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1、1第第1 1章章 单片机概述单片机概述2第第1章章目录目录1.1什么是单片机什么是单片机1.2单片机的发展历史单片机的发展历史1.3单片机的特点单片机的特点1.4单片机的应用单片机的应用1.5单片机的发展趋势单片机的发展趋势1.6MCS-51系列与系列与AT89C5x系列单片机系列单片机 1.6.1 MCS-51系列单片机 1.6.2 AT89C5x（AT89S5x）系列单片机1.7其他的其他的51单片机单片机 1.7.1 ADC812单片机 1.7.2 C8051Fxxx单片机 1.7.3 台湾华邦公司W78系列和W77系列单片机1.8AVR系列单片机与系列单片机与PIC系列单片机系列单片机
2、1.8.1 AVR系列单片机 1.8.2 PIC系列单片机1.9各类嵌入式处理器简介各类嵌入式处理器简介1.9.1 嵌入式微控制器（单片机） 1.9.2 嵌入式DSP处理器(DSP) 1.9.3 嵌入式微处理器 1.9.4 嵌入式片上系统SOC(System On Chip)3介绍单片机介绍单片机基基础知识、发展历史、应用领域及发展趋势础知识、发展历史、应用领域及发展趋势。8 8位单片机的主流机型，较大市场份额的位单片机的主流机型，较大市场份额的MCS-51MCS-51系列单片机系列单片机及其兼容的单片机（统称为及其兼容的单片机（统称为5151系列单片机）系列单片机）对目前对目前流行的流行的5
3、151单片机单片机的的代表性机型：代表性机型：美国美国ATMELATMEL公司的公司的AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列单片机及代表性产品系列单片机及代表性产品AT89S51AT89S51详详细细介绍介绍。简要介绍简要介绍其其他他类型类型的单片机。的单片机。初步了解初步了解嵌入式处理器嵌入式处理器：单片机，数字信号处理器（单片机，数字信号处理器（DSPDSP）、）、嵌入式微处理器嵌入式微处理器内容概要内容概要452020世纪世纪7070年代问世年代问世，广泛地应用在工业自动化、自动检测与控广泛地应用在工业自动化、自动检测与控制、智能仪器仪表、机电一体化设备、汽车电
4、子、家用电器制、智能仪器仪表、机电一体化设备、汽车电子、家用电器等各个方面。什么是单片机？等各个方面。什么是单片机？1.1 1.1 什么是单片机什么是单片机一片半导体硅片集成一片半导体硅片集成：中央处理单元（中央处理单元（CPUCPU）、存储器（）、存储器（RAMRAM、ROMROM）、并行）、并行I/OI/O、串行、串行I/OI/O、定时器、定时器/ /计数器、中断系统、系计数器、中断系统、系统时钟电路及系统总线统时钟电路及系统总线的微型计算机。的微型计算机。具有具有微型计算机微型计算机的属性的属性，因而被称为单片微型计算机，简称，因而被称为单片微型计算机，简称单单片机片机。6主要应用于主要
5、应用于测控领域测控领域。单片机使用时，通常是。单片机使用时，通常是处于测控系统处于测控系统的核心地位的核心地位并嵌入其中，所以国际上通常把单片机称为并嵌入其中，所以国际上通常把单片机称为嵌嵌入式控制器入式控制器（EMCUEMCU，Embedded Embedded MicroControllerMicroController Unit Unit），），或或微控制器微控制器（MCUMCU，MicroControllerMicroController Unit Unit）。我国习惯我国习惯于使用于使用“单片机单片机”这一名称。这一名称。单片机是计算机技术发展史上的一个重要里程碑，标志着计单片机是计
6、算机技术发展史上的一个重要里程碑，标志着计算机正式形成了算机正式形成了通用计算机系统通用计算机系统和和嵌入式计算机系统嵌入式计算机系统两大两大分支。分支。单片机单片机体积小体积小、成本低成本低，嵌入到工业控制单元、机器人、智，嵌入到工业控制单元、机器人、智能仪器仪表、汽车电子系统、武器系统、家用电器、办公能仪器仪表、汽车电子系统、武器系统、家用电器、办公自动化设备、金融电子系统、玩具、个人信息终端及通讯自动化设备、金融电子系统、玩具、个人信息终端及通讯产品中。产品中。7按照其用途可分为按照其用途可分为通用型通用型和和专用型专用型两大类。两大类。（1 1）通用型通用型单片机单片机就是其内部可开发
7、的资源（如存储器、就是其内部可开发的资源（如存储器、I/OI/O等各种外围功能部件等）可以全部提供给用户。等各种外围功能部件等）可以全部提供给用户。 用户根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核心，再配用户根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核心，再配以外围接口电路及其它外围设备，并编写相应的软件来满以外围接口电路及其它外围设备，并编写相应的软件来满足各种不同需要的测控系统。通常所说的和足各种不同需要的测控系统。通常所说的和本书本书介绍的是介绍的是指指通用型单片机通用型单片机。（2 2）专用型专用型单片机是专门针对某些产品的单片机是专门针对某些产品的特定用途特定用途而制作而制作的单片机。的单片机
8、。例如，例如，各种家用电器中的控制器等。由于用于特定用途，单各种家用电器中的控制器等。由于用于特定用途，单片机芯片制造商常与产品厂家合作，设计和生产片机芯片制造商常与产品厂家合作，设计和生产“专用专用”的单片机芯片。的单片机芯片。由于在设计中，已经对由于在设计中，已经对“专用专用”单片机的系统单片机的系统结构最简化结构最简化、可靠性可靠性和和成本的最佳化成本的最佳化等方面都做了全面的综合考虑，所等方面都做了全面的综合考虑，所以以“专用专用”单片机具有十分明显的综合优势。单片机具有十分明显的综合优势。无论无论“专用专用”单片机在用途上有多么单片机在用途上有多么“专专”，其基本结构和，其基本结构和
9、工作原理都是工作原理都是以通用单片机为基础以通用单片机为基础的。的。81.2 1.2 单片机的发展历史单片机的发展历史单片机单片机按按其处理的其处理的二进制位数二进制位数主要分为：主要分为：4 4位位单片机、单片机、8 8位位单单片机、片机、1616位位单片机和单片机和3232位位单片机。单片机。发展大致分为发展大致分为4 4个阶段个阶段。第一阶段第一阶段（19741974年年19761976年）：单片机年）：单片机初级阶段初级阶段。因工艺限。因工艺限制，单片机采用双片的形式而且功能比较简单。制，单片机采用双片的形式而且功能比较简单。19741974年年1212月，仙童公司推出了月，仙童公司推
10、出了8 8位的位的F8F8单片机，实际上只包括了单片机，实际上只包括了8 8位位CPUCPU、64B RAM64B RAM和和2 2个并行口。个并行口。第二阶段第二阶段（19761976年年19781978年）：年）：低性能单片机阶段低性能单片机阶段。19761976年年 Intel Intel的的MCS-48MCS-48单片机（单片机（8 8位）极大地促进了单片机的变革位）极大地促进了单片机的变革9和发展，和发展，19771977年年GIGI公司公司推出了推出了PIC1650PIC1650，但这个阶段仍处于，但这个阶段仍处于低性能阶段。低性能阶段。第三阶段第三阶段（19781978年年198
11、31983年）：年）：高性能单片机阶段高性能单片机阶段。19781978年，年，ZilogZilog公司公司推出推出Z8Z8单片机单片机，19801980年，年，IntelIntel公司公司在在MCS-48MCS-48系系列列基础上基础上推出推出MCS-51MCS-51系列系列，MortorolaMortorola推出推出68016801单片机单片机。使单片机的性能及应用跃上新的台阶。使单片机的性能及应用跃上新的台阶。此后，此后，各公司的各公司的8 8位单片机迅速发展。推出的单片机普遍带位单片机迅速发展。推出的单片机普遍带有串行有串行I/OI/O口、多级中断系统、口、多级中断系统、1616位定
12、时器位定时器/ /计数器，片内计数器，片内ROMROM、RAMRAM容量加大，且寻址范围可达容量加大，且寻址范围可达64KB64KB，有的片内还带，有的片内还带有有A/DA/D转换器。由于这类单片机的性能价格比高，所以被转换器。由于这类单片机的性能价格比高，所以被广泛应用，是目前应用数量最多的单片机。广泛应用，是目前应用数量最多的单片机。10第四阶段第四阶段（19831983年现在）：年现在）：8 8位单片机巩固发展及位单片机巩固发展及1616位单位单片机、片机、3232位单片机位单片机推出阶段推出阶段。1616位典型产品位典型产品IntelIntel公司公司的的MCS-96MCS-96系列系
13、列单片机。而单片机。而3232位单片位单片机除了具有更高的集成度外，其数据处理速度比机除了具有更高的集成度外，其数据处理速度比1616位单片位单片机提高许多，性能比机提高许多，性能比8 8位、位、1616位单片机更加优越。位单片机更加优越。2020世纪世纪9090年代年代单片机制造业大发展时期，单片机制造业大发展时期，MortorolaMortorola、IntelIntel、ATMELATMEL、德州仪器（、德州仪器（TITI）、三菱、日立、飞利浦、）、三菱、日立、飞利浦、LGLG等公等公司开发一大批性能优越的单片机，极大推动单片机的应用。司开发一大批性能优越的单片机，极大推动单片机的应用。
14、近年，又有不少近年，又有不少新型的高集成度的单片机产品新型的高集成度的单片机产品涌现出来，涌现出来，出现了产品丰富多彩的局面。目前，除出现了产品丰富多彩的局面。目前，除8 8位单片机得到广位单片机得到广泛应用外，泛应用外，1616位单片机、位单片机、3232位单片机也得到广大用户青睐。位单片机也得到广大用户青睐。111.3 1.3 单片机的特点单片机的特点单片机是单片机是集成电路技术集成电路技术与与微型计算机技术微型计算机技术高速发展的产物。高速发展的产物。体积小、价格低、应用方便、稳定可靠，因此，体积小、价格低、应用方便、稳定可靠，因此，给工业自给工业自动化等领域带来了一场重大革命和技术进步
15、动化等领域带来了一场重大革命和技术进步。由于由于体积小，很容易地嵌入到系统体积小，很容易地嵌入到系统之中，以实现各种方式的之中，以实现各种方式的检测、计算或控制，这一点，一般微机根本做不到。检测、计算或控制，这一点，一般微机根本做不到。由于单片机本身就是一个微型计算机，因此只要在单片机的由于单片机本身就是一个微型计算机，因此只要在单片机的外部适当增加一些必要的外围扩展电路，就可以灵活地构外部适当增加一些必要的外围扩展电路，就可以灵活地构成各种应用系统，成各种应用系统，如工业自动检测监视系统、数据采集系如工业自动检测监视系统、数据采集系统、自动控制系统、智能仪器仪表等。统、自动控制系统、智能仪器
16、仪表等。12为什么为什么应用广泛应用广泛？具有？具有以下优点以下优点：（1 1）功能齐全，应用可靠，抗干扰能力强。）功能齐全，应用可靠，抗干扰能力强。（2 2）简单方便，易于普及。单片机技术是易掌握技术。应）简单方便，易于普及。单片机技术是易掌握技术。应用系统设计、组装、调试已经是一件容易的事情，工程技用系统设计、组装、调试已经是一件容易的事情，工程技术人员通过学习可很快掌握其应用设计技术。术人员通过学习可很快掌握其应用设计技术。（3 3）发展迅速，前景广阔。短短几十年，单片机经过）发展迅速，前景广阔。短短几十年，单片机经过4 4位机、位机、8 8位机、位机、1616位机、位机、3232位机位
17、机等几大发展阶段。尤其是等几大发展阶段。尤其是集成度集成度高、功能日臻完善的单片机高、功能日臻完善的单片机不断问世，使单片机在工业控不断问世，使单片机在工业控制及工业自动化领域获得长足发展和大量应用。制及工业自动化领域获得长足发展和大量应用。目前目前，单，单片机内部结构愈加完美，片内外围功能部件越来越完善，片机内部结构愈加完美，片内外围功能部件越来越完善，向向更高层次更高层次和和更大规模更大规模的发展奠定坚实的基础。的发展奠定坚实的基础。13（4 4）嵌入容易，用途广泛嵌入容易，用途广泛，体积小、性能价格比高，应用体积小、性能价格比高，应用灵活性强灵活性强等特点在嵌入式微控制系统中具有十分重要
18、的地等特点在嵌入式微控制系统中具有十分重要的地位。位。单片机出现前，单片机出现前，制作一套测控系统，大量的模拟电路、数字制作一套测控系统，大量的模拟电路、数字电路、分立元件完成，以实现计算、判断和控制功能。系电路、分立元件完成，以实现计算、判断和控制功能。系统的体积庞大，线路复杂，连接点多，易出现故障。统的体积庞大，线路复杂，连接点多，易出现故障。单片机出现后单片机出现后，测控功能的绝大部分由单片机的软件程序实，测控功能的绝大部分由单片机的软件程序实现，其它电子线路则由现，其它电子线路则由片内的片内的外围功能部件外围功能部件来替代。来替代。1.4 1.4 单片机的应用单片机的应用软硬件结合、体
19、积小，容易嵌入到各种应用系统中。得到广软硬件结合、体积小，容易嵌入到各种应用系统中。得到广泛应用。泛应用。141 1工业检测与控制工业检测与控制主要应用：主要应用：工业过程控制、智能控制、设备控制、数据采集工业过程控制、智能控制、设备控制、数据采集和传输、测试、测量、监控等。在工业自动化的领域中，和传输、测试、测量、监控等。在工业自动化的领域中，机电一体化技术机电一体化技术将发挥愈来愈重要的作用，在这种集机械、将发挥愈来愈重要的作用，在这种集机械、微电子和计算机技术为一体的综合技术（如微电子和计算机技术为一体的综合技术（如机器人技术机器人技术）中，单片机发挥着非常重要的作用。中，单片机发挥着非
20、常重要的作用。2 2仪器仪表仪器仪表目前对仪器仪表的目前对仪器仪表的自动化自动化和和智能化智能化要求越来越高。单片机的要求越来越高。单片机的使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减小体积而易于携带和使用，小体积而易于携带和使用，加速仪器仪表向数字化、智能加速仪器仪表向数字化、智能化、多功能化方向化、多功能化方向发展。发展。153 3消费类电子产品消费类电子产品例如，洗衣机、电冰箱、空调机、电风扇、电视机、微波炉、例如，洗衣机、电冰箱、空调机、电风扇、电视机、微波炉、加湿机、消毒柜等。嵌入了单片机后，功能和性能大大提加湿机、消毒柜等。嵌
21、入了单片机后，功能和性能大大提高，并实现智能化、最优化控制。高，并实现智能化、最优化控制。4 4通讯通讯在调制解调器、各类手机、传真机、程控电话交换机、信息在调制解调器、各类手机、传真机、程控电话交换机、信息网络及各种通讯设备中，单片机也已经得到广泛应用。网络及各种通讯设备中，单片机也已经得到广泛应用。5 5武器装备武器装备在在现代化的武器装备现代化的武器装备中，如飞机、军舰、坦克、导弹、鱼雷中，如飞机、军舰、坦克、导弹、鱼雷制导、智能武器装备、航天飞机导航系统，都有单片机嵌制导、智能武器装备、航天飞机导航系统，都有单片机嵌入其中。入其中。166 6各种终端及计算机外部设备各种终端及计算机外部
22、设备计算机网络终端（如银行终端）以及计算机外部设备（如打计算机网络终端（如银行终端）以及计算机外部设备（如打印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等）中都使印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等）中都使用了单片机作为控制器。用了单片机作为控制器。7 7汽车电子设备汽车电子设备已经广泛地应用在已经广泛地应用在各种汽车电子设备各种汽车电子设备中，中，如如汽车安全系统、汽车安全系统、汽车信息系统、智能自动驾驶系统、卫星汽车导航系统、汽车信息系统、智能自动驾驶系统、卫星汽车导航系统、汽车紧急请求服务系统、汽车防撞监控系统、汽车自动诊汽车紧急请求服务系统、汽车防撞监控系统、汽车自动诊断系统以及汽车
23、黑匣子等。断系统以及汽车黑匣子等。8 8分布式多机系统分布式多机系统在较复杂多节点的测控系统中，常采用在较复杂多节点的测控系统中，常采用分布式多机系统分布式多机系统。17一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。在这种系统中，它们通过串行通信相互联系、协调工作。在这种系统中，单片机往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，单片机往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。对现场信息进行实时的测量和控制。 从从工业自动化、自动控制、智能仪器仪表、消费类电子产品工
24、业自动化、自动控制、智能仪器仪表、消费类电子产品等方面，等方面，直到国防尖端技术领域直到国防尖端技术领域，单片机都发挥着，单片机都发挥着十分重十分重要的作用要的作用。181.5 1.5 单片机的发展趋势单片机的发展趋势单片机的发展趋势将是单片机的发展趋势将是向大容量、高性能化，外围电路内装向大容量、高性能化，外围电路内装化等方面发展化等方面发展。为满足不同用户的要求，各公司竞相推出。为满足不同用户的要求，各公司竞相推出能满足不同需要的产品。能满足不同需要的产品。1 1CPUCPU的改进的改进（1 1）增加）增加CPUCPU数据总线宽度数据总线宽度。例如，各种。例如，各种1616位单片机和位单片
25、机和3232位位单片机，数据处理能力要优于单片机，数据处理能力要优于8 8位单片机。另外，位单片机。另外，8 8位单片位单片机内部采用机内部采用1616位数据总线位数据总线，其数据处理能力明显优于一般，其数据处理能力明显优于一般8 8位单片机。位单片机。（2 2）采用）采用双双CPUCPU结构，以提高数据处理能力。结构，以提高数据处理能力。192 2存储器的发展存储器的发展（1 1）片内程序存储器普遍采用）片内程序存储器普遍采用闪烁（闪烁（FlashFlash）存储器）存储器。可不。可不用外扩展程序存储器，简化系统结构。用外扩展程序存储器，简化系统结构。（2 2）加大存储容量加大存储容量。目前
26、有的单片机片内程序存储器容量。目前有的单片机片内程序存储器容量可达可达128KB128KB甚至更多。甚至更多。3 3片内片内I/OI/O的改进的改进（1 1）增加并行口）增加并行口驱动能力驱动能力，以减少外部驱动芯片。有的单，以减少外部驱动芯片。有的单片机可以直接输出大电流和高电压，以便能直接驱动片机可以直接输出大电流和高电压，以便能直接驱动LEDLED和和VFDVFD（荧光显示器）。（荧光显示器）。（2 2）有些单片机设置了一些）有些单片机设置了一些特殊的串行特殊的串行I/OI/O功能功能，为，为构成分构成分布式、网络化系统布式、网络化系统提供方便条件。提供方便条件。204 4低功耗化低功耗
27、化CMOSCMOS化，功耗小，配置有化，功耗小，配置有等待状态、睡眠状态、关闭状态等待状态、睡眠状态、关闭状态等等工作方式。消耗电流仅在工作方式。消耗电流仅在A A或或nAnA量级，适于电池供电的便量级，适于电池供电的便携式、手持式的仪器仪表以及其它消费类电子产品。携式、手持式的仪器仪表以及其它消费类电子产品。5 5外围电路内装化外围电路内装化众多外围电路全部装入片内，即众多外围电路全部装入片内，即系统的单片化系统的单片化是目前发展趋是目前发展趋势之一。势之一。例如，例如，美国美国CygnalCygnal公司的公司的C8051F020 C8051F020 8 8位单片机，位单片机，内部采用流水
28、线结构，大部分内部采用流水线结构，大部分指令的完成时间指令的完成时间为为1 1或或2 2个时个时钟周期，钟周期，峰值处理能力峰值处理能力为为25MIPS25MIPS。片上集成有。片上集成有8 8通道通道A/DA/D、两路两路D/AD/A、两路电压比较器，内置温度传感器、定时器、两路电压比较器，内置温度传感器、定时器、可编程数字交叉开关和可编程数字交叉开关和6464个通用个通用I/OI/O口、电源监测、口、电源监测、21看门狗、多种类型的串行接口（两个看门狗、多种类型的串行接口（两个UARTUART、SPISPI）等。一片）等。一片芯片就是一个芯片就是一个“测控测控”系统。系统。综上所述，单片机
29、正在综上所述，单片机正在向多功能、高性能、高速度（时钟达向多功能、高性能、高速度（时钟达40MHz40MHz）、低电压（）、低电压（2.7V2.7V即可工作）、低功耗、低价格即可工作）、低功耗、低价格（几元钱）、外围电路内装化以及片内程序存储器和数据（几元钱）、外围电路内装化以及片内程序存储器和数据存储器容量不断增大存储器容量不断增大的方向发展。的方向发展。221.6 MCS-511.6 MCS-51系列与系列与AT89C5xAT89C5x系列单片机系列单片机2020世纪世纪8080年代以来，发展迅速，世界一些年代以来，发展迅速，世界一些著名厂商投放市场著名厂商投放市场的产品就有几十个系列的产
30、品就有几十个系列，数百个品种数百个品种，IntelIntel公司的公司的MCS-MCS-4848、MCS-51MCS-51，MotorolaMotorola公司的公司的68016801、68026802，ZilogZilog公司的公司的Z8Z8系列，系列，RockwellRockwell公司的公司的65016501、65026502等。此外，荷兰的等。此外，荷兰的PhilipsPhilips公司、日本的公司、日本的NECNEC公司、日立公司等也相继推出了公司、日立公司等也相继推出了各自的产品。各自的产品。尽管机型很多，但是在尽管机型很多，但是在2020世纪世纪8080年代以及年代以及9090年
31、代，年代，在我国使在我国使用最多用最多的的8 8位单片机还是位单片机还是IntelIntel公司公司的的MCS-51MCS-51系列系列单片机以单片机以及与其兼容的单片机（称为及与其兼容的单片机（称为5151系列单片机系列单片机）。）。231.6.1 MCS-511.6.1 MCS-51系列单片机系列单片机MCSMCS是是IntelIntel公司单片机的系列符号，如公司单片机的系列符号，如MCS-48MCS-48、MCS-51MCS-51、MCS-96MCS-96系列单片机。系列单片机。MCS-51MCS-51系列是在系列是在MCS-48MCS-48系列基础上于系列基础上于2020世纪世纪80
32、80年代初发展起年代初发展起来的，是来的，是最早进入我国最早进入我国，并在我国得到广泛应用的单片机，并在我国得到广泛应用的单片机主流品种。主流品种。MCS-51MCS-51系列单片机主要包括系列单片机主要包括基本型基本型：8031/8051/87518031/8051/8751（低功耗型（低功耗型80C31/80C51/87C5180C31/80C51/87C51）增强型增强型：8032/8052/87528032/8052/8752。已为我国广大技术人员所熟悉。已为我国广大技术人员所熟悉和掌握。在上世纪和掌握。在上世纪8080年代和年代和9090年代，年代，MCS-51MCS-51系列是在我
33、国系列是在我国应用最为广泛的单片机机型之一应用最为广泛的单片机机型之一。MCS-51MCS-51系列品种丰富，经常使用的是系列品种丰富，经常使用的是基本型基本型和和增强型增强型。24（1 1）基本型）基本型典型产品：典型产品：8031/8051/87518031/8051/8751。80318031内部包括内部包括1 1个个8 8位位CPUCPU、128B RAM128B RAM，2121个特殊功能寄存器个特殊功能寄存器（SFRSFR）、）、4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O口、口、1 1个全双工串行口，个全双工串行口，2 2个个1616位位定时器定时器/ /计数器，计数器，5 5个中断
34、源，但个中断源，但片内无片内无程序存储器程序存储器，需外，需外扩程序存储器芯片。扩程序存储器芯片。80518051是在是在80318031的基础上，片内又的基础上，片内又集成有集成有4KB ROM4KB ROM作为程序存作为程序存储器。所以储器。所以80518051是一个程序不超过是一个程序不超过4KB4KB的小系统。的小系统。ROMROM内的内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的。程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的。87518751与与80518051相比，片内集成的相比，片内集成的4KB EPROM4KB EPROM取代了取代了80518051的的4KB 4KB ROMROM来作为程序
35、存储器。来作为程序存储器。25（2 2）增强型）增强型 IntelIntel公司在基本型基础上，推出公司在基本型基础上，推出增强型增强型- -5252子系列子系列，典典型产品型产品：8032/8052/87528032/8052/8752。内部内部RAMRAM增到增到256B256B，80528052、片内片内程序存储器程序存储器扩展到扩展到8KB8KB，1616位定时器位定时器/ /计数器计数器增至增至3 3个，个，6 6个中个中断源，串行口通信速率提高断源，串行口通信速率提高5 5倍。倍。 表表1-11-1列出了基本型和增强型的列出了基本型和增强型的MCS-51MCS-51系列单片机片内系
36、列单片机片内的基本硬件资源。的基本硬件资源。1.6.2 AT89C5x1.6.2 AT89C5x（AT89S5xAT89S5x）系列单片机）系列单片机 2020世纪世纪8080年代中期以后，年代中期以后，IntelIntel精力集中在高档精力集中在高档CPUCPU芯片芯片的开发、研制上，淡出单片机芯片的开发和生产。的开发、研制上，淡出单片机芯片的开发和生产。262728MCS-51MCS-51系列系列设计上的成功设计上的成功，以及，以及较高的市场占有率较高的市场占有率，已成为许多，已成为许多厂家、电气公司竞相选用的对象。厂家、电气公司竞相选用的对象。IntelIntel公司公司以专利以专利形式
37、把形式把80518051内核技术内核技术转让转让给给ATMELATMEL、PhilipsPhilips、CygnalCygnal、ANALOGANALOG、LGLG、ADIADI、MaximMaxim、DALLASDALLAS等公司。等公司。生产的兼容机与生产的兼容机与80518051兼容，采用兼容，采用CMOSCMOS工艺，因而常用工艺，因而常用80C5180C51系列系列单片机来称呼所有这些具有单片机来称呼所有这些具有80518051指令系统的单片机，这些兼容指令系统的单片机，这些兼容机机的的各种衍生品种统称为各种衍生品种统称为5151系列单片机系列单片机或简称为或简称为5151单片机单片
38、机，是是在在80518051的基础上又的基础上又增加一些功能模块增加一些功能模块（称其为（称其为增强型增强型、扩展型扩展型子系列单片机）。子系列单片机）。29 近年来，世界上单片机芯片生产厂商推出的近年来，世界上单片机芯片生产厂商推出的与与80518051（80C5180C51）兼容的主要产品兼容的主要产品如如表表1-21-2所示。所示。在众多的在众多的衍生机型衍生机型中，中，ATMELATMEL公司的公司的AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列，系列，尤其是尤其是AT89C51/AT89S51AT89C51/AT89S51和和AT89C52/AT89S52AT89C
39、52/AT89S52在在8 8位单片机位单片机市场中市场中占有较大的市场份额占有较大的市场份额。ATMELATMEL公司公司19941994年以年以E E2 2PROMPROM技术与技术与IntelIntel公司的公司的80C5180C51内核的使内核的使用权进行交换。用权进行交换。ATMELATMEL公司的公司的技术优势是闪烁（技术优势是闪烁（FlashFlash）存储器技术）存储器技术，将，将FlashFlash技术与技术与80C5180C51内核相结合，形成了片内带有内核相结合，形成了片内带有FlashFlash存存储器的储器的AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x
40、系列单片机。系列单片机。30AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列与系列与MCS-51MCS-51系列系列在原有功能、引脚以及在原有功能、引脚以及指令系统方面完全兼容指令系统方面完全兼容。此外，某些品种此外，某些品种又增加了一些新的功能又增加了一些新的功能，如，如看门狗定时器看门狗定时器WDTWDT、ISPISP（在系统编程也称在线编程）及（在系统编程也称在线编程）及SPISPI串行接口串行接口技技术等。片内术等。片内FlashFlash存储器允许在线（存储器允许在线（+5V+5V）电擦除、电写入）电擦除、电写入或使用编程器对其重复编程。或使用编程器对其重复编程。另外
41、，另外，AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x单片机单片机还支持由软件选择的还支持由软件选择的两种两种节节电工作方式电工作方式，非常适于，非常适于低功耗的场合低功耗的场合。与与MCS-51MCS-51系列的系列的87C5187C51单片机相比单片机相比，AT89C51/AT89S51AT89C51/AT89S51单片机单片机片内的片内的4KB Flash4KB Flash存储器存储器取代了取代了87C5187C51片内的片内的4KB EPROM4KB EPROM。AT89S51AT89S51片内的片内的FlashFlash存储器可在线编程或使用编程器存储器可在线编程或使用
42、编程器31重复编程，且价格较低重复编程，且价格较低。因此因此AT89C51/AT89S51AT89C51/AT89S51单片机单片机作为作为代表性产品代表性产品受到受到用户用户欢迎，欢迎，AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x单片机单片机是目前取代是目前取代MCS-51MCS-51系列单片机的系列单片机的主流芯片之一主流芯片之一。本书重点介绍本书重点介绍AT89S51AT89S51单片机单片机的原理及应的原理及应用系统设计。用系统设计。AT89S5xAT89S5x的的“S S”档档系列机型是系列机型是ATMELATMEL公司继公司继AT89C5xAT89C5x系列之后系列
43、之后推出的新机型，推出的新机型，代表性产品为代表性产品为AT89S51AT89S51和和AT89S52AT89S52。基本型。基本型的的AT89C51AT89C51与与AT89S51AT89S51以及增强型的以及增强型的AT89C52AT89C52与与AT89S52AT89S52的硬的硬件结构和指令系统完全相同。件结构和指令系统完全相同。32使用使用AT89C51AT89C51的系统，在保留原来软硬件的条件下，完全可的系统，在保留原来软硬件的条件下，完全可以用以用AT89S51AT89S51直接代换。直接代换。与与AT89C5xAT89C5x系列相比，系列相比，AT89S5xAT89S5x系列
44、的系列的时钟频率以及运算速度时钟频率以及运算速度有了较大的提高有了较大的提高，例如，例如，AT89S51AT89S51工作频率的上限为工作频率的上限为24MHz24MHz，而，而AT89S51AT89S51则为则为33MHz33MHz。AT89S51AT89S51片内集成有双数据指针片内集成有双数据指针DPTRDPTR，看门狗定时器、具有低功耗空闲工作方式和掉电工，看门狗定时器、具有低功耗空闲工作方式和掉电工作方式。目前，作方式。目前，AT89S5xAT89S5x系列已逐渐取代系列已逐渐取代AT89C5xAT89C5x系列。系列。表表1-31-3为为ATMELATMEL公司公司AT89C5x/
45、AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列单片机主要产品系列单片机主要产品片片内硬件资源内硬件资源。由于种类多，要依据实际需求来选择合适的。由于种类多，要依据实际需求来选择合适的型号。型号。3334表表1-3 1-3 AT89C1051AT89C1051与与AT89C2051AT89C2051为为低档机型，低档机型，均为均为2020只只引脚。引脚。当低档机满足设计需求时，就不要采用较高档次的机型。当低档机满足设计需求时，就不要采用较高档次的机型。例如，例如，当系统设计时，当系统设计时，仅仅需要一个定时器和几位数字量输仅仅需要一个定时器和几位数字量输出出，那么选择，那么选择AT89C105
46、1AT89C1051或或AT89C2051AT89C2051即可，不需选择即可，不需选择AT89S51AT89S51或或AT89S52AT89S52，因为后者要比前者的价格高，且前者，因为后者要比前者的价格高，且前者体积也小。体积也小。如对如对程序存储器和数据存储器的程序存储器和数据存储器的容量要求较高容量要求较高，还要单片机，还要单片机运行速度尽量要快运行速度尽量要快，可考虑选择，可考虑选择AT89S51 /AT89S52AT89S51 /AT89S52，因为，因为它们的最高工作时钟频率为它们的最高工作时钟频率为33MHz33MHz。当。当程序需要多于程序需要多于8KB8KB以以上的空间上的
47、空间可考虑选用片内可考虑选用片内FlashFlash容量容量20KB20KB的的AT89C55AT89C55。35表表1-31-3中，中，“LVLV”代表代表低电压低电压，它与，它与AT89S51AT89S51的主要差别是其工的主要差别是其工作时钟频率为作时钟频率为12MHz12MHz，工作电压为工作电压为2.72.76V6V，编程电压，编程电压V VPPPP为为12V12V。AT89LV51AT89LV51的低电压电源工作条件可使其在便携式、袖的低电压电源工作条件可使其在便携式、袖珍式、无交流电源供电的环境中应用，特别适于电池供电的珍式、无交流电源供电的环境中应用，特别适于电池供电的仪器仪表
48、和各种野外操作的设备中。仪器仪表和各种野外操作的设备中。尽管尽管AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列单片机系列单片机有多种机型有多种机型，但，但掌握好掌握好基本型基本型AT89S51AT89S51单片机单片机十分重要，因为它们是具有十分重要，因为它们是具有80518051内核的各种内核的各种型号单片机的基础，最具典型性和代表性，同时也是各种增型号单片机的基础，最具典型性和代表性，同时也是各种增强型、扩展型等衍生品种的基础。强型、扩展型等衍生品种的基础。本书本书以以AT89S51AT89S51作为作为5151单片机单片机的的代表性机型代表性机型来介绍单片机的原理来介绍
49、单片机的原理及应用。及应用。36在我国，除在我国，除8 8位单片机得到广泛应用外，位单片机得到广泛应用外，1616位单片机也得到位单片机也得到了广大用户的青睐了广大用户的青睐，例如，美国，例如，美国TITI公司公司的的1616位单片机位单片机MSP430MSP430和台湾的和台湾的凌阳凌阳1616位单片机位单片机。本身带有。本身带有A/DA/D转换器，转换器，一片芯片就构成了一个数据采集系统。设计使用非常方便。一片芯片就构成了一个数据采集系统。设计使用非常方便。尽管这样，尽管这样，1616位位单片机还远远没有单片机还远远没有8 8位位单片机应用的那样单片机应用的那样广泛和普及，广泛和普及，因为
50、目前的主要应用中，因为目前的主要应用中，8 8位单片机的性能位单片机的性能已能够满足大部分的实际需求，况且已能够满足大部分的实际需求，况且8 8位单片机的性能价位单片机的性能价格比也较好。格比也较好。在众多厂家生产的各种不同的在众多厂家生产的各种不同的8 8位单片机中，位单片机中，与与MCS-51MCS-51系列系列单片机兼容的各种单片机兼容的各种5151单片机单片机，目前仍然是，目前仍然是8 8位单片机的位单片机的主主流品种流品种，若干年内仍是自动化、机电一体化、仪器仪表、，若干年内仍是自动化、机电一体化、仪器仪表、工业检测控制应用的工业检测控制应用的主角主角。371.7 1.7 其其他他的
51、的5151单片机单片机 世界各半导体器件厂家推出世界各半导体器件厂家推出的的以以80518051为内核的，各种集成为内核的，各种集成度高、功能强的的增强型单片机。这些单片机目前也得到度高、功能强的的增强型单片机。这些单片机目前也得到广大设计工程师的青睐。广大设计工程师的青睐。1.7.1 AD1.7.1 ADC812C812单片机单片机 美国美国ADI(AnalogADI(Analog DevicelncDevicelnc) )公司生产的高性能单片机，公司生产的高性能单片机，内部包含内部包含高精度的自校准高精度的自校准8 8通道通道1212位位模数转换器模数转换器，2 2通道通道1212位数模转
52、换器位数模转换器以及可编程的以及可编程的8 8位的与位的与80518051单片机兼容的单片机兼容的MCUMCU内核，指令系统与内核，指令系统与MCS-51MCS-51系列兼容。片内有系列兼容。片内有8KB Flash8KB Flash程程序存储器序存储器、640B Flash640B Flash数据存储器数据存储器、256B256B数据数据SRAMSRAM( (支持支持可编程可编程) )。38 片内集成片内集成看门狗定时器、电源监视器以及看门狗定时器、电源监视器以及ADCADCDMADMA功能功能。为。为多处理器接口和多处理器接口和I/OI/O扩展提供了扩展提供了3232条可编程的条可编程的I
53、/OI/O线、包含线、包含有与有与I I2 2C C兼容的串行接口兼容的串行接口、SPISPI串行接口串行接口和和标准标准UARTUART串行接串行接口口I/OI/O。 AD ADC812C812的的MCUMCU内核和模数转换器均设有正常、空闲和掉内核和模数转换器均设有正常、空闲和掉电工作模式，软件可控制从正常模式到空闲模式，也可切电工作模式，软件可控制从正常模式到空闲模式，也可切换到更省电的掉电模式。掉电模式，换到更省电的掉电模式。掉电模式，消耗总电流约消耗总电流约5 5A A。1.7.2 C8051Fxxx1.7.2 C8051Fxxx单片机单片机 美国美国CygnalCygnal公司公司
54、产品产品，集成度高，集成度高，80518051内核内核。 典型产品典型产品为为C8051F020C8051F020。内部采用内部采用流水线结构流水线结构，大部分指，大部分指令的完成时间为令的完成时间为1 1或或2 2个时钟周期，个时钟周期，峰值处理能力峰值处理能力为为25MIPS25MIPS。39片内片内资源：资源：1 1个个8 8位位ADCADC、1 1个个1212位位ADCADC、1 1个双个双1212位位DACDAC；64kB64kB片内片内FlashFlash程序存储器，程序存储器，256B RAM256B RAM，128B SFR128B SFR；8 8个个I IO O端端口共口共6
55、464根根I IO O口线；口线；5 5个个1616位通用定时器；位通用定时器；5 5个捕捉比较个捕捉比较模块的可编程计数定时器阵列（模块的可编程计数定时器阵列（PCAPCA），），1 1个个UARTUART串行口、串行口、1 1个个SMBusSMBus/ I/ I2 2C C串口、串口、1 1个个SPISPI串行口；串行口；2 2路电压比较器，路电压比较器，VDDVDD监视器监视器( (电源监测电源监测) )，内置温度传感器。，内置温度传感器。C8051FxxxC8051Fxxx单片机单片机最突出的改进最突出的改进是是引入了数字交叉开关引入了数字交叉开关。数字交叉开关，改变以往内部功能与外部
56、引脚的固定对应关数字交叉开关，改变以往内部功能与外部引脚的固定对应关系。系。它它是一个大的数字开关网络，允许将内部数字系统是一个大的数字开关网络，允许将内部数字系统40资源分配给端口资源分配给端口I/OI/O引脚。与具有标准复用数字引脚。与具有标准复用数字I/OI/O的单片机的单片机不同，不同，该该结构可支持所有功能组合。可结构可支持所有功能组合。可通过设置交叉开关通过设置交叉开关控制寄存器控制寄存器将片内计数器将片内计数器/ /定时器、串行总线、硬件中断、定时器、串行总线、硬件中断、ADCADC转换启动输入、比较器输出及单片机内部的其它数字转换启动输入、比较器输出及单片机内部的其它数字信号配
57、置为出现在端口信号配置为出现在端口I/OI/O引脚。允许用户根据自己的特引脚。允许用户根据自己的特定应用，选择通用端口定应用，选择通用端口I/OI/O和所需数字资源的组合。和所需数字资源的组合。 1.7.3 1.7.3 台湾华邦公司台湾华邦公司W78W78系列和系列和W77W77系列单片机系列单片机台湾华邦公司台湾华邦公司( (WinbondWinbond) ) W78W78系列系列单片机与单片机与AT89C5xAT89C5x系列完全系列完全兼容，兼容，W77W77系列系列为增强型。为增强型。W77W77系列系列对对80518051的时序作了改进：每个指令周期只需要的时序作了改进：每个指令周期
58、只需要4 4个个41时钟周期，速度提高了三倍，工作频率最高可达时钟周期，速度提高了三倍，工作频率最高可达40MHz40MHz。W77W77系列系列增加看门狗增加看门狗WatchDogWatchDog、两组、两组UARTUART、两组、两组DPTRDPTR数据指数据指针（编写程序非常便利）、针（编写程序非常便利）、ISPISP（在系统可编程）等功能。（在系统可编程）等功能。片内集成了片内集成了USBUSB接口，语音处理等功能，具有接口，语音处理等功能，具有6 6组外部中断组外部中断源。源。华邦公司的华邦公司的W741W741系列系列的的4 4位单片机带位单片机带液晶驱动液晶驱动，在线烧录，在线烧
59、录，保密性高，低工作电压保密性高，低工作电压(1.2V-1.8V)(1.2V-1.8V)。421.8 AVR1.8 AVR系列单片机与系列单片机与PICPIC系列单片机系列单片机除了除了5151单片机外，目前某些单片机外，目前某些非非5151单片机单片机也得到了较为广泛的也得到了较为广泛的应用，目前应用较广泛是应用，目前应用较广泛是AVRAVR系列系列与与PICPIC系列系列单片机，单片机，它们它们博采众长，具独特技术，博采众长，具独特技术，受到受到广大设计工程师的关注。广大设计工程师的关注。 1.8.1 AVR1.8.1 AVR系列单片机系列单片机AVRAVR系列是系列是19971997年年
60、ATMELATMEL公司挪威设计中心的公司挪威设计中心的A A先生先生与与V V先生先生共共同研发出的同研发出的精简指令集精简指令集(RISC(RISCReduced Instruction Set Reduced Instruction Set Computer)Computer)的的高速高速8 8位单片机，简称位单片机，简称AVRAVR。特点如下：特点如下：（1 1）高速、高可靠性、功能强、低功耗和低价位。）高速、高可靠性、功能强、低功耗和低价位。43早期单片机早期单片机采取稳妥方案采取稳妥方案：即采用：即采用较高的分频系数较高的分频系数对对时钟分时钟分频频，使，使指令周期长指令周期长，执
61、行，执行速度慢速度慢。以后的以后的单片机虽采用提高时钟频率和缩小分频系数等措施，单片机虽采用提高时钟频率和缩小分频系数等措施，但这种状态并未被彻底改观但这种状态并未被彻底改观( (例如例如5151单片机单片机) )。虽有某些精。虽有某些精简指令集单片机问世，但简指令集单片机问世，但依旧沿袭对时钟分频的作法依旧沿袭对时钟分频的作法。 AVRAVR单片机的推出，彻底打破这种旧设计格局，单片机的推出，彻底打破这种旧设计格局，废除了机器废除了机器周期，抛弃复杂指令计算机周期，抛弃复杂指令计算机(CISC)(CISC)追求指令完备的做法追求指令完备的做法。采用精简指令集，以字作为指令长度单位，将采用精简
62、指令集，以字作为指令长度单位，将操作数与操操作数与操44作码作码安排在一字之中，指令长度固定、指令格式与种类相对安排在一字之中，指令长度固定、指令格式与种类相对较少、寻址方式也相对较少，绝大部分指令都为单周期指较少、寻址方式也相对较少，绝大部分指令都为单周期指令令。取指周期短取指周期短，又可预取指令又可预取指令，实现，实现流水作业流水作业，故可高，故可高速执行指令。当然这种速执行指令。当然这种“高速度高速度”是以高可靠性来保障的。是以高可靠性来保障的。（2 2）采用）采用片内片内FlashFlash存储器存储器给用户的开发带来方便。给用户的开发带来方便。片片内大内大容量的容量的RAMRAM不仅
63、能满足一般场合的使用，同时也更有效的支不仅能满足一般场合的使用，同时也更有效的支持使用高级语言开发系统程序，并可像持使用高级语言开发系统程序，并可像MCS-51MCS-51单片机那样单片机那样扩展外部扩展外部RAMRAM。 45（3 3）丰富的）丰富的片内片内外设外设。定时器定时器/ /计数器、看门狗电路、低电计数器、看门狗电路、低电压检测电路压检测电路BODBOD，多个复位源，多个复位源( (自动上下电复位、外部复位、自动上下电复位、外部复位、看门狗复位、看门狗复位、BODBOD复位复位) )，可设置的启动后延时运行程序，可设置的启动后延时运行程序，增强了单片机应用系统的可靠性。增强了单片机
64、应用系统的可靠性。多种串口：多种串口：如通用的异步串行口（如通用的异步串行口（UARTUART），面向字节的高速），面向字节的高速硬件串行接口硬件串行接口TWITWI（与（与I I2 2C C接口兼容）、接口兼容）、SPISPI。此外还有。此外还有ADCADC、PWMPWM等部件。等部件。46（4 4）I/OI/O口功能强、驱动能力大口功能强、驱动能力大。AVRAVR的的工业级产品工业级产品，具有，具有大电流大电流( (最大可达最大可达40mA)40mA)，驱动能力强，可省去功率驱动器驱动能力强，可省去功率驱动器件件，直接驱动可控硅，直接驱动可控硅SSRSSR或继电器。或继电器。AVRAVR单
65、片机的单片机的I/OI/O口口能正确反映能正确反映I/OI/O口输入口输入/ /输出的真实情况输出的真实情况。I/OI/O口的输入可设定为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，口的输入可设定为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，以便于以便于满足各种多功能满足各种多功能I/OI/O口应用的需要口应用的需要，具备，具备10mA-20mA10mA-20mA灌电流灌电流的能力。的能力。（5 5）低功耗。）低功耗。具有省电功能具有省电功能(Power Down)(Power Down)及休眠功能及休眠功能(Idle)(Idle)的低功耗的工作方式。一般耗电在的低功耗的工作方式。一般耗电在1 12.5 2.5 mA
66、mA；典；典型功耗，型功耗，WDTWDT关闭时为关闭时为100nA100nA，更适用于，更适用于电池供电电池供电。47有的器件有的器件最低最低1.8V1.8V即可工作。即可工作。 （6 6）支持程序的支持程序的在系统编程在系统编程（ISPISPIn System ProgramIn System Program）即在线编程，开发门槛较低。只需一条即在线编程，开发门槛较低。只需一条ISPISP并口下载线，并口下载线，就可以把程序写入就可以把程序写入AVRAVR单片机，所以使用单片机，所以使用AVRAVR门槛低、花钱门槛低、花钱少少。其中。其中MEGAMEGA系列还支持系列还支持在线应用编程在线应
67、用编程（IAPIAP，可在线升，可在线升级或销毁应用程序级或销毁应用程序）。）。（7 7） 程序保密性好，不可破解的位加密锁程序保密性好，不可破解的位加密锁Lock BitLock Bit技术，技术，且具有多重密码保护锁死且具有多重密码保护锁死(Lock)(Lock)功能，使得用户编写的应功能，使得用户编写的应用程序不被读出。用程序不被读出。48AVRAVR单片机系列全，单片机系列全，3 3个档次个档次，适于各种不同要求：，适于各种不同要求：（1 1）低档）低档TinyTiny系列系列: : Tiny11/12/13/15/26/28Tiny11/12/13/15/26/28等；等； （2 2
68、）中档）中档AT90SAT90S系列系列: : AT90S1200/2313/8515/8535AT90S1200/2313/8515/8535等；等； （3 3）高档）高档ATmegaATmega系列系列: : 有有ATmega8/16/32/64/128ATmega8/16/32/64/128（ 存储容存储容量为量为8/16/32/64/128 KB8/16/32/64/128 KB）以及）以及ATmega8515/8535ATmega8515/8535等。等。1.8.2 PIC1.8.2 PIC系列单片机系列单片机美国美国MicrochipMicrochip公司的产品。公司的产品。特性如
69、下：特性如下：（1 1）最大的特点是从实际出发，重视性能价格比，已经开最大的特点是从实际出发，重视性能价格比，已经开发出多种型号来满足应用需求。发出多种型号来满足应用需求。例如，例如，一个摩托车的点火一个摩托车的点火器需要一个器需要一个I/OI/O较少、较少、RAMRAM及程序存储空间不大、可靠性及程序存储空间不大、可靠性49较高的小型单片机，若用较高的小型单片机，若用4040脚功能强的单片机，投资大，使脚功能强的单片机，投资大，使用也不方便。用也不方便。PICPIC系列系列从低到高有从低到高有几十个型号几十个型号。其中，。其中，PIC12C508PIC12C508单片机单片机仅仅有有8 8个
70、引脚个引脚，是，是世界最小的单片机世界最小的单片机。有。有512512字节字节ROMROM、2525字字节节RAMRAM、一个、一个8 8位定时器、一根输入线、位定时器、一根输入线、5 5根根I/OI/O线线，价格非，价格非常便宜。常便宜。用用在在摩托车点火器摩托车点火器非常适合。非常适合。PICPIC的高档型，的高档型，如如PIC16C74PIC16C74（尚不是最高档型号）有（尚不是最高档型号）有4040个引个引脚，其内部资源为脚，其内部资源为ROMROM共共4K4K、192192字节字节RAMRAM、8 8路路A/DA/D、3 3个个8 8位定时器、位定时器、2 2个个CCPCCP模块、
71、模块、3 3个串行口、个串行口、1 1个并行口、个并行口、1111个中个中断源、断源、3333个个I/OI/O脚脚。可以和其。可以和其他他品牌的高档型号媲美。品牌的高档型号媲美。50（2 2）精简指令精简指令集集使执行效率大为提高。使执行效率大为提高。PICPIC系列系列8 8位单片机位单片机采用精简指令集（采用精简指令集（RISCRISC），数据总线和指令总线分离的哈），数据总线和指令总线分离的哈佛总线（佛总线（HarvardHarvard）结构，指令单字长，且允许指令代码）结构，指令单字长，且允许指令代码的位数可多于的位数可多于8 8位的数据位数，这与传统的采用复杂指令位的数据位数，这与传
72、统的采用复杂指令结构（结构（CISCCISC）结构的）结构的8 8位单片机相比，可以达到位单片机相比，可以达到2:12:1的代码的代码压缩，速度提高压缩，速度提高4 4倍。倍。（3 3） 优越优越的的开发环境开发环境。5151单片机的开发系统大都采用高档单片机的开发系统大都采用高档型仿真低档型，实时性不理想。型仿真低档型，实时性不理想。PICPIC推出一款新型号单片推出一款新型号单片机的同时推出相应的仿真芯片，所有的开发系统由专用的机的同时推出相应的仿真芯片，所有的开发系统由专用的仿真芯片支持，实时性非常好。仿真芯片支持，实时性非常好。51（4 4）其引脚具有防瞬态能力）其引脚具有防瞬态能力，
73、通过限流电阻可以接至，通过限流电阻可以接至220V220V交流电源，可直接与继电器控制电路相连，无须光电耦合交流电源，可直接与继电器控制电路相连，无须光电耦合器隔离，给应用带来极大方便。器隔离，给应用带来极大方便。（5 5）保密性好）保密性好。PICPIC以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码后熔断熔丝，别人再也无法读出，除非恢复熔丝。目前，码后熔断熔丝，别人再也无法读出，除非恢复熔丝。目前，PICPIC采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性极小。采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性极小。（6 6）片内集成了看门狗定时器）片内集成了看门狗定时器，可以用来提高程序运行的
74、，可以用来提高程序运行的可靠性。可靠性。52（7 7）设有休眠和省电工作方式）设有休眠和省电工作方式。可大大降低系统功耗。可大大降低系统功耗并并可可采用电池供电。采用电池供电。PICPIC单片机单片机分分低档型、中档型低档型、中档型和和高档型高档型：（1 1）低档）低档8 8位单片机位单片机PIC12C5XXXPIC12C5XXX16C5X16C5X系列系列。PIC16C5XPIC16C5X系列系列最早在市场上得到最早在市场上得到发展，价格低，有较完善的开发手段，发展，价格低，有较完善的开发手段，因此在国内应用最因此在国内应用最为广泛为广泛；而；而PIC12C5XXPIC12C5XX是是世界第
75、一个世界第一个8 8脚低价位单片机脚低价位单片机可用可用于简单的智能控制等要求体积小的场合，前景广阔。于简单的智能控制等要求体积小的场合，前景广阔。53（2 2）中档）中档8 8位单片机位单片机PIC12C6XX/PIC16CXXXPIC12C6XX/PIC16CXXX系列。系列。PICPIC中档产品中档产品是是MicrochipMicrochip公司公司近年来重点发展的系列产品，品种最为丰富，其性能比低近年来重点发展的系列产品，品种最为丰富，其性能比低档产品有所提高，增加了中断功能，指令周期可达到档产品有所提高，增加了中断功能，指令周期可达到200ns200ns，带，带A AD D，内部，内
76、部E2PROME2PROM数据存储器，双时钟工作，数据存储器，双时钟工作，比较输出，捕捉输入，比较输出，捕捉输入，PWMPWM输出，输出，I I2 2C C和和SPISPI接口，异步串接口，异步串行接口（行接口（UARTUART），模拟电压比较器及），模拟电压比较器及LCDLCD驱动等等，其封驱动等等，其封装从装从8 8脚到脚到6868脚，可用于高、中、低档的电子产品设计中，脚，可用于高、中、低档的电子产品设计中，价格适中，广泛应用在各类电子产品中。价格适中，广泛应用在各类电子产品中。54（3 3）高档）高档8 8位单片机位单片机PIC17CXXPIC17CXX系列系列。适合高级复杂系统开发的
77、产品，。适合高级复杂系统开发的产品，在中档位单在中档位单片机的基础上片机的基础上增加了硬件乘法器，指令周期可达成增加了硬件乘法器，指令周期可达成160ns160ns，它是目前世界上，它是目前世界上8 8位单片机中性价比最高的机种，可用位单片机中性价比最高的机种，可用于高、中档产品的开发，如电机控制等。于高、中档产品的开发，如电机控制等。1.9 1.9 各类嵌入式处理器简介各类嵌入式处理器简介随着集成电路技术及电子技术的飞速发展，随着集成电路技术及电子技术的飞速发展，各种体系结构的各种体系结构的处理器品种繁多处理器品种繁多，且都，且都嵌入到系统中嵌入到系统中实现数据处理、数据实现数据处理、数据传
78、输和控制功能，各类传输和控制功能，各类嵌入式处理器为核心嵌入式处理器为核心的嵌入式系统的嵌入式系统的应用，的应用，是是当今电子信息技术应用的当今电子信息技术应用的一大热点一大热点。55具有各种不同体系结构的处理器，构成了具有各种不同体系结构的处理器，构成了嵌入式处理器家族嵌入式处理器家族，是嵌入式系统的核心。全世界嵌入式处理器的品种总量已是嵌入式系统的核心。全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过经超过10001000多种，按多种，按体系结构主要分为如下几类体系结构主要分为如下几类：嵌入式嵌入式微控制器（微控制器（单片机单片机）、嵌入式数字信号处理器（简称）、嵌入式数字信号处理器（简称DSPDSP
79、）、嵌入式微处理器嵌入式微处理器以及片上系统（以及片上系统（SOCSOC）等。）等。561.9.1 1.9.1 嵌入式微控制器（单片机）嵌入式微控制器（单片机）将用于测控目的的计算机小系统集成到一块芯片中。将用于测控目的的计算机小系统集成到一块芯片中。一般以一般以某一种微处理器内核为核心某一种微处理器内核为核心，片内集成，片内集成 ROM/EPROMROM/EPROM、RAMRAM、总线及总线控制逻辑、定时总线及总线控制逻辑、定时/ /计数器、计数器、WatchDogWatchDog、I/OI/O、串、串行口、脉宽调制输出、行口、脉宽调制输出、A/DA/D、D/AD/A、FlashFlash存
80、储器等各种必存储器等各种必要的功能部件和外设。要的功能部件和外设。一个系列的单片机具有一个系列的单片机具有多种衍生产品多种衍生产品，每种衍生产品的，每种衍生产品的处理处理器内核都是一样器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。的，不同的是存储器和外设的配置及封装。使单片机使单片机与与需求相匹配，减少功耗和成本。需求相匹配，减少功耗和成本。单片机最大特点是单片机最大特点是单片化，单片化，价廉价廉，功耗和成本下降、可靠性功耗和成本下降、可靠性提高提高。是目前嵌入式系统工业的主流。是目前嵌入式系统工业的主流。571.9.2 1.9.2 嵌入式嵌入式DSPDSP处理器处理器(DSP)(DSP
81、)DSPDSP（Digital Signal Processor)Digital Signal Processor)，非常擅长于高速实现各非常擅长于高速实现各种数字信号处理运算（如数字滤波、种数字信号处理运算（如数字滤波、FFTFFT、频谱分析、频谱分析等）等）。由于硬件结构和指令由于硬件结构和指令的的特殊设计，使其能够高速完成各种特殊设计，使其能够高速完成各种数字信号处理算法。数字信号处理算法。19811981年，年，TITI公司公司研制出研制出TMS320TMS320系列的系列的首片首片低成本、高性能低成本、高性能DSPDSP处理器芯片处理器芯片，使使DSPDSP技术向前跨出意义重大的一步
82、。技术向前跨出意义重大的一步。上世纪上世纪9090年代，年代，由于无线通信、各种网络通信、多媒体技术由于无线通信、各种网络通信、多媒体技术的普及和应用，高清晰度数字电视的研究，极大地刺激了的普及和应用，高清晰度数字电视的研究，极大地刺激了58DSPDSP在工程上的推广应用。在工程上的推广应用。DSPDSP大量进入大量进入嵌入式领域嵌入式领域。推动。推动DSPDSP快快速发展的是速发展的是嵌入式系统的智能化，嵌入式系统的智能化，例如例如各种带有智能逻辑的消各种带有智能逻辑的消费类产品，生物信息识别终端，实时语音压解系统、数字图像费类产品，生物信息识别终端，实时语音压解系统、数字图像处理等。这类智
83、能化算法一般都是运算量较大，特别是向量运处理等。这类智能化算法一般都是运算量较大，特别是向量运算、指针线性寻址等较多，而这些正是算、指针线性寻址等较多，而这些正是DSPDSP的长处所在。的长处所在。但在一些实时性要求很高的场合但在一些实时性要求很高的场合，单片单片DSPDSP的处理能力还是的处理能力还是不能不能满足要求满足要求。因此，又研制出了多总线、多流水线和并行处理的。因此，又研制出了多总线、多流水线和并行处理的包含多个包含多个DSPDSP处理器的芯片，大大提高了系统的性能。处理器的芯片，大大提高了系统的性能。与单片机相比，与单片机相比，DSPDSP的的高速运算高速运算能力能力和和多总线多
84、总线，处理的算法的复处理的算法的复杂度杂度和和大的数据处理流量大的数据处理流量是是单片机单片机不可企及的。不可企及的。59DSPDSP的主要厂商的主要厂商有美国有美国TITI、ADIADI、MotorolaMotorola、ZilogZilog等公司。等公司。TITI公司公司位居榜首位居榜首，占全球，占全球DSPDSP市场市场约约6060左右左右。DSPDSP代表性代表性的产品的产品是是TITI公司的公司的TMS320TMS320系列系列。TMS320TMS320系列处理器包括用系列处理器包括用于控领域的于控领域的C2000C2000系列，移动通信的系列，移动通信的C5000C5000系列，以
85、及应系列，以及应用用在通信和数字图像处理的在通信和数字图像处理的C6000C6000系列等。系列等。今天，随着全球信息化和今天，随着全球信息化和InternetInternet网的普及，多媒体技术的网的普及，多媒体技术的广泛应用，尖端技术向民用领域迅速的转移，数字技术大广泛应用，尖端技术向民用领域迅速的转移，数字技术大范围进入消费类电子产品，使范围进入消费类电子产品，使DSPDSP不断更新换代，性能指不断更新换代，性能指标不断提高，价格不断下降，已成为标不断提高，价格不断下降，已成为新兴科技：通信、多新兴科技：通信、多媒体系统、消费电子、医用电子等飞速发展媒体系统、消费电子、医用电子等飞速发展
86、的推动的推动力量力量，60力力，据国际著名市场调查研究公司据国际著名市场调查研究公司Forward Concepts Forward Concepts 发布发布的一份统计和预测报告显示，目前的一份统计和预测报告显示，目前世界世界DSPDSP产品市场每年产品市场每年正以正以3030的增幅的增幅大幅度增长，是目前最有发展和应用前景大幅度增长，是目前最有发展和应用前景的嵌入式处理器之一。的嵌入式处理器之一。1.9.3 1.9.3 嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式微处理器(Embedded (Embedded MicroProcessorMicroProcessor Unit Unit
87、， EMPU)EMPU)的的基础是通用计算机中的基础是通用计算机中的CPUCPU。与单片机相比，单片机本与单片机相比，单片机本身（或稍加扩展）就是一个小的计算机系统，可独立运行，身（或稍加扩展）就是一个小的计算机系统，可独立运行，具有完整的功能。而嵌入式微处理器仅仅相当于单片机中具有完整的功能。而嵌入式微处理器仅仅相当于单片机中的的CPUCPU。61在应用设计中，将在应用设计中，将嵌入式嵌入式微微处理器处理器装配在专门设计的电路板装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，可大幅减小系，可大幅减小系统体积和功耗。为满足嵌入式应用的特殊要求，统
88、体积和功耗。为满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增一般都做了各种增强。强。代表性产品为代表性产品为ARMARM系列系列，ARMARM是是Advanced RISC Machines Advanced RISC Machines 的的缩写，其中缩写，其中RISCRISC是精简指令集计算机的缩写。同时是精简指令集计算机的缩写。同时ARMARM也也是设计是设计ARMARM处理器的美国公司的简称。处理器的美国公司的
89、简称。ARMARM家族家族主要有主要有5 5个个产品系列：产品系列：ARM7ARM7、ARM9ARM9、ARM9EARM9E、ARM10ARM10和和SecurCoreSecurCore。62下面以下面以ARM7ARM7为说明为说明嵌入式微处理器基本性能嵌入式微处理器基本性能。嵌入式处理器的嵌入式处理器的地址线为地址线为3232条条，能扩展，能扩展较大的较大的存储器空间，存储器空间，所以所以可配置实时可配置实时多任务操作系统多任务操作系统(RTOS)(RTOS)。RTOSRTOS是嵌入式应是嵌入式应用软件的基础和开发平台。用软件的基础和开发平台。常用的常用的RTOSRTOS为为LinuxLin
90、ux（数百（数百KBKB）和）和VxWorksVxWorks（数（数MBMB）以及）以及C-C-OSOS。由于嵌入式实时多任务操作系统具有高度灵活性，。由于嵌入式实时多任务操作系统具有高度灵活性，可很容易地对它进行定制或作适当开发，即对它进行可很容易地对它进行定制或作适当开发，即对它进行“裁裁减减”、“移植移植”和和“编写编写”，从而设计出用户所需的应用，从而设计出用户所需的应用程序，来满足需要。程序，来满足需要。63由于能由于能运行实时多任务操作系统运行实时多任务操作系统，所以能处理复杂的系统管，所以能处理复杂的系统管理任务和处理工作。因此，理任务和处理工作。因此，在移动计算平台、媒体手机、
91、在移动计算平台、媒体手机、工业控制和商业领域（例如，智能工控设备、工业控制和商业领域（例如，智能工控设备、ATMATM机等）、机等）、电子商务平台、信息家电（机顶盒、数字电视）电子商务平台、信息家电（机顶盒、数字电视）、军事军事等，等，已成为继单片机、已成为继单片机、DSPDSP之后的电子信息技术应用的之后的电子信息技术应用的又一大又一大热点热点广义上讲，广义上讲，凡是系统中凡是系统中嵌入了嵌入了“嵌入式处理器嵌入式处理器”，如单片机、，如单片机、DSPDSP、嵌入式微处理器，、嵌入式微处理器，都称为都称为“嵌入式系统嵌入式系统”。也也有仅有仅把把 “嵌入嵌入”嵌入式微处理器嵌入式微处理器的系
92、统，称为的系统，称为“嵌入式系统嵌入式系统”。还没有。还没有严格的定义严格的定义。目前的。目前的“嵌入式系统嵌入式系统”，多指后，多指后者。者。641.9.4 1.9.4 嵌入式片上系统嵌入式片上系统SOC(SystemSOC(System On Chip) On Chip)随着超大规模集成电路随着超大规模集成电路设计技术发展，一个硅片上实现一个设计技术发展，一个硅片上实现一个复杂的系统，复杂的系统，即即System On System On Chip(SOCChip(SOC) )，即，即片上系统片上系统。核心思想核心思想是把整个电子系统全部集成在一个芯片中是把整个电子系统全部集成在一个芯片中
93、。避免大。避免大量量PCBPCB板设计及板板设计及板级级的调试工作。的调试工作。设计者设计者面对的不再是面对的不再是电电路及芯片路及芯片，而是，而是根据系统的固件特性和功能要求根据系统的固件特性和功能要求，把各种，把各种通用处理器内核及各种外围功能部件模块作为通用处理器内核及各种外围功能部件模块作为SOCSOC设计公设计公司的标准库司的标准库，成为成为VLSIVLSI设计中设计中的的标准器件，标准器件，用用VHDLVHDL等语言等语言描述描述，存储在器件库中。用户只需定义整个应用系统，仿，存储在器件库中。用户只需定义整个应用系统，仿真通过后就可以真通过后就可以将设计图将设计图交给交给半导体器件
94、厂商制作样品。半导体器件厂商制作样品。65除无法集成的器件外，整个系统大部分均可集成到一块或几除无法集成的器件外，整个系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去，系统电路板简洁，块芯片中去，系统电路板简洁，对减小体积和功耗、提高对减小体积和功耗、提高可靠性非常有利可靠性非常有利。SOCSOC使系统设计技术发生革命性变化使系统设计技术发生革命性变化，标志着一个全新时代到来。标志着一个全新时代到来。至此，已介绍至此，已介绍了了嵌入式处理器家族的各成员。由于嵌入式处理器家族的各成员。由于单片机单片机体体积小、价格低、很容易嵌入到系统中，应用十分广泛，且积小、价格低、很容易嵌入到系统中，应用十分广泛，且易掌握和普及，市场占有率最高。据统计，易掌握和普及，市场占有率最高。据统计，80518051体系结构体系结构的单片机的用量占全部嵌入式处理器总用量的的单片机的用量占全部嵌入式处理器总用量的50%50%以上。以上。因此，因此，80518051体系结构体系结构的的单片机技术单片机技术是首先要掌握的是首先要掌握的。66
