换 代。如 各种智能电电气测测量仪仪表、智能传传感器 等。18机电一体化产品机电一体化产品是集机械技术、微电 子技术、自动化技术和计算机技术

10、于一 体，具有智能化特征的各种机电产品。 单片机在机电一体化产品的开发中可以 发挥巨大的作用。典型产品如机器人、 数控机床、自动包装机、点钞机、医疗 设备、打印机、传真机、复印机等。19实时工业控制 单片机还可以用于各种物理量的采集 与控制。电流、电压、温度、液位、流 量等物理参数的采集和控制均可以利用 单片机方便地实现。在这类系统中，利 用单片机作为系统控制器，可以根据被 控对象的不同特征采用不同的智能算法 ，实现期望的控制指标，从而提高生产 效率和产品质量。典型应用如电机转速 控制、温度控制、自动生产线等 。20分布式系统的前端模块在较复杂的工业系统中，经常要采 用分布式测控系统完成大量的

11、分布参数 的采集。在这类系统中，采用单片机作 为分布式系统的前端采集模块，系统具 有运行可靠，数据采集方便灵活，成本 低廉等一系列优点。21家用电器家用电器是单片机的又一重要应用 领域，前景十分广阔。如空调器、电 冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设 备、高档玩具等。另外，在交通领域中，汽车、火车 、飞机、航天器等均有单片机的广泛 应用。如汽车自动驾驶系统、航天测 控系统、黑匣子等 。222.1 80C51系列概述2.1.1 MCS-51系列（1）MCS-51是Intel公司生产产的一个 单单片机系列名称。属于这这一系列的单单片机 有多种，如：8051/8751/8031；8052/8752/80

12、32；80C51/87C51/80C3180C52/87C52/80C32等 。 23（2）该系列生产工艺有两种：CHMOS是CMOS和HMOS的结合，既保 持了HMOS高速度和高密度的特点，还具有 CMOS的低功耗的特点。在产品型号中凡带 有字母“C”的即为CHMOS芯片，CHMOS芯 片的电平既与TTL电平兼容，又与CMOS电 平兼容。一是HMOS工艺（高密度短沟道MOS工艺 ）。二是CHMOS工艺（互补金属氧化物的 HMOS工艺）。24（3）在功能上，该系列单片机有基本 型和增强型两大类：增强型： 8052/8752/8032 80C52/87C52/80C32基本型： 8051/875

13、1/8031 80C51/87C51/80C3125（4）在片内程序存储器的配置上， 该系列单片机有三种形式，即掩膜 ROM、EPROM和ROMLess(无片内 程序存储器)。如： 80C51有4K字节的掩膜ROM； 87C51有4K字节的EPROM ； 80C31在芯片内无程序存储器。262.1.2 80C51系列 Intel的：80C31、80C51、87C51， 80C32、80C52、87C52等； ATMEL的：89C51、89C52、89C2051 等； Philips、华华邦、Dallas、 Siemens(Infineon)等公司的许许多产产品 。80C51是MCS-51系列中

14、CHMOS工艺艺 的一个典型品种 ；其它厂商以8051为为基核 开发发出的CMOS工艺单艺单 片机产产品统统称为为 80C51系列。当前常用的80C51系列单单片机 主要产产品有：272.1.3 80C51典型产产品资资源 配置28学单片机需要具备的条件v与以前所学的知识关联很少；v对器件的概念基本上是从0开始；v如果要用C语言编程，需具备一定的C语言 基础；v所有人都站在了同一起跑线上；29v#includevunsigned char Flag = 0x3f;vmain( )vv P1 = 0x55; While(1) if(Flag = 0) Flag = 0x3f; P1 = P1;

15、v30v org0000hv jmpmainv org0100hvmain:movp1,#55hvamain: mov r0,#3fhvloop:djnzr0,loopv cplav movp1,av jmpamainv end318位CPU4kbytes 程序存储器(ROM) (52为8K)256bytes的数据存储器(RAM)（52有384bytes的RAM）32条I/O口线111条指令，大部分为单字节指令21个专用寄存器2.2.2单片机的主要功能32v 2个可编程定时/计数器5个中断源，2个优先级 （52有6个）一个全双工串行通信口外部数据存储器寻址空间为64kB外部程序存储器寻址空间为

16、64kB逻辑操作位寻址功能双列直插40PinDIP封装单一+5V电源供电332.3.2 80C51的引脚封 装总 线型非总 线型3435vCPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括 中断系统和部分外部特殊功能寄存器；vRAM：用以存放可以读写的数据，如运算 的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；vROM：用以存放程序、一些原始数据和表 格；vI/O口：四个8位并行I/O口，既可用作输入， 也可用作输出；vT/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时 模式，也可以工作在记数模式；36v五个中断源的中断控制系统；v一个全双工UART（通用异步接收发送器） 的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与 微机之间的串行通信；v片内振荡器