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第八章单片机原理及控制
第一节单片微型计算机概述
第二节 80C51单片机的硬件结构
第一节单片微型计算机概述
一、单片机
单片微型计算机简称单片机,它是把组成微型计算机的各功能部件即中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行通讯接口等部分制作在一块集成芯片中,构成一个完整的计算机。
二、单片机的发展趋势
在短短的近三十年间,单片机经历了四次更新换代,其发展速度大约每二至三年要更新一代,集成度增加一倍、功能翻一番。目前按内部数据通道的宽度来说,单片机已从最初的4位发展到32位。纵观近三十年的发展,单片机正朝多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、扩大存储容量和加强I/O功能及结构兼容方向发展。
三、单片机的应用
单片机的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑,单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。与巨大体积和高成本的通用计算机相比,单片机的单芯片的微小体积和极低的成本,使其可广泛地嵌入到如玩具、家用电器、机器人、仪器仪表、汽车电子系统、工业控制单元、办公自动化设备、金融电子系统、舰船、个人信息终端及通信产品中,成为现代电子系统中最重要的智能化工具。
单片机作为最典型的嵌入式系统,它的成功应用推动了嵌入式系统的发展。近年来,除了各种类型的工控机,各种以通用微处理器构成的计算机主板模块、以通用微处理为核心的、片内扩展一些外围功能电路单元构成的嵌入式微处理器甚至单片形态的PC机等,都实现了嵌入式应用,成为嵌入式系统的庞大家族。
单片机是现代计算机、电子技术的新兴领域,无论是单片机本身还是单片应用系统设计方法都会随时代的变化而不断的发生变化。
在所有单片机类型中,MCS-51系列单片机和80C51系列单片机的硬件结构简单明了、特殊功能寄存器功能规范并且软件指令系统易于掌握,是一种便于学****理解和掌握的单片机。该系列单片机在国内介绍较多、资料比较齐全,其本身性能价格比较高,供货渠道较多,所以本书以80C51系列为例介绍单片机知识。
MCS-51系列8位高档单片机是在总结MCS-48系列单片机的基础上,于20世纪80年代初推出的新产品。其主要的技术特征是:
①扩大了片内存储容量、外部寻址空间:程序存储器和片外数据存储器的寻址都啬到64KB。
②增强了并行口、增设了全双工串行口I/O;4个位并行I/O接口,可用于地址和数据的传送,也可以与8243、8155、8255等连接进行外部I/O接口的扩展;1个全双工串行I/O通信接口,可用于数据的串行接收和发送,为构成串行通信网络提供了方便。
③增加了定时器/计数器的个数并扩展了长度;定时器/计数器由一个变为两个(8052为三个),计数长度由8位增为16位,肯有4种工作方式,这样,既提高了定时/计数范围,又使用户使用灵活方便。
④增强了中断系统:设置有2级中断优先级,可接收5个中断源的中断请求,中断优先级别可由用户定义。这样,就使MCS-51单片机很适合用于数据采集与处理,智能仪器仪表和工业过程控制中。
⑤具备较强的指令寻址和运算等功能:有111条指令,可分为4大类,使用了7种寻址方式。这些指令44%为单字节指令,41%为双字节指令,15%为三字节指令。若用12MHZ晶振,50%的指令可在职µs内执行完毕,40%的指令可在2µs内执行完毕。⑥增设了颇具特色的布尔处理机:在指令系统中设置有位操作指令,可用于位寻址空间,这些位操作指令与位寻址空间一起构成布尔处理机,布尔处理机对于实时逻辑控制处理具有突出的优点。
可以看出,这一代单片机主要的技术特征是为单片机配置了完善的外部并行总线(地址总线AB、数据总线DB、控制总线CB)和具有多机识别功能的串行通信接口(UART),规范了功能单元的特殊功能寄存器(SFR)控制模式及适应控制器特点的布尔处理系统和指令系统,为发展具有良好兼容性的新一代单片机奠定了良好的基础。80C51为第三代单片机。
第二节 80C51单片机的硬件结构
一、80C51单片机的硬件结构特点
80C51系列单片机采用了CMOS技术制造,较之NCS-51系列单片机,集成度高、速度快、功耗低。其基本硬件结构如图8-1所示,硬件结构具有如下特点:
图8-1 80C51单片机的基本组成结构
1、内部程序存储器(ROM)和内部数据存储器(RAM)容量
80C51/87C51/80C52单片机的内部ROM和内部RAM的容量如表8-1所示:
2、外部和谐存储器和外部数据存储器寻址空间
80C51可对64KB的外部数据存储器寻址肯不受该系列中各种芯片型号的影响,而对于程序存储器是内外总窨为64KB,所以80C51外部程序存储器最大寻址范围为64KB。
3、输入/输出