学习单元二 单片机是什么样子

通过学习单元一，我们了解到单片机是一个控制功能很强的小芯片，它广泛应用于各种智能电器和智能设备，它就像人的“大脑”一样控制着智能电器和智能设备各功能模块协调工作。可能有人会问：“单片机究竟是什么样子”，其“相貌”如何？

图1-4为两种很常见的51系列单片机，型号分别是AT89S51和STC89C51RC。可以看出，芯片外壳为黑色，一般由塑料或陶瓷制成，尺寸为52mm×15mm，其坚硬的外壳保护着里面的电子电路。芯片有40个引脚，每个引脚都是金属制成的，故能传导电信号。40个引脚均匀分布在长方形芯片的两侧，这种外观称为DIP封装（dual in-line package，即双列直插式封装）。其中（a）是DIP封装芯片外形，（b）是DIP封装芯片在电路中的符号。对于DIP封装的AT89S51和STC89C51RC，它们的形状、外形尺寸大小和引脚功能相同，只是生产厂家不同，因而它们在电路中的符号可以相同。在它们外壳的上端有个半圆形的小槽，这个标志用来说明引脚序号：在芯片的左侧，离半圆形小槽最近的引脚为单片机的第1引脚，按逆时针方向从左到右依次为第2引脚、第3引脚，…，第40引脚。即在芯片的右侧离半圆形小槽最近的引脚应是单片机的第40引脚。图1-4（a）中40个引脚的序号与（b）中编号为1～40的引脚是一一对应的，这样，（b）中的电路符号充分表示了实际器件的各个引脚。

图1-4 51系列单片机DIP封装

（a）DIP封装外形（b）DIP封装电路符号

在工程应用当中，对于同一个型号的器件，在不同场合会对它的外形、尺寸等有不同的要求。因此，同一型号的单片机被制造成了多种形状，它的引脚分布位置也随着形状的变化而不同。图1-5和图1-6是STC89C51RC单片机的另外两种外形及其对应的电路符号，图1-5采用PLCC封装（plastic leaded chip carrier，即带引线的塑料芯片载体，属表面贴装型封装），图1-6采用LQFP（low profile quad flat package，即薄型QFP）。对于具有不同封装形式的同一型号的单片机，它们的内部电路、引脚功能都是相同的或基本相同，只是引脚的封装形式和分布位置不同。

图1-5 STC89C51RC芯片PLCC封装

图1-6 STC89C51RC芯片LQFP封装

（a）LQFP封装外形（b）LQFP封装电路符

需要注意的是，图1-4（b）中标识符为P0.0～P0.7、P1.0～P1.7、P2.0～P2.7和P3.0～P3.7的引脚称为单片机I/O脚（Input/Output，输入/输出引脚），这32个引脚既可以作输出脚，又可以作输入脚。作输出脚时，单片机可以控制指示灯、数码管、电机等外部器件；作输入脚时，可以“感受”按键、开关、传感器等外部器件。此外，我们常将P0.0～P0.7称为P0口、P1.0～P1.7为P1口、P2.0～P2.7为P2口、P3.0～P3.7为P3口。也就是说，P0～P3这4个端口既可以作输出口，又可以作输入口。

看到了实际的单片机器件，了解到单片机的32个输入/输出引脚的功能，不难理解单片机的控制功能是如何体现的。例如，在图1-1所示的空调系统中，可以用单片机的3个引脚分别控制制热指示灯、制冷指示灯和除湿指示灯，用8个引脚控制2个数码管，用3个引脚分别控制制冷模块、制热模块和除湿模块，用2个引脚分别控制室内风机和室外风机，用2个引脚分别“感受”温度传感器的输入信号和遥控器接收模块的输入信号。至于单片机与外部器件连接时为什么使用的引脚数量不一样，这一点，与外部器件和连接方式有关。空调中单片机的输入/输出引脚与外部器件和功能模块的连接关系如图1-7所示。

图1-7 单片机控制空调电路示意图

还要注意的是，不同的外部器件与单片机连接时，连接方法不同。如单片机的每个输入/输出引脚可以直接与指示灯和数码管连接，但风机与单片机连接时必须借助驱动电路。为什么呢？因为风机主要由电机和风扇构成，而电机相对单片机而言是大功率器件，因电机的工作电压较高（几十伏～几百伏）、电流较大（几安～几十安），而单片机是一个低功率器件，其每个输入/输出引脚的输出电压低（2.2～5V）、电流小（几毫安～几安），所以直接用单片机来推动风机这类大功率器件是不行的，只能通过驱动电路，把单片机的低电压、低电流输出转换成高电压、大电流输出。同样的道理，单片机驱动制冷模块、制热模块和除湿模块时也要通过相应的驱动电路。由于单片机的驱动能力较小，当单片机需要驱动很多小功率器件如指示灯和数码管时，也要采用合适的驱动电路。关于单片机的驱动能力和引脚功能在后续的学习内容中有详细介绍。