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单片机概述

单片机是微单片微型计算机的简称，微型计算机的一种。

它把中央处理器（CPU）,随机存储器（RAM），只读存储器（ROM）,定时器\计数器以及I\O 接口，串并通信等接口电路的功能集成与一块电路芯片的微型计算机。

字长：在计算机中有一组二进制编码表示一个信息，这组编码称为计算机的字，组成字的位数称为“字长”，字长标志着精度，MCS-51是8位的微型计算机。

89c51 是8位（字长）单片机（51系列为8位）

单片机硬件系统仍然依照体系结构：包括CPU(进行运算、控制)、RAM(数据存储器)、ROM(程序存储器）、输入设备和输出设备、内部总线等。

由于一块尺寸有限的电路芯片实现多种功能，所以制作上要求单片机的高性能，结构简单，工作可靠稳定。

单片机软件系统包括监控程序，中断、控制、初始化等用户程序。

一般编程语言有汇编语言和C语言，都是通过编译以后得到机器语言（二进制代码）。

1.1单片机的半导体工艺

一种是HMOS工艺，高密度短沟道MOS工艺具有高速度、高密度的特点；

另一种是CHMOS工艺，互补金属氧化物的HMOS工艺，它兼有HMOS工艺的特点还具有CMOS的低功耗的特点。例如：8181的功耗是630mW,80C51的功耗只有110mW左右。1.2开发步5骤：

1.设计单片机系统的电路

2.利用软件开发工具（如：Keil c51）编辑程序，通过编译得到.hex的机器语言。

3.利用单片机仿真系统（例如：Protus）对单片机最小系统以及设计的外围电路，进行模拟的硬软件联合调试。

4.借助单片机开发工具软件（如：STC_ISP下载软件）读写设备将仿真中调试好的.hex程序拷到单片机的程序存储器里面。

5.根据设计实物搭建单片机系统。

2.1MCS-51单片机的组成：(有两个定时器)

CPU(进行运算、控制)、RAM(数据存储器)、ROM(程序存储器）、I/O口(串口、并口）、内部总线和中断系统等。

工作过程框图如下：

运算器

组成：8位算术逻辑运算单元ALU（Arithmetic Logic Unit）、8位累加器A（Accumulator）、8位寄存器B、程序状态字寄存器PSW（Program Status Word）、8位暂存寄存器TMP1和TMP2等。

功能：完成算术运算和逻辑运算

控制器

组成：程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、堆栈指针SP、数据指针DPTR、定时控制逻辑和振荡器OSC等电路。

功能：CPU根据PC中的地址将欲执行指令的指令码从存储器中取出，存放在IR中，ID对IR中的指令码进行译码，定时控制逻辑在OSC配合下对ID译码后的信号进行分时，以产生执行本条指令所需的全部信号。

2.2存储器

MCS-51的存储器可分为程序存储器和数据存储器,又有片内和片外之分。

（1）程序存储器

一般将只读存储器（ROM）用做程序存储器。可寻址空间为64KB，用于存放用户程序、

数据和表格等信息。MCS-51单片机按程序存储器可分为内部无ROM型（如8181）和内部

EA

有ROM型（如8181）两种，连接时引脚有区别。程序存储器结构如图所示：

（2）数据存储器

一般将随机存储器（RAM）用做数据存储器。可寻址空间为64KB。MCS-51数据存储器可分为片内和片外两部分。片外RAM：最大范围：0000H～FFFFH，64KB；用指令MOVX 访问。片内RAM：最大范围：00H～FFH，256B；用指令MOV访问。又分为两部分：低128B（00～7FH）为真正的RAM区，高128B（80～FFH）为特殊功能寄存器（SFR）区。如图所示。

2.3定时器/计数器（TL0, TH0, TL1和TH1）

MCS-51单片机中有两个16位的定时器/计数器T0和T1，它们由4个8位寄存器（TL0, TH0, TL1和TH1）组成，2个16位定时器/计数器是完全独立的。可以单独对这4个寄存器进行寻址，但不能把T0和T1当做16位寄存器来使用。

8181内部有两个16位可编程序的定时器/计数器，均为二进制加1计数器，分别命名为T0和T1。T0和T1均有定时器和计数器两种工作模式。在定时器模式下，T0和T1的计数脉冲可以由单片机时钟脉冲经12分频后提供。在计数器模式下，T0和T1的计数脉冲可以从P3.4和P3.5引脚上输入。对T0和T1的控制由定时器方式选择寄存器TMOD和定时器控制寄存器TCON完成

2.4中断系统

中断：指CPU暂停原程序执行，转而为外部设备服务（执行中断服务程序），并在服务完后返回到原程序执行的过程。

中断系统：指能够处理上述中断过程所需要的硬件电路。

中断源：指能产生中断请求信号的源泉。

8181可处理5个中断源（2个外部，3个内部）发出的中断请求，并可对其进行优先权处理。外部中断的请求信号可以从P3.2, P3.3（即和）引脚上输入，有电平或

边沿两种触发方式；内部中断源有3个，2个定时器/计数器中断源和1个串行口中断源。8181

的中断系统主要由中断允许控制器IE 和中断优先级控制器IP 等电路组成。 2.5MCS-51单片机外部引脚

8181单片机有40个引脚，分为端口线、电源线和控制线三类。

电源线 GND ：接地引脚20。VCC ：正电源引脚40。接＋5V 电源 2.6MCS-51单片机的工作方式：

MCS-51系列单片机的工作方式可分为：复位方式、程序执行方式、单片执行方式、掉电保护方式、节电工作方式和EPROM 编程/校验方式。

复位电路有两种：上电自动复位和上电/按键手动复位，如图所示。

程序执行方式是单片机基本工作方式，可分为连续执行工作方式和单步执行工作方式。 节电工作方式是一种低功耗的工作方式，可分为空闲（等待）方式和掉电（停机）方式。是针对CHMOS 类芯片而设计的，HMOS 型单片机不能工作在节电方式，但它有一种掉电保护功能。

1．HMOS 单片机的掉电保护

当VCC 突然掉电时，单片机通过中断将必须保护的数据送入内部RAM ，备用电源VPD 可以维持内部RAM 中的数据不丢失。 2．CHMOS 单片机的节电方式

CHMOS 型单片机是一种低功耗器件，正常工作时电流为11～22mA ，空闲状态时为1.7～5mA ，掉电方式为5～50 A 。因此，CHMOS 型单片机特别适用于低功耗应用场合，它的空闲方式和掉电方式都是由电源控制寄存器PCON 中相应的位来控制。

3.空闲工作方式：将IDL 位置为1（用指令MOV PCON, #01H ），则进入空闲工作方式，

0INT 1INT