學習單元二 單片機是什么樣子

通過學習單元一，我們了解到單片機是一個控制功能很強的小芯片，它廣泛應用于各種智能電器和智能設備，它就像人的“大腦”一樣控制著智能電器和智能設備各功能模塊協調工作。可能有人會問：“單片機究竟是什么樣子”，其“相貌”如何？

圖1-4為兩種很常見的51系列單片機，型號分別是AT89S51和STC89C51RC。可以看出，芯片外殼為黑色，一般由塑料或陶瓷制成，尺寸為52mm×15mm，其堅硬的外殼保護著里面的電子電路。芯片有40個引腳，每個引腳都是金屬制成的，故能傳導電信號。40個引腳均勻分布在長方形芯片的兩側，這種外觀稱為DIP封裝（dual in-line package，即雙列直插式封裝）。其中（a）是DIP封裝芯片外形，（b）是DIP封裝芯片在電路中的符號。對于DIP封裝的AT89S51和STC89C51RC，它們的形狀、外形尺寸大小和引腳功能相同，只是生產廠家不同，因而它們在電路中的符號可以相同。在它們外殼的上端有個半圓形的小槽，這個標志用來說明引腳序號：在芯片的左側，離半圓形小槽最近的引腳為單片機的第1引腳，按逆時針方向從左到右依次為第2引腳、第3引腳，…，第40引腳。即在芯片的右側離半圓形小槽最近的引腳應是單片機的第40引腳。圖1-4（a）中40個引腳的序號與（b）中編號為1～40的引腳是一一對應的，這樣，（b）中的電路符號充分表示了實際器件的各個引腳。

圖1-4 51系列單片機DIP封裝

（a）DIP封裝外形（b）DIP封裝電路符號

在工程應用當中，對于同一個型號的器件，在不同場合會對它的外形、尺寸等有不同的要求。因此，同一型號的單片機被制造成了多種形狀，它的引腳分布位置也隨著形狀的變化而不同。圖1-5和圖1-6是STC89C51RC單片機的另外兩種外形及其對應的電路符號，圖1-5采用PLCC封裝（plastic leaded chip carrier，即帶引線的塑料芯片載體，屬表面貼裝型封裝），圖1-6采用LQFP（low profile quad flat package，即薄型QFP）。對于具有不同封裝形式的同一型號的單片機，它們的內部電路、引腳功能都是相同的或基本相同，只是引腳的封裝形式和分布位置不同。

圖1-5 STC89C51RC芯片PLCC封裝

圖1-6 STC89C51RC芯片LQFP封裝

（a）LQFP封裝外形（b）LQFP封裝電路符

需要注意的是，圖1-4（b）中標識符為P0.0～P0.7、P1.0～P1.7、P2.0～P2.7和P3.0～P3.7的引腳稱為單片機I/O腳（Input/Output，輸入/輸出引腳），這32個引腳既可以作輸出腳，又可以作輸入腳。作輸出腳時，單片機可以控制指示燈、數碼管、電機等外部器件；作輸入腳時，可以“感受”按鍵、開關、傳感器等外部器件。此外，我們常將P0.0～P0.7稱為P0口、P1.0～P1.7為P1口、P2.0～P2.7為P2口、P3.0～P3.7為P3口。也就是說，P0～P3這4個端口既可以作輸出口，又可以作輸入口。

看到了實際的單片機器件，了解到單片機的32個輸入/輸出引腳的功能，不難理解單片機的控制功能是如何體現的。例如，在圖1-1所示的空調系統中，可以用單片機的3個引腳分別控制制熱指示燈、制冷指示燈和除濕指示燈，用8個引腳控制2個數碼管，用3個引腳分別控制制冷模塊、制熱模塊和除濕模塊，用2個引腳分別控制室內風機和室外風機，用2個引腳分別“感受”溫度傳感器的輸入信號和遙控器接收模塊的輸入信號。至于單片機與外部器件連接時為什么使用的引腳數量不一樣，這一點，與外部器件和連接方式有關。空調中單片機的輸入/輸出引腳與外部器件和功能模塊的連接關系如圖1-7所示。

圖1-7 單片機控制空調電路示意圖

還要注意的是，不同的外部器件與單片機連接時，連接方法不同。如單片機的每個輸入/輸出引腳可以直接與指示燈和數碼管連接，但風機與單片機連接時必須借助驅動電路。為什么呢？因為風機主要由電機和風扇構成，而電機相對單片機而言是大功率器件，因電機的工作電壓較高（幾十伏～幾百伏）、電流較大（幾安～幾十安），而單片機是一個低功率器件，其每個輸入/輸出引腳的輸出電壓低（2.2～5V）、電流小（幾毫安～幾安），所以直接用單片機來推動風機這類大功率器件是不行的，只能通過驅動電路，把單片機的低電壓、低電流輸出轉換成高電壓、大電流輸出。同樣的道理，單片機驅動制冷模塊、制熱模塊和除濕模塊時也要通過相應的驅動電路。由于單片機的驅動能力較小，當單片機需要驅動很多小功率器件如指示燈和數碼管時，也要采用合適的驅動電路。關于單片機的驅動能力和引腳功能在后續的學習內容中有詳細介紹。