單片機(jī)簡介

數(shù)字電路簡介

在一個(gè)控制系統(tǒng)中， 單片機(jī)是電路的一部分， 單片機(jī)中的程序是針對其所在的電路編寫

的。因此，要對單片機(jī)編程并實(shí)現(xiàn)一定的功能，必須了解整個(gè)系統(tǒng)的電路圖。單片機(jī)編程是

針對某個(gè)特定的電路進(jìn)行的單片機(jī)編程是針對某個(gè)特定的電路進(jìn)行的， 這一點(diǎn)和普通的編程不一樣。 編程時(shí)很可能要經(jīng)常參照電路圖。與單片機(jī)直接相關(guān)的電路大都是數(shù)字電路。 數(shù)字電路各部分的功能十分明確， 因此相對比較容易掌握。

簡單地說，數(shù)字電路就是只有“0”和“1”兩種信號的電路。判別信號究竟是“0”還

是“1”是通過電壓的大小(常稱作“電平” )來判斷的。不同的數(shù)字器件的電平判斷標(biāo)準(zhǔn)是

不一樣的。常用的數(shù)字器件以高電平(超過某一閾值的電平)作為邏輯“1” ，以低電平(低

于某一閾值的電平)作為邏輯“0” 。其中高電平閾值大于低電平閾值，處于高電平閾值與低

電平閾值之間的電壓是無效的。 高電平閾值與低電平閾值的具體值與數(shù)字器件的供電電壓有

關(guān)，如 AT89S51 單片機(jī)的高電平閾值為(0.2Vcc+0.9)V，低電平閾值為(0.2Vcc-0.1)V，

其中 Vcc 為單片機(jī)的供電電壓。 早年常用的數(shù)字器件的額定供電電壓為 5V， 現(xiàn)在 3.3V、 1.8V

等電壓的數(shù)字器件已經(jīng)大量使用了。在 Easy 51 Kit Pro 中，我們?nèi)允褂?5V 供電的單片機(jī)。

另外，還有一種 RS-232 電平標(biāo)準(zhǔn)，以-12V～-5V 作為邏輯“1” ，以 5V～12V 作為邏輯“0” 。

電腦上的串口都符合 RS-232 標(biāo)準(zhǔn)。還有一個(gè)“地”的概念。在電路中“地”并不是通常意義中的地，而是指電路中的一點(diǎn)，這一點(diǎn)的電壓被人為地規(guī)定為 0V。

MCS-51 單片機(jī)簡介

目前生產(chǎn)單片機(jī)產(chǎn)品的公司非常多， 當(dāng)中較有影響力的有 intel 公司推出的 MCS-51 系

列等。很多公司的產(chǎn)品都是與 MCS-51 架構(gòu)兼容(MCS-51 compatible)的。本資料中采用的

atmel 公司的 AT89C51/52 或 AT89S51/52 單片機(jī)，就是兼容 MCS-51 架構(gòu)的單片機(jī)。

Atmel 公司的 AT89C51( 以后簡稱“C51”)、AT89C52( 以后簡稱“C52”)、AT89C2051

( 以后簡稱“C2051”)以及 C51、C52 的換代產(chǎn)品 AT89S51( 以后簡稱“S51”)、AT89S52

( 以后簡稱“S52”)容易上手、價(jià)格低廉(不超過 10 元/片)、資料豐富，是初學(xué)者入門

時(shí)廣泛采用的單片機(jī)。

C51 擁有 4096 字節(jié)(1 字節(jié)＝8 位)的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、128 字節(jié)的 RAM、32 個(gè) I/O 口、

兩個(gè)定時(shí)器、6 個(gè)中斷源、一個(gè)串口等。C52、C2051 的資源與 C51 差別不大，其中 C52 的片

內(nèi)程序存儲(chǔ)器為 8192 字節(jié)、RAM 為 256 節(jié)、定時(shí)器有 3 個(gè)，其它與 C51 一樣； C2051 的片

內(nèi)程序存儲(chǔ)器為 2048 字節(jié)、I/O 口只有 15 個(gè)，另比 C51 多了一個(gè)模擬比較器，工作電壓范

圍比較寬，為 2.7V～6V(C51/52、S51/52 為 4.5～5.5V)，其它與 C51 一樣。

I/O、 定時(shí)器、 中斷、 串口等資源的用法在后面有詳細(xì)介紹。 這里只對程序存儲(chǔ)器與 RAM

作一下說明。單片機(jī)程序代碼經(jīng)過編譯(C 程序)或匯編(匯編程序)后，要把編譯或匯編

得到的代碼文件(一般來說編譯得到 hex 格式文件、匯編得到 bin 格式文件)燒寫到單片機(jī)

內(nèi)，存放這個(gè)程序的地方就是程序存儲(chǔ)器。顯而易見，單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器越大，我們就可

以把越大、越復(fù)雜的程序放進(jìn)去。如果我們編寫的程序太大，那么單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器就有

可能會(huì)放不下這個(gè)程序。這時(shí)，解決辦法就只有精簡代碼、外接程序存儲(chǔ)器(前提是所用的

單片機(jī)支持使用外部程序存儲(chǔ)器)或采用程序存儲(chǔ)器容量更大的單片機(jī)。RAM 是單片機(jī)程序

運(yùn)行時(shí)存放變量的地方，常量也可以放在 RAM 中。C51 中的 RAM 大小為 128 字節(jié)，這就是說

單片機(jī)程序中最多只能同時(shí)存在 128 個(gè) unsigned char 型的變量或 64 個(gè) unsigned int 型的

變量(在 Keil 環(huán)境中，int 型變量的長度為 16 位，這與 VC 的 32 位不一樣)或者是相應(yīng)的

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)業(yè)余無線電協(xié)會(huì) 各種不同類型變量的組合。 可以看出， 單片機(jī)程序所允許的規(guī)模比 Windows 或其它操作系統(tǒng)環(huán)境下的程序要小得多。編寫單片機(jī)程序時(shí)一定要注意不要濫用資源。

S51 與 S52 分別是 C51、C52 的換代產(chǎn)品。從用戶的角度看，S5x 單片機(jī)比相對應(yīng)的 C5x

單片機(jī)多了看門狗與在線編程 (ISP) 功能， 另外最高運(yùn)行速度有所增加 (C5x 最高支持 24MHz

的時(shí)鐘頻率， 而 S5x 最高支持 33MHz 的時(shí)鐘頻率， 但市面上比較容易買到的 S5x 單片機(jī)仍只

最高支持 24MHz 的時(shí)鐘頻率)。看門狗的使用在后面會(huì)有詳細(xì)介紹，我們來看看單片機(jī)的在線編程(ISP)功能。要把程序燒寫到 AT89C 系列單片機(jī)中， 最常用的做法是把單片機(jī)插入專用的編程器中， 通過編程器把程序燒到單片機(jī)里。 這樣做的麻煩之處是在調(diào)試程序時(shí)， 編程者對程序作出的每次修改，都要把單片機(jī)從電路中拔出來，插到編程器，燒好后又要把單片機(jī)重新插回電路板。可以想

象，這種工作是吃力不討好的。利用 S5x 單片機(jī)的 ISP 功能，我們就無須來回插拔單片機(jī)，

只要在電路中把單片機(jī)的 ISP 編程引腳接出來， 并且這幾個(gè)引腳所接的外圍電路對 ISP 沒有

影響，就可以用 ISP 編程器對單片機(jī)進(jìn)行燒寫了。另外，支持 AT89C 系列單片機(jī)的編程器成

本要比 ISP 下載線高最少幾倍。一根并口 ISP 下載線的成本僅幾元錢。

除了 S 系列、C 系列外，atmel 公司的 MCS-51 兼容產(chǎn)品也有其它系列，它們的主要區(qū)

別在于供作電壓范圍，在此就不作介紹了。

值得注意的是，一片單片機(jī)可以反復(fù)擦寫的次數(shù)是有限的，atmel 的 C 系列、S 系列單

片機(jī)的聲稱可重復(fù)擦寫次數(shù)為 1000 次。

下面以 S52 為例，對其引腳功能一一作出說明。C51、C52 以及 S51 的引腳功能與 S52

大致相同，如有遇到不同的地方會(huì)用 粗斜體字 特別說明。

單片機(jī)程序指令的執(zhí)行是以振蕩器的振蕩來驅(qū)動(dòng)的。在MCS-51架構(gòu)中，每12個(gè)振蕩器

周期組成一個(gè)指令周期(或稱機(jī)器周期)。單片機(jī)執(zhí)行指令的時(shí)間是以指令周期為單位的。

不同指令的執(zhí)行時(shí)間可能是不同的，一條指令的執(zhí)行時(shí)間最短為一個(gè)指令周期。

在MCS-51架構(gòu)中，每12個(gè)振蕩器

周期組成一個(gè)指令周期(或稱機(jī)器周期)。單片機(jī)執(zhí)行指令的時(shí)間是以指令周期為單位的。

不同指令的執(zhí)行時(shí)間可能是不同的，一條指令的執(zhí)行時(shí)間最短為一個(gè)指令周期。因此，單

片機(jī)所接的振蕩器頻率越高，它執(zhí)行指令的速度就越快。

型號同樣為AT89S52的芯片，在其后面還有頻率編號，有24MHz和33MHz等可選。讀者在

購買和選用時(shí)要注意了。 如AT89S52 24PC就是最高振蕩頻率為24MHz,40P6封裝的普通商用芯

片。單片機(jī)芯片后綴的詳細(xì)含義可見相應(yīng)單片機(jī)數(shù)據(jù)手冊的Ordering Information。

復(fù)位 RST 9

復(fù)位

在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時(shí)，將

使單片機(jī)復(fù)位，只要這個(gè)引腳保持高電平，單片機(jī)便一直處于復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位后P0～P3口均

置1，引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當(dāng)復(fù)位引腳由高電平

變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片從ROM的00H處開始運(yùn)行程序。復(fù)位操作不會(huì)對內(nèi)部RAM有所影響。常用

的復(fù)位電路如圖2.4所示。當(dāng)單片機(jī)上電時(shí)，由于電容的作用，RST引腳會(huì)處于短暫的高電平

狀態(tài)，直到電容充電到一定程度時(shí)，RST引腳的電平會(huì)被8.2K的電阻拉低，單片機(jī)開始運(yùn)行

程序。圖中的按鍵為手動(dòng)復(fù)位按鍵，當(dāng)按下復(fù)位按鍵后，RST引腳會(huì)被1K的電阻上拉至高電

平， 單片機(jī)復(fù)位， 按鍵松開后， RST恢復(fù)低電平， 單片機(jī)重新從程序存儲(chǔ)器的00H處運(yùn)行程序。

手動(dòng)復(fù)位按鍵在單片機(jī)的最小系統(tǒng)中并不是必須的，但對單片機(jī)的復(fù)位控制會(huì)方便些。

常用的復(fù)位電路

輸入輸出引腳

(1)P0端口[P0.0～P0.7] P0是一個(gè)8位漏極開路型雙向I/O端口， 端口置1 (對端口寫1)

時(shí)作高阻抗輸入端端口置1 (對端口寫1)時(shí)作高阻抗輸入端。作為輸出口時(shí)能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL。 P0端口要外接上拉電阻。

(2)P1端口[P1.0～P1.7] P1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。 輸出時(shí)可驅(qū)

動(dòng)4個(gè)TTL。 端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存

儲(chǔ)器編程時(shí)，接收低8位地址信息。除此之外P1端口還用于一些專門功能，

3)P2端口[P2.0～P2.7] P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。 輸出時(shí)可驅(qū)

動(dòng)4個(gè)TTL。 端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存

儲(chǔ)器編程時(shí)，接收高8位地址和控制信息。在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口

送出高8位地址。而在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)其引腳上的內(nèi)容在此期間不會(huì)改變。

(4)P3端口[P3.0～P3.7] P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。 輸出時(shí)可驅(qū)

動(dòng)4個(gè)TTL。 端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存

儲(chǔ)器編程時(shí)，接控制信息。除此之外P3端口還用于一些專門功能，

其它的控制或復(fù)用引腳

(1)ALE/-PROG 30 訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE(地址鎖存允許)的輸出用于鎖存地址的

低位字節(jié)。 即使不訪問外部存儲(chǔ)器， ALE端仍以不變的頻率輸出脈沖信號(此頻率是振蕩器頻

率的1/6)。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)ALE脈沖。對Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，這個(gè)引腳

用于輸入編程脈沖PROG。

(2)PSEN 29 該引腳是外部程序存儲(chǔ)器的選通信號輸出端。 當(dāng)S52由外部程序存儲(chǔ)器取

指令或常數(shù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期輸出2個(gè)脈沖即兩次有效。但訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將不會(huì)

有脈沖輸出。

(3)-EA/Vpp 31 外部訪問允許端。當(dāng)該引腳訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，應(yīng)輸入低電平。

要使S52只訪問外部程序存儲(chǔ)器(地址為0000H-FFFFH),這時(shí)該引腳必須保持低電平。當(dāng)使

用內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器時(shí)，此引腳應(yīng)與Vcc相連。當(dāng)使用內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器時(shí)，此引腳應(yīng)與Vcc相連。對Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，用于施加Vpp編程電壓。

C2051 的引腳功能與 C51 相仿，在此不另外介紹了

總結(jié)

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