什么是单片机?单片机的内部结构包括哪些?

什么是单片机?单片机的内部结构包括哪些?

 什么是单片机?单片机的内部结构包括哪些?  单片机毕业设计

 
单片机也称为单片微型计算机,其将中央处理器、存储器、定时/计数器以及输入输出接口集成在一个芯片上,要比我们个人电脑的通用型微处理器控制更加灵活,性价比也高。单片机或称为微控制器(Microcontroller)早期应用于工业控制领域,其内部处理器源自CPU的专用处理器。为了减小计算机的体积,将CPU及其相关外围器件集成在一个芯片里,以便适应高集成化且对体积要求较高的场合。如今,单片机凭其卓越的性能已深入到各个领域,特别在检测、控制领域中,具有体积小、控制功能强、成本低、易扩展、可靠性好、使用温度范围宽、种类多、型号全以及低功耗的优点,可以在各种恶劣的环境下可靠工作;产品有较好的兼容性,保证了已开发产品的顺利移植,方便产品升级换代;芯片所需电压降到了3.2V或者更小,电流也相应降至微安级别,芯片所需频率也相应降低,内部也包括等待、暂停、睡眠、空闲、节电等多种工作方式;可以采用C语言编程,具有友好的人机互交界面;C语言及大量的函数的开发提高了产品的开发周期、代码可读性、可移植性。
单片机技术主要在内部结构、功率消耗、外部电压等级以及制造工艺,展示了数字单片机水平的高低。目前,单片机应用的比较广泛,需求很大,对其要求也越来越高。主要体现在如下几个方面。 
(1)内部结构 
单片机在内部结构包括定时器、比较器、模数转换器、数模转换器、串行通信接口(UART),看门狗电路等部件,为了适应当今信息化要求,有的单片机集成了CAN控制模块构成局域网,例如Infineon公司的C505C,C515C,C167CR,C167CS-32FM等。采用这类单片机可以在控制系统比较复杂的情况下十分容易构成控制网络,实用性强。 
为了方便单片机在变频控制中,形成较高性价比的控制系统,单片机根据要求集成了脉宽调制(PWM)模块,比较有代表性的如Fujitsu生产的MB89850/ MB89860系列;Motorola 生产相脉宽调制的MC68HC08MR16系列以及MR24系列等。它们的共同点在于有6路PWM输出信号,产生三相脉宽调制电压,可以对驱动桥臂器件进行死区时间设置。有的单片机已采用三核(TrCore)结构,一般由微控制器或DSP核、数据和程序存储器核以及集成电路(ASIC)三部分组成,把DSP和微控制器同时做在一个片上,是目前单片机最大的进步,这些单片机属于高档单片机,处理数据一般是32位的,而DSP结构也是16或32位,其工作频率可达60MHz以上。 
(2)功耗及封装 
当前单片机的朝着低功耗方向发展,很多单片机都设置等待,暂停,睡眠,空闲,节电等多种工作方式。而单片机随着贴片工艺,其封装水平也大大改善,大量采用了各种合符贴片工艺的封装方式以减少体积。其中比较突出的是Microchip公司推出的8引脚单片机PIC12CXXX系列,其内部有0.5~2K程序存储器,25~128字节数据存储器,6个I/O端口、1个定时器,部分系列单片机还有4路模数转换接口,对于控制要求不高的场合,基本可以满足需求。另外,单片机的另一个研究方向是宽范围电源电压以及低压工作,一般单片机工作电压在3.3~5.5V,有的甚至在2.2~6V的范围。 
(3)工艺
目前单片机普遍采用CMOS工艺生产,已经出现0.6um以上的光刻工艺,其大大提高了单片机的集成度,增强了单片机的可靠性。
单片机目前表现以下发展趋势:高可靠性及应用水平,与互联网可以连接;内部集成部件越来越多,美国国家半导体公司的单片机内部集成了语音、图像模块,增加了其应用领域;超低功耗以及与模拟电路的融合。
美国贝尔实验室的D.M.Ritchie在1972年以B语言为基础设计出了一种新的语言,以BCPL的第二个字母作为该语言名字,即C语言。
C语言与其他程序设计语言相比,表达能力强,其结构化流程可以实现程序结构化设计,经编译生成的目标程序代码效率高,具有汇编语言的优点。C语言与其他高级语言一样使用方便、接近自然语言和数学语言,也可以操纵控制计算机硬件系统。另外,C语言可移植性好,不改动或稍微改动程序就可以从一种型号的计算机移转到另外一种型号的计算机上编译运行。因此,C语言在各类系统软件和应用软件的开发被广泛应用。
本文以C语言进行软件设计,增加了程序的可读性和可移植性,便于扩展和更改,同时采用模块化结构,使程序设计的逻辑关系更加直观。
本文采用的是单片机AT89C51,其是一种低电压、高性能CMOS8位微处理器,带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器,是一种高效微控制器。AT89C51具体引脚如表2-1所示。
该单片机与MCS-51完全兼容;存储器容量4K,1000次擦写;0Hz-24Hz为静态工作; 内部RAM容量为128*8位,32个I/O口;2个16位定时/计数器,5个中断源;异步串行口;闲置和掉电模式的功耗较低;内部集成片内振荡器以及时钟电路。

引脚

功能

VCC

芯片电压引脚

GND

接地

P0

8位双方向的漏级开路输入输出口,每个口可以吸收多达8TTL电平电流。写入高电平时,引脚呈高阻输入状态,一般用于外部程序数据存储器。在编写程序时,可以作为输入口,当进行校验时,所有引脚的外部电平必须被拉高。

P1

带上拉电阻的8位双向I/O口,多达输出4TTL电平电流。置高电平后,内部上拉为高用作输入,外部下拉至低电平时,内部上拉以输出电流。在存储器编程和校验时作为第八位地址接收。

P2

带上拉电阻的8位双向I/O口,内部缓冲器可接收,输出多达4TTL电平电流,置高电平时,内部上拉电阻拉高作为输入。外部拉至低电平时内部上拉以输出电流。用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器时作为高八位输出地址。在存储器编程和校验时高八位地址信号和控制信号经过该引脚接收。

P3

带内部上拉电阻的双向I/O口,可输出多达4TTL电平电流。置高电平后,上拉为高电平用作输入。外部下拉为低电平时则输出电流,也可为存储器编程和编程校验控制信号的接收。

RST

复位输入。当振荡器复位时,保持两个机器周期的高电平给RST脚。

ALE/PROG

地址锁存在访问外部存储器时允许的输出电平以保存地址低字节。编程时用于输入编程脉冲。ALE引脚在平时以振荡器频率的1/6的频率周期输出正脉冲信号对外部输出脉冲或定时。用作外部数据存储器时会跳过一个ALE脉冲。可在SFR8EH地址上置0以禁止ALE的输出,在执行MOVXMOVC指令时ALE引脚才有用。置位在微处理器的外部执行状态ALE禁止时无效。

PSEN

选通外部程序存储器的信号。存储器读取指令时,在每个机器周期内/PSEN两次有效。这两次有效的/PSEN信号在访问外部数据存储器时将不出现。

EA/VPP

低电平时为外部程序存储器。写1/EA将内部锁定为RESET;高电平时为内部程序存储器。存储器编程时提供12V编程电源。

XTAL1

反向振荡放大器的输入端,也是内部时钟工作电路的输入端。

XTAL2

反向振荡器的输出端。

 
 

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