项目51单片机相关基础知识介绍

工程一51单片机相关基础知识介绍目标学习本工程后，学生应能：了解单片机的功能及应用。了解51单片机的标号信息、封装类型及外部引脚。了解C51中的基本数据类型和运算符。了解学习单片机所需的软硬件资源。走进电子市场或电器维修部或打开某些智能化电器产品的后盖，你会发现如图1－1－1所示的电路板及其电子元器件。电路板上常用电子元器件有电阻器、电容器、发光二极管、集成块等，你知道这两块板上标有“STC”的两个集成块叫什么吗？矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。六位数码管电子时钟超声波测距仪图1－1－1常用电路板标有“STC”的两个集成块就是我们要学习的———单片机。那么什么是单片机？单片机能做什么？单片机的外形、引脚、封装及内部结构又是怎样的呢？下面就让我们一起走进51单片机，学习51单片机的相关基础知识。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。任务一了解单片机的功能及应用1．什么单片机从图1－1－1所示电路板中的单片机外形可以看出，单片机是一块集成芯片。但它又不是完成某一逻辑功能的芯片，它是把一个计算机系统集成到某一个芯片上，即在一块硅片上集成了微处理器、存储器及输入/输出接口的芯片。它实际上是一个简单却又是完整的计算机系统，麻雀虽小，五脏俱全。但这块集成芯片具有特殊的功能。它的功能的实现是要靠我们使用者编程来完成的。我们编程的目的就是控制这块芯片的各个引脚在不同时间输出不同的电平（高电平或低电平），进而控制与单片机各个引脚相连的外围电路的电气状态。编程时，我们可选择C语言或汇编语言。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。2．单片机的功能及应用单片机是一种可通过编程控制的微处理器，单片机芯片自身不能单独运用于某项工程或产品上，它必须要靠外围电路才可发挥其身身的强大功能，所以，我们在学习单片机时不能仅仅学习单片机的一种芯片，还要循序渐进地学习它外围的数字及模拟电路知识，还要学习常用的外围电路的设计与调试方法等。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。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。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。综上所述，目前单片机的应用领域已非常广泛，可归类如下；彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。①工业自动化。如数据采集、测控技术。②智能仪器仪表。如数字示波器、数字信号源、数字万用表、感应电流表等。③消费类电子产品。如洗衣机、电冰箱、空调机、电视机、微波炉、IC卡、汽车电子设备等。④通信方面。如调制解调节器、程控交换技术、手机、小灵通等。⑤武器装备。如飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、鱼雷制导、智能武器等。这些电子器件内部无一不用到单片机，而且大多数电器内部的主控芯片就是一块单片机来控制的，可以说，凡是与控制或简单计算机有关的电子设备都可以用单片机来实现。科技越发达，智能化的东西就越多，使用的单片机就越多。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。任务二了解51单片机标号信息、封装类型及外部引脚目前单片机很多，有8051、PIC、MS430、AVR等。单片机虽然型号不同，但是芯片内部的资源种类都差不多，而且这些资源的使用方法也大同小异。可以说学会一种，其他种类融会贯通。8051系列是老型号，这种单片机虽不是目前功能最强大，但却是用得最广泛的，教案资源最多，软件支持和硬件开发都很成熟。世界上不同国家的很多芯片厂商都生产各种单片机，以51单片机为例，如表1－1－1所示。厦礴恳蹒骈時盡继價骚。表1－1－151单片机芯片厂商产品列表公司产品AT（Atmel）AT89C51，AT89C52，AT89C53，AT89LV52，AT89S51，AT89S52等Philips(飞利清)P80C54，P80C58，P87C54，P87C58，P87C524，P87C528等Winbond（华邦）W78C54，W78C58，W78E54，W78E58等Intel（英特尔）i87C54，i87C58，i87L54，i87L58，i87C51FB，i87C51FC等Siemens（西门子）C501-1R，C501-1E，C513A-H，C503-1R，C504-2R等STCSTC89C51RC，STC89C52RC，STC89C53RC，STC89LE51RC等由于厂商及芯片型号比较多，我们不能一一举出，以上所提到的都是51内核扩展出来的单片机，即通常我们所说的51单片机。茕桢广鳓鯡选块网羈泪。1．标号信息每一块单片机上都会标有型号说明。下面我们以如图1－1－2所示Atmel公司生产的AT89S52—24PC0314芯片为例，对单片机的标号信息解释如下。鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。图1－1－2AT89S52—24PC0314芯片AT89系列单片机型号由三个部分组成，它们分别是前缀、型号、后缀，其格式为：AT89C（LV、S）XXXX—XXXX。籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。AT—前缀，表示该芯片为Atmel公司生产的产品。89S52—型号，型号由89SXXXX或89CXXXX或89LVXXXX表示。其中，8—表示该芯片为8052内核芯片。9—表示芯片内部含Flash存储器。S—表示该芯片含有可串行下载功能的Flash存储器，即具有ISP可在线偏程功能。C—表示该器件为CMOS产品。LV—表示该芯片为低电压产品（通常为3.3V电压供电）。預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。5—固定不变。2—表示该芯片内部程序存储空间的大小。1为4KB，2为8KB，3为12KB，即该数乘上4KB就是该芯片内部的程序存储空间大小。程序空间大小决定了一个芯片所能装入执行代码的多少。一般来说，程序存储空间越大，芯片价格也越高，所以我们在选择芯片时要根据自己硬件设备实现功能所需代码的大小来选择价格合适的芯片，只要程序能装得下，同类芯片的不同型号不会影响其功能。渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。24PC—后缀。后缀由“XXXX”四个参数组成，与产品型号间用“—”隔开。后缀中第一个参数“X”表示速度。其中，X=12，表示速度为12MHz。X=20，表示速度为20MHz。X=24，表示速度为24MHz。后缀中第二个参数“X”表示封装。其中，X=P，表示塑料直插双列DIP封装。X=J，表示带引线J的塑料芯片封装。后缀中第三个参数“X”表示温度范围。其中，X=C，表示商业用产品，温度范围为0°C~+70°C。X=I，表示工业用产品，温度范围为-40°C~+85°C。X=A，表示汽车用产品，温度范围为-40°C~+125°C。X=M，表示军用产品，温度范围为-55°C~+150°C。后缀中第四个参数“X”表示产品的处理情况。其中，X为空，表示处理工艺是标准工艺。X=/883，表示处理工艺采用MIL-STD-883标准。则单片机型号为“AT89S52—24PC0314”，表示该单片机是Atmel公司生产的,含有可串行下载功能的Flash存储器，速度为24MHz，封装为塑料直插双列DIP，是商业用产品，按标准处理工艺生产。另外“0314”表示本批芯片生产日期为03年的第14周。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。关于芯片上的标号，其他厂商大同小异，若大家还想详细了解，请上网搜索相关资料。2．封装类型（1）DIP（DualIn-linePackage）双列直插式封装DIP是指采用双列直插式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路（IC）均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100个。采用DIP封装的CPU芯片有两排引脚，需要插入到具有DIP结构的芯片插座上。当然，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接，如图1－1－3所示。擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。图1－1－3DIP封装图1－1－4PLCC封装（2）PLCC（PlasticLeadedChipCarrier）带引线的塑料芯片封装PLCC指带引线的塑料芯片封装载体，它是表面贴型封装之一，外形呈现正方形，引脚从封装的四个侧面引出，呈丁字形，是塑料制品，外形尺寸比DIP封装小得多。PLCC封装适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线，具有外形尺寸小、可靠性高的优点，如图1－1－4所示。贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。（3）QFP（QuadFlatPackage）塑料方型扁平式封装和PFP（PlasticFlatPackage）塑料扁平组件式封装坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。QFP与PFP两者可统一为PQFP（PlasticQuadFlatPackage），QFP封装的芯片引脚之间距离很小，引脚很细，一般大规模或超大规模集成电路都采用这种封装形式，其引脚数一般在100个以上。用这种形式封装的芯片必须采用SMD（表面安装设备技术）将芯片与主板焊接起来。采用SMD安装的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有设计好的相应引脚的焊点。PFP封装的芯片与QFP方式基本相同，它们唯一的区别是QFP一般为正方形，而PFP既可以是正方形，也可以是长方形，如图1－1－5所示。蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。图1－1－5PQFP封装3．外部引脚图1－1－6（a）、1－1－6（b）所示分别是AT89S52单片机的实物图和引脚图。（a）AT89S52实物（b）DIP封装引脚图图1－1－6AT89S52单片机实物与引脚图由图1－1－6可知，AT89S52的DIP封装芯片共有40个引脚，采用引脚复用技术（即一个引脚可有两种功能，一个称为第一功能，另一个称为第二功能），满足单片机引脚数目不够而功能较多的需要。40个引脚我们按其功能类别将它们分成三类。買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。（1）电源和时钟引脚。如VCC、GND、XTAL1、XTAL2。VCC（40脚）、GND（20脚）：单片机电源引脚。不同型号单片机接入对应电源电压，常压为+5V，低压为+3.3V，大家在使用时要查看其芯片的对应文档。綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。XTAL1（19脚）、XTAL2（18脚）：外接时钟引脚。XTAL1为片内振荡电路的输入端，XTAL2为片内振荡电路的输出端。驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。8051的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，需在这两个引脚外接石英晶体和振荡电容，振荡电容的值一般取10P~30P，如图1－1－7所示。另一种是外部时钟方式，即XTAL2将接地，外部时钟信号从XTAL1脚输入，如图1－1－8所示。这种方式主要用于解决单片机系统中的同步问题。猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。C1C2AT89S52XTAL2XTAL1晶振1TTLXTAL2XTAL1VCC外部时钟信号AT89S52图1－1－7片内时钟振荡方式图1－1－8外部时钟方式（2）I/O口引脚。如P0、P1、P2、P3，4组8位I/O口。P0口（P0.0~P0.7）：双向8位三态I/O口，每个口可独立控制。第一功能作为基本输入/输出，内部没有上拉电阻，为高阻状态，所以不能正常地输出高低电平，因此该组I/O口在使用时务必要外接上拉电阻，一般我们选择接入10kΩ的上拉电阻。第二功能是为扩展系统分时提供数据总线和低8位地址总线。锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。P1口（P1.0~P1.7）：准双向8位I/O口，内带上拉电阻，每个口可独立控制。第一功能作为基本输入/输出，这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。因为该口在作为输入使用前，要先向该口进行写1操作，然后单片机内部才可正确读出外部信号，也就是要使其先有个“准”备的过程，所以才称为准双向口。对52单片机P1.0引脚的第二功能为T2定时器/计数器的外部输入，P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发，即T2的外部控制端。構氽頑黉碩饨荠龈话骛。P2口（P2.0~P2.7）：准双向8位I/O口，内带上拉电阻，每个口可独立控制。第一功能作为基本输入/输出，与P1口相似。第二功能是在系统扩展时作为高位地址线使用。輒峄陽檉簖疖網儂號泶