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第2章 章
单片机基础
第2章 章2.1 概述
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2.2 MCS—51系列单片机基本结构 系列单片机基本结构 2.3 中央处理器 中央处理器CPU 2.4 MCS—51单片机存储器及存储空间 单片机存储器及存储空间 2.5 并行输入 输出接口 并行输入/输出接口
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2.1 概述2.1.1 单片机的产生与发展 单片机出现的历史并不长, 但发展十分迅猛。 它的 产生与发展和微处理器的产生与发展大体同步, 自1971 年美国Intel公司首先推出4位微处理器以来, 它的发展 到目前为止大致可分为5个阶段:
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第1阶段(1971~1976): 单片机发展的初级阶段。 1971年11月Intel公司首先设计出集成度为2 000只晶体 管/片的4位微处理器Intel 4004, 并配有RAM、 ROM和 移位寄存器, 构成了第一台MCS—4微处理器, 而后又推 出了8位微处理器Intel 8008, 以及其它各公司相继推出 的8位微处理器。
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第2阶段(1976~1980): 低性能单片机阶段。 以 1976年Intel公司推出的MCS—48系列为代表, 采用将8位 CPU、 8位并行I/O接口、 8位定时/计数器、 RAM和 ROM等集成于一块半导体芯片上的单片结构, 虽然其 寻址范围有限(不大于4 KB), 也没有串行I/O, RAM、 ROM容量小, 中断系统也较简单, 但功能可满足一般工 业控制和智能化仪器、 仪表等的需要。
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第3阶段(1980~1983): 高性能单片机阶段。 这 一阶段推出的高性能8位单片机普遍带有串行口, 有多 级中断处理系统, 多个16位定时器/计数器。 片内RAM、 ROM的容量加大,且寻址范围可达64 KB, 个别片内还带 有A/D转换接口。
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第4阶段(1983~80年代末): 16位单片机阶段。 1983年Intel公司又推出了高性能的16位单片机MCS—96 系列, 由于其采用了最新的制造工艺, 使芯片集成度高 达12万只晶体管/片。 第5阶段(90年代): 单片机在集成度、 功能、 速 度、 可靠性、 应用领域等全方位向更高水平发展。
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2.1.2单片机的应用 由于单片机具有体积小、 重量轻、 价格便宜、 功 耗低, 控制功能强及运算速度快等特点, 因而在国民经 济建设、 军事及家用电器等各个领域均得到了广泛的 应用。 按照单片机的特点, 其应用可分为单机应用与多 机应用。 1. 单机应用 在一个应用系统中, 只使用1片单片机称为单机应 用, 这是目前应用最多的一种方式。 单片机应用的主要 领域有:
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(1) 测控系统。 用单片机可以构成各种不太复杂 的工业控制系统、 自适应控制系统、 数据采集系统等, 达到测量与控制的目的。 (2) 智能仪表。 用单片机改造原有的测量、 控制 仪表, 促进
仪表向数字化、 智能化、 多功能化、 综合 化、 柔性化方向发展。 (3) 机电一体化产品。 单片机与传统的机械产品相 结合, 使传统机械产品结构简化, 控制智能化。
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(4) 智能接口。 在计算机控制系统, 特别是在较大 型的工业测、 控系统中, 用单片机进行接口的控制与管 理, 加之单片机与主机的并行工作, 大大提高了系统的 运行速度。 (5) 智能民用产品。 如在家用电器、 玩具、 游戏 机、 声像设备、 电子秤、 收银机、 办公设备、 厨房 设备等许多产品中, 单片机控制器的引入, 不仅使产品 的功能大大增强, 性能得到提高, 而且获得了良好的使 用效果。
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图2―2 MCS—51系列单片机内部结构简化框图
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2.2.3 单片机外部引脚说明 MCS—51系列单片机芯片均为40个引脚, HMOS工 艺制造的芯片采用双列直插(DIP)方式封装, 其引脚 示意及功能分类如图2―3所示。 CMOS工艺制造的低 功耗芯片也有采用方型封装的, 但为44个引脚, 其中4个 引脚是不使用的。