51单片机学习总结 - 图文

单片机概述 所谓单片机，就是把中央处理器CPU(Central Processing Unit)、随机存取存储器RAM(Random Access Memory)、只读存储器ROM(Read Only Memory)、定时器/计数器以及I/O(Input/Output)接口电路等主要计算机部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。虽然单片机只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已具有了微机系统的含义。 尽管目前单片机的品种很多，但其中最具有典型性的当属Intel公司的MCS-51单片机系列。MCS-51是在MCS-48的基础上发展起来的，虽然它仍是8位单片机，但其功能较MCS-48有很大的增强。此外它还具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点。直到现在MCS-51仍不失为单片机中的主流机型。

单片机的主要功能就在于实现计算机控制。概括地可分为两个方面：

1） 计算机在控制系统中的离线应用。即控制系统的计算机辅助设计(CAD)——常使用微型

机或小型机实现

2） 计算机在控制系统中的在线应用。即以计算机代替常规的模拟或数字电路——单片机等

实现

单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在已能使用单片机通过软件方法实现了。这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术，称之为微控制技术。

严格地说，单片机是微型机的一个分类。尽管微型计算机得到了最充分的发展，但微型机在原理和结构上仍和前三代计算机一样，还是属于经典的计算机结构。即一台计算机的硬件系统是由运算器、控制器、存储器、输入和输出设备共五个部分组成——冯诺依曼计算机体系结构。

1． 运算器——实现算术和逻辑运算，计算机的数据运算和处理都在这里进行。 2． 控制器——计算机的指挥控制部件，和运算器一起被称为CPU。 3． 存储器——用于存放程序和数据。分为内部和外部存储器。 4． 输入/输出设备——和存储器一起称为计算机的外部设备。 计算机的软件系统包括系统软件（操作系统）、应用软件和程序设计语言三部分。单片机由于硬件支持和需要有限，只使用简单的操作系统程序（监控程序）和汇编语言。

MCS-51单片机系列共有十几种芯片。MCS-51系列又分成51和52两个子系列，并以芯片型号的最末位数字作为标志。其中51子系列是基本型，而52子系列则属于增强型。52子系列功能增强的具体方面有：

1） 片内ROM从4KB增加到8KB；

2） 片内RAM从128字节增加到256字节； 3） 定时器/计数器从2个增加到3个； 4） 中断源从5个增加到6个。

在52子系列的内部ROM中以掩膜方式集成有8K BASIC解释程序（8052-BASIC），这意味着单片机已可以使用高级语言。

MCS-51系列单片机采用两种半导体工艺生产：HMOS（高密度短沟道MOS）工艺和CHMOS（互补金属氧化物HMOS）工艺。上表中凡带有“C”的，为CHMOS芯片。CHMOS是CMOS和HMOS的结合，除保持HMOS高速和高密度的特点外，还具有CMOS低功耗的特点。

MCS-51单片机片内程序存储器有三种配置形式：掩膜ROM、EPROM和无。此外，由于单片机的应用是面向现场的，因此它具有很强的抗干扰能力，这是任何其它计算机所不及的。

MCS-51单片机结构和原理

MCS-51单片机系列的典型芯片是8051，其基本组成如下：

1． 中央处理器(CPU)

CPU是单片机的核心，完成运算和控制功能。MCS-51的CPU能处理8位二进制数或代码。 2． 内部数据存储器（内部RAM） 8051芯片共有256个RAM单元，但后128个单元被专用寄存器占用，提供给用户使用的只是前128个单元，用于存放可读写的数据。 3． 内部程序存储器（内部ROM）

8051共有4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据或表格。 4． 定时器/计数器

8051共有2个16位的定时器/计数器，以实现定时或计数功能，并以结果对计算机进行控制。 5． 并行I/O口

MCS-51共有四个8位的I/O口，实现数据的并行输入输出。 6． 串行口

MCS-51单片机有一个全双工的串行口，以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。该串行口即可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。 7． 中断控制系统

8051共有5个中断源：外中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个。 8． 时钟电路

MCS-51芯片的内部有时钟电路，但需要外接晶体和微调电容。系统允许的最高晶振频率为12MHZ。

MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片。其中： P0.0~P0.7 P0口8位双向口 P1.0~P1.7 P1口8位双向口 P2.0~P2.7 P2口8位双向口 P3.0~P3.7 P3口8位双向口

ALE 地址锁存控制信号——用于锁存PO口输出的低8位地址，以实现低位地址和数据的隔离。此外，ALE可作为外部时钟或外部定时脉冲使用（以晶振六分之一的固定频率输出正脉冲）。

PSEN 外部程序存储器(ROM)选通信号——低电平有效，以实现外部ROM单元的读操作。 EA 访问程序存储器控制信号——低电平时，限定ROM的读操作在外部；高电平是，则从内部ROM开始读操作，并可延至外部ROM。

RST 复位信号——当输入复位信号延续2个机器周期以上高电平时即为有效。用以完成初始化操作。

XTAL1与XTAL2 外接晶体引线——当使用芯片内部时钟时，用于外接晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 VSS 地线

VCC +5V电源

P3口的第二功能如下表所示。此外，有内部EPROM的单片机芯片（如9751），为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源，这些信号也是由引脚的第二功能提供的： 编程脉冲：30脚（ALE/PROG）； 编程电压（25V）：31脚（EA/VPP）

MCS-51单片机的备用电源也是以第二功能的方式由9脚（RST/VPD）引入的——当电源发生故障，电压降低到下限值时，备用电源经此端向内部RAM提供电压，以保护内部RAM中的信息部丢失。

对于9、30和31引脚，第一功能与第二功能信号时单片机在不同工作方式下的信号，不会发生使用上的冲突。但对P3口，在实际使用时，都是先按需要选用第二功能信号，剩下的口线才以第一功能作为数据位的输入输出使用。