单片机的原理和应用.pdf

第 1 章 单片机的原理和应用 1.1 概述 单片机是一台能够工作的计算机要有这样几个部份构成： CPU （进行运算、控制）、RAM （数据存储）、ROM （程序存储）、输入 /输出设备（例如：串行口、并行输出口等） 。在个人计算机上这些部份被分成若干块芯 片，安装一个称之为主板的印刷线路板上。而在单片机中，这些部份，全部被做到一块集成电路芯片中了， 所以就称为单片（单芯片）机，而且有一些单片机中除了上述部份外，还集成了其它部份如 A/D ，D/A 等。 1.2 单片机的应用 由于 MCS51 系列单片机具有性能稳定、工作可靠、价格低廉等特点，因此其应用相当广泛。一个 MCS51 系列的单片机（如 Atmel89cxx ）内部包含有 RAM 、FLASH ROM 、两个或者三个 16 位的定时器 /计数器、 一个通用异步串行通信控制器（ UART ）等多种资源。但即便如此，在一些相对复杂的单片机应用系统中， 仅仅一个单片机资源还是不够的，因此而常常需要扩充 I/O 接口、定时器 /计数器、串行通信接口、 RAM 、 ROM 等。采用通用的标准器件进行扩充是通常的做法，但将单片机本身作为一个通用的扩充器件来使用， 也不失为一个好的方法。在这种情况下，一个系统中就使用了两个或两个以上的单片机，而单片机之间就 要通过互连来进行数据通信。 MCS51 系列的单片机（以下简称单片机）都带有串口，利用串口进行互连通 信极为方便，其各种连接方式在许多书籍和资料上都有介绍，在此不再重述。但如果系统要求扩充的资源 是对外连接的串口，或对相互之间的数据传送有一定的速度要求，则单片机的串口就不能用作系统内两单 片机的通信接口了。所幸的是，单片机的并行端口也能相互连接来进行数据通信。根据单片机端口内部结 构的特点，这些端口的端口线可以直接相连，从而使两单片机之间并行通信接口的实现不用另外的硬件电 路设备。基于这种情况，设计时，可根据不同的使用要求，来采用不同的并行连接方法。下面介绍在两个 单片机之间进行三种并行通信接口的实现方法。 单片机的主要目的是为了应用，以下的一些例子就可以看出其广泛的应用。应用于工业的测控是单片 机的主要功能之一。单片机有丰富的 I/O 线，较大部分的这样的单片机都应用在汽车工业，使得汽车在局 部的处理中拥有更多的智能。在汽车的局部处理中，单片机加上传感器，再辅以固定的算法，就能够在驾 驶员不知不觉的情况下对车况进行调整。另外，随着单片机性能的增强，单片机也同样广泛应用在计算机 网络和通信技术中。 单片机已经无处不在，与我们生活更加相关并渗透入生活的方方面面。单片机的特点是小，也就是其集成 的特性， 其内部的结构是普通的计算机系统的简化。 在增加一些外围电路之后， 就能成为一个完整的系统。 比如，我们常用的一类电子秤，内部就安装了一块单片机，再加上传感器、显示器和一些附加电路，就形 成了一个应用系统。所以单片机的可扩展性是相当好的。又比如 K85 这样的电脑中频电疗仪，能够从病人 身上获取数据，然后根据现有的算法从几种治疗处方中选择，而在每一种处方中还能够根据病人的病情而 改变中频和波形及输出电流强度。这样可以看出单片机本身也具有和普通计算机类似的强大的处理，可以 增加复杂的算法，获得很强的数据处理能力。单片机也可以应用在电脑缝纫机上，这样单片机可以替代很 多机械部分，还能提供很多老式的缝纫机无法实现的图案。所以单片机在工业中的应用，极大地提高了工 业设备的智能化，提高了处理能力和处理效率，而且无需占用很大的空间和复杂的设备。 单片机已经为我们方便生产和生活发挥了巨大的作用，在未来的社会主义工业化的建设中，单片机无疑 会发挥更大的作用的。 1.3 MCS —51 系列单片机 MCS51 是指由美国 INTEL 公司（对了，就是大名鼎鼎的 INTEL ）生产的一系列单片机的总称，这一系列 单片机包括了好些品种， 如 8031 ，8051 ，8751 ，8032 ，8052 ，8752 等，其中 8051 是最早最典型的产品， 该系列其它单片机都是在 8051 的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用