第1章認(rèn)識(shí)51單片機(jī)

單片機(jī)是在一塊硅芯片上集成了CPU、存儲(chǔ)器和輸入/輸出單元的集成電路，以單片機(jī)為核心的硬件電路稱為單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)存儲(chǔ)器嵌入了應(yīng)用程序的單片機(jī)系統(tǒng)則統(tǒng)稱為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。1.1單片機(jī)基本概念自從1946年世界上第一臺(tái)電子管數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC在美國(guó)賓西法尼亞大學(xué)研制成功，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展主要朝著高速的巨型超級(jí)機(jī)和嵌入式的微型計(jì)算機(jī)兩個(gè)方向發(fā)展。一般來(lái)說(shuō)，微型計(jì)算機(jī)包括運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器（Memory）及輸入/輸出單元（I/O）這4個(gè)基本組成部分。如果將運(yùn)算器和控制器封裝在一塊芯片上，則稱為微處理器（MCU，MicroControllerUnit）或中央處理器（CPU，CentralProcessUnit）。如果將中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（Memory）及輸入/輸出單元（I/O）集成在一小塊硅片上，如圖1-1所示，這樣一塊芯片就具有了計(jì)算機(jī)的功能屬，性因而被等集成在一塊硅片上，再配置幾的單片機(jī)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上嵌入應(yīng)用軟件的單片機(jī)系統(tǒng)稱為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。稱為微型單片計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。所以單片機(jī)就是將CPU、存儲(chǔ)器和輸入/輸出單元（I/O）個(gè)小的器件，如電阻、電容、石英晶體、連接器等，即組成一個(gè)完整圖1-1單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖單片機(jī)從20世紀(jì)70年代發(fā)展到現(xiàn)在，大致經(jīng)歷型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，應(yīng)用面廣，發(fā)展快，已發(fā)展為上百種朝著高能性、低功耗、小體積、大容量、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾（1）SCM（SingleChipMicrocomputer）即單片微型計(jì)算機(jī)階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。這種嵌入式的體系結(jié)構(gòu)奠定了SCM與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展的道路上，Intel公司功不可沒(méi)。SCM的誕生以Intel公司的MCS-51為代表“單片機(jī)”一詞由此而來(lái)。（2）MCU（MicroControllerUnit）即微控制器階段了SCM、MCU、SoC三大階段。單片機(jī)作為微系列的近千個(gè)機(jī)種。目前，單片機(jī)正個(gè)方向發(fā)展。開(kāi)創(chuàng)，，主要的技術(shù)方向是：電子系統(tǒng)在不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí)，對(duì)象系統(tǒng)要求對(duì)各種外圍電路與接口電路具有智能化的控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來(lái)看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù)Philips公司。Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢(shì)，將MCS-51從單片微型計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。（3）SoC（SystemonChip）稱為芯片級(jí)系統(tǒng)，也稱為片上系統(tǒng)，是一個(gè)有專用目標(biāo)的集成電路，其中包含完整系統(tǒng)并有嵌入軟件的全部?jī)?nèi)容。從狹義角度講，它是信息系統(tǒng)核心的芯片集成，將系統(tǒng)51單片機(jī)原理及應(yīng)用2關(guān)鍵部件集成在一塊芯片上；從廣義角度講，SoC是一個(gè)微小型系統(tǒng)，如果說(shuō)中央處理器（CPU）是大腦，那么SoC就是包括大腦、心臟、眼睛和手的系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界一般傾向?qū)oC定義為將微處理器、模擬IP核、數(shù)字IP核和存儲(chǔ)器（或片外存儲(chǔ)控制接口）集成在單一芯片上，它通常是客戶定制的，或是面向特定用途的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。單片機(jī)的幾個(gè)重要指標(biāo)如下。（1）位數(shù)。位數(shù)是單片機(jī)能夠一次處理的數(shù)據(jù)的寬度，有1位機(jī)（AD7502）、4位機(jī)（Intel4004）、8位機(jī)（MCS-51）、16位機(jī)（MCS-96）、32位機(jī)（ARM內(nèi)核單片機(jī)）。（2）存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。程序存儲(chǔ)器空間較大，字節(jié)數(shù)一般從幾KB到幾百KB，另外程序存儲(chǔ)器還有不同的類型，如掩膜ROM、EPROM、E2PROM、FlashROM等，程序存儲(chǔ)器的編程方式又分為串行編程、并行編程、在編線程（ISP，InSystemProgrammable）、應(yīng)用再編程（IAM，InApplicationre-Programmable）和專用的ISP編程接口。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的字節(jié)數(shù)通常從幾十B到幾十KB。（3）I/O口。單片機(jī)一般都有幾個(gè)到幾十個(gè)I/O口，即輸入行選擇（4）速度。單片機(jī)的運(yùn)行速度是指CPU的運(yùn)行速度，以每秒執(zhí)Mps（百萬(wàn)條指令每秒），目前最快的單片機(jī)可達(dá)到100MIps。單片機(jī)的速度通常是與系統(tǒng)時(shí)鐘于PC的主頻）相關(guān)的，但并不是頻率越高的處理速度就一定越快，但對(duì)于同一型號(hào)的單片機(jī)，時(shí)鐘，運(yùn)行的速度就越快（5）工作電壓。單片機(jī)的工作電壓通常是5V（±5%或±10%），也有3V/3.3V的電壓產(chǎn)品，也有在更低的1.5V電壓工作的單片機(jī)?，F(xiàn)代單片機(jī)又出現(xiàn)了寬電壓范圍型，即在2.5～6.5V內(nèi)都可以正常工作（6）功耗。低功耗是現(xiàn)代單片機(jī)所追求的一個(gè)目標(biāo)，目前低功耗單片機(jī)的靜態(tài)電流可以低至μAnA級(jí)，有的單片機(jī)還有等待、關(guān)斷和睡眠等多種工作方式，以此來(lái)降低功耗（7）工作溫度。單片機(jī)根據(jù)工作溫度可分為民用級(jí)（商業(yè)級(jí)）、工業(yè)級(jí)和軍用級(jí)3種產(chǎn)品。民用級(jí)的工作溫度范圍是0℃～70℃，工業(yè)級(jí)的工作溫度范圍是–40℃～85℃，軍用級(jí)的工作溫度范圍–55℃～150℃（不同廠家劃分標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同）。（8）附加功能。有的單片機(jī)有更多的功能，用戶根據(jù)自己的單片機(jī)內(nèi)部有A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換提高系統(tǒng)的可靠性/輸出口，用戶可以根據(jù)自己的需要進(jìn)。行多少條指令衡量，常用單位是（相當(dāng)頻率越高。。級(jí)甚至。是的需要選擇最適合自己的產(chǎn)品。比如有、串行口和LCD驅(qū)動(dòng)等，使用這一類單片機(jī)可以減少外部器件，。1.251系列單片機(jī)介紹1.2.151單片機(jī)的特點(diǎn)和分類1．單片機(jī)的特點(diǎn)（1）集成度高、體積小、可靠性高單片機(jī)為芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)，計(jì)算“五臟俱全”，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、低功耗（2）具有優(yōu)異的性價(jià)比單片機(jī)不但具備計(jì)算機(jī)的基本功能，且價(jià)格極其低為幾元人民幣。機(jī)所具備的基本功能部件全部集成于一塊芯片上，體積雖小，但、抗干擾能力大為增強(qiáng)，穩(wěn)定性極大地提高。廉，如一塊高檔型STC89S51單片機(jī)，售價(jià)僅第1章認(rèn)識(shí)51單片機(jī)3（3）控制功能強(qiáng)單片機(jī)在實(shí)時(shí)控制方面具有較強(qiáng)功能，在指令系統(tǒng)中，除了有能處理復(fù)雜邏輯關(guān)系的位操作指令外，還有功能極強(qiáng)的中斷控制指令，使多種I/O接口電路的應(yīng)用顯得更靈活、更易實(shí)現(xiàn)。（4）低電壓、低功耗由于大多單片機(jī)采用CMOS半導(dǎo)體材料制造，功耗低。有的單片機(jī)可在2.2V甚至更低電壓下運(yùn)行，工作電流降至微安級(jí)。低電壓、低功耗使單片機(jī)大量應(yīng)用于攜帶式產(chǎn)品和家用消費(fèi)類產(chǎn)品當(dāng)中。2．單片機(jī)的分類當(dāng)前世界上的單片機(jī)種類繁多，各國(guó)生產(chǎn)廠家、廠商琳瑯滿目，產(chǎn)品性能各有所長(zhǎng)，共有幾十種單片機(jī)系列、上百個(gè)品種，可根據(jù)結(jié)構(gòu)和性能來(lái)進(jìn)行分類。（1）按制造工藝分類單片機(jī)片芯的半導(dǎo)體材料制造工藝可分為HMOS和CHMOS兩大類型，目的是使單片機(jī)片芯具有高密度、高速度、低功耗的特點(diǎn)。（2）按單片機(jī)字長(zhǎng)分類所謂字長(zhǎng)，即CPU一次僅能處理二進(jìn)制的位數(shù)，單片機(jī)的字長(zhǎng)目前可分為1位機(jī)、4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)和64位機(jī)，使單片機(jī)能基本滿足各種場(chǎng)合的不同應(yīng)用要求和開(kāi)發(fā)需要。（3）按單片機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器的類型分類單片機(jī)片內(nèi)的程序存儲(chǔ)器可分為無(wú)ROM型、帶不可擦除ROM型、帶可擦除EPROM型或E2PROM型，以及近幾年來(lái)新發(fā)展的帶閃速存儲(chǔ)器Flash型等。隨著新技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)將更易實(shí)現(xiàn)、成本更低廉。（4）按單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，可分為馮·諾依曼型和哈佛型兩種形式，如圖1-2所示。一般的通用計(jì)算機(jī)及某些單片機(jī)（如MCS-96系列），均是采用馮·諾依曼型結(jié)構(gòu)，程序和數(shù)據(jù)公用一個(gè)存儲(chǔ)器。而大部分單片機(jī)通常采用哈佛結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)與程序分別存器內(nèi)，這是由單片機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)所決定的。單片機(jī)應(yīng)用往往是針對(duì)某個(gè)特定控制對(duì)象服務(wù)的，程序計(jì)、調(diào)試一旦取得成功，便固化在程序存儲(chǔ)器，這樣不僅省去了每次開(kāi)機(jī)后的重新裝入程序的步驟，放在兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ)設(shè)且能有效地防止因突然掉電和其他干擾而引起的程序丟失和錯(cuò)誤。圖1-2單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)（5）按應(yīng)用場(chǎng)合分類①通用性單片機(jī)把內(nèi)部部件功能及指令系統(tǒng)等開(kāi)發(fā)資源全部面向用戶提供使用，用戶可根據(jù)不同場(chǎng)合的控制任務(wù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)應(yīng)用，其適應(yīng)性較強(qiáng)，應(yīng)用非常廣泛。MCS-51系列及STC89S系列單片機(jī)均為通用性機(jī)型。②專用性單片機(jī)生產(chǎn)制造廠家根據(jù)某種特殊需要而專門針對(duì)相應(yīng)設(shè)計(jì)的片芯，如智能儀表、智能傳感器、智能萬(wàn)向攝像機(jī)等電腦芯片；電視機(jī)、空調(diào)機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱、風(fēng)扇等家用電器專用單片機(jī)片芯。51單片機(jī)原理及應(yīng)用41.2.2MCS-51系列單片機(jī)MCS-51是指由美國(guó)Intel公司生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱，這一系列單片機(jī)包括很多品種，如8031、8051、8751、8032、8052、8752等，將它們分為51和52兩大類。52類是51類的增強(qiáng)型，其最大特色是52類內(nèi)部存儲(chǔ)器的容量更大，增加了一個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器。其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其他單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減、改變而來(lái)的，所以人們習(xí)慣于用8051來(lái)稱呼MCS-51系列單片機(jī)。Intel公司將MCS-51的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其他公司，所以有很多公司在做以8051為核心的單片機(jī)。當(dāng)然，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求，其中89C51是由美國(guó)Atmel公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的。STC89S51是宏晶公司的產(chǎn)品，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)高校學(xué)生在學(xué)習(xí)中用得最廣泛的單片機(jī)。MCS-51系列單片機(jī)按芯片內(nèi)部的ROM來(lái)區(qū)分，可分為無(wú)ROM型（8031/8032）、MaskROM型（8051/8052）、EPROM型（8751/8752）及E2PROM（89C51/89C52、89S51/89S52），如表1-1所。示表1-1MCS-51單片機(jī)分類表51類52類89C5189S5189C5289S52型號(hào)類型803180518751803280528752無(wú)ROMMaskROMEPROME2PROM無(wú)ROMMaskROMEPROME2PROM內(nèi)部0KB外接64KB內(nèi)部0KB外接64KBROM內(nèi)部4KB，外接64KB內(nèi)部8KB，外接64KBRAM內(nèi)部128B，外接最大64KB2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器內(nèi)部256B，外接最大64KB2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷源56I/O4個(gè)8位輸入/輸出端口4個(gè)8位輸入/輸出端口1.2.3Atmel的51系列單片機(jī)Atmel的51單片機(jī)是Atmel半導(dǎo)體公司以51內(nèi)核為標(biāo)準(zhǔn)如，標(biāo)準(zhǔn)的8051單片機(jī)沒(méi)有20pin封裝的芯片，但是AT89C2051、AT89C4051都是20pin封裝的單片機(jī)。它主要是把原51單片機(jī)的P0口和P2口省略了，然后再改進(jìn)了一些功能。可以認(rèn)為它們是精簡(jiǎn)型51單片機(jī)，比較適合初學(xué)者學(xué)習(xí)。AT89有許多型號(hào)，如AT89C51、AT89S51、AT89C52、AT89S52和AT89S8252（后面幾款其實(shí)是8052單片機(jī)，但是和8051的指令系統(tǒng)兼容，只是增加了一些功能而已，也可以認(rèn)為是51系列的單片機(jī)）。AT89系列單片機(jī)都是Flash型單片機(jī)，燒錄次數(shù)至少在1000次以上（數(shù)據(jù)手冊(cè)提供，實(shí)際估計(jì)要在4000次以上了），只要芯片上帶有“s”字樣的單片機(jī)，都可以支持ISP（在線燒錄的單片機(jī)，它是改進(jìn)型的51單片機(jī)。比）。1.2.4STC-51單片機(jī)宏晶科技公司生產(chǎn)的51單片機(jī)現(xiàn)已成為全球單片機(jī)的第一品牌，是中國(guó)大陸本土MCU領(lǐng)航者。STC-51單片機(jī)是STC宏晶公司以51內(nèi)核為標(biāo)準(zhǔn)的單片機(jī)，是一款高性能的增強(qiáng)型51單片機(jī)。比如典型產(chǎn)品STC89C51RC是采用8051核的ISP在系統(tǒng)可編程芯片，具有以下特點(diǎn)。1．增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼?zhèn)鹘y(tǒng)8051。容2．工作電壓：5.5～3.3V（5V單片機(jī)）/3.8～2.0V（3V單片機(jī)）。3．時(shí)鐘頻率0～35MHz，相當(dāng)于普通8051的0～420MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz。第1章認(rèn)識(shí)51單片機(jī)54．用戶應(yīng)用程序空間12K/10K/8K/6K/4K/2K字節(jié)；片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，擦寫次數(shù)可達(dá)10萬(wàn)次以上。5．片上集成512字節(jié)RAM。6．通用I/O口，復(fù)位后為準(zhǔn)雙向口/弱上拉，每個(gè)最大不得超過(guò)55mA。I/O口的驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片7．ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)須專用編程器，可通過(guò)串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。8．具有EPROM功能。29．具有看門狗功能。10．工作溫度范圍：0℃～75℃/–40℃～+85℃。11．封裝：PDIP、SOP、PLCC等多種封裝。1.2.551單片機(jī)產(chǎn)品標(biāo)號(hào)與引腳信息1．51單片機(jī)的產(chǎn)品標(biāo)號(hào)信息單片機(jī)芯片上的標(biāo)號(hào)通過(guò)圖1-3來(lái)說(shuō)明，其他廠商的單片機(jī)芯片大同小異，圖1-3所示芯片的全部標(biāo)號(hào)為STC89C51RC40C-PDIP401015COK816.CD。圖1-3中的STC——前綴，表示芯片為STC公司生產(chǎn)的標(biāo)示含義如下：產(chǎn)品，其他前綴有還AT、i、SST等。8——表示該芯片為8051內(nèi)核芯片。9——表示內(nèi)部含F(xiàn)lashE2PROM存儲(chǔ)器。80C51中的0表示內(nèi)部含MaskROM存儲(chǔ)器（掩膜ROM），87C51中圖1-3STC89C51RC40C-PDIP401015COK816.CD單片機(jī)芯片的7表示內(nèi)部含EPROM存儲(chǔ)器（紫外線可擦C——表示該器件為CMOS89LV52和89LE中的常為3.3V電壓供電）；而89S51中的S表示該芯片行下載功能的Flash存儲(chǔ)器，即具有ISP線編程功能。5——表示固定不變。1——表示該芯片內(nèi)是該芯片內(nèi)RC——表示該芯片內(nèi)第一個(gè)40——表示該芯片外部晶振最高可接C——級(jí)別，C表示商業(yè)級(jí)，溫度范圍為0℃～+70℃；+85℃；A表示汽車用產(chǎn)品，溫度范圍為–40℃～+125℃；M表示軍用產(chǎn)品，溫度范圍為PDIP——表示產(chǎn)品封裝型號(hào)，PDIP表示雙排直插式，單片機(jī)的封裝有還PLCC（帶引線的塑料芯除ROM）。LV和LE都表示該芯片為低壓含有可串可在部程序存儲(chǔ)器空間的大小，1為4KB，2為8KB，3為12KB，即乘以4KB就部的程序存儲(chǔ)器的空間大小。部的RAM為512B，RC+表示內(nèi)入40MHz。I表示工業(yè)級(jí)，溫度范圍為–40℃～–55℃～+150℃。部的RAM為1280B。片封裝）、QFP（塑料方形扁平式封裝）和PGA（插針網(wǎng)格陣列封裝）等。第二個(gè)40——表示該引腳為40個(gè)。1015——表示該芯片的產(chǎn)生日期為2010年第15周。COK816.CD——不詳（有關(guān)資料顯示，此標(biāo)號(hào)表示芯片制造工藝或處理工藝）。2．51單片機(jī)的引腳分布下面進(jìn)一步來(lái)認(rèn)識(shí)單片機(jī)的引腳。圖1-4和圖1-5所示為51單片機(jī)不同封裝的引腳分布圖。51單片機(jī)原理及應(yīng)用6圖1-451單片機(jī)PDIP封裝引腳分布圖圖1-551單片機(jī)PLCC封裝引腳分布圖初次看見(jiàn)這些引腳時(shí)，一定會(huì)感覺(jué)太難記憶，其實(shí)純粹去記憶引腳是沒(méi)有意義的，最好的方法是邊學(xué)邊記?；?051內(nèi)核的各種單片機(jī)，若引腳相同或者封裝相同，它們的引腳功能是相通的，其中40腳PDIP封裝51單片機(jī)，也有20、28、32、44等不同引腳數(shù)的51單片機(jī)，教學(xué)中用得較多的是讀者也要了解。無(wú)論是哪種芯片，在觀察它的表面時(shí)，大都能找到一個(gè)凹進(jìn)去的小圓點(diǎn)，或者一個(gè)用顏色標(biāo)識(shí)的小標(biāo)記（圓點(diǎn)或三角或其他小圖形），這個(gè)小標(biāo)記所對(duì)應(yīng)的引腳就是這個(gè)芯片的第1腳，然51單片機(jī)的左上方有一個(gè)白色的小三2,3,…,40腳。圖1-5所示的51單片機(jī)的最上面的坑所對(duì)應(yīng)的引腳就該單片機(jī)的第1腳，然后逆時(shí)針?lè)较蚺判?，分別為第2,3,…,44腳。在焊接或繪制電路板時(shí)，一定要注意它們的引腳標(biāo)號(hào)。3．51單片機(jī)的引腳電平特性后沿逆時(shí)針?lè)较驍?shù)下去，即為1到最后一個(gè)引腳。圖1-4所示的1腳，逆時(shí)針數(shù)依次是第坑，這個(gè)小圓角，那就是該單片機(jī)的第正中有間一個(gè)小圓51單片機(jī)是一種數(shù)字集成芯片，數(shù)字電路只有兩種電平，即高電平和低電平。51單片機(jī)的邏輯電平也只有這兩種電平，并且是常用的TTL電平，其中高電平為+5V，低電平為0V。1.2.6單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)以高性能、高速度、體積小、價(jià)格低廉、可重復(fù)編程和可功能擴(kuò)展等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，大致歸納為以下幾個(gè)方面。1．在智能儀器儀表中的應(yīng)用單片機(jī)廣泛應(yīng)用在工業(yè)設(shè)備中的智能測(cè)控、醫(yī)療器械、醫(yī)療分析儀、色譜儀、示波器、掃頻儀等各類儀器儀表（包括溫度、濕度、壓力、流量、電壓、電流、功率、頻率、角度、長(zhǎng)度、厚度、硬度、元素測(cè)定等）之中，使儀器儀表的數(shù)字化、智能化、微型化、專用化等功能得到了極大地提高，性價(jià)比更顯優(yōu)勢(shì)。2．在工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在供配電系統(tǒng)中，單片機(jī)對(duì)各種參數(shù)儀表及開(kāi)關(guān)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控；在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，單片機(jī)對(duì)工業(yè)機(jī)器人、機(jī)械手、電動(dòng)機(jī)速度轉(zhuǎn)矩、伺服系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)冗M(jìn)行實(shí)時(shí)控制。第1章認(rèn)識(shí)51單片機(jī)73．在通信領(lǐng)域中的應(yīng)用在智能線路運(yùn)行控制、程控交換機(jī)、光電交換器、手機(jī)、電話機(jī)、智能調(diào)制解調(diào)器等通信系統(tǒng)中，都可以看到單片機(jī)的身影。4．在軍用領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在智能武器裝置、導(dǎo)彈控制、魚雷制導(dǎo)控制、精確炸彈、電子干擾系統(tǒng)、自動(dòng)火炮、航空導(dǎo)航系統(tǒng)等軍用領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。5．在數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域中的應(yīng)用在圖文傳真機(jī)、圖表終端、激光打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、打字機(jī)、硬盤錄像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字電視等數(shù)字領(lǐng)域中，單片機(jī)也得到了廣泛應(yīng)用。6．在消費(fèi)電子領(lǐng)域中的應(yīng)用目前，幾乎所有的家用電器中，均以單片機(jī)為核心構(gòu)成控制線路，不但提高了自動(dòng)化程度，而且增強(qiáng)了功能。運(yùn)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)家電的模糊控制、智能控制已成為家用電器的主要發(fā)展方向。1.351單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)開(kāi)流程與開(kāi)發(fā)工具1.3.151單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)開(kāi)流程與一般單片機(jī)的發(fā)開(kāi)流程類似，其基本開(kāi)發(fā)流程可分為軟件與硬件兩部分，這兩部分是并行發(fā)開(kāi)的。在硬件方面，主要是設(shè)計(jì)原理圖、繪制PCB、選擇合適的元器件等工作；在軟件開(kāi)發(fā)方面，則是運(yùn)用C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言編寫源程序，然后進(jìn)行編譯、鏈接生成可執(zhí)行文件，再次進(jìn)行軟件調(diào)試/仿真。當(dāng)完成軟件設(shè)計(jì)后，即可應(yīng)用在線生成的可執(zhí)行程序，在目標(biāo)板上進(jìn)行在線仿真。若軟件、硬件設(shè)計(jì)無(wú)誤，則可利用IC編程器，將可執(zhí)行文件燒錄到51單片機(jī)，最后將該51單片機(jī)插入目標(biāo)電路板，即完成了設(shè)計(jì)，如圖1-6所示。仿真器（ICE，In-CircuitEmulator）加載編譯后圖1-6傳統(tǒng)的51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)開(kāi)流程51單片機(jī)原理及應(yīng)用851單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的核心元件是51單片機(jī)，當(dāng)應(yīng)用51單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)控制電路時(shí)，除了要進(jìn)行電路設(shè)計(jì)外，還要編寫51程序。傳統(tǒng)的51單片機(jī)程序開(kāi)發(fā)流程如圖1-7所示。圖1-7傳統(tǒng)的51單片機(jī)程序開(kāi)發(fā)流程早期的源程序（SourceCode，即*.c或*.asm）編輯，通常是通過(guò)文本編輯器編寫的，國(guó)內(nèi)單片機(jī)開(kāi)發(fā)者常使用KeilC51軟件來(lái)完成。51單片機(jī)源程序的編譯與鏈接也是在KeilC51軟件中完成的，其中源程序編譯得到的是目標(biāo)文件（ObjectCode，即*.obj），再利用鏈接程序（link），將目標(biāo)文件鏈接產(chǎn)生可執(zhí)行文件（Intel的十六進(jìn)制文件*.hex）。軟件仿真就是利用軟件仿真程序進(jìn)行簡(jiǎn)單的軟件仿真分析。在線仿真就是將前面生成的*.hex文件加載到在線仿真器，再把在線仿真器當(dāng)做51單片機(jī)，插入到所開(kāi)發(fā)的目標(biāo)電路板上，即可進(jìn)行在線仿真。如果一切都正確，則可利用單片機(jī)編程器，將*.hex文件燒錄到51單片機(jī)中去，將含程序代碼的51單片機(jī)插入到目標(biāo)電路板上，就完成了51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。1.3.2KeilC51開(kāi)發(fā)工具簡(jiǎn)介KeilC51是美國(guó)KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編語(yǔ)言相比，C語(yǔ)言在功能、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、鏈接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（μVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要NT、WINXP、WIN7等操作系統(tǒng)。如果使用C語(yǔ)言編程，那么Keil幾乎就是不二之選，即使不使用C語(yǔ)言而僅用匯編語(yǔ)言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)使開(kāi)發(fā)人員事半功倍。KeilC51的集成環(huán)境是μVision系列，其版本目前已經(jīng)達(dá)到μVision5，各種不同版本的使用界面大致相同，只不過(guò)高版本內(nèi)的芯片種類多些而已。KeilC51軟件介紹見(jiàn)附錄B。Keil的網(wǎng)站雖然沒(méi)有中文版本，但是Keil軟件卻被80%的中國(guó)軟件工程師使用，但凡與電子相關(guān)的專業(yè)學(xué)生，都會(huì)從單片機(jī)和計(jì)算機(jī)編程開(kāi)始學(xué)習(xí)，而學(xué)習(xí)單片機(jī)自然會(huì)用到Keil軟件。國(guó)內(nèi)由米爾科技、億道電子、英倍特提供Keil的銷售和技術(shù)支持服務(wù)，他們是ARM公司的合作伙伴，也是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的嵌入式解決方案提供商。1.3.3Proteus軟件使用簡(jiǎn)介Proteus軟件是LabcenterElectronics公司的一款電路設(shè)計(jì)與仿真軟件，它包括ISIS和ARES兩個(gè)軟件模塊。ARES模塊主要用來(lái)完成PCB的設(shè)計(jì)，而ISIS模塊用來(lái)完成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術(shù)，與其他單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒(méi)有單片機(jī)參與的其他電路的工作情況，因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過(guò)程和結(jié)果。從某種意義上講，對(duì)于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。Proteus不僅可以作為學(xué)校單片機(jī)（電子等）實(shí)驗(yàn)的模擬仿真，也可以作為個(gè)人工作室的仿真實(shí)驗(yàn)。第1章認(rèn)識(shí)51單片機(jī)9作為電子技術(shù)或控制類相關(guān)專業(yè)的學(xué)生和工程技術(shù)人員，在學(xué)習(xí)了該軟件后，可以充分利用它所提供的資源，幫助自己提高工程應(yīng)用能力。當(dāng)然，軟件仿真的精度有限，而且還有一些器件沒(méi)有相應(yīng)的仿真模型。用開(kāi)發(fā)板和仿真器當(dāng)然是最好的選擇，可是對(duì)于單片機(jī)愛(ài)好者，運(yùn)用Proteus開(kāi)發(fā)單片機(jī)應(yīng)該是一個(gè)比較好的選擇。Proteus軟件具有其他EDA工具軟件（如Multisim）的功能，這些功能是：（1）原理布圖；（2）PCB自動(dòng)或人工布線；（3）SPICE電路仿真。革命性的特點(diǎn)：（1）互動(dòng)的電路仿真。用戶可以多次使用RAM、ROM、鍵盤、馬達(dá)、LED、LCD、ADC、DAC、部分SPI器件和部分IC等器件。2（2）仿真處理器及其外圍電路。能仿真51系列、AVR、PIC、ARM等常用的單片機(jī)，還可以配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、電壓表、電流表和示波器等，能看到運(yùn)行后輸入/輸出的效果。Proteus軟件的使用見(jiàn)附錄C。1.3.4單片機(jī)開(kāi)發(fā)仿真器單片機(jī)開(kāi)發(fā)仿真器是指以調(diào)試單片機(jī)軟件為在體系結(jié)構(gòu)上與PC是完全相同的，也包括中央處理器、輸入/輸出接口、存儲(chǔ)器等基本單元，因而與PC等設(shè)備的軟件結(jié)構(gòu)也是類似的。因?yàn)閱纹瑱C(jī)在軟件開(kāi)發(fā)的過(guò)程中需要對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試，觀察其中間結(jié)果，排除軟件中存在的問(wèn)題，但是由于單片機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合問(wèn)題，其不具備標(biāo)準(zhǔn)的輸入/輸出裝置，受存儲(chǔ)空間的限制，也難以容納用于調(diào)試程序的專用軟件，因此要對(duì)單片機(jī)軟件進(jìn)行調(diào)試，就必須使用單片機(jī)仿真器。單片機(jī)仿真器具有基本的輸入/輸出裝置，具備支持程序調(diào)試的軟件，使得單片機(jī)開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)單片機(jī)仿真器輸入和修改程序，觀察程序運(yùn)行結(jié)果與中間值，同時(shí)對(duì)與單片機(jī)配套的硬件進(jìn)行檢測(cè)與觀察，可以大大提高單片機(jī)的編程效率和效果。最早的單片機(jī)仿真器是一套獨(dú)立裝置，具有專用的鍵盤和顯示器，用于輸入程序并顯示運(yùn)行結(jié)果。隨著P