开篇 — 认识单片机

前言：
1.本专栏适合有一定C语言功底的读者，还涉及到一定的数电模电、计算机组成原理、数据结构、算法等知识。
2.该专栏主要属于51单片机的入门笔记以及对学习过程中实验的记录和分享，谢谢！
目的：
1.主要还是记录个人的学习，不定时更新督促学习进程，不足和有误的地方请多多指教！

1、什么是单片机？

单片机（Single-Chip
Microcomputer）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。

单片机主要基本结构：

1.运算器：
运算器由运算部件——算术逻辑单元（Arithmetic & Logical Unit，简称ALU）、累加器和寄存器等几部分组成。

2.控制器：
控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序发生器和操作控制器等组成，是发布命令的“决策机构”，即协调和指挥整个微机系统的操作

3.寄存器：
寄存器是CPU内部用来存放数据的一些小型存储区域，用来暂时存放参与运算的数据和运算结果。
其实寄存器就是一种常用的时序逻辑电路，但这种时序逻辑电路只包含存储电路。
寄存器的存储电路是由锁存器或触发器构成的，因为一个锁存器或触发器能存储1位二进制数，所以由N个锁存器或触发器可以构成N位寄存器。
寄存器是中央处理器内的组成部分。寄存器是有限存储容量的高速存储部件，它们可用来暂存指令、数据和位址。

单片机的结构框图如下图所示：
在这里插入图片描述
根据百度百科的介绍：

我们可以知道，单片机属于微小的控制单元（也称微控制器MCU），能够“以小博大”，通过内部的运算器、寄存器、控制器组成逻辑电路的相互作用结合外设，能够实现许多妙不可言的功能。
然后，51单片机是对所有兼容 Intel 8031 指令系统的单片机的统称，应用最广泛的 8 位单片机之一，其代表型号是 ATMEL 公司的 AT89系列，它广泛应用于工业测控系统和生活实践之中。
单片机的使用领域十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。

2、51单片机主要资源

80C51 ：是 MCS-51 系列中的一个典型品种；其它厂商以 8051 为基核开发出的CMOS 工艺单片机产品统称为 80C51 系列。
STC(国产宏晶)单片机：STC89C51、STC89C52、STC89C516、STC90C516 等众多品牌。
80C51 芯片管脚图如下所示：
在这里插入图片描述

其内部资源如下：

·8 位 CPU
·4kbytes 程序存储器(ROM) (52 为 8K)
·128bytes 的数据存储器(RAM) （52 有256bytes 的 RAM）
·32 条 I/O 口线
·111 条指令，大部分为单字节指令
·21 个专用寄存器
·2个可编程定时/计数器
·5 个中断源，2 个优先级（52 有 6 个）
·一个全双工串行通信口
·外部数据存储器寻址空间为 64kB
·外部程序存储器寻址空间为 64kB
·逻辑操作位寻址功能
·双列直插 40PinDIP 封装
·单一+5V 电源供电

说明：

CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器；
RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；
ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格；
I/O 口：四个 8 位并行 I/O 口，既可用作输入，也可用作输出
T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在计数模式；
五个中断源的中断控制系统；
一个全双工 UART（通用异步接收发送器）的串行 I/O 口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信；
片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最佳振荡频率为 6MHz—12MHz/11.0592MHz。

其内部结构图如下所示：
在这里插入图片描述
说明：

总线（BUS）是单片机各部件之间传送信息的公共通道。
单片机中有内部总线和外部总线两类，内部总线是 CPU 内部之间的连线；
外部总线是指CPU 与其它部件之间的连线；
外部总线有三种:
1.数据总线 DB（Data Bus）
2.地址总线 AB （Address Bus）
3.控制总线 CB Control Bus）

3、STC89C51 芯片简介

STC89C51 是 STC 推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的 51 单片机，它是采用 8051 核的 ISP（In System Programming）在系统可编程芯片，指令代码完全兼容传统的 8051 单片机，最高工作时钟频率为 80MHz，片内含 4K Bytes 的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，具有在系统可编程（ISP）特性，配合 PC 端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，省去了购买通用编程器，而且速度更快。
STC89C51 系列单片机是单时钟/机器周期(1T)的兼容 8051 内核单片机，是高速/ 低功耗的新一代 8051 单片机，全新的流水线/精简指令集结构,内部集成 MAX810 专用复位电路。

4、单片机脚位判断

封装不同脚位不同：
基于 8051 内核的单片机，若引脚数相同，或封装相同，它们的引脚功能是相同
的，其中用的较多的是 40 脚 DIP 封装的 51 单片机，也有 20,28,32，44 等不同
引脚数的 51 单片机。
脚位判断：
无论哪种芯片，单片机也好，其他不知名的芯片也好，当我们观察它的表面时，大都会找到一个凹进去的小圆坑，或是用颜色标记的一个小标记（圆点或三角或其他小图形），这个小圆坑或者小标记所对应的引脚就是这个芯片的第 1脚，然后逆时针方向数下去，即 1 到最后一个引脚。

如图所示：
在这里插入图片描述

说明：
1.上图中对于 LQFP/PQFP 封装，小圆坑在左下角位置；
2.对于 DIP 封装，小圆坑在芯片上方正中间位置，对应左边第一个脚位为 1；
3.对于 PLCC 封装，小圆坑在芯片上方正中间位置，对应脚位为 1；
4.在实际焊接或绘制电路板时，务必要注意它们的脚位标号，否则若焊接错误则导致产品无法正常工作。

5、51单片机的应用领域

51 单片机主要用于“控制”，通过串口可以和 WFIF/GPS/蓝牙等模块实现无线控制，通过 AD 接口可以采集光敏/烟雾传感器/可燃气体传感器等模拟信号，还可以使用 AD 设计简易示波器。当然还包括直流电机、交流电机、步进电机、伺服电机、变频电机、电磁铁、电磁阀、LED、LCD 等等，进而由这些去驱动各种设备，应用于家电、机械加工、制造、航空航天等各行各业。
日常生活中可采用 51 单片机设计的电子产品：
智能手环，微型四轴飞行器，平衡车、扫地机、移动 POST 机，智能电饭锅，3D 打印机、机器人等。