摘要
随着大规模集成电路技术和计算机技术的飞速发展，把计算机的运算器和控制器（即CPU）、存储器和多种接口集成在一块芯片上而成的芯片为单片机。单片机问世20年来，发展速度之迅猛，应用范围之广泛是以往任何技术都无法比拟的。单片机作为嵌入式微控制器其应用很普及。
本文介绍了单片机的概念、分类、发展过程，并使用MCS-51单片机和CD4094单片机设计多用方波发生器的硬件电路和控制电路，并对单片机进行了软件编程，使用户可以方便的制造和生产多用方波信号发生器。
本文第一章简单介绍了单片机的发展过程和应用领域；第二章以MCS-51单片机为例，具体介绍单片机的结构以及工作原理；第三章使用MCS-51单片机和CD4094单片机设计多用方波发生器的硬件电路和控制电路，并进行软件编程。 关键词：微处理器，单片机，MCS-51单片机，多用信号发生器电路，多用信号发生器程序，
ABSTRACT
Along with the large scale integrated circuit technology and the
computer technology rapid development, the computer logic unit and the controller (namely CPU), the memory and the many kinds of interfaces integration the chip which becomes together on the chip is a
monolithic integrated circuit. The monolithic integrated circuit is published for 20 years, development speed swift and violent, the
application scope was broad is formerly any technology all is unable to compare. The monolithic integrated circuit achievement inserts declines controller its application to be very popular. This article introduced the monolithic integrated circuit concept, the
classification, the developing process, and use the MCS-51 monolithic integrated circuit and the CD4094 monolithic integrated circuit design multipurpose square wave-form oscillator hardware electric circuit and the control circuit, and has carried on the software programming to the monolithic integrated circuit, causes manufacture and production multipurpose square-wave signal generating device which the user may facilitate. The this article first chapter simply introduced the
monolithic integrated circuit developing process and the application domain; Second chapter take the MCS-51 monolithic integrated circuit as the example, specifically introduces the monolithic integrated
circuit the structure as well as the principle of work; Third chapter uses the MCS-51 monolithic integrated circuit and the CD4094
monolithic integrated circuit design multipurpose square wave-form
oscillator hardware electric circuit and the control circuit, and carries on the software programming. Key word: Microprocessor,
monolithic integrated circuit, MCS-51 monolithic integrated circuit, multipurpose signal generating device electric circuit, multipurpose signal generating device program,
Key words: Microprocessor，
第一章 概述
1.1 单片机介绍
1.1.1
单片机的概念
随着大规模集成电路技术和计算机技术的飞速发展，把计算机的运算器和控制器（即CPU），存储器和多种接口集成在一块芯片上，称为微处理器（Microprocessor）。也叫微控制器，习惯上叫单片机。 微型计算机问世20年来，发展速度之迅猛，应用范围之广泛是以往任何技术都无法比拟的。单片机作为嵌入式微控制器其应用很普及。
1.1.2 单片机的分类
单片机按存储器的类型分为五种类型：
MASKROM类：程序在芯片封装过程中用掩膜工艺制作到RAM区中，如80C51，适合于大批量生产。
EPROM类：紫外线可擦写存储器类，如87C51（价格较贵）。
ROMless类：无ROM存储器，如80C31，电路扩展复杂，现在较少用。 OTPROM类：可一次性写入程序。
FlashROM（MTPROM）类：可多次编程写入存储器，如89C51，89S51等，其成本低，开发调试方便，可重复烧写程序。
1.1.3 单片机的组成
一个最基本的微型计算机通常由以下几部分组成： （1）中央处理器（CPU），包括运算器、控制器和寄存器组；
（2）存储器，包括ROM（只读存储器）和RAM（静态可读写存储器）； （3）输入输出（I/O）接口，与外部输入输出设备连接。
随着计算机微型化的需要，把上述微型计算机的基本功能部件全部集成在一块半导体芯上，使得一块集成电路芯片就是一个是单片机，单片机除了具备一般微型计算机的功能外，为了增强实时控制能力，绝大部分单片机的芯片上还集成有定时器/计数器，某些单片机带有A/D转换器等功能部件，使单片机能满足多功能控制要求。
单片机结构上的设计重点是面向控制的需要，因此，它在硬件结构、指令系统和I/O能力等方面均有其独特之处，其显著的特点之一就是具有非常有效的控制功能。所以，单片机不但与一般的微机结构一样是有效的数据处理机，而且还是一个功能很强的过程控制机。只要加上较少的所需要的输入/输出设备或驱动电路，就可以构成一个实用的系统，满足各种应用领域的需要。把硬件功能软件化。
1.1.4 单片机的特点
单片机具有集成度高、体积小、功耗低、系列齐全、功能扩展容易、使用灵活方便、抗干扰能力强、性能可靠、价格低廉等特点。
1.1.5 单片机的发展概况
单片机自从1975年诞生以来，经历了近30年的发展。目前单片机的产品已达60多种系列，300多种型号。就字长而言，单片机主要有4位、8位、16位和32位多种。
1.2 单片机的应用领域
由于单片机具有体积小、使用灵活、成本低、易于产品化等的特点，特别是有强大的、面向控制的能力，使它在工业控制、智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到了广泛的应用。
单片机的主要应用领域有以下几方面。 1.2.1
智能化产品
单片机与传统的机械产品相结合，使传统的机械产品结构简单化，控制智能
化，构成新一代的机、电一代化产品。目前，广泛用于工业自动控制，如数控机床、可编程顺序控制、电机控制、工业机器人，离散与连续过程自动控制等；家用电器，如微波炉、电视机、录像机、音响设备、游戏机等；办公设备，如传真机、复印机等；电讯技术，如调制解调器、声像处理、数字滤波、智能线路运行控制；在电传、打印机设计中由于采用了单片机，取代了近千个机械部件；用单片机控制空调机，使制冷量无级调节的优点得到了充分的发挥，并增加了多种报警与控制功能；用单片机实现了通信系统中的临时监控、自适应控制、频率合成、信道搜索等，构成了自动拨号无线电话网、自动呼叫应答设备及程控调度电话分机等等。 1.2.2
智能化仪表
单片机引入原有的测量、控制仪表后，能促进仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化发展，并使监测、处理、控制等功能一体化，使仪表重量大大减轻，便于携带和使用。同时成本低，提高了性能价格比，长期以来测量仪器中的误差修正、线性化处理等难题也可迎刃而解。单片机智能仪表的这些特点不仅使传统的仪器、仪表发生根本的变革，也给传统的仪器、仪表行业技术改革带来曙光。 1.2.3
智能化测控系统
测控系统特点是工作环境恶劣，各种干扰繁杂，而且往往要求控制实时，要求检测与控制系统工作稳定、可靠、抗干扰能力强。单片机最适合应用于工业控制领域，可以构成各种工业检测控制系统。例如，温室人工气候控制、电镀生产线自动控制系统等。在导航控制方面，如在导弹控制、鱼雷制导、智能武器装置、航天导航系统等领域中也发挥着不可替代的作用。 1.2.4
智能化接口
通用计算机外部设备上已实现了单片机的键盘管理、打印机、绘图仪、磁盘驱动器、UPS等，并实现了图形终端和智能终端。
在计算机应用系统中，除通用外部设备（键盘、显示器、打印机）外，还有许多外部设备和接口全部由主机管理，势必造成主机负担过重、运行速度降低，并且不能提高对各种接口的管理水平，现在一般采用单片机专门对接口设备进行控制和管理，使主机和单片机能并行工作，不仅大大提高系统的运算速度，而且单片机还可以对接口住处进行预处理，如数字滤波、线性化处理、误差修正等，减少主机和接口界面的通信密度，极大地提高了接口控制管理的水平。例如，在通信接口中采用单片机可以对数据进行编码解码、分配管理、接收/发送控制等工作。
要开发单片机的应用，不但要掌握单片机硬件和软件方面的知识，而且还要深入了解各应用系统的专业知识，只有将这两方面的知识融会贯通和有机结合，才能设计出优良的应用系统。
1.3 单片机的发展历程
单片机自从20世纪70年代问世以来，以其鲜明的特点得到迅猛的发展，单片机的发展经历了以下几个阶段： 1. 单片机的初级阶段
1976年Intel公司推出了8位的MCS-48系列的单片机，以其体积小、重量轻、控制功能齐全和低价格的特点，得到了广泛的应用，为单片机的发展奠定了坚实的基础。
2. 单片机的发展阶段
80年代初,Intel公司推出了8位的MCS-51系列的单片机，随着单片机的应用的急剧增加，其它的单片机也随之大量涌现如：motorola的68系列，Zilog的Z8系列等。
3. 高性能单片机发展阶段
随着控制领域对单片机性能要求的增加，出现了16位的单片机，而且芯片内部也增加了其他的性能。如Intel的MCS-96系列单片机，在单片机内部集成了A/D转换器、PWM输出。
在未来，应各种电子产品对单片机的要求，单片机将会向多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、大容量存储器的方向发展。
1.4 单片机的产品介绍
1 MCS-51系列
MCS-51系列是Intel公司1980年推出的高档8位单片机。该系列包括基本型；8051/8751/8031；强化型8052/8032；改进型8044/8344/8744，超级型：83C252/87C252/80C252等。
基本采用HMOS工艺，片内集成有8位CPU；片内驻留4K字节ROM（8031片内无ROM）和128字节RAM以及21个特殊功能寄存器；片内还包括两个16位定时器/计数器、1个全双工串行I/O口（UART）、32条I/O线、5个中断源和两级中断，寻址能力达128K字节（其中程序存储器ROM和数据存储器RAM各64K字节）。指令系统中设置了乘、除运算指令、数据查找指令和位处理指令等。主时钟频率为12MHZ时，大部分指令周期只需lus，乘除指令也仅需4us。
强化型8052是1982年推出的产品，与基本型8051不同的是片内ROM增加