单片机

单片机介绍

　　单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，为使更多的业内人士、学生、爱好者，产品开发人员掌握单片机这门技术，于是产生单片机开发板，比较有名的例如电子人DZR-01A单片机开发板。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 　　早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。是的 　　单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。 　　单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 　　单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可…….....用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！…….....它主要是作为控制部分的核心部件。 　　它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。 　　 单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！ 　　由于单片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，既然这么低级为什么还要用呢？很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢？原因很简单，就是单片机没有家用计算机那样的CPU，也没有像硬盘那样的海量存储设备。一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮，也会达到几十K的尺寸！对于家用PC的硬盘来讲没什么，可是对于单片机来讲是不能接受的。单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使用。一样的道理，如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用PC上来运行，家用PC的也是承受不了的。 　　可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。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”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。

工作过程

　　单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令），这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件——存储器中。存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。 　　程序通常是顺序执行的，所以程序中的指令也是一条条顺序存放的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序计数器PC（包含在CPU中），在开始执行程序时，给PC赋以程序中第一条指令所在的地址，然后取得每一条要执行的命令，PC之中的内容就会自动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是1、2或3，以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。

单片机历史

　　单片机诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。

单片机的基本结构

　　单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成。

起初模型

　　1.SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。 　　 2.MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。 　　Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。

嵌入式系统

　　单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。

单片机发展史

　　1971年intel公司研制出世界上第一个4位的微处理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。因发明微处理器，霍夫被英国《经济学家》杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。 　　1971年11月，Intel推出MCS-4微型计算机系统（包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器 ）其中4004（下图）包含2300个晶体管，尺寸规格为3mm×4mm，计算性能远远超过当年的ENIAC，最初售价为200美元。 　　1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel 8008。由于8008采用的是P沟道MOS微处理器，因此仍属第一代微处理器。 　　1973年intel公司研制出8位的微处理器8080；1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微处理器就此诞生。 　　主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，使用了基于6微米技术的6000个晶体管，处理速度为0.64MIPS（Million Instructions Per Second ）。 　　1975年4月，MITS发布第一个通用型Altair 8800，售价375美元，带有1KB存储器。这是世界上第一台微型计算机。 　　1976年intel公司研制出MCS-48系列8位的单片机，这也是单片机的问世。 　　Zilog公司于1976年开发的Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。当时，Zilog、Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立。 　　20世纪80年代初，Intel公司在MCS-48系列单片机的基础上，推出了MCS-51系列8位高档单片机。MCS-51系列单片机无论是片内RAM容量，I/O口功能，系统扩展方面都有了很大的提高。

硬件特性

　　1、单片机集成度高。单片机包括CPU、4KB容量的ROM（8031 无）、128 B容量的RAM、 2个16位定时/计数器、4个8位并行口、全双工串口行口。 　　2、系统结构简单，使用方便，实现模块化； 　　3、单片机可靠性高，可工作到10^6 ~10^7小时无故障； 　　4、处理功能强，速度快。

应用

　　单片机的应用 　　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、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 　　单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： 　　1.在智能仪器仪表上的应用 　　单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。 　　2.在工业控制中的应用 　　用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管 　　 理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 　　3.在家用电器中的应用 　　可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。 　　4.在计算机网络和通信领域中的应用 　　现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 　　5.单片机在医用设备领域中的应用 　　单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 　　6.在各种大型电器中的模块化应用 　　某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。 　　在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。 　　7.单片机在汽车设备领域中的应用 　　单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器，GPS导航系统，abs防抱死系统，制动系统等等。 　　此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。

单片机系统软件抗干扰方法

　　在提高硬件系统抗干扰能力的同时，软件抗干扰以其设计灵活、节省硬件资源、可靠性好越来越受到重视。下面以MCS-51单片机系统为例，对微机系统软件抗干扰方法进行研究。 　　1 软件抗干扰方法的研究 　　在工程实践中，软件抗干扰研究的内容主要是：一、消除模拟输入信号的嗓声（如数字滤波技术）；二、程序运行混乱时使程序重入正轨的方法。本文针对后者提出了几种有效的软件抗干扰方法。 　　1.1 指令冗余 　　CPU取指令过程是先取操作码，再取操作数。当PC受干扰出现错误，程序便脱离正常轨道“乱飞”，当乱飞到某双字节指令，若取指令时刻落在操作数上，误将操作数当作操作码，程序将出错。若“飞” 到了三字节指令，出错机率更大。 　　在关键地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重写称为指令冗余。通常是在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的NOP。这样即使乱飞程序飞到操作数上，由于空操作指令NOP的存在，避免了后面的指令被当作操作数执行，程序自动纳入正轨。 　　此外，对系统流向起重要作用的指令如RET、 RETI、LCALL、LJMP、JC等指令之前插入两条NOP，也可将乱飞程序纳入正轨，确保这些重要指令的执行。 　　1.2 拦截技术 　　所谓拦截，是指将乱飞的程序引向指定位置，再进行出错处理。通常用软件陷阱来拦截乱飞的程序。因此先要合理设计陷阱，其次要将陷阱安排在适当的位置。 　　（1 ）软件陷阱的设计 　　当乱飞程序进入非程序区，冗余指令便无法起作用。通过软件陷阱，拦截乱飞程序，将其引向指定位置，再进行出错处理。软件陷阱是指用来将捕获的乱飞程序引向复位入口地址0000H的指令。通常在EPROM中非程序区填入以下指令作为软件陷阱： 　　NOPNOPLJMP 0000H其机器码为0000020000。 　　（2 ） 陷阱的安排 　　通常在程序中未使用的EPROM空间填0000020000。最后一条应填入020000，当乱飞程序落到此区，即可自动入轨。在用户程序区各模块之间的空余单元也可填入陷阱指令。当使用的中断因干扰而开放时，在对应的中断服务程序中设置软件陷阱，能及时捕获错误的中断。如某应用系统虽未用到外部中断1，外部中断1的中断服务程序可为如下形式： 　　NOPNOPRETI返回指令可用“RETI”，也可用“LJMP 0000H”。如果故障诊断程序与系统自恢复程序的设计可靠、 完善，用“LJMP 0000H”作返回指令可直接进入故障诊断程序，尽早地处理故障并恢复程序的运行。 　　考虑到程序存贮器的容量，软件陷阱一般1K空间有2-3个就可以进行有效拦截。 　　1.3软件“看门狗”技术 　　若失控的程序进入“死循环”，通常采用“看门狗”技术使程序脱离“死循环”。通过不断检测程序循环运行时间，若发现程序循环时间超过最大循环运行时间，则认为系统陷入“死循环”，需进行出错处理。 　　“看门狗”技术可由硬件实现，也可由软件实现。在工业应用中，严重的干扰有时会破坏中断方式控制字，关闭中断。则系统无法定时“喂狗”，硬件看门狗电路失效。而软件看门狗可有效地解决这类问题。 　　笔者在实际应用中，采用环形中断监视系统。用定时器T0监视定时器T1，用定时器T1监视主程序，主程序监视定时器T0。采用这种环形结构的软件“看门狗”具有良好的抗干扰性能，大大提高了系统可靠性。对于需经常使用T1定时器进行串口通讯的测控系统，则定时器T1不能进行中断，可改由串口中断进行监控（如果用的是MCS-52系列单片机，也可用T2代替T1进行监视）。这种软件“看门狗”监视原理是：在主程序、T0中断服务程序、T1中断服务程序中各设一运行观测变量，假设为MWatch、T0Watch 、T1Watch，主程序每循环一次，MWatch加1，同样T0、T1中断服务程序执行一次，T0Watch、 T1Watch加1。在T0中断服务程序中通过检测T1Watch的变化情况判定T1运行是否正常，在T1中断服务程序中检测MWatch的变化情况判定主程序是否正常运行，在主程序中通过检测T0Watch的变化情况判别T0是否正常工作。若检测到某观测变量变化不正常，比如应当加1而未加1，则转到出错处理程序作排除故障处理。当然，对主程序最大循环周期、定时器T0和T1定时周期应予以全盘合理考虑。限于篇幅不赘述。 　　2 、系统故障处理、自恢复程序的设计 　　单片机系统因干扰复位或掉电后复位均属非正常复位，应进行故障诊断并能自动恢复非正常复位前的状态。 　　2.1 非正常复位的识别 　　程序的执行总是从0000H开始，导致程序从 0000H开始执行有四种可能：一、系统开机上电复位；二、软件故障复位；三、看门狗超时未喂狗硬件复位； 四、任务正在执行中掉电后来电复位。四种情况中除第一种情况外均属非正常复位，需加以识别。 　　（1 ）硬件复位与软件复位的识别#p#分页标题#e# 　　此处硬件复位指开机复位与看门狗复位，硬件复位对寄存器有影响，如复位后PC=0000H， SP=07H，PSW=00H等。而软件复位则对SP、SPW无影响。故对于微机测控系统，当程序正常运行时，将SP设置地址大于07H，或者将PSW的第5位用户标志位在系统正常运行时设为1。那么系统复位时只需检测PSW.5标志位或SP值便可判此是否硬件复位。 　　由于硬件复位时片内RAM状态是随机的，而软件复位片内RAM则可保持复位前状态，因此可选取片内某一个或两个单元作为上电标志。设40H用来做上电标志，上电标志字为78H，若系统复位后40H单元内容不等于78H，则认为是硬件复位，否则认为是软件复位，转向出错处理。若用两个单元作上电标志，则这种判别方法的可靠性更高。 　　（2 ）开机复位与看门狗故障复位的识别 　　开机复位与看门狗故障复位因同属硬件复位， 所以要想予以正确识别，一般要借助非易失性RAM或者EEROM。当系统正常运行时，设置一可掉电保护的观测单元。当系统正常运行时，在定时喂狗的中断服务程序中使该观测单元保持正常值（设为 AAH），而在主程中将该单元清零，因观测单元掉电可保护，则开机时通过检测该单元是否为正常值可判断是否看门狗复位。 　　（3 ）正常开机复位与非正常开机复位的识别 　　识别测控系统中因意外情况如系统掉电等情况引起的开机复位与正常开机复位，对于过程控制系统尤为重要。如某以时间为控制标准的测控系统，完成一次测控任务需1小时。在已执行测控50分钟的情况下，系统电压异常引起复位，此时若系统复位后又从头开始进行测控则会造成不必要的时间消耗。因此可通过一监测单元对当前系统的运行状态、系统时间予以监控，将控制过程分解为若干步或若干时间段，每执行完一步或每运行一个时间段则对监测单元置为关机允许值，不同的任务或任务的不同阶段有不同的值，若系统正在进行测控任务或正在执某时间段，则将监测单元置为非正常关机值。那么系统复位后可据此单元判系统原来的运行状态，并跳到出错处理程序中恢复系统原运行状态。 　　2.2 非正常复位后系统自恢复运行的程序设计 　　对顺序要求严格的一些过程控制系统，系统非正常复位否，一般都要求从失控的那一个模块或任务恢复运行。所以测控系统要作好重要数据单元、参数的备份，如系统运行状态、系统的进程值、当前输入、输出的值，当前时钟值、观测单元值等，这些数据既要定时备份，同时若有修改也应立即予以备份。 　　当在已判别出系统非正常复位的情况下，先要恢复一些必要的系统数据，如显示模块的初始化、片外扩展芯片的初始化等。其次再对测控系统的系统状态、运行参数等予以恢复，包括显示界面等的恢复。之后再把复位前的任务、参数、运行时间等恢复， 再进入系统运行状态。 　　应当说明的是，真实地恢复系统的运行状态需 要极为细致地对系统的重要数据予以备份，并加以数据可靠性检查，以保证恢复的数据的可靠性。 　　其次，对多任务、多进程测控系统，数据的恢复需考虑恢复的次序问题。 　　系统基本初始化是指对芯片、显示、输入输出方式等进行初始化，要注意输入输出的初始化不应造成误动作。而复位前任务的初始化是指任务的执行状态、运行时间等。 　　对于软件抗干扰的一些其它常用方法如数字滤波、RAM数据保护与纠错等，限于篇幅，本文未作讨论。在工程实践中通常都是几种抗干扰方法并用，互相补充 完善，才能取得较好的抗干扰效果。从根本上来说，硬件抗干扰是主动的，而软件是抗干扰是被动的。细致周到地分析干扰源，硬件与软件抗干扰相结合，完善系统监控程序，设计一稳定可靠的单片机系统是完全可行的。

学习应用六大重要部分

　　单片机学习应用的六大重要部分

一、总线

　　我们知道，一个电路总是由元器件通过电线连接而成的，在模拟电路中，连线并不成为一个问题，因为各器件间一般是串行关系，各器件之间的连线并不很多，但计算机电路却不一样，它是以微处理器为核心，各器件都要与微处理器相连，各器件之间的工作必须相互协调，所以需要的连线就很多了，如果仍如同模拟电路一样，在各微处理器和各器件间单独连线，则线的数量将多得惊人，所以在微处理机中引入了总线的概念，各个器件共同享用连线，所有器件的8根数据线全部接到8根公用的线上，即相当于各个器件并联起来，但仅这样还不行，如果有两个器件同时送出数据，一个为0，一个为1，那么，接收方接收到的究竟是什么呢？这种情况是不允许的，所以要通过控制线进行控制，使器件分时工作，任何时候只能有一个器件发送数据（可以有多个器件同时接收）。器件的数据线也就被称为数据总线，器件所有的控制线被称为控制总线。在单片机内部或者外部存储器及其它器件中有存储单元，这些存储单元要被分配地址，才能使用，分配地址当然也是以电信号的形式给出的，由于存储单元比较多，所以，用于地址分配的线也较多，这些线被称为地址总线。

二、数据、地址、指令

　　之所以将这三者放在一起，是因为这三者的本质都是一样的——数字，或者说都是一串‘0’和‘1’组成的序列。换言之，地址、指令也都是数据。指令：由单片机芯片的设计者规定的一种数字，它与我们常用的指令助记符有着严格的一一对应关系，不可以由单片机的开发者更改。地址：是寻找单片机内部、外部的存储单元、输入输出口的依据，内部单元的地址值已由芯片设计者规定好，不可更改，外部的单元可以由单片机开发者自行决定，但有一些地址单元是一定要有的（详见程序的执行过程）。数据：这是由微处理机处理的对象，在各种不同的应用电路中各不相同，一般而言，被处理的数据可能有这么几种情况： 　　1.地址（如MOV DPTR，1000H），即地址1000H送入DPTR。 　　2.方式字或控制字（如MOV TMOD，#3），3即是控制字。 　　3.常数（如MOV TH0，#10H）10H即定时常数。 　　4.实际输出值（如P1口接彩灯，要灯全亮，则执行指令：MOV P1，#0FFH，要灯全暗，则执行指令：MOV P1，#00H）这里0FFH和00H都是实际输出值。又如用于LED的字形码，也是实际输出的值。 　　理解了地址、指令的本质，就不难理解程序运行过程中为什么会跑飞，会把数据当成指令来执行了。

三、P0口、P2口和P3的第二功能用法

　　初学时往往对P0口、P2口和P3口的第二功能用法迷惑不解，认为第二功能和原功能之间要有一个切换的过程，或者说要有一条指令，事实上，各端口的第二功能完全是自动的，不需要用指令来转换。如P3.6、P3.7分别是WR、RD信号，当微处理机外接RAM或有外部I/O口时，它们被用作第二功能，不能作为通用I/O口使用，只要一微处理机一执行到MOVX指令，就会有相应的信号从P3.6或P3.7送出，不需要事先用指令说明。事实上‘不能作为通用I/O口使用’也并不是‘不能’而是（使用者）‘不会’将其作为通用I/O口使用。你完全可以在指令中按排一条SETB P3.7的指令，并且当单片机执行到这条指令时，也会使P3.7变为高电平，但使用者不会这么去做，因为这通常会导致系统的崩溃。

四、程序的执行过程

　　单片机在通电复位后8051内的程序计数器（PC）中的值为‘0000’，所以程序总是从‘0000’单元开始执行，也就是说：在系统的ROM中一定要存在‘0000’这个单元，并且在‘0000’单元中存放的一定是一条指令。

五、堆栈

　　堆栈是一个区域，是用来存放数据的，这个区域本身没有任何特殊之处，就是内部RAM的一部份，特殊的是它存放和取用数据的方式，即所谓的‘先进后出，后进先出’，并且堆栈有特殊的数据传输指令，即‘PUSH’和‘POP’，有一个特殊的专为其服务的单元，即堆栈指针SP，每当执一次PUSH指令时，SP就（在原来值的基础上）自动减2，每当执行一次POP指令，SP就（在原来值的基础上）自动加2。由于SP中的值可以用指令加以改变，所以只要在程序开始阶段更改了SP的值，就可以把堆栈设置在规定的内存单元中，如在程序开始时，用一条MOV SP，#5FH指令，就是把堆栈设置在从内存单元60H开始的单元中。一般程序的开头总有这么一条设置堆栈指针的指令，因为开机时，SP的初始值为07H，这样就使堆栈从08H单元开始往后，而08H到1FH这个区域正是8031的第二、三、四工作寄存器区，经常要被使用，这会造成数据的混乱。不同作者编写程序时，初始化堆栈指令也不完全相同，这是作者的习惯问题。当设置好堆栈区后，并不意味着该区域成为一种专用内存，它还是可以象普通内存区域一样使用，只是一般情况下编程者不会把它当成普通内存用了。

六、单片机的开发过程

　　这里所说的开发过程并不是一般书中所说的从任务分析开始，我们假设已设计并制作好硬件，下面就是编写软件的工作。在编写软件之前，首先要确定一些常数、地址，事实上这些常数、地址在设计阶段已被直接或间接地确定下来了。如当某器件的连线设计好后，其地址也就被确定了，当器件的功能被确定下来后，其控制字也就被确定了。然后用文本编辑器（如EDIT、CCED等）编写软件，编写好后，用编译器对源程序文件编译，查错，直到没有语法错误，除了极简单的程序外，一般应用仿真机对软件进行调试，直到程序运行正确为止。运行正确后，就可以写片（将程序固化在EPROM中）。在源程序被编译后，生成了扩展名为HEX的目标文件，一般编程器能够识别这种格式的文件，只要将此文件调入即可写片。在此，为使大家对整个过程有个认识，举一例说明： 　　 ORG 0000H 　　LJMP START 　　ORG 040H 　　START： 　　MOV SP，#5FH ；设堆栈 　　LOOP： 　　NOP 　　LJMP LOOP ；循环 　　END ；结束

单片机学习

　　目前，很多人对汇编语言并不认可。可以说，掌握用C语言单片机编程很重要，可以大大提高开发的效率。不过初学者可以不了解单片机的汇编语言，但一定要了解单片机具体性能和特点，不然在单片机领域是比较致命的。如果不考虑单片机硬件资源，在KEIL中用C胡乱编程，结果只能是出了问题无法解决！可以肯定的说，最好的C语言单片机工程师都是从汇编走出来的编程者，因为单片机的C语言虽然是高级语言，但是它不同于台式机个人电脑上的VC++什么的。单片机的硬件资源不是非常强大，不同于我们用VC、VB等高级语言在台式PC上写程序，毕竟台式电脑的硬件非常强大，所以才可以不考虑硬件资源的问题。还有就是在单片机编程中C语言虽然编程方便，便于人们阅读，但是在执行效率上是要比汇编语言低10%到20%，所以用什么语言编写程序是要看具体用在什么场合下。总的来说做单片机编程要灵活使用汇编语言与C语言，让单片机的强大功能以最高效率展示给用户。 　　以8051单片机为例讲解单片机的引脚及相关功能； 　　《单片机引脚图》 　　 40个引脚按引脚功能大致可分为4个种类：电源、时钟、控制和I/O引脚。 　　⒈ 电源： 　　⑴ VCC - 芯片电源，接+5V； 　　⑵ VSS - 接地端； 　　注：用万用表测试单片机引脚电压一般为0v或者5v，这是标准的TTL电平。但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介于0v-5v之间，其实这是万用表的响应速度没这么快而已，在某一个瞬间单片机引脚电压仍保持在0v或者5v。 　　⒉ 时钟：XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 　　⒊ 控制线：控制线共有4根， 　　⑴ ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 　　① ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 　　② PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 　　⑵ PSEN：外ROM读选通信号。 　　⑶ RST/VPD：复位/备用电源。 　　① RST（Reset）功能：复位信号输入端。 　　② VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 　　⑷ EA/Vpp：内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 　　① EA功能：内外ROM选择端。 　　② Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。 　　⒋ I/O线 　　80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。 　　P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线） 　　5. P3口第二功能 　　P30 RXD 串行输入口 　　P31 TXD 串行输出口 　　P32 INT0 外部中断0（低电平有效） 　　P33 INT1 外部中断1（低电平有效） 　　P34 T0 定时计数器0 　　P35 T1 定时计数器1 　　P36 WR 外部数据存储器写选通（低电平有效） 　　P37 RD 外部数据存储器读选通（低电平有效）

单片机指令功能一览表

一、传送操作

　　助记符 代码 说明 　　MOV A,Rn E8~EF 寄存器A 　　MOV A,direct E5 direct 直接字节送A 　　MOV A,@Ri ER~E7 间接RAM送A 　　MOV A,#data 74 data 立即数送A 　　MOV Rn,A F8~FF A送寄存器 　　MOV Rn,direct A8~AF direct 直接字节送寄存器 　　MOV Rn,#data 78~7F data 立即数送寄存器 　　MOV direct,A F5 direct A送直接字节 　　MOV direct,Rn 88~8F direct 寄存器送直接字节 　　MOV direct1,direct2 85 direct1 direct2 直接字节送直接字节 　　MOV direct,@Ro 86~87 间接RAM送直接字节 　　MOV direct,#data 75 direct data 立即数送直接字节 　　MOV @Ri,A F6~F7 A送间接RAM 　　MOV @Ri,direct 76~77 direct 直接字节送间接RAM 　　MOV @Ri,#data 76~77 data 立即数送间接RAM 　　MOV DPTR,#data16 90 data 15~8 16位常数送数据指针 　　data7~0 　　MOVC A,@A+DPTR 93 由（（A)+(DPTR)）寻址的程序存贮 　　器字节选A 　　MOVC A,@A+PC 83 由（（A)+(PC））；寻址的程序存贮器字节送A 　　MOVX A,@Ri E2~E3 送外部数据（8位地址）送A 　　MOVX A,@DPTR E0 送外部数据（16位地址）送A 　　MOVX @Ri,A F2~F3 A送外部数据（8位地址） 　　MOVX @DPTR,A F0 A送外部数据（16位地址） 　　PUSH direct C0 direct 直接字节进栈，SP加1 　　POP direct D0 direct 直接字节退栈，SP减1 　　XCH A,Rn C8~CF 交换A和寄存器 　　XCH A,direct C5 direct 交换A和直接字节 　　XCH A,@Ri C6~C7 交换A和间接RAM 　　XCH A,@Ri D6~D7 交换A和间接RAM的低位 　　SWAP A C4

二、算术操作

　　（A的二个半字节交换） 　　ADD A,Rn 28~2F 寄存器加到A 　　ADD A,direct 25 direct 直接字节加到A 　　ADD A,@Ri 26~27 间接RAM加到A 　　ADD A,#data 24data 立即数加到A 　　ADD A,Rn 38~3F 寄存器和进位位加到A 　　ADD A,direct 35direct 直接字节和进位位加到A 　　ADD A,@Ri 36~37 间接字节和进位位加到A 　　ADD A,data 34 data 立即数和进位位加到A 　　ADD A,Rn 98~9F A减去寄存器和进位位 　　ADD A,direct 95 direct A减去直接字节和进位位 　　ADD A,@Ri 36~37 间接RAM和进位位加到A 　　ADD A,data 34 data 立即数和进位位加到A 　　SUBB A,Rn 98~9F A减去寄存器和进位位 　　SUBB A,direct 95 direct A减去直接字节和进位位 　　SUBB A,@Ri 96~97 A减去间接RAM和进位位 　　SUBB A,#data 94 data A减去立即数和进位位 　　INC A 04 A加1 　　INC Rn 08~0F 寄存器加1 　　INC direct 05 direct 直接字节加1 　　INC @Ri 06~07 间接RAM加1 　　DEC A 14 A减1 　　DEC Rn 18~1F 寄存器减1 　　DEC direct 15 direct 直接字节减1 　　DEC @Ri 16~17 间接RAM减1 　　INC DPTR A3 数据指针加1 　　MUL AB A4 A乘以B 　　DIV AB 84 A除以B 　　DA A D4 A的十进制加法调整

三、逻辑操作

　　ANL A,Rn 58~5F 寄存器“与”到A 　　ANL A,direct 55 direct 直接字节“与”到A 　　ANL A,@Ri 56~57 间接RAm“与”到A 　　ANL A,#data 54 data 立即数“与”到A 　　ANL direct A 52 direct A“与”到直接字节 　　ANL direct,#data 53 direct data 立即数“与”到直接字节 　　ORL A,Rn 48~4F 寄存器“或”到A 　　ORL A,direct 45 direct 直接字节“或”到A 　　ORL A,@Ri 46~47 间接RAM“或”到A 　　ORL A,#data 44 data 立即数“或”到A 　　ORL direct,A 42 direct A“或”到直接字节 　　ORL direct,#data 43 direct data 立即数“或”到直接字节 　　XRL A,Rn 68~6F 寄存器“异或”到A 　　XRL A,direct 65 direct 直接字节“异或”到A 　　XRL A,@Ri 66~67 间接RAM“异或”到A 　　XRL A,#data 64 data 立即数“异或”到A 　　XRL direct A 62 direct A“异或”到直接字节 　　XRL direct,#data 63 direct data 立即数“异或”到直接字节 　　CLR A E4 清零 　　CPL A F4 A取反 　　RL A 23 A左环移 　　RLC A 33 A通过进位左环移 　　RR A 03 A右环移 　　RRC A 13 A通过进位右环移

四、控制程序转移

　　ACALL addr 11 *1 addr(a7~a0) 绝对子程序调用 　　LCALL addr 16 12 addr(15~8) 长子程序调用 　　addr(7~0) 　　RET 22 子程序调用返回 　　RETI addr 11 32 中断调用返回 　　AJMP addr 11 △1 addr(a7~a6) 绝对转移 　　LJMP addr 16 02addr(15~8) 长转移 　　addr(7~0) 　　SJMP rel 80 rel 短转移，相对转移 　　JMP @A+DPTR 73 相对于DPTR间接转移 　　JZ rel 60 rel A为零转移 　　JNZ rel 70 rel A为零转移 　　CJNE A,direct,rel B5 direct rel 直接字节与A比较，不等则转移 　　CJNE A,#data,rel B4 data rel 立即数与A比较，不等则转移 　　CJNE A,Rn,#data,rel B8~BF data rel 立即数与寄存器比较，不等则转移 　　CJNE @Ri,#data,rel B6~B7 data rel 立即数与间接RAM比较，不等则转移 　　DJNZ Rn,rel D8~DF rel 寄存器减1，不为零则转移 　　DJNZ direct,rel B5 direct rel 直接字节减1，不为零则转移 　　NOP 00 空操作 　　*=a10a9a8l 　　△=a10a9a80

五、布尔变量操作

　　CLR C C3 清零进位 　　CLR bit C2 清零直接位 　　SETB C D3 置位进位 　　SETB bit D2 置位直接位 　　CPL C B3 进位取反 　　CPL bit B2 直接位取反 　　ANL C,bit 82 dit 直接数“与”到进位 　　ANL C,/bit B0 直接位的反“与”到进位 　　ORL C,bit 72 bit 直接位“或”到进位 　　ORL C,/bit A0 bit 直接位的反“或”到进位 　　MOV C,bit A2 bit 直接位送进位 　　MOV bit,C 92 bit 进位送直接位 　　JC rel 40 rel 进位位为1转移 　　JNC rel 50 rel 进位位为0转移 　　JB bit,rel 20 bit rel 直接位为1相对转移 　　JNB bit,rel 30 bit rel 直接位为0相对转移 　　JBC bit,rel 10 bit rel 直接位为1相对转移，然后清零该位

常用单片机芯片简介

　　STC单片机 　　STC公司的单片机主要是基于8051内核，是新一代增强型单片机，指令代码完全兼容传统8051，速度快8~12倍，带ADC,4路PWM，双串口，有全球唯一ID号，加密性好，抗干扰强. 　　PIC单片机： 　　是MICROCHIP公司的产品，其突出的特点是体积小，功耗低，精简指令集，抗干扰性好，可靠性高，有较强的模拟接口，代码保密性好，大部分芯片有其兼容的FLASH程序存储器的芯片. 　　EMC单片机： 　　是台湾义隆公司的产品，有很大一部分与PIC 8位单片机兼容，且相兼容产品的资源相对比PIC的多，价格便宜，有很多系列可选，但抗干扰较差. 　　ATMEL单片机（51单片机）： 　　ATMEl公司的8位单片机有AT89、AT90两个系列，AT89系列是8位Flash单片机，与8051系列单片机相兼容，静态时钟模式；AT90系列单片机是增强RISC结构、全静态工作方式、内载在线可编程Flash的单片机，也叫AVR单片机. 　　PHLIPIS 51LPC系列单片机（51单片机）： 　　PHILIPS公司的单片机是基于80C51内核的单片机，嵌入了掉电检测、模拟以及片内RC振荡器等功能，这使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求. 　　HOLTEK单片机： 　　台湾盛扬半导体的单片机，价格便宜，种类较多，但抗干扰较差，适用于消费类产品. 　　TI公司单片机（51单片机）： 　　德州仪器提供了TMS370和MSP430两大系列通用单片机.TMS370系列单片机是8位CMOS单片机，具有多种存储模式、多种外围接口模式，适用于复杂的实时控制场合；MSP430系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机，特别适用于要求功耗低的场合 　　松翰单片机（SONIX）： 　　是台湾松翰公司的单片，大多为8位机，有一部分与PIC 8位单片机兼容，价格便宜，系统时钟分频可选项较多，有PMW ADC 内振 内部杂讯滤波。缺点RAM空间过小，抗干扰较好。

单片机攻击技术

　　目前，攻击单片机主要有四种技术，分别是： 　　（1）软件攻击 　　该技术通常使用处理器通信接口并利用协议、加密算法或这些算法中的安全漏洞来进行攻击。软件攻击取得成功的一个典型事例是对早期ATMEL AT89C 系列单片机的攻击。攻击者利用了该系列单片机擦除操作时序设计上的漏洞，使用自编程序在擦除加密锁定位后，停止下一步擦除片内程序存储器数据的操作，从而使加过密的单片机变成没加密的单片机，然后利用编程器读出片内程序。 　　（2） 电子探测攻击 　　该技术通常以高时间分辨率来监控处理器在正常操作时所有电源和接口连接的模拟特性，并通过监控它的电磁辐射特性来实施攻击。因为单片机是一个活动的电子器件，当它执行不同的指令时，对应的电源功率消耗也相应变化。这样通过