单片机教案-51系列单片机

第1章51系列单片机概述•单片机以其价格低廉、功能强大、体积小、性能稳定等优点，深受广大电子设计爱好者喜爱。目前，各类产品中都能看到单片机的身影，如门铃、报警器、玩具，以及各类数据采集系统和控制终端等。单片机是现代电子设计中使用最广泛的电子元件。而其中的51系列单片机是最早兴起的一类。51系列单片机功能完备、指令系统丰富，发展的最为成熟。•本章主要介绍单片机的产生及几十年的发展演化、51系列单片机的简介和应用领域。另外还包括最新主流51内核单片机介绍以及单片机的开发概述。本章内容包括：•单片机的产生与发展•51系列单片机介绍•最新主流51内核单片机介绍•51系列单片机开发概述1.1单片机的产生与发展•1946年，由美国宾夕法尼亚大学研制成功世界上第一台电子数字计算机ENIAC。该计算机运算速度为5000次/s，内部使用了18000多个电子管和1500多个继电器，占地150m2，重30吨。它的诞生引发了20世纪电子工业的革命，如今电子计算机以令人难以想象的速度发展，产品线不断更新换代，成为发展最快的行业。•近年来，为了满足小型设备或者便携式设备的需求，在计算机的大家族中，单片微型计算机异军突起，发展十分迅速，其基本渗透到了电子设计的方方面面。•单片微型计算机（Single-ChipMicrocomputer）是在一块芯片上集成了中央处理器（CentralProcessingUnit，CPU）、只读存储器（ReadOnlyMemory，ROM）、随机存取存储器（RandomAccessMemory，RAM）、定时器/计数器以及I/O（Input/Output）接口等部件，这些部件构成了一个完整的微型计算机。单片微型计算机也简称为单片机。单片机从产生到现在的短短三十几年历史中，产品不断更新，其大致经历了四个阶段。1．4位单片机时代2．低中档8位单片机时代3．高档8位单片机时代4．增强型单片机时代1.251系列单片机介绍•目前8位单片机仍然是电子设计领域最为广泛使用的产品，这里详细介绍使用最多的51系列8位单片机。1.2.151系列单片机简介•51系列单片机是指Intel的MCS-51系列以及和其具有兼容内核的单片机。MCS-51系列单片机是最早、最基本的单片机，功能也最简单。Intel公司生产的MCS-51系列单片机包括8031、8051、8032、8052、8751、8752等。•现在集成电路的飞速发展，各大芯片厂商提供了很多与其兼容的单片机。比如Atmel公司的AT89C系列、AT89S系列，SiliconLaboratories公司的C8051F系列，还有Philips公司的8XC552系列等。这些单片机采用兼容的MCS-51的结构和指令系统，只是对其功能和内部资源等方面进行了不同程度的扩展。1.2.251系列单片机的应用领域•51系列单片机以其高性能、高速度、体积小、价格低廉、可重复编程和方便功能扩展等优点，在市场上得到广泛的应用。其主要应用于如下几个领域。•家电产品及玩具。由于51系列单片机价格低、体积小、控制能力强、功能扩展方便等优点，使其广泛应用于电视、冰箱、洗衣机、玩具、家用防盗报警器等方面。•机电一体化设备。机电一体化设备是指将机械技术、微电子技术和计算机技术结合在一起，从而产生具有智能化特性的产品，它是现代机械及电子工业的主要发展方向。单片机可以作为机电一体化产品的控制器，从而简化原机械产品的结构，扩展其功能。•智能测量设备。以前的测量仪表体积大、功能单一，限制了测量仪表的发展。采用单片机改造各种测量控制仪表，可以使其体积减少、功能扩展，从而产生新一代的智能化仪表，如各种数字万用表、示波器等。•自动测控系统。采用单片机可以设计各种数据采集系统、自适应控制系统等。例如温度的自动控制、电压电流的数据采集。•计算机控制及通信技术。51系列单片机都集成有串行通信接口，可以通过该接口和计算机的串行接口进行通信，实现计算机的程序控制和通信等。1.3最新51内核单片机介绍•自世界上第一片单片机诞生以来，51系列单片机不断推陈出新，目前已有几十个系列、上百种型号。这些新产品都基于51内核，各个型号基本都兼容。以下是一些典型的51系列单片机。•美国Intel公司的MCS—48系列、MCS—51系列、MCS—96系列单片机；•美国Atmel公司的AT89系列单片机；•美国Motorola公司的6801、6802、6803、6805和68HC11系列单片机；•美国Zilog公司的Z8、Super8系列单片机；•美国Fairchild公司的F8和3870系列单片机；•美国TI公司的TMS7000系列单片机；•美国NS公司的NS8070系列单片机；•日本NEC公司的μPD7800系列单片机；•日本Hitachi公司的HD6301、HD6305系列单片机；1.3.1ATMEL单片机介绍•Atmel公司的产品非常丰富，除了基本的51系列单片机外，还包括针对不同设计领域的专用51内核单片机。Atmel公司的51内核单片机有如下几类。•单周期8051内核单片机。这类单片机具有单周期8051内核，FlashISP在系统编程调试，片内集成了SPI、UART、模拟比较器、PWM以及内部RC振荡器等资源。主要有AT89LP213、AT89LP214、AT89LP216、AT89LP2052、AT89LP4052等。•FlashISP在系统编程单片机。这类单片机主要特点是内部集成Flash，可以实现ISP在系统编程，使用方便。包括AT89C5115、AT89C51AC2、AT89C51AC3、AT89C51ED2、AT89C51IC2、AT89C51ID2、AT89C51RB2、AT89C51RC2、AT89C51RD2、AT89C51RE2、AT89LS51、AT89LS52AT89S2051、AT89S4051、AT89S51、AT89S52、AT89S8253等。•USB接口单片机。这类单片机片内集成USB接口，基于C51微处理器，另外还具备TWI、SPI、UART、PCA、ADC等资源。包括AT83C5134、AT83C5135、AT83C5136、AT89C5130A-M、AT89C5131A-L、AT89C5131A-M、AT89C5132等。•智能卡接口单片机。这类单片机基于C51微处理器，带有串行接口和智能卡接口、DC/DC转换、以及EEPROM等资源。包括AT83C5121、T83C5121、AT83C5122、AT83C5123、AT83C5127、AT83EC5123、AT85C5121、T85C5121、AT85C5122、AT85EC5122、AT89C5121、T89C5121等。•MP3专用单片机。这类单片机基于C51内核，具备USB、多媒体卡接口、ADC、DAC、TWI、UART、SPI，MP3、WMA、JPEG以及MPEG的编解码电路等。包括AT85C51SND3、AT89C51SND2C、AT83SND2C、AT89C51SND1C、AT83SND1C、AT80C51SND1C等。1.3.2CYPRESS单片机介绍•Cypress公司的51内核单片机主要集中在USB接口上，有如下几类。•USB嵌入式主机。包括CY7C67200、CY7C67300、SL811HST等。•USB全速设备。包括AN21xx系列、CY7C64013C、CY7C64215、CY7C6431x系列、CY7C64345、CY7C6435x系列、CY7C64713等。•USB高速设备。包括CY7C68001、CY7C68013A、CY7C68014A、CY7C68015A、CY7C68016A、CY7C68023、CY7C68024、CY7C68033、CY7C68034等。•USB低速设。包括CY7C630xx、CY7C631xx、CY7C632xx、CY7C633xx、CY7C63413C、CY7C63513C、CY7C63613C、CY7C637xx、CY7C638xx等。1.3.3Infineon单片机介绍•Infineon公司的产品包括标准的8051内核以及符合工业标准的8051单片机。主要有如下几类。•XC800系列单片机。新型高级XC800家族8位微控制器采用高性能8051内核、片上集成闪存和ROM存储器以及功能强大的外设组，如增强型CAPCOM6(CC6)、CAN、LIN和10位ADC，具有多种产品型号可供选择。如XC886/888CLM、XC886/888LM、XC866等。•C500/C800系列单片机。这类单片机是基于工业标准8051架构的微处理器，具有CAN、SPI等资源。包括C515C、C505CA、C868等。1.3.4Silicon单片机介绍•SiliconLaboratories公司的C8051F系列单片机，集成了世界一流的模拟功能、Flash以及基于JTAG的调试功能。另外还具有可配置的高性能模拟、高达100MIPS的8051CPU以及系统内现场可编程性。这些特性为用户提供了充分的设计灵活性以及卓越的系统性能。C8051F系列单片机主要有如下几类。•USB混合信号微处理器。这类微处理器内部集成了USB接口，以及ADC、DAC、温度传感器、SMbus、UART等资源。•精密混合信号微处理器。这类微处理器内部集成了Flash、ADC、DAC、温度传感器、SMbus、UART、比较器、VREF等资源。•CAN总线接口混合信号微处理器。这类微处理器内部集成了CAN总线接口、Flash、ADC、DAC、温度传感器、SMbus、UART、比较器、VREF等资源。•小型化微处理器。这类微处理器将高速8051CPU、闪存及高性能模拟电路集成到一个超小微型导线框封装(MLP)中，可以让系统设计者在提高系统性能的同时，减少元件数量和整体尺寸。1.3.5Maxim单片机介绍•Maxim公司的产品线很丰富，其推出的8051兼容微控制器在保持指令集、目标代码与早期8051设计兼容的同时，使性能指标提高33倍。主要有如下几类。•高速微处理器。这类微处理器具有闪存、EPROM、ROM等，每机器周期使用一个时钟，速度是标准8051的33倍。包括DS89C450、DS89C430、DS87C530、DS87C520、DS83C530、DS83C520、DS80CH11、DS80C323、DS80C320、DS80C310等。•安全微控制器。这是具有防篡改能力的微控制器，其能够对程序和数据存储器进行加密，以防未经授权的系统介入。系统的电池备份架构一旦检测到篡改事件将立即清零内部SRAM，并且DES/3DES加密技术可以防止外部总线窃听。包括DS5250、DS5000T、DS5000、DS2250T、DS2250、DS5002FP、DS2252T、DS907X、DS5001FP、DS5000FP、DS2251T等。•网络微控制器。Maxim的微型互联网接口(TINI)网络微控制器能够为嵌入式系统增添网络功能，适用于以太网或各种低级网络系统。片内集成具有IPv4/IPv6的TCP/IP网络栈，以及10/100以太网MAC，符合IEEE®802.3MII标准。包括DS80C411、DS80C410、DS80C400、DS80C390等。1.3.6NXP单片机介绍•NXP半导体公司的前身是Philips，其推出了多种单片机微控制器。主要有如下几类。•LPC7000系列。主要有P87LPC760、P87LPC761、P87LPC762、P87LPC764、P87LPC767、P87LPC768、P87LPC769、P87LPC778、P87LPC779等。•LPC9000系列。这是一种增强型多用途Flash单片机。主要有P89LPC9401、P89LPC9402、P89LPC9403、P89LPC9408、P89LPC9102、P89LPC9103、P89LPC9107、P89LPC912、P89LPC913、P89LPC914、P89LPC91