The General Situation of Single-chip
Chapter 1 The application of AT89C51
1. The definition of a single-chip
Single-chip is an integrated on a single chip a complete computer system. Even though most of his features in a small chip, but it has a need to complete the majority of computer components: CPU, memory, internal and external bus system, most will have the Core. At the same time, such as integrated communication interfaces, timers, real-time clock and other peripheral equipment. And now the most powerful single-chip microcomputer system can even voice, image, networking, input and output complex system integration on a single chip. Also known as single-chip MCU (Microcontroller), because it was first used in the field of industrial control. Only by the single-chip CPU chip developed from the dedicated processor. The design concept is the first by a large number of peripherals and CPU in a single chip, the computer system so that smaller, more easily integrated into the complex and demanding on the volume control devices. INTEL the Z80 is one of the first design in accordance with the idea of the processor, From then on, the MCU and the development of a dedicated processor parted ways. Early single-chip 8-bit or all of the four. One of the most successful is INTELs 8031, because the performance of a simple and reliable access to a lot of good praise. Since then in 8031 to develop a single-chip microcomputer system MCS51 series. Based on single-chip microcomputer system of the system is still widely used until now. As the field of industrial control requirements increase in the beginning of a 16-bit single-chip, but not ideal because the price has not been very widely used. After the 90s with the big consumer electronics product development, single-chip technology is a huge improvement. INTEL i960 Series with subsequent ARM in particular, a broad range of applications, quickly replaced by 32-bit single-chip 16-bit single-chip high-end status, and enter the mainstream market. Traditional 8-bit single-chip performance has been the rapid increase in processing 9 power compared to the 80s to raise a few hundred times. At present, the high-end 32-bit single-chip frequency over 300MHz, the performance of the mid-90s close on the heels of a special processor, while the ordinary price of the model dropped to one U.S. dollars, the most high-end models, only 10 U.S. dollars. Contemporary single-chip microcomputer system is no longer only the bare-metal environment in the development and use of a large number of dedicated embedded operating system is widely used in the full range of single-chip microcomputer. In PDAs and cell phones as the core processing of high-end single-chip or even a dedicated direct access to Windows and Linux operating systems. More than a dedicated single-chip processor suitable for embedded systems, so it was up to the application. In fact the number of single-chip is the worlds largest computer. Modern human life used in almost every piece of electronic and mechanical products will have a single-chip integration. Phone, telephone, calculator, home appliances, electronic toys, handheld computers and computer accessories such as a mouse in the Department are equipped with 1-2 single chip. And personal computers also have a large number of single-chip microcomputer in the workplace. Vehicles equipped with more than 40 Department of the general single-chip, complex industrial control systems and even single-chip may have hundreds of work at the same time! SCM is not only far exceeds the number of PC and other integrated computing, even more than the number of human beings.
2. single-chip
introduced Single-chip, also known as single-chip microcontroller, it is not the completion of a logic function of the chip, but a computer system integrated into a chip. Speaking in general terms: a single chip has become a computer. Its small size, light weight, cheap, for the learning, application and development of facilities provided. At the same time, learning to use the principle of single-chip computer to understand and structure the best choice. Single-chip and computer use is also similar to the module, such as CPU, memory, 10 parallel bus, as well as the role and the same hard disk memory, is it different from the performance of these components are relatively weak in our home computer a lot, but the price is low, there is generally no more than 10 yuan ...... can use it to make some control for a class of electrical work is not very complex is sufficient. We are using automatic drum washing machines, smoke hood, VCD and so on inside the home appliances can see its shadow! ...... It is mainly as part of the core components of the control. It is an online real-time control computer, control-line is at the scene, we need to have a stronger anti-interference ability, low cost, and this is off-line computer (such as home PC) The main difference. By single-chip process, and can be amended. Through different procedures to achieve different functions, in particular the special unique features, this is the need to charge other devices can do a great effort, some of it is also difficult to make great efforts to do so. A function is not very complicated if the United States the development of the 50s series of 74 or 60 during the CD4000 series to get these pure hardware, the circuit must be a big PCB board! However, if the United States if the successful 70s series of single-chip market, the result will be different! Simply because the adoption of single-chip preparation process you can achieve high intelligence, high efficiency and high reliability! Because of the cost of single-chip is sensitive, so the dominant software or the lowest level assembly language, which is in addition to the lowest level for more than binary machine code of the language, since such a low-level so why should we use? Many of the seniors language has reached a level
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单片机的概况
一 AT89C51应用
1.单片机定义
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能 集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、 内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、 定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图 像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。 单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用在工业控制 领域。单片机由芯片内仅有CPU 的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通 过将大量外围设备和CPU 集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成 进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL 的Z80 是最早按照这种思 想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是8 位或4 位的。其中最成功的是INTEL 的8031，因为简 单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031 上发展出了MCS51 系列单 片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领 域要求的提高，开始出现了16 位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛 的应用。90 年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。 随着INTEL i960 系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32 位单片机迅速取 代16 位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8 位单片机的性能也 得到了飞速提高，处理能力比起80 年代提高了数百倍。目前，高端的32 位单片 机主频已经超过300MHz，性能直追90 年代中期的专用处理器，而普通的型号 出厂价格跌落至1 美元，最高端的型号也只有10 美元。当代单片机系统已经不 再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列 的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用 专用的Windows 和Linux 操作系统。 单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。 2 事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子 和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、 掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2 部单片机。而个人电脑中也会有为数 不少的单片机在工作。汽车上一般配备 40 多部单片机，复杂的工业控制系统上 甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC 机和其他计 算的综合，甚至比人类的数量还要多。
2.单片机介绍
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计 算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积 小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用 单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还 有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电 脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10 元即可......用它来做一些控制电器 一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD 等等的家电里面都可以看到它的身影！......它主要是作为控制部分的核心部件。 它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的 抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区 别。 单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其 是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是 花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50 年代开发的74 系列，或者60 年代的CD4000 系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大 PCB 板！但是如果要是用美国70 年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有 天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高 可靠性！ 由于单片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语 言，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，既然这么低级为什么还要用 3 呢？很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢？原因很简单， 就是单片机没有家用计算机那样的CPU，也没有像硬盘那样的海量存储设备。 一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮，也会达到几十K 的 尺寸！对于家用PC 的硬盘来讲没什么，可是对于单片机来讲是不能接受的。 单 片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使 用。一样的道理，如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用PC 上来 运行，家用PC 的也是承受不了的。 可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现 已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC 机。它由 主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计 算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算 机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小， 通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用， 它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如 智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了 单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智 能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞 出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因， 可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。
3.单片机历史
单片机诞生于20 世纪70 年代末，经历了SCM、MCU、SOC 三大阶段。 1.SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求 最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM 与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel 公司功不可没。 2.MCU 即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是： 不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其 对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU 4 的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel 逐渐淡出 MCU 的发展也有其客观因素。在发展MCU 方面，最著名的厂家当数Philips 公 司。 Philips 公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51 从单片微型计算 机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel 和Philips 的历史功绩。 3.单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU 阶段发展的重要因素，就 是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了 SoC 化趋势。随着微电子技术、IC 设计、EDA 工具的发展，基于SoC 的单片机 应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、 单片微控制器延伸到单片应用系统。
4.单片机的应用领域
目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC 卡，民用 豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩 具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智 能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用 与智能化控制的科学家、工程师。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的 智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： 1.在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等 优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、 频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理 量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起 采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分 析仪）。 5 2.在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的 智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统 等。 3.在家用电器中的应用 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣 机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门， 无所不在。 4.在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为 在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本 上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信 呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信， 无线电对讲机等。 5.单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监 护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 6.在各种大型电器中的模块化应用 某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应 用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能， 微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原 理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出， 转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。 在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损 坏、错误率，也方便于更换。 此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分 广泛的用途。
5. AT89C51概况
5.1 介绍
8 位AT89C51 CHMOS 工艺单片机被设计用于处理高速计算和快速输入/输出。MCS51 单片机典型的应用是高速事件控制系统。商业应用包括调制解调器，电动机控制系统，打印机，影印机，空调控制系统，磁盘驱动器和医疗设备。汽车工业把MCS51 单片机用于发动机控制系统，悬挂系统和反锁制动系统。AT89C51 尤其很好适用于得益于它的处理速度和增强型片上外围功能集，诸如：汽车动力控制，车辆动态悬挂，反锁制动和稳定性控制应用。由于这些决定性应用，市场需要一种可靠的具有低干扰潜伏响应的费用-效能控制器，服务大量时间和事件驱动的在实时应用需要的集成外围的能力，具有在单一程序包中高出平均处理功率的中央处理器。拥有操作不可预测的设备的经济和法律风险是很高的。一旦进入市场，尤其任务决定性应用诸如自动驾驶仪或反锁制动系统，错误将是财力上所禁止的。重新设计的费用可以高达500K 美元，如果产品族享有同样内核或外围设计缺陷的话，费用会更高。另外，部件的替代品领域是极其昂贵的，因为设备要用来把模块典型地焊接成一个总体的价值比各个部件高几倍。为了缓和这些问题，在最坏的环境和电压条件下对这些单片机进行无论在部件级别还是系统级别上的综合测试是必需的。Intel Chandler 平台工程组提供了各种单片机和处理器的系统验证。这种系统的验证处理可以被分解为三个主要部分。系统的类型和应用需求决定了能够在设备上执行的测试类型。
5.2 AT89C51提供以下标准功能：
4k 字节FLASH 闪速存储器，128 字节内部RAM，32 个I/O 口线，2 个16 位定时/计数器，一个5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51 降至0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种可选的节电工作模式。空闲方式体制CPU 的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器体制工作并禁止其他所有不见工作直到下一个硬件复位。
图1-2-1 AT89C51 方框图
5.3引脚功能说明
·Vcc：电源电压
·GND：地
·P0 口：P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口，也即地址/数据总线复用。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8 个TTL 逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash 编程时，P0 口接受指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。
·P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作为输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。Flash 编程和程序校验期间，P1 接受低8 位地址。
·P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作为输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16 位四肢的外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR指令）时，P2 口送出高8 位地址数据，在访问8 位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX @ RI
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