《MCS-51單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》課件第1章

第1章緒論1.1單片機(jī)的發(fā)展概況1.2單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)1.3各種單片機(jī)的主要性能特點(diǎn)1.4MCS-51系列單片機(jī)的性能特點(diǎn)1.5MCS-51單片機(jī)的應(yīng)用和開發(fā)步驟習(xí)題一1.1單片機(jī)的發(fā)展概況單片機(jī)是把CPU和外設(shè)都集成在單個(gè)芯片中的單片計(jì)算機(jī)，其內(nèi)部一般都帶有程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I/O端口、模擬輸入和輸出通道、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行通信端口、串行通信端口、中斷等資源，它是一種單芯片結(jié)構(gòu)的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)按照其用途可以劃分為通用型和專用型兩大類。目前在國內(nèi)常用的是通用型單片機(jī)。

通用型單片機(jī)的特點(diǎn)是其片內(nèi)所有的可開發(fā)資源(如存儲(chǔ)器、I/O等)對(duì)用戶都是開放的。這種類型的單片機(jī)可以應(yīng)用于各種領(lǐng)域。專用型單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和指令都是為某個(gè)特殊應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，例如頻率合成調(diào)諧器、打印機(jī)控制器等。專用型單片機(jī)又稱為專用控制器，這種類型的單片機(jī)一般不能在其他領(lǐng)域應(yīng)用。單片機(jī)的發(fā)展歷史可以分為下面幾個(gè)階段。第一階段(1974年～1976年)：單片機(jī)初級(jí)階段。由于受當(dāng)時(shí)的半導(dǎo)體技術(shù)、集成電路工藝的限制，此階段的單片機(jī)不得不采用雙片結(jié)構(gòu)，而且功能比較簡單。如FairchildSemiconductor的F8單片機(jī)，它僅包含了一個(gè)8位CPU、64字節(jié)RAM和2個(gè)并行端口，沒有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，必須增加一片3851(包括1KBROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和2個(gè)并行I/O端口)才能構(gòu)成一臺(tái)完整的微型計(jì)算機(jī)。第二階段(1976年～1978年)：低性能單片機(jī)階段。以Intel的MCS-48為代表，完全采用單芯片結(jié)構(gòu)，片內(nèi)帶有一個(gè)8位CPU、并行I/O端口、8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、RAM和ROM等資源。但是，其片內(nèi)無串行口，中斷處理比較簡單，RAM和ROM的容量較小，尋址范圍有限(一般小于4KB)。第三階段(1978年～1981年)：高性能單片機(jī)階段。這個(gè)階段推出的單片機(jī)一般都帶有串行口，支持多源多優(yōu)先級(jí)中斷系統(tǒng)，片內(nèi)RAM和ROM的容量都有不同程度的擴(kuò)大，尋址范圍也被擴(kuò)大，執(zhí)行速度亦有提高，部分類型的單片機(jī)已經(jīng)具有A/D功能。這個(gè)階段有代表性的單片機(jī)有：Intel的MCS-51系列、Motorola的6801和Zilog的Z80系列等。由于這些類型的單片機(jī)的性能價(jià)格比較高，目前它們?nèi)员徊粩喔倪M(jìn)和發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域日趨廣泛。第四階段(1982年至今)：8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位和32位單片機(jī)的推出階段。在這個(gè)階段中，不僅涌現(xiàn)出了許多高性能、增強(qiáng)型8位單片機(jī)，而且還逐步推出了各種系列的16位、32位單片機(jī)及專用控制器。比較典型的16位單片機(jī)是Intel的MCS-96系列單片機(jī)，其內(nèi)部不僅包含了一定容量的RAM和ROM、多源多優(yōu)先級(jí)中斷系統(tǒng)，而且還帶有10位分辨率的A/D功能部件和高速輸入/輸出部件(HSIO)。32位單片機(jī)的代表是ARM公司的ARM7系列單片機(jī)，它們具有16/32位雙指令集，支持全32位總線寬度的尋址空間，而且具有DSP(DigitalSignalProcessor)應(yīng)用功能。目前的ARM系列單片機(jī)已經(jīng)形成ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10等4個(gè)通用系列，在無線通信、圖像和語音處理、自動(dòng)化、工業(yè)、網(wǎng)絡(luò)、智能卡和SIM卡等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。8位單片機(jī)結(jié)構(gòu)和處理能力經(jīng)過這個(gè)階段的不斷完善和發(fā)展，在性能、速度、體積和功耗等方面也有了非常大的改善，譬如由8051單片機(jī)衍生出來的MCS-51系列單片機(jī)出現(xiàn)了數(shù)百種之多。同時(shí)為了適應(yīng)單片機(jī)日益廣泛的應(yīng)用，在這個(gè)階段還出現(xiàn)了數(shù)十種RISC(ReducedInstructionSetComputer)單片機(jī)，如Microchip的PIC16/17/18系列單片機(jī)、Atmel的AVR90系列單片機(jī)。它們具有高速、高可靠性、更低功耗等特點(diǎn)，在許多領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用。1.2單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)計(jì)算機(jī)兩大分支的出現(xiàn)，使得通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不需要兼顧控制功能，而是向海量存儲(chǔ)、高速數(shù)值計(jì)算、圖像和語音處理、模擬仿真、人工智能、多媒體和網(wǎng)絡(luò)通信等應(yīng)用方向發(fā)展。而單片機(jī)作為嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心，將實(shí)時(shí)控制作為其主要發(fā)展方向，不斷增強(qiáng)其控制性能，降低成本，減小體積，提高可靠性和穩(wěn)定性，將逐步取代傳統(tǒng)的純電路的電子控制系統(tǒng)。單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，也極大地推動(dòng)了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。近些年來，以通用單片機(jī)為控制核、擴(kuò)展一些外圍功能器件的通用嵌入式控制系統(tǒng)已經(jīng)成為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的過程控制主流設(shè)備，在早些年這些領(lǐng)域的應(yīng)用主要是以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(或稱為工控機(jī)、IPC)為主。目前，為了適應(yīng)各種嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用需求，單片機(jī)將向著高集成度、增強(qiáng)功能、提高速度、降低成本和功耗等方向發(fā)展。這主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1．處理性能的增強(qiáng)單片機(jī)的處理性能取決于其內(nèi)部數(shù)據(jù)總線寬度、指令執(zhí)行速度、片內(nèi)存儲(chǔ)器容量等指標(biāo)。近年發(fā)展起來的16位和32位單片機(jī)就體現(xiàn)了這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。提高單片機(jī)的指令執(zhí)行速度的主要手段包括提高其工作頻率、改善取指令和執(zhí)行指令的流水結(jié)構(gòu)，目前已經(jīng)有許多單片機(jī)的執(zhí)行指令速度達(dá)到幾十MIPS(MillionInstructionPerSecond)。采用“馮-紐曼結(jié)構(gòu)”的MCS-51系列單片機(jī)和MC68系列單片機(jī)都采用單流水結(jié)構(gòu)，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器共用同一數(shù)據(jù)總線和地址總線。這些單片機(jī)取指令、指令譯碼、執(zhí)行指令依次分時(shí)進(jìn)行，執(zhí)行一條指令分為幾個(gè)階段，每個(gè)階段都占用若干機(jī)器周期，單片機(jī)的指令執(zhí)行速度每提高一倍，就需要將其工作頻率提高若干倍。近些年出現(xiàn)的“哈佛結(jié)構(gòu)”單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器具有各自獨(dú)立的地址總線和數(shù)據(jù)總線，使得這些結(jié)構(gòu)的單片機(jī)取指令和執(zhí)行指令可以同時(shí)進(jìn)行，即雙流水結(jié)構(gòu)執(zhí)行指令。未來多流水結(jié)構(gòu)的單片機(jī)內(nèi)部帶有指令隊(duì)列，將具有更快的執(zhí)行速度。為了適應(yīng)那些需要高速數(shù)值計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域能夠使用單片機(jī)作為其控制核心，單片機(jī)內(nèi)部將被植入專用的數(shù)學(xué)協(xié)處理器，以提高單片機(jī)系統(tǒng)的冪、開方等數(shù)學(xué)運(yùn)算速度，從而適合于在高速、大量數(shù)值計(jì)算的嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用。未來嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能要求將會(huì)越來越復(fù)雜，系統(tǒng)的軟件越來越龐大，對(duì)單片機(jī)的程序空間和數(shù)據(jù)暫存空間的要求也越來越高。目前許多單片機(jī)的片內(nèi)ROM空間已經(jīng)達(dá)到幾十KB以上，外部尋址空間已經(jīng)達(dá)到幾百KB，甚至幾兆字節(jié)；片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量也已經(jīng)有幾百字節(jié)至幾兆字節(jié)，使得可以在單片機(jī)系統(tǒng)中運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)。

2．增強(qiáng)功能未來單片機(jī)的增強(qiáng)功能主要在網(wǎng)絡(luò)功能、A/D和D/A功能、ISP(InSystemProgrammable)功能、DMA功能、顯示器驅(qū)動(dòng)等方面。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，使我們進(jìn)入了后PC時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)不是通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的專利，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過Internet網(wǎng)絡(luò)相互連接也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。后PC時(shí)代出現(xiàn)了信息家電、PDA(PersonalDigitalAssistant)、可視電話、機(jī)頂盒(SetTopBox)等信息設(shè)備，它們都是具有強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)功能的嵌入式信息設(shè)備。單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展是高速單片機(jī)被植入高速、高分辨率A/D功能部件的混合信號(hào)微處理器，為了適應(yīng)智能傳感器、智能儀器儀表和工業(yè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的應(yīng)用需要，在這些領(lǐng)域應(yīng)用的單片機(jī)片內(nèi)帶有A/D和D/A功能部件是發(fā)展趨勢(shì)。為了能夠有效地保護(hù)嵌入式系統(tǒng)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，對(duì)單片機(jī)內(nèi)部的軟件進(jìn)行加密是必要的，單片機(jī)內(nèi)部的程序代碼存儲(chǔ)器帶有加密特性是單片機(jī)的一種增強(qiáng)功能。

3．高集成度在嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域中，輸入/輸出控制和特殊器件擴(kuò)展都可以通過對(duì)I/O端口的編程實(shí)現(xiàn)。大多數(shù)的單片機(jī)都具有一定數(shù)量的I/O端口，以滿足外圍功能器件的擴(kuò)展。隨著集成電路技術(shù)和工藝的不斷提高，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，提高單片機(jī)的集成度，增加片內(nèi)功能器件，減少外圍器件的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)真正的“單片”系統(tǒng)，已成為發(fā)展的趨勢(shì)：集成更多的I/O端口和特殊接口，直接驅(qū)動(dòng)LED、VFD、LCD等顯示器，帶有直接中斷方式鍵盤端口等，在單片機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)人機(jī)操作界面而無須擴(kuò)展外圍器件；在單片機(jī)片內(nèi)增加可編程邏輯器件(PLD)，利用PLD的在系統(tǒng)可編程、可重新配置等特點(diǎn)，使單片機(jī)I/O端口的應(yīng)用更加靈活。

4．低功耗、寬供電電源在那些利用電池供電的移動(dòng)式、便攜式嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CPU和外圍功能電路的功耗是每位產(chǎn)品設(shè)計(jì)者都關(guān)心的重要指標(biāo)。寬供電電源范圍有利于減少系統(tǒng)電源電路的成本開銷，甚至不需要穩(wěn)壓電路而直接采用電池供電。CMOS器件具有功耗低的優(yōu)點(diǎn)，目前絕大多數(shù)單片機(jī)都采用CMOS技術(shù)，以降低單片機(jī)的功耗。為了充分降低CMOS型單片機(jī)的功耗，大多數(shù)單片機(jī)都具有全速運(yùn)行模式、空閑模式和睡眠模式。當(dāng)單片機(jī)在不需要處理和響應(yīng)事務(wù)時(shí)，單片機(jī)自動(dòng)進(jìn)入空閑或睡眠模式，在這兩種模式下單片機(jī)所消耗的電流最小。目前有些低功耗型單片機(jī)在睡眠模式下消耗的電流僅為幾個(gè)微安。1.3各種單片機(jī)的主要性能特點(diǎn)下面分別介紹目前應(yīng)用比較廣泛的各類單片機(jī)的主要性能特點(diǎn)。

1．各種8位單片機(jī)的主要特點(diǎn)

(1)?Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)。以8051或8052為內(nèi)核的MCS-51系列單片機(jī)是目前應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)之一，其衍生產(chǎn)品具有數(shù)百種之多，支持加、減、乘、除運(yùn)算指令和邏輯運(yùn)算指令，具有一定的數(shù)據(jù)運(yùn)算、處理能力。除了Intel公司提供MCS-51系列單片機(jī)外，全球還有數(shù)百家集成電路(IC)制造公司提供這個(gè)系列的各種增強(qiáng)功能的單片機(jī)。

(2)?Zilog公司的Z80、Z180和eZ80系列單片機(jī)。eZ80單片機(jī)是Zilog公司近年才推出的、適合于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的高檔8位單片機(jī)；Z80和Z180系列是早期的通用型8位單片機(jī)，目前仍被廣泛使用。它們的衍生單片機(jī)種類也比較多，如Rabbit半導(dǎo)體公司提供的RABBIT2000和RABBIT3000單片機(jī)都以Z180為內(nèi)核，同時(shí)比Z180具有更大的尋址能力、更豐富的片內(nèi)資源，并且速度更快。

(3)?Motorola公司的MC68HC05、HC08、HC11系列8位單片機(jī)。它們都屬于高檔8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有存儲(chǔ)器、I/O端口以及鎖相環(huán)模塊，支持匯編語言和C語言編程，具有低功耗、高抗干擾性能，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)過程控制及其相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域。

(4)?Atmel公司的AVR系列單片機(jī)。該系列單片機(jī)屬于精簡指令集單片機(jī)(ReduceInstructionsSetComputer)。AVR單片機(jī)具有速度高、保密性好、功耗低的特點(diǎn)，其片內(nèi)帶有可反復(fù)編程的Flash程序存儲(chǔ)器、SRAM和EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、可編程I/O端口、同步/異步串行口、A/D轉(zhuǎn)換器及PWM等豐富資源。

(5)?Microchip(微芯)公司的PIC16、17、18系列單片機(jī)。該系列單片機(jī)采用精簡指令集、哈佛總線結(jié)構(gòu)、2級(jí)流水線取指令和執(zhí)行指令方式，片內(nèi)帶有ROM、RAM和EEPROM存儲(chǔ)器、I/O端口、ADC和PWM等資源，具有功耗低、體積小、速度高、價(jià)位低等特點(diǎn)，部分型號(hào)的PIC單片機(jī)的片內(nèi)還具有LCD驅(qū)動(dòng)能力。但是，該系列單片機(jī)不支持外圍直接擴(kuò)展數(shù)據(jù)或程序存儲(chǔ)器。其他主要的8位單片機(jī)還有Hitachi(日立)公司的HD63系列單片機(jī)，Mitsubishi(三菱)公司的M3850單片機(jī)，NEC(日電)公司的μPD78系列單片機(jī)，NS(美國國家半導(dǎo)體)公司的COP8系列單片機(jī)，Epson公司的EOC88系列單片機(jī)等。在上面所有的8位單片機(jī)中，以Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用最為廣泛，占有8位單片機(jī)市場(chǎng)較大的份額。由于MCS-51系列單片機(jī)不僅具有豐富的片內(nèi)資源，以“單片”結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能，而且擴(kuò)展外圍器件簡單，容易組成“大系統(tǒng)”，因此可滿足復(fù)雜的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的需求。隨著PIC16、17、18系列單片機(jī)和AVR系列單片機(jī)的快速發(fā)展和推廣，這些高性能的RISC型8位單片機(jī)也已成為后起之秀，各自占有8位單片機(jī)市場(chǎng)的一定份額。

2．各種16位單片機(jī)的主要特點(diǎn)

(1)?Intel公司的MCS-251系列8位/16位結(jié)構(gòu)單片機(jī)。該系列單片機(jī)兼容Intel公司的MCS-51系列8位單片機(jī)，是從MCS-51單片機(jī)衍生出來的高性能16位增強(qiáng)型單片機(jī)，兼容MCS-51單片機(jī)的基本指令集和擴(kuò)展指令集。

(2)?Intel公司的MCS-96和MCS-196系列單片機(jī)。該系列單片機(jī)具有高速運(yùn)算和高速處理能力，片內(nèi)具有ROM、RAM型存儲(chǔ)器，帶有采樣/保持電路的多通道高分辨率ADC功能部件、脈寬調(diào)制(PWM)輸出通道、片內(nèi)“看門狗(Watchdog)”定時(shí)器、高速輸入/輸出(HSI/HSO)通道以及串行和并行端口等，支持16位乘法和除法指令。

(3)?Motorola公司的HCS12系列、M68HC12系列、M68HC16系列和DSP56F8系列單片機(jī)。前三種都是適合于過程控制領(lǐng)域應(yīng)用的高檔16位單片機(jī)；DSP56F8系列是采用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，比較適合于那些復(fù)雜系統(tǒng)的應(yīng)用。Motorola公司的16位單片機(jī)的片內(nèi)一般都帶有多通道的12/16位分辨率的ADC部件、多個(gè)PWM通道、ROM和RAM存儲(chǔ)器、可編程并行和串行端口等資源。

(4)?TI(德州儀器)公司的MSP430系列單片機(jī)。該系列單片機(jī)具有片內(nèi)FlashROM型程序存儲(chǔ)器，并且支持JTAG(JointTestActionGroup，測(cè)試行動(dòng)聯(lián)合組織)方式的在系統(tǒng)編程、仿真和調(diào)試。片內(nèi)還具有RAM型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、高分辨率的ADC部件、DAC部件、片內(nèi)“看門狗(Watchdog)”定時(shí)器、可編程并行端口和同步/異步串行端口，部分型號(hào)的MSP430單片機(jī)的片內(nèi)還具有直接LCD顯示器驅(qū)動(dòng)接口。MSP430系列單片機(jī)的最大特點(diǎn)是功耗極低，但是這些單片機(jī)不支持直接擴(kuò)展外圍程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

(5)?Infineon(億恒，原西門子半導(dǎo)體)公司的C166系列單片機(jī)。它們都是基于C166S內(nèi)核，目前有V1和V2兩種版本，其中V2版本具有高性能DSP的結(jié)構(gòu)，5級(jí)執(zhí)行流水線，具有高速處理能力及16MB線性尋址能力，多達(dá)128個(gè)中斷源(其中包括2個(gè)快速中斷)，支持位處理，片內(nèi)帶有可編程I/O端口和高速異步串行通信端口。C166系列單片機(jī)是一款高性能的16位單片機(jī)，廣泛應(yīng)用于各種復(fù)雜工業(yè)過程控制和集散控制系統(tǒng)(DCS)。

(6)?NS公司的CR16系列單片機(jī)。它們是一種RISC單片機(jī)，片內(nèi)帶有ROM、RAM和EEPROM存儲(chǔ)器，以及8位分辨率的ADC部件、多個(gè)可編程通用I/O端口、同步/異步串行通信接口單元等資源，支持32個(gè)可屏蔽中斷源和1個(gè)不可屏蔽中斷源。在上面這些常見的16位單片機(jī)中，MCS-196系列、M68HC12/16系列單片機(jī)應(yīng)用最為廣泛，使用這些單片機(jī)可以組成任何從簡單到復(fù)雜的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。MSP430系列單片機(jī)是TI公司近年才推出的適合于智能儀器、儀表領(lǐng)域應(yīng)用的低功耗、高速單片機(jī)。

3．各種32位單片機(jī)的主要特點(diǎn)

(1)?ARM(安幕)公司的ARM系列單片機(jī)。它包括ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10、SecurCore和StrangARM等子系列。ARM公司是英國的一家設(shè)計(jì)公司，是ARM知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)供應(yīng)商，其本身不生產(chǎn)ARM單片機(jī)芯片。ARM單片機(jī)芯片主要由ARM公司的全球合作伙伴生產(chǎn)，其全球合作伙伴已經(jīng)超過100家，包括Intel、Atmel、Samsung、CirrusLogic等世界著名的半導(dǎo)體工業(yè)公司。ARM公司成立至今僅有十幾年的歷史，但是采用ARM內(nèi)核的32位高性能單片機(jī)的種類已經(jīng)有數(shù)十種，ARM系列單片機(jī)是目前世界上性價(jià)比最優(yōu)的高檔單片機(jī)。ARM單片機(jī)雖然是32位設(shè)計(jì)，但也配備16位指令集，以允許軟件編碼為更短的16位指令。ARM單片機(jī)是微控制器的靈活性和DSP的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力的完美結(jié)合，所有ARM系列單片機(jī)的片內(nèi)都帶有RAM存儲(chǔ)器、多源中斷控制器、大容量存儲(chǔ)器管理單元、多個(gè)可編程通用I/O端口、多路同步/異步串行通信端口和定時(shí)/計(jì)數(shù)器等資源，支持JTAG方式的在系統(tǒng)編程、仿真和調(diào)試，部分ARM單片機(jī)還具有片內(nèi)ROM和1個(gè)以上的片內(nèi)網(wǎng)絡(luò)控制器。高性能的ARM單片機(jī)主要應(yīng)用于便攜式計(jì)算機(jī)、音頻處理、圖形(圖像)處理、Internet設(shè)備(路由器、網(wǎng)橋、交換機(jī)等)、PDA等領(lǐng)域。

(2)?Motorola公司的M68K和ColdFire系列、M.Core系列、MPC500系列單片機(jī)。這些系列的單片機(jī)在高檔嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中被廣泛使用，其中MPC500系列32位單片機(jī)兼容PowerPC指令集，容易構(gòu)成單片結(jié)構(gòu)的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，兼容PC運(yùn)行環(huán)境，與PC相比，具有體積小、功耗低、成本低等特點(diǎn)。其他32位單片機(jī)還有Infineon公司采用MCU-DSP結(jié)構(gòu)的TriCore1和TriCore2單片機(jī)、Intel公司的x86結(jié)構(gòu)的32位單片機(jī)等。1.4MCS-51系列單片機(jī)的性能特點(diǎn)

Intel公司的MCS-51系列8位單片機(jī)是目前應(yīng)用最廣泛、衍生品種最多的單片機(jī)，它們的內(nèi)核——8051和8052已經(jīng)逐步成為8位單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。與其他8位單片機(jī)相比，MCS-51系列單片機(jī)具有豐富的片內(nèi)資源和方便擴(kuò)展外圍功能器件的能力，特別適合于嵌入式實(shí)時(shí)控制、智能儀器和儀表、集散控制系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)等應(yīng)用領(lǐng)域。

MCS-51系列單片機(jī)具有下列特點(diǎn)：

(1)集成度高。MCS-51系列單片機(jī)都以8051或8052為內(nèi)核，它們內(nèi)部至少具有128或256字節(jié)的SRAM，4個(gè)8位并行可編程I/O端口，2或3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，5或6個(gè)2級(jí)中斷源，至少1個(gè)全雙工的通用同步/異步串行通信收發(fā)器(USART)，以及一個(gè)功能強(qiáng)大的中央處理器。部分MCS-51單片機(jī)片內(nèi)的程序存儲(chǔ)器的容量可達(dá)4～64KB，SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量可達(dá)512B～8KB。

(2)系統(tǒng)擴(kuò)展方便。為了實(shí)現(xiàn)功能復(fù)雜的“大系統(tǒng)”，必須在單片機(jī)的外圍擴(kuò)展各種功能部件，譬如程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I/O端口、ADC和DAC部件等。目前市場(chǎng)上大多數(shù)存儲(chǔ)器、I/O端口擴(kuò)展器件、ADC和DAC器件的時(shí)序都兼容IntelBus時(shí)序，可以直接與MCS-51系列單片機(jī)連接，從而方便擴(kuò)展系統(tǒng)功能。

(3)高速度、強(qiáng)處理能力。MCS-51系列單片機(jī)的指令集支持加、減、乘、除運(yùn)算及邏輯運(yùn)算、位運(yùn)算和處理，進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的速度和效率都較高。目前市場(chǎng)上已經(jīng)有超過80MHz的指令執(zhí)行速度，隨著MCS-51系列單片機(jī)片內(nèi)的CPU性能不斷提高，其處理能力和速度也在不斷地提高。MCS-51系列單片機(jī)片內(nèi)特有的位處理器(或稱布爾處理器)和豐富的可編程I/O端口，非常適合在工業(yè)控制應(yīng)用領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用。

(4)可靠性高。MCS-51系列單片機(jī)的數(shù)據(jù)、地址和控制總線的抗干擾能力非常強(qiáng)，不易被環(huán)境噪聲干擾，它們能夠在各種惡劣環(huán)境中可靠地執(zhí)行程序。MCS-51系列單片機(jī)按其可靠性劃分為商業(yè)級(jí)、工業(yè)級(jí)和軍工級(jí)三種級(jí)別，其中軍工級(jí)的可靠性最高，能夠在－50～＋125℃的寬溫范圍內(nèi)、＋2.7～＋5.5V的寬電壓范圍內(nèi)可靠工作。

(5)開發(fā)用輔助工具齊全。全球有許多IC制造公司都持有Intel公司的8051或8052內(nèi)核的版權(quán)，各IC制造公司結(jié)合自身的半導(dǎo)體技術(shù)優(yōu)勢(shì)以及其市場(chǎng)領(lǐng)域，發(fā)展出各種增強(qiáng)型8051或8052及其衍生的系列單片機(jī)，使得MCS-51系列單片機(jī)的品種最豐富、貨源最充足。在8位單片機(jī)市場(chǎng)中，由于其性能價(jià)格比最優(yōu)，因而MCS-51系列單片機(jī)的市場(chǎng)占有率最高。MCS-51單片機(jī)是較早進(jìn)入中國市場(chǎng)的單片機(jī)，其推廣工作比較好，目前供應(yīng)MCS-51系列單片機(jī)的仿真和編程器、匯編語言編譯器、高級(jí)語言編譯器等開發(fā)工具的商家非常多，而且價(jià)格低廉，學(xué)習(xí)和掌握MCS-51系列單片機(jī)相對(duì)容易。隨著MCS-51系列單片機(jī)及其衍生品種越來越多，開發(fā)工具越來越齊全，使得MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)更容易開發(fā)，成本更低，更容易產(chǎn)品化。所有的MCS-51系列單片機(jī)都是以8051或8052為內(nèi)核，學(xué)習(xí)和掌握MCS-51系列單片機(jī)的原理及其應(yīng)用技術(shù)就必須首先掌握8051和8052的基本原理，然后逐步深入掌握其存儲(chǔ)器的擴(kuò)展、I/O端口的擴(kuò)展、ADC和DAC部件的擴(kuò)展、鍵盤和顯示部件的擴(kuò)展技術(shù)，以這種循序漸進(jìn)方式了解以MCS-51系列單片機(jī)為控制核心的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。隨著MCS-51系列單片機(jī)的發(fā)展，這些擴(kuò)展的功能部件將逐漸被集成在單片機(jī)內(nèi)部，無論它們是外圍擴(kuò)展的部件還是集成在片內(nèi)的部件，其應(yīng)用都是相同的。1.5MCS-51單片機(jī)的應(yīng)用和開發(fā)步驟

MCS-51系列單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，在所有應(yīng)用領(lǐng)域它們都采用的是單機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)或多機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)。

1．單機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)所謂MCS-51單片機(jī)的單機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，就是系統(tǒng)僅使用一片MCS-51單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心。例如，在智能儀器和儀表中使用MCS-51單片機(jī)對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行誤差修正、漂移補(bǔ)償、非線性校正、顯示和存儲(chǔ)等，與傳統(tǒng)的儀器和儀表相比，其電路簡單，測(cè)量和自動(dòng)控制一體化；在機(jī)電一體化產(chǎn)品中應(yīng)用MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)，同樣可以簡化復(fù)雜的電氣回路，具有智能檢測(cè)、控制功能，可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)工況、執(zhí)行結(jié)構(gòu)自動(dòng)控制和人機(jī)協(xié)同控制的智能機(jī)電一體化。MCS-51單片機(jī)的其他單機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)還包括智能家電、智能辦公設(shè)備、測(cè)控系統(tǒng)、智能接口設(shè)備、數(shù)控系統(tǒng)等。

2．多機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)