微型51单片机学习板的设计与制作

微型单片机学习板的设计与制作单片机应用非常广泛，比如手机，家电，工业控制，机器人都是一些自动，或智能装置机器都是通过单片机原理来实现的。

我想单片机和嵌入式系统必定是以后的热门。

因为他们把软硬件结合的很好，单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。

概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。

它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件，科技的进步需要技术不断的提升。

一块大而复杂的模拟电路花费了巨大的精力，繁多的元器件增加了成本。

而现在，只需要一块几厘米见方的单片机，写入简单的程序，就可以使以前的电路简单很多。

单片机还有很多的优点：（1）高集成度，体积小，高可靠性单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，体积自然也是最小的。

芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM 中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。

（2）控制功能强为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，I/O 口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。

（3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品。

为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V～3.6V，而工作电流仅为数百微安。

（4）易扩展片内具有计算机正常运行所必需的部件。

芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、
串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。

（5）优异的性能价格比
因此学习单片机有着很大的必要性，因为它涉及到我们生活中的点点滴滴。

而在学习单片机中存在这很多的困难，单片机在学习当中很抽象，但是在抽象的同时它的实践性也很强，实践是整个教学过程中的重要环节,然而许多学校中,单片机实践教学的方法, 手段远远不能满足实际需要,并已成为单片机难学的根源所在，章从教学资源，教学演示，教学装置，教学实用性等诸方面对单片机课程的实践教学进行了比较深入的剖析并提出了一些新的对策。

单片机课程的理论与实践紧密相关，单机的教学演示不但要准备普通电子实验所必备的电源和实验电路板,还需要准备软件辅助开发使用的计算机以及把程序写进单片机存储器的专业编程器，备准备好后,还要历经编程，真调试编译写码等一系列单片机开发必须的复杂过程，实验的目的主要是验证书本上的原理, 学生通过实验巩固深化课堂所学理论，这类实验系统最大的问题是无法提供高质量的动手背景环境,让学生动脑和动手的机会太少了。

由于实验系统除单片机的芯片外还需许多外围芯片及监控的支持,实验系统结构复杂,设备生产商一般都没有提供完整的电路设计图纸，理解实验的原理.学生能做的工作只能在固定的实验题目范围内修改程序和变更接线,实验效果必然大打折扣，同时系统中监控的存在必然造成实验装置与单片机实际应用产品之间存在差别，学生无法体会单片机应用系统的独立性，由于实验系统硬件电路固定
配置,一些设计性实验无法开展，特别是随着单片机新技术的发展，各类新型的接口芯片不断出现,教学内容随之更新，这类系统已不能适应新形式的实践要求。

而且实验室少，不对外开放，如果在不上课的实践中想要通过学习实验单片机那就更难了。

目前，单片机正朝着大容量片上存储器、多功能i/o 接口、宽范围工作电源和低功耗方向发展。

要开发单片机的应用，不但要掌握单片机硬件和软件方面的知识，而且还要深入了解各应用系统的专业知识，只有将这两方面的知识融会贯通和有机结合，才能设计出优良的应用系统。

一个好的工程设计师不仅要掌握单片机的工作原理，而且还要不断了解各公司最新芯片的结构和应用，在实际应用中找到最好的性能价格比。

所以学习单片机有着重大的意义。

MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品，与MCS-48单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令,指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。

我们也以这一代表性的机型进行系统的讲解。

MCS-51系列单片机主要包括AT89S51、8051和8751等通用产品，其主要功能如下：
·8位CPU
·4kbytes 程序存储器(ROM)
·128bytes的数据存储器(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个可编程定时/计数器
·5个中断源，2个优先级
·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64kB
·逻辑操作位寻址功能
·双列直插40PinDIP封装
·单一+5V电源供电
MCS-51以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“名机”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。

正因为其优越的性能和完善的结构，导致后来的许多厂商多沿用或参考了其体系结构，有许多世界大的电气商丰富和发展了MCS-51单片机，象PHILIPS、Dallas、ATMEL等著名的半导体公司都推出了兼容MCS-51的单片机产品，就连我国的台湾WINBOND公司也发展了兼容C51(人们习惯将MCS-51简称C51,如果没有特别声明，二者同指MCS-51系列单片机)的单片机品种。

近年来C51获得了飞速的发展，C51的发源公司INTEL由于忙于开
发PC及高端微处理器而无精力继续发展自己的单片机，而由其它厂商将其发展，最典型的是PHILIPS和ATML公司，PHILIPS公司主要是改善其性能，在原来的基础上发展了高速I/O口，A/D转换器，PWM(脉宽调制)、WDT等增强功能，并在低电压、微功耗、扩展串行总线(I2C)和控制网络总线(CAN)等功能加以完善。

PHILIPS公司在发展C51的低功耗，高速度和增强型功能上作了不少贡献，当初主要由其来发展C51单片机系列省去了并行扩展总线，适合于作为家用电器类控制的经济型单片机。

ATMEL公司推出的AT89Cxx系列兼容C51的单片机，完美地将Flash(非易失闪存技术)EEPROM与80C51内核结合起来，仍采用C51的总体结构和指令系统，Flash的可反擦写程序存储器能有效地降低开发费用，并能使单片机作多次重复使用。

Siemens公司也沿用C51的内核，相继推出了C500系列单片机，在保持了与C51指令兼容的前提下，其产品的性能得到了进一步的提升，特别是在抗干扰性能，电磁兼容和通信控制总线功能上独树一帜，其产品常用于工作环境恶劣的场合。

亦适用于通信和家用电器控制领域。

还有台湾的WINBOND公司亦开发了一系列兼容C51的单片机，其产品通常具备丰富的功能特性，而且与其质优价廉在市场也占有一定的分额。

下表是80C51系列单片机的主要分类及功能特性：系列典型芯片 I/O口定时/计数器中断源串行通信口片内RAM 片内ROM 说明
80C31 4x8位 2x16位 5 1 128字节无
80C51 4x8位 2x16位 5 1 128字节 4kB掩膜ROM
51系列 87C51 4x8位 2x16位 5 1 128字节 4kBEPROM
89C51 4x8位 2x16位 5 1 128字节 4kBEEPROM
80C32 4x8位 2x16位 6 1 256字节无
80C51 4x8位 2x16位 6 1 256字节 8kB掩膜ROM
52系列 87C52 4x8位 2x16位 6 1 256字节 4kBEPROM
89C52 4x8位 2x16位 6 1 256字节 4kBEEPROM
8051是MCS-51系列单片机中的代表产品，它内部集成了功能强大的中央处理器，包含了硬件乘除法器、21个专用控制寄存器、4kB的程序存储器、128字节的数据存储器、4组8位的并行口、两个16位的可编程定时/计数器、一个全双工的串行口以及布尔处理器。

MCS-51具有比较大的寻址空间，地址线宽达16条，即外部数据存储器和程序存储器的寻址范围达216=64kB，这作为单片机控制来说已是比较大的，这同时具备对I/O口的访问能力。

此外，MCS-51采用模块化结构，可方便地增删一个模块就可引脚和指令兼容的新产品。

从而容易使产品形成系列化。

由于MCS-51集成了几乎完善的8位中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，硬件的加、减、乘、除法器和布尔处理机及各种逻辑运算和转移指令，这给应用提供了极大的便利。

MCS-51的指令系统近乎完善，指令系统中包含了全面的数据传送指令、完善的算术和逻辑运算指令、方便的逻辑操作和控制指令、对于编程来说，是相当灵活和方便的。

MCS-51单片机的工作频率为2-12MHz，当振荡频率为12MHz时，一个机器周期为1us,这个速度应该说是比较快的。

8051中集成了完
善的各种中断源，用户可十分方便地控制和使用其功能，使得它的应用范围加大，可以说它可以满足绝大部分的应用场合。

MCS-51把微型计算机的主要部件都集成在一块心片上，使得数据传送距离大大缩短，可靠性更高，运行速度更块。

由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化，抗干扰能力加强，工作亦相对稳定。

因此，在工业测控系统中，使用单片机是最理想的选择。

单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。

MCS-51的开发环境要求较低，软件资源十分丰富，介绍其功能特性书籍和开发软件随处可取，只需配备一台PC（个人电脑——对电脑的配置基本上无要求），一台仿真编程器即可实现产品开发，早期的开发软件多使用DOS版本，随着Windows视窗软件的普及，现在几乎都使用Windows版本，并且软件种类繁多，琳琅满目，在众多的单片机品种中，C51的环境资源是最丰富的，这给C51用户带来极大的便利。

单片机最小系统复位电路的极性电容C1 的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10~30uF。

51 单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。

51 单片机最小系统晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，51 单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。

51 单片机最小系统起振电容C2、C3 一般采用15~33pF，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好P0 口为开漏输出，作为输出口时需加上拉电阻，阻值一般为10k。

其他接口内部有上拉
电阻，作为输出口时不需外加上拉电阻。

设置为定时器模式时，加1 计数器是对内部机器周期计数（1 个机器周期等于12 个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12）。

计数值N 乘以机器周期Tcy 就是定时时间t。

设置为计数器模式时，外部事件计数脉冲由T0 或T1 引脚输入到计数器。

在每个机器周期的S5P2 期间采样T0、引脚电平。

T1 当某周期采样到一高电平输入，而下一周期又采样到一低电平时，则计数器加1，更新的计数值在下一个机器周期的S3P1 期间装入计数器。

由于检测一个从 1 到0 的下降沿需要 2 个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。

当晶振频率为12MHz 时，最高计数频率不超过1/2MHz，即计数脉冲的周期要大于2 ms。

标识符号地址寄存器名称P3 0B0H I/O 口3 寄存器PCON 87H 电源控制及波特率选择寄存器SCON 98H 串行口控制寄存器SBUF 99H 串行数据缓冲寄存器TCON 88H 定时控制寄存器TMOD 89H 定时器方式选择寄存器TL0 8AH 定时器0 低8 位TH0 8CH 定时器0 高8 位TL1 8BH 定时器1 低8 位TH1 8DH 定时器1 高8 位。