1、1第第1 1章章 单片机概述单片机概述2第第1章章 目录目录1.1 什么是单片机什么是单片机1.2 单片机的发展历史单片机的发展历史1.3 单片机的特点单片机的特点1.4 单片机的应用单片机的应用1.5 单片机的发展趋势单片机的发展趋势1.6 MCS-51系列与系列与AT89C5x系列单片机系列单片机 1.6.1 MCS-51系列单片机 1.6.2 AT89C5x（AT89S5x）系列单片机1.7 其它的其它的51单片机单片机 1.7.1 ADC812单片机3 1.7.2 C8051Fxxx单片机 1.7.3 台湾华邦公司W78系列和W77系列单片机 1.8 AVR系列单片机与系列单片机与PI
2、C系列单片机系列单片机 1.8.1 AVR系列单片机 1.8.2 PIC系列单片机 1.9 各类嵌入式处理器简介各类嵌入式处理器简介 1.9.1 嵌入式微控制器（单片机） 1.9.2 嵌入式DSP处理器(DSP) 1.9.3 嵌入式微处理器 1.9.4 嵌入式片上系统SOC(System On Chip)4介绍单片机介绍单片机基基础知识、发展历史、应用领域及发展趋势础知识、发展历史、应用领域及发展趋势。8 8位单片机的主流机型，较大市场份额的位单片机的主流机型，较大市场份额的MCS-51MCS-51系列单片机系列单片机及其兼容的单片机（统称为及其兼容的单片机（统称为5151系列单片机）系列单片
3、机）对目前对目前流行的流行的5151单片机单片机的的代表性机型：代表性机型：美国美国ATMELATMEL公司的公司的AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列单片机及代表性产品系列单片机及代表性产品AT89S51AT89S51详详细细介绍介绍。简要介绍简要介绍其它类型其它类型的单片机。的单片机。初步了解初步了解嵌入式处理器嵌入式处理器：单片机，数字信号处理器（单片机，数字信号处理器（DSPDSP）、）、嵌入式微处理器嵌入式微处理器内容概要内容概要52020世纪世纪7070年代问世年代问世，广泛地应用在工业自动化、自动检测与控广泛地应用在工业自动化、自动检测与控制、智能仪器
4、仪表、机电一体化设备、汽车电子、家用电器制、智能仪器仪表、机电一体化设备、汽车电子、家用电器等各个方面。什么是单片机？等各个方面。什么是单片机？1.1 1.1 什么是单片机什么是单片机一片半导体硅片集成一片半导体硅片集成：中央处理单元（中央处理单元（CPUCPU）、存储器（）、存储器（RAMRAM、ROMROM）、并行）、并行I/OI/O、串行、串行I/OI/O、定时器、定时器/ /计数器、中断系统、系计数器、中断系统、系统时钟电路及系统总线统时钟电路及系统总线的微型计算机。的微型计算机。具有具有微型计算机微型计算机的属性的属性，因而被称为单片微型计算机，简称，因而被称为单片微型计算机，简称单
5、单片机片机。6主要应用于主要应用于测控领域测控领域。单片机使用时，通常是。单片机使用时，通常是处于测控系统处于测控系统的核心地位的核心地位并嵌入其中，所以国际上通常把单片机称为并嵌入其中，所以国际上通常把单片机称为嵌嵌入式控制器入式控制器（EMCUEMCU，Embedded Embedded MicroControllerMicroController Unit Unit），），或或微控制器微控制器（MCUMCU，MicroControllerMicroController Unit Unit）。我国习惯我国习惯于使用于使用“单片机单片机”这一名称。这一名称。单片机是计算机技术发展史上的一个重
6、要里程碑，标志着计单片机是计算机技术发展史上的一个重要里程碑，标志着计算机正式形成了算机正式形成了通用计算机系统通用计算机系统和和嵌入式计算机系统嵌入式计算机系统两大两大分支。分支。单片机单片机体积小体积小、成本低成本低，嵌入到工业控制单元、机器人、智，嵌入到工业控制单元、机器人、智能仪器仪表、汽车电子系统、武器系统、家用电器、办公能仪器仪表、汽车电子系统、武器系统、家用电器、办公自动化设备、金融电子系统、玩具、个人信息终端及通讯自动化设备、金融电子系统、玩具、个人信息终端及通讯产品中。产品中。7按照其用途可分为按照其用途可分为通用型通用型和和专用型专用型两大类。两大类。（1 1）通用型通用型
7、单片机单片机就是其内部可开发的资源（如存储器、就是其内部可开发的资源（如存储器、I/OI/O等各种外围功能部件等）可以全部提供给用户。等各种外围功能部件等）可以全部提供给用户。 用户根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核心，再配用户根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核心，再配以外围接口电路及其它外围设备，并编写相应的软件来满以外围接口电路及其它外围设备，并编写相应的软件来满足各种不同需要的测控系统。通常所说的和足各种不同需要的测控系统。通常所说的和本书本书介绍的是介绍的是指指通用型单片机通用型单片机。（2 2）专用型专用型单片机是专门针对某些产品的单片机是专门针对某些产品的特定用途特定用途而
8、制作而制作的单片机。的单片机。例如，例如，各种家用电器中的控制器等。由于用于特定用途，单各种家用电器中的控制器等。由于用于特定用途，单片机芯片制造商常与产品厂家合作，设计和生产片机芯片制造商常与产品厂家合作，设计和生产“专用专用”的单片机芯片。的单片机芯片。由于在设计中，已经对由于在设计中，已经对“专用专用”单片机的系统单片机的系统结构最简化结构最简化、可靠性可靠性和和成本的最佳化成本的最佳化等方面都做了全面的综合考虑，所等方面都做了全面的综合考虑，所以以“专用专用”单片机具有十分明显的综合优势。单片机具有十分明显的综合优势。无论无论“专用专用”单片机在用途上有多么单片机在用途上有多么“专专”
9、，其基本结构和，其基本结构和工作原理都是工作原理都是以通用单片机为基础以通用单片机为基础的。的。81.2 1.2 单片机的发展历史单片机的发展历史单片机单片机按按其处理的其处理的二进制位数二进制位数主要分为：主要分为：4 4位位单片机、单片机、8 8位位单单片机、片机、1616位位单片机和单片机和3232位位单片机。单片机。发展大致分为发展大致分为4 4个阶段个阶段。第一阶段第一阶段（19741974年年19761976年）：单片机年）：单片机初级阶段初级阶段。因工艺限。因工艺限制，单片机采用双片的形式而且功能比较简单。制，单片机采用双片的形式而且功能比较简单。19741974年年1212月，
10、仙童公司推出了月，仙童公司推出了8 8位的位的F8F8单片机，实际上只包括了单片机，实际上只包括了8 8位位CPUCPU、64B RAM64B RAM和和2 2个并行口。个并行口。第二阶段第二阶段（19761976年年19781978年）：年）：低性能单片机阶段低性能单片机阶段。19761976年年 Intel Intel的的MCS-48MCS-48单片机（单片机（8 8位）极大地促进了单片机的变革位）极大地促进了单片机的变革9和发展，和发展，19771977年年GIGI公司公司推出了推出了PIC1650PIC1650，但这个阶段仍处于，但这个阶段仍处于低性能阶段。低性能阶段。第三阶段第三阶段
11、（19781978年年19831983年）：年）：高性能单片机阶段高性能单片机阶段。19781978年，年，ZilogZilog公司公司推出推出Z8Z8单片机单片机，19801980年，年，IntelIntel公司公司在在MCS-48MCS-48系系列列基础上基础上推出推出MCS-51MCS-51系列系列，MortorolaMortorola推出推出68016801单片机单片机。使单片机的性能及应用跃上新的台阶。使单片机的性能及应用跃上新的台阶。此后，此后，各公司的各公司的8 8位单片机迅速发展。推出的单片机普遍带位单片机迅速发展。推出的单片机普遍带有串行有串行I/OI/O口、多级中断系统、口
12、、多级中断系统、1616位定时器位定时器/ /计数器，片内计数器，片内ROMROM、RAMRAM容量加大，且寻址范围可达容量加大，且寻址范围可达64KB64KB，有的片内还带，有的片内还带有有A/DA/D转换器。由于这类单片机的性能价格比高，所以被转换器。由于这类单片机的性能价格比高，所以被广泛应用，是目前应用数量最多的单片机。广泛应用，是目前应用数量最多的单片机。10第四阶段第四阶段（19831983年现在）：年现在）：8 8位单片机巩固发展及位单片机巩固发展及1616位单位单片机、片机、3232位单片机位单片机推出阶段推出阶段。1616位典型产品位典型产品IntelIntel公司公司的的M
13、CS-96MCS-96系列系列单片机。而单片机。而3232位单片位单片机除了具有更高的集成度外，其数据处理速度比机除了具有更高的集成度外，其数据处理速度比1616位单片位单片机提高许多，性能比机提高许多，性能比8 8位、位、1616位单片机更加优越。位单片机更加优越。2020世纪世纪9090年代年代单片机制造业大发展时期，单片机制造业大发展时期，MortorolaMortorola、IntelIntel、ATMELATMEL、德州仪器（、德州仪器（TITI）、三菱、日立、飞利浦、）、三菱、日立、飞利浦、LGLG等公等公司开发一大批性能优越的单片机，极大推动单片机的应用。司开发一大批性能优越的单
14、片机，极大推动单片机的应用。近年，又有不少近年，又有不少新型的高集成度的单片机产品新型的高集成度的单片机产品涌现出来，涌现出来，出现了产品丰富多彩的局面。目前，除出现了产品丰富多彩的局面。目前，除8 8位单片机得到广位单片机得到广泛应用外，泛应用外，1616位单片机、位单片机、3232位单片机也得到广大用户青睐。位单片机也得到广大用户青睐。111.3 1.3 单片机的特点单片机的特点单片机是单片机是集成电路技术集成电路技术与与微型计算机技术微型计算机技术高速发展的产物。高速发展的产物。体积小、价格低、应用方便、稳定可靠，因此，体积小、价格低、应用方便、稳定可靠，因此，给工业自给工业自动化等领域
15、带来了一场重大革命和技术进步动化等领域带来了一场重大革命和技术进步。由于由于体积小，很容易地嵌入到系统体积小，很容易地嵌入到系统之中，以实现各种方式的之中，以实现各种方式的检测、计算或控制，这一点，一般微机根本做不到。检测、计算或控制，这一点，一般微机根本做不到。由于单片机本身就是一个微型计算机，因此只要在单片机的由于单片机本身就是一个微型计算机，因此只要在单片机的外部适当增加一些必要的外围扩展电路，就可以灵活地构外部适当增加一些必要的外围扩展电路，就可以灵活地构成各种应用系统，成各种应用系统，如工业自动检测监视系统、数据采集系如工业自动检测监视系统、数据采集系统、自动控制系统、智能仪器仪表等
16、。统、自动控制系统、智能仪器仪表等。12为什么为什么应用广泛应用广泛？具有？具有以下优点以下优点：（1 1）功能齐全，应用可靠，抗干扰能力强。）功能齐全，应用可靠，抗干扰能力强。（2 2）简单方便，易于普及。单片机技术是易掌握技术。应）简单方便，易于普及。单片机技术是易掌握技术。应用系统设计、组装、调试已经是一件容易的事情，工程技用系统设计、组装、调试已经是一件容易的事情，工程技术人员通过学习可很快掌握其应用设计技术。术人员通过学习可很快掌握其应用设计技术。（3 3）发展迅速，前景广阔。短短几十年，单片机经过）发展迅速，前景广阔。短短几十年，单片机经过4 4位机、位机、8 8位机、位机、161
17、6位机、位机、3232位机位机等几大发展阶段。尤其是等几大发展阶段。尤其是集成度集成度高、功能日臻完善的单片机高、功能日臻完善的单片机不断问世，使单片机在工业控不断问世，使单片机在工业控制及工业自动化领域获得长足发展和大量应用。制及工业自动化领域获得长足发展和大量应用。目前目前，单，单片机内部结构愈加完美，片内外围功能部件越来越完善，片机内部结构愈加完美，片内外围功能部件越来越完善，向向更高层次更高层次和和更大规模更大规模的发展奠定坚实的基础。的发展奠定坚实的基础。13（4 4）嵌入容易，用途广泛嵌入容易，用途广泛，体积小、性能价格比高，应用体积小、性能价格比高，应用灵活性强灵活性强等特点在嵌
18、入式微控制系统中具有十分重要的地等特点在嵌入式微控制系统中具有十分重要的地位。位。单片机出现前，单片机出现前，制作一套测控系统，大量的模拟电路、数字制作一套测控系统，大量的模拟电路、数字电路、分立元件完成，以实现计算、判断和控制功能。系电路、分立元件完成，以实现计算、判断和控制功能。系统的体积庞大，线路复杂，连接点多，易出现故障。统的体积庞大，线路复杂，连接点多，易出现故障。单片机出现后单片机出现后，测控功能的绝大部分由单片机的软件程序实，测控功能的绝大部分由单片机的软件程序实现，其它电子线路则由现，其它电子线路则由片内的片内的外围功能部件外围功能部件来替代。来替代。1.4 1.4 单片机的应
19、用单片机的应用软硬件结合、体积小，容易嵌入到各种应用系统中。得到广软硬件结合、体积小，容易嵌入到各种应用系统中。得到广泛应用。泛应用。141 1工业检测与控制工业检测与控制主要应用：主要应用：工业过程控制、智能控制、设备控制、数据采集工业过程控制、智能控制、设备控制、数据采集和传输、测试、测量、监控等。在工业自动化的领域中，和传输、测试、测量、监控等。在工业自动化的领域中，机电一体化技术机电一体化技术将发挥愈来愈重要的作用，在这种集机械、将发挥愈来愈重要的作用，在这种集机械、微电子和计算机技术为一体的综合技术（如微电子和计算机技术为一体的综合技术（如机器人技术机器人技术）中，单片机发挥着非常重
20、要的作用。中，单片机发挥着非常重要的作用。2 2仪器仪表仪器仪表目前对仪器仪表的目前对仪器仪表的自动化自动化和和智能化智能化要求越来越高。单片机的要求越来越高。单片机的使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减小体积而易于携带和使用，小体积而易于携带和使用，加速仪器仪表向数字化、智能加速仪器仪表向数字化、智能化、多功能化方向化、多功能化方向发展。发展。153 3消费类电子产品消费类电子产品例如，洗衣机、电冰箱、空调机、电风扇、电视机、微波炉、例如，洗衣机、电冰箱、空调机、电风扇、电视机、微波炉、加湿机、消毒柜等。嵌入了单片机后，功能和性
21、能大大提加湿机、消毒柜等。嵌入了单片机后，功能和性能大大提高，并实现智能化、最优化控制。高，并实现智能化、最优化控制。4 4通讯通讯在调制解调器、各类手机、传真机、程控电话交换机、信息在调制解调器、各类手机、传真机、程控电话交换机、信息网络及各种通讯设备中，单片机也已经得到广泛应用。网络及各种通讯设备中，单片机也已经得到广泛应用。5 5武器装备武器装备在在现代化的武器装备现代化的武器装备中，如飞机、军舰、坦克、导弹、鱼雷中，如飞机、军舰、坦克、导弹、鱼雷制导、智能武器装备、航天飞机导航系统，都有单片机嵌制导、智能武器装备、航天飞机导航系统，都有单片机嵌入其中。入其中。166 6各种终端及计算机
22、外部设备各种终端及计算机外部设备计算机网络终端（如银行终端）以及计算机外部设备（如打计算机网络终端（如银行终端）以及计算机外部设备（如打印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等）中都使印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等）中都使用了单片机作为控制器。用了单片机作为控制器。7 7汽车电子设备汽车电子设备已经广泛地应用在已经广泛地应用在各种汽车电子设备各种汽车电子设备中，中，如如汽车安全系统、汽车安全系统、汽车信息系统、智能自动驾驶系统、卫星汽车导航系统、汽车信息系统、智能自动驾驶系统、卫星汽车导航系统、汽车紧急请求服务系统、汽车防撞监控系统、汽车自动诊汽车紧急请求服务系统、汽车防撞监控系
23、统、汽车自动诊断系统以及汽车黑匣子等。断系统以及汽车黑匣子等。8 8分布式多机系统分布式多机系统在较复杂多节点的测控系统中，常采用在较复杂多节点的测控系统中，常采用分布式多机系统分布式多机系统。1718一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。在这种系统中，它们通过串行通信相互联系、协调工作。在这种系统中，单片机往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，单片机往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。对现场信息进行实时的测量和控制。 从从工业自动化、自动控制
24、、智能仪器仪表、消费类电子产品工业自动化、自动控制、智能仪器仪表、消费类电子产品等方面，等方面，直到国防尖端技术领域直到国防尖端技术领域，单片机都发挥着，单片机都发挥着十分重十分重要的作用要的作用。1.5 1.5 单片机的发展趋势单片机的发展趋势单片机的发展趋势将是单片机的发展趋势将是向大容量、高性能化，外围电路内装向大容量、高性能化，外围电路内装化等方面发展化等方面发展。为满足不同用户的要求，各公司竞相推出。为满足不同用户的要求，各公司竞相推出能满足不同需要的产品。能满足不同需要的产品。1 1CPUCPU的改进的改进（1 1）增加）增加CPUCPU数据总线宽度数据总线宽度。例如，各种。例如，
25、各种1616位单片机和位单片机和3232位位单片机，数据处理能力要优于单片机，数据处理能力要优于8 8位单片机。另外，位单片机。另外，8 8位单片位单片机内部采用机内部采用1616位数据总线位数据总线，其数据处理能力明显优于一般，其数据处理能力明显优于一般8 8位单片机。位单片机。（2 2）采用）采用双双CPUCPU结构，以提高数据处理能力。结构，以提高数据处理能力。192 2存储器的发展存储器的发展（1 1）片内程序存储器普遍采用）片内程序存储器普遍采用闪烁（闪烁（FlashFlash）存储器）存储器。可不。可不用外扩展程序存储器，简化系统结构。用外扩展程序存储器，简化系统结构。（2 2）加
26、大存储容量加大存储容量。目前有的单片机片内程序存储器容量。目前有的单片机片内程序存储器容量可达可达128KB128KB甚至更多。甚至更多。3 3片内片内I/OI/O的改进的改进（1 1）增加并行口）增加并行口驱动能力驱动能力，以减少外部驱动芯片。有的单，以减少外部驱动芯片。有的单片机可以直接输出大电流和高电压，以便能直接驱动片机可以直接输出大电流和高电压，以便能直接驱动LEDLED和和VFDVFD（荧光显示器）。（荧光显示器）。（2 2）有些单片机设置了一些）有些单片机设置了一些特殊的串行特殊的串行I/OI/O功能功能，为，为构成分构成分布式、网络化系统布式、网络化系统提供方便条件。提供方便条
27、件。204 4低功耗化低功耗化CMOSCMOS化，功耗小，配置有化，功耗小，配置有等待状态、睡眠状态、关闭状态等待状态、睡眠状态、关闭状态等等工作方式。消耗电流仅在工作方式。消耗电流仅在A A或或nAnA量级，适于电池供电的便量级，适于电池供电的便携式、手持式的仪器仪表以及其它消费类电子产品。携式、手持式的仪器仪表以及其它消费类电子产品。5 5外围电路内装化外围电路内装化众多外围电路全部装入片内，即众多外围电路全部装入片内，即系统的单片化系统的单片化是目前发展趋是目前发展趋势之一。势之一。例如，例如，美国美国CygnalCygnal公司的公司的C8051F020 C8051F020 8 8位单
28、片机，位单片机，内部采用流水线结构，大部分内部采用流水线结构，大部分指令的完成时间指令的完成时间为为1 1或或2 2个时个时钟周期，钟周期，峰值处理能力峰值处理能力为为25MIPS25MIPS。片上集成有。片上集成有8 8通道通道A/DA/D、两路两路D/AD/A、两路电压比较器，内置温度传感器、定时器、两路电压比较器，内置温度传感器、定时器、可编程数字交叉开关和可编程数字交叉开关和6464个通用个通用I/OI/O口、电源监测、口、电源监测、21看门狗、多种类型的串行接口（两个看门狗、多种类型的串行接口（两个UARTUART、SPISPI）等。一片）等。一片芯片就是一个芯片就是一个“测控测控”
29、系统。系统。综上所述，单片机正在综上所述，单片机正在向多功能、高性能、高速度（时钟达向多功能、高性能、高速度（时钟达40MHz40MHz）、低电压（）、低电压（2.7V2.7V即可工作）、低功耗、低价格即可工作）、低功耗、低价格（几元钱）、外围电路内装化以及片内程序存储器和数据（几元钱）、外围电路内装化以及片内程序存储器和数据存储器容量不断增大存储器容量不断增大的方向发展。的方向发展。221.6 MCS-511.6 MCS-51系列与系列与AT89C5xAT89C5x系列单片机系列单片机2020世纪世纪8080年代以来，发展迅速，世界一些年代以来，发展迅速，世界一些著名厂商投放市场著名厂商投放
30、市场的产品就有几十个系列的产品就有几十个系列，数百个品种数百个品种，IntelIntel公司的公司的MCS-MCS-4848、MCS-51MCS-51，MotorolaMotorola公司的公司的68016801、68026802，ZilogZilog公司的公司的Z8Z8系列，系列，RockwellRockwell公司的公司的65016501、65026502等。此外，荷兰的等。此外，荷兰的PhilipsPhilips公司、日本的公司、日本的NECNEC公司、日立公司等也相继推出了公司、日立公司等也相继推出了各自的产品。各自的产品。尽管机型很多，但是在尽管机型很多，但是在2020世纪世纪808
31、0年代以及年代以及9090年代，年代，在我国使在我国使用最多用最多的的8 8位单片机还是位单片机还是IntelIntel公司公司的的MCS-51MCS-51系列系列单片机以单片机以及与其兼容的单片机（称为及与其兼容的单片机（称为5151系列单片机系列单片机）。）。231.6.1 MCS-511.6.1 MCS-51系列单片机系列单片机MCSMCS是是IntelIntel公司单片机的系列符号，如公司单片机的系列符号，如MCS-48MCS-48、MCS-51MCS-51、MCS-96MCS-96系列单片机。系列单片机。MCS-51MCS-51系列是在系列是在MCS-48MCS-48系列基础上于系列
32、基础上于2020世纪世纪8080年代初发展起年代初发展起来的，是来的，是最早进入我国最早进入我国，并在我国得到广泛应用的单片机，并在我国得到广泛应用的单片机主流品种。主流品种。MCS-51MCS-51系列单片机主要包括系列单片机主要包括基本型基本型：8031/8051/87518031/8051/8751（低功耗型（低功耗型80C31/80C51/87C5180C31/80C51/87C51）增强型增强型：8032/8052/87528032/8052/8752。已为我国广大技术人员所熟悉。已为我国广大技术人员所熟悉和掌握。在上世纪和掌握。在上世纪8080年代和年代和9090年代，年代，MCS
33、-51MCS-51系列是在我国系列是在我国应用最为广泛的单片机机型之一应用最为广泛的单片机机型之一。MCS-51MCS-51系列品种丰富，经常使用的是系列品种丰富，经常使用的是基本型基本型和和增强型增强型。24（1 1）基本型）基本型典型产品：典型产品：8031/8051/87518031/8051/8751。80318031内部包括内部包括1 1个个8 8位位CPUCPU、128B RAM128B RAM，2121个特殊功能寄存器个特殊功能寄存器（SFRSFR）、）、4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O口、口、1 1个全双工串行口，个全双工串行口，2 2个个1616位位定时器定时器/ /
34、计数器，计数器，5 5个中断源，但个中断源，但片内无片内无程序存储器程序存储器，需外，需外扩程序存储器芯片。扩程序存储器芯片。80518051是在是在80318031的基础上，片内又的基础上，片内又集成有集成有4KB ROM4KB ROM作为程序存作为程序存储器。所以储器。所以80518051是一个程序不超过是一个程序不超过4KB4KB的小系统。的小系统。ROMROM内的内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的。程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的。87518751与与80518051相比，片内集成的相比，片内集成的4KB EPROM4KB EPROM取代了取代了80518051的的4KB 4
35、KB ROMROM来作为程序存储器。来作为程序存储器。25（2 2）增强型）增强型 IntelIntel公司在基本型基础上，推出公司在基本型基础上，推出增强型增强型- -5252子系列子系列，典典型产品型产品：8032/8052/87528032/8052/8752。内部内部RAMRAM增到增到256B256B，80528052、片内片内程序存储器程序存储器扩展到扩展到8KB8KB，1616位定时器位定时器/ /计数器计数器增至增至3 3个，个，6 6个中个中断源，串行口通信速率提高断源，串行口通信速率提高5 5倍。倍。 表表1-11-1列出了基本型和增强型的列出了基本型和增强型的MCS-51
36、MCS-51系列单片机片内系列单片机片内的基本硬件资源。的基本硬件资源。1.6.2 AT89C5x1.6.2 AT89C5x（AT89S5xAT89S5x）系列单片机）系列单片机 2020世纪世纪8080年代中期以后，年代中期以后，IntelIntel精力集中在高档精力集中在高档CPUCPU芯片芯片的开发、研制上，淡出单片机芯片的开发和生产。的开发、研制上，淡出单片机芯片的开发和生产。262728MCS-51MCS-51系列系列设计上的成功设计上的成功，以及，以及较高的市场占有率较高的市场占有率，已成为许多，已成为许多厂家、电气公司竞相选用的对象。厂家、电气公司竞相选用的对象。IntelInt
37、el公司公司以专利以专利形式把形式把80518051内核技术内核技术转让转让给给ATMELATMEL、PhilipsPhilips、CygnalCygnal、ANALOGANALOG、LGLG、ADIADI、MaximMaxim、DALLASDALLAS等公司。等公司。生产的兼容机与生产的兼容机与80518051兼容，采用兼容，采用CMOSCMOS工艺，因而常用工艺，因而常用80C5180C51系列系列单片机来称呼所有这些具有单片机来称呼所有这些具有80518051指令系统的单片机，这些兼指令系统的单片机，这些兼容机容机的的各种衍生品种统称为各种衍生品种统称为5151系列单片机系列单片机或简称
38、为或简称为5151单片机单片机，是是在在80518051的基础上又的基础上又增加一些功能模块增加一些功能模块（称其为（称其为增强型增强型、扩扩展型展型子系列单片机）。子系列单片机）。29 近年来，世界上单片机芯片生产厂商推出的近年来，世界上单片机芯片生产厂商推出的与与80518051（80C5180C51）兼容的主要产品兼容的主要产品如如表表1-21-2所示。所示。在众多的在众多的衍生机型衍生机型中，中，ATMELATMEL公司的公司的AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列，系列，尤其是尤其是AT89C51/AT89S51AT89C51/AT89S51和和AT89C5
39、2/AT89S52AT89C52/AT89S52在在8 8位单片机位单片机市场中市场中占有较大的市场份额占有较大的市场份额。ATMELATMEL公司公司19941994年以年以E E2 2PROMPROM技术与技术与IntelIntel公司的公司的80C5180C51内核的内核的使用权进行交换。使用权进行交换。ATMELATMEL公司的公司的技术优势是闪烁（技术优势是闪烁（FlashFlash）存储器技术）存储器技术，将，将FlashFlash技术与技术与80C5180C51内核相结合，形成了片内带有内核相结合，形成了片内带有FlashFlash存存储器的储器的AT89C5x/AT89S5xA
40、T89C5x/AT89S5x系列单片机。系列单片机。30AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列与系列与MCS-51MCS-51系列系列在原有功能、引脚以及在原有功能、引脚以及指令系统方面完全兼容指令系统方面完全兼容。此外，某些品种此外，某些品种又增加了一些新的功能又增加了一些新的功能，如，如看门狗定时器看门狗定时器WDTWDT、ISPISP（在系统编程也称在线编程）及（在系统编程也称在线编程）及SPISPI串行接口串行接口技技术等。片内术等。片内FlashFlash存储器允许在线（存储器允许在线（+5V+5V）电擦除、电写入）电擦除、电写入或使用编程器对其重复编程。或
41、使用编程器对其重复编程。另外，另外，AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x单片机单片机还支持由软件选择的还支持由软件选择的两种两种节节电工作方式电工作方式，非常适于，非常适于低功耗的场合低功耗的场合。与与MCS-51MCS-51系列的系列的87C5187C51单片机相比单片机相比，AT89C51/AT89S51AT89C51/AT89S51单片机单片机片内的片内的4KB Flash4KB Flash存储器存储器取代了取代了87C5187C51片内的片内的4KB EPROM4KB EPROM。AT89S51AT89S51片内的片内的FlashFlash存储器可在线编程或使用
42、编程器存储器可在线编程或使用编程器3132重复编程，且价格较低重复编程，且价格较低。因此因此AT89C51/AT89S51AT89C51/AT89S51单片机单片机作为作为代表性产品代表性产品受到受到用户用户欢迎，欢迎，AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x单片机单片机是目前取代是目前取代MCS-51MCS-51系列单片机的系列单片机的主流芯片之一主流芯片之一。本书重点介绍本书重点介绍AT89S51AT89S51单片机单片机的原理及应的原理及应用系统设计。用系统设计。AT89S5xAT89S5x的的“S S”档档系列机型是系列机型是ATMELATMEL公司继公司继AT89
43、C5xAT89C5x系列之后系列之后推出的新机型，推出的新机型，代表性产品为代表性产品为AT89S51AT89S51和和AT89S52AT89S52。基本型。基本型的的AT89C51AT89C51与与AT89S51AT89S51以及增强型的以及增强型的AT89C52AT89C52与与AT89S52AT89S52的硬的硬件结构和指令系统完全相同。件结构和指令系统完全相同。使用使用AT89C51AT89C51的系统，在保留原来软硬件的条件下，完全可的系统，在保留原来软硬件的条件下，完全可以用以用AT89S51AT89S51直接代换。直接代换。与与AT89C5xAT89C5x系列相比，系列相比，AT
44、89S5xAT89S5x系列的系列的时钟频率以及运算速度时钟频率以及运算速度有了较大的提高有了较大的提高，例如，例如，AT89S51AT89S51工作频率的上限为工作频率的上限为24MHz24MHz，而而AT89S51AT89S51则为则为33MHz33MHz。AT89S51AT89S51片内集成有双数据指针片内集成有双数据指针DPTRDPTR，看门狗定时器、具有低功耗空闲工作方式和掉电工，看门狗定时器、具有低功耗空闲工作方式和掉电工作方式。目前，作方式。目前，AT89S5xAT89S5x系列已逐渐取代系列已逐渐取代AT89C5xAT89C5x系列。系列。表表1-31-3为为ATMELATME
45、L公司公司AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列单片机主要产品系列单片机主要产品片片内硬件资源内硬件资源。由于种类多，要依据实际需求来选择合适的。由于种类多，要依据实际需求来选择合适的型号。型号。3334表表1-3 1-3 AT89C1051AT89C1051与与AT89C2051AT89C2051为为低档机型，低档机型，均为均为2020只只引脚。引脚。当低档机满足设计需求时，就不要采用较高档次的机型。当低档机满足设计需求时，就不要采用较高档次的机型。例如，例如，当系统设计时，当系统设计时，仅仅需要一个定时器和几位数字量输仅仅需要一个定时器和几位数字量输出出，那么选择
46、，那么选择AT89C1051AT89C1051或或AT89C2051AT89C2051即可，不需选择即可，不需选择AT89S51AT89S51或或AT89S52AT89S52，因为后者要比前者的价格高，且前者，因为后者要比前者的价格高，且前者体积也小。体积也小。如对如对程序存储器和数据存储器的程序存储器和数据存储器的容量要求较高容量要求较高，还要单片机，还要单片机运行速度尽量要快运行速度尽量要快，可考虑选择，可考虑选择AT89S51 /AT89S52AT89S51 /AT89S52，因为，因为它们的最高工作时钟频率为它们的最高工作时钟频率为33MHz33MHz。当。当程序需要多于程序需要多于8
47、KB8KB以以上的空间上的空间可考虑选用片内可考虑选用片内FlashFlash容量容量20KB20KB的的AT89C55AT89C55。35表表1-31-3中，中，“LVLV”代表代表低电压低电压，它与，它与AT89S51AT89S51的主要差别是其工的主要差别是其工作时钟频率为作时钟频率为12MHz12MHz，工作电压为工作电压为2.72.76V6V，编程电压，编程电压V VPPPP为为12V12V。AT89LV51AT89LV51的低电压电源工作条件可使其在便携式、袖的低电压电源工作条件可使其在便携式、袖珍式、无交流电源供电的环境中应用，特别适于电池供电的珍式、无交流电源供电的环境中应用，
48、特别适于电池供电的仪器仪表和各种野外操作的设备中。仪器仪表和各种野外操作的设备中。尽管尽管AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列单片机系列单片机有多种机型有多种机型，但掌握好，但掌握好基本基本型型AT89S51AT89S51单片机单片机十分重要，因为它们是具有十分重要，因为它们是具有80518051内核的各内核的各种型号单片机的基础，最具典型性和代表性，同时也是各种种型号单片机的基础，最具典型性和代表性，同时也是各种增强型、扩展型等衍生品种的基础。增强型、扩展型等衍生品种的基础。本书本书以以AT89S51AT89S51作为作为5151单片机单片机的的代表性机型代表性机
49、型来介绍单片机的原来介绍单片机的原理及应用。理及应用。36在我国，除在我国，除8 8位单片机得到广泛应用外，位单片机得到广泛应用外，1616位单片机也得到位单片机也得到了广大用户的青睐了广大用户的青睐，例如，美国，例如，美国TITI公司公司的的1616位单片机位单片机MSP430MSP430和台湾的和台湾的凌阳凌阳1616位单片机位单片机。本身带有。本身带有A/DA/D转换器，转换器，一片芯片就构成了一个数据采集系统。设计使用非常方便。一片芯片就构成了一个数据采集系统。设计使用非常方便。尽管这样，尽管这样，1616位位单片机还远远没有单片机还远远没有8 8位位单片机应用的那样单片机应用的那样广
50、泛和普及，广泛和普及，因为目前的主要应用中，因为目前的主要应用中，8 8位单片机的性能位单片机的性能已能够满足大部分的实际需求，况且已能够满足大部分的实际需求，况且8 8位单片机的性能价位单片机的性能价格比也较好。格比也较好。在众多厂家生产的各种不同的在众多厂家生产的各种不同的8 8位单片机中，位单片机中，与与MCS-51MCS-51系列系列单片机兼容的各种单片机兼容的各种5151单片机单片机，目前仍然是，目前仍然是8 8位单片机的位单片机的主主流品种流品种，若干年内仍是自动化、机电一体化、仪器仪表、，若干年内仍是自动化、机电一体化、仪器仪表、工业检测控制应用的工业检测控制应用的主角主角。37
