1、单片机发展概况单片机发展概况 考核方式平时成绩：点名+作业考试成绩：卷面成绩实验成绩：重点在实验考试 目录第一章 基础知识第二章 单片机基本原理第三章 单片机汇编语言程序设计第四章 单片机C语言程序设计第五章 单片机C语言与汇编语言混合编程第六章 MCS-51单片机的内部资源及编程第七章 MCS-51单片机常用接口第八章 MCS-51单片机与D/A、A/D转换器的接口第九章 MCS-51单片机的其他接口第十章 单片机应用系统设计第十一章 单片机应用系统设计实例 单片机发展概述51.1 1.1 什么是单片机什么是单片机一片半导体硅片集成：中央处理单元（一片半导体硅片集成：中央处理单元（CPUCP
2、U）、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、系统时钟电路及系统总线的微型计算机。计数器、中断系统、系统时钟电路及系统总线的微型计算机。具有微型计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。具有微型计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。6主要应用于测控领域。单片机使用时，通常是处于测控系统的核心地位并嵌入其中，所以国际上主要应用于测控领域。单片机使用时，通常是处于测控系统的核心地位并嵌入其中，所以国际上通常把单片机称为嵌入式控制器（通常把单片机称为嵌入式控制器（EMCUEMCU，E
3、mbedded MicroController UnitEmbedded MicroController Unit），或微控制器），或微控制器（MCUMCU，MicroController UnitMicroController Unit）。我国习惯于使用）。我国习惯于使用“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要里程碑，标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌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通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。入式计算机系统两大分支。单片机体积小、成本低，嵌入到工业控制单元、机器人、智能仪器仪表、汽车电子系
4、统、武器系单片机体积小、成本低，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。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产品中。7按照其用途可分为通用型和专用型两大类。按照其用途可分为通用型和专用型两大类。（1 1）通用型单片机就是其内部可开发的资源（如存储器、）通用型单片机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）可以全部等各种外围功能部件等）可以全部提供给用户。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，再配以外围接口电路及其它外围设
5、备，并用户根据需要，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足各种不同需要的测控系统。通常所说的和本书介绍的是指通用型单片编写相应的软件来满足各种不同需要的测控系统。通常所说的和本书介绍的是指通用型单片机。机。（2 2）专用型单片机是专门针对某些产品的特定用途而制作的单片机。）专用型单片机是专门针对某些产品的特定用途而制作的单片机。例如，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，例如，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，设计和生产设计和生产“专用专用”的单片机芯片。的单片
6、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”单片机的系统结构最简化、可靠性和成本的最佳化等方面都做了单片机的系统结构最简化、可靠性和成本的最佳化等方面都做了全面的综合考虑，所以全面的综合考虑，所以“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”，其基本结构和工作原理都是以通用单片机为基础的。，其基本结构和工作原理都是以通用单片机为基础的。81.2 1.2 单片机的发展历史单片机的发展历史单片机按其处理的二进制位数主要分为：单片机按其处理的二进制位数主要分为：4 4位单片机、位单片机、8
7、8位单片机、位单片机、1616位单片机和位单片机和3232位单片机。位单片机。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）：单片机初级阶段。因工艺限制，单片机采用双片的形式而且功能年）：单片机初级阶段。因工艺限制，单片机采用双片的形式而且功能比较简单。比较简单。19741974年年1212月，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）：低
8、性能单片机阶段。年）：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公司推出了公司推出了PIC1650PIC1650，但这个阶段仍处于低性能阶段。，但这个阶段仍处于低性能阶段。第三阶段（第三阶段（19781978年年19831983年）：高性能单片机阶段。年）：高性能单片机阶段。19781978年，年，ZilogZilog公司推出公司推出Z8Z8单片机，单片机，19801980年，年，IntelIntel公司在公司在MCS-48
9、MCS-48系列基础上推出系列基础上推出MCS-51MCS-51系列，系列，MortorolaMortorola推出推出68016801单片机。使单片机的性单片机。使单片机的性能及应用跃上新的台阶。能及应用跃上新的台阶。此后，各公司的此后，各公司的8 8位单片机迅速发展。推出的单片机普遍带有串行位单片机迅速发展。推出的单片机普遍带有串行I/OI/O口、多级中断系统、口、多级中断系统、1616位定位定时器时器/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，有的片内还带有A/DA/D转换器。转换器。由于这类单片机
10、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。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。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位单片机、位单片机、3232位单片机推出阶段。位单片机推出阶段。1616位典型产品位典型产品IntelIntel公司的公司的MCS-96MCS-96系列单片机。而系列单片机。而3232位单片机除了具有更高的集成度外，其数据位单片机除了具有更高的集成度外，其数据处理速度比处理速度比1616位单片机提高许多，性能比位单片机提高许多，性能比8 8位、位、161
11、6位单片机更加优越。位单片机更加优越。2020世纪世纪9090年代单片机制造业大发展时期，年代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、）、三菱、日立、飞利浦、日立、飞利浦、LGLG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。近年，又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。近年，又有不少新型的高集成度的单片机产品涌现出来，出现了产品丰富多彩的局面。目前，除有不少新型的高集成度的单片机产品涌现出来，出现了产品丰富多彩的局面。目前，除8 8位位单片机得到广泛应用外，单
12、片机得到广泛应用外，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集成电路技术与微型计算机技术高速发展的产物。体积小、价格低、应用方便、稳定可单片机是集成电路技术与微型计算机技术高速发展的产物。体积小、价格低、应用方便、稳定可靠，因此，给工业自动化等领域带来了一场重大革命和技术进步。靠，因此，给工业自动化等领域带来了一场重大革命和技术进步。由于体积小，很容易地嵌入到系统之中，以实现各种方式的检测、计算或控制，这一点，一般微由于体积小，很容易地嵌入到系统之中，以实现各种方式的检测、计算或控制，这一点
13、，一般微机根本做不到。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外部适当增加一些必要的外围扩展电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，就可以灵活地构成各种应用系统，如工业自动检测监视系统、数据采集系统、自动控制路，就可以灵活地构成各种应用系统，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。系统、智能仪器仪表等。12为什么应用广泛？具有以下优点：为什么应用广泛？具有以下优点：（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
14、技术。应用系统设计、组装、调试已经是一件）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，工程技术人员通过学习可很快掌握其应用设计技术。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。（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、1616位机、位机、3232位机等几大发位机等几大发展阶段。尤其是集成度高、功能日臻完善的单片机不断问世，使单片机在工业控制及工业自展阶段。尤其是集成度高、功能日臻完善的单片机不断问世，使单片机在工业控制及工业自动化领域获得长足发展
15、和大量应用。目前，单片机内部结构愈加完美，片内外围功能部件越动化领域获得长足发展和大量应用。目前，单片机内部结构愈加完美，片内外围功能部件越来越完善，向更高层次和更大规模的发展奠定坚实的基础。来越完善，向更高层次和更大规模的发展奠定坚实的基础。13（4 4）嵌入容易，用途广泛，体积小、性能价格比高，应用灵活性强等特点在嵌入式微控制系统）嵌入容易，用途广泛，体积小、性能价格比高，应用灵活性强等特点在嵌入式微控制系统中具有十分重要的地位。中具有十分重要的地位。单片机出现前，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、单片机出现前，制作一套测控系统，大量的模拟电路、数字电路
16、、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。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。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现，其它电子线路则由片内的外围功单片机出现后，测控功能的绝大部分由单片机的软件程序实现，其它电子线路则由片内的外围功能部件来替代。能部件来替代。1.4 1.4 单片机的应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。得到广泛应用。软硬件结合、体积小，容易嵌入到各种应用系统中。得到广泛应用。141 1工业检测与控制工业检测与控制主要应用：工业过程控制、智能控制、设备控制、数据采
17、集和传输、测试、测量、监控等。在工主要应用：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，机电一体化技术将发挥愈来愈重要的作用，在这种集机械、微电子和计业自动化的领域中，机电一体化技术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（如机器人技术）中，单片机发挥着非常重要的作用。算机技术为一体的综合技术（如机器人技术）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自动化和智能化要求越来越高。单片机的使用有助于提高仪器仪表的精度和准目前对仪器仪表的自动化和智能化要求越来越高。单片机的使用有助于提高仪器仪
18、表的精度和准确度，简化结构，减小体积而易于携带和使用，加速仪器仪表向数字化、智能化、多功能化确度，简化结构，减小体积而易于携带和使用，加速仪器仪表向数字化、智能化、多功能化方向发展。方向发展。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、加湿机、消毒柜等。嵌入了单片机例如，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，功能和性能大大提高，并实现智能化、最优化控制。后，功能和性能大大提高，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、信息网络及各种通讯设备中，单片机也已在调
19、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。经得到广泛应用。5 5武器装备武器装备在现代化的武器装备中，如飞机、军舰、坦克、导弹、鱼雷制导、智能武器装备、航天飞机导航在现代化的武器装备中，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，都有单片机嵌入其中。系统，都有单片机嵌入其中。166 6各种终端及计算机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（如打印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、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
20、用了单片机作为控制器。复印机等）中都使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各种汽车电子设备中，如汽车安全系统、汽车信息系统、智能自动驾驶系统、已经广泛地应用在各种汽车电子设备中，如汽车安全系统、汽车信息系统、智能自动驾驶系统、卫星汽车导航系统、汽车紧急请求服务系统、汽车防撞监控系统、汽车自动诊断系统以及汽卫星汽车导航系统、汽车紧急请求服务系统、汽车防撞监控系统、汽车自动诊断系统以及汽车黑匣子等。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，常采用分布式多机系统。在较复杂多节点的测控系统中，常采用分布式多机系统。17一般由若干台功能各异
21、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，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，对现场信息进行实时的测量和控制。进行实时的测量和控制。从工业自动化、自动控制、智能仪器仪表、消费类电子产品等方面，直到国防尖端技术领域，单从工业自动化、自动控制、智能仪器仪表、消费类电子产品等方面，直到国防尖端技术领域，单片机都发挥着十分重要的作用。片机都发挥着十分重要的作用。1.5 1.5 单片机的
22、发展趋势单片机的发展趋势单片机的发展趋势将是向大容量、高性能化，外围电路内装化等方面发展。为满足不同用户的要单片机的发展趋势将是向大容量、高性能化，外围电路内装化等方面发展。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。求，各公司竞相推出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。例如，各种数据总线宽度。例如，各种1616位单片机和位单片机和3232位单片机，数据处理能力要优于位单片机，数据处理能力要优于8 8位单位单片机。另外，片机。另外，8 8位单片机内部采用位单片机内部采用1616位数据总线，其数据处理能力明显优于一般位数
23、据总线，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）采用双）采用双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闪烁（）片内程序存储器普遍采用闪烁（FlashFlash）存储器。可不用外扩展程序存储器，简化系统结构。）存储器。可不用外扩展程序存储器，简化系统结构。（2 2）加大存储容量。目前有的单片机片内程序存储器容量可达）加大存储容量。目前有的单片机片内程序存储器容量可达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）增加并行口驱动能力，以减少外部驱动
24、芯片。有的单片机可以直接输出大电流和高电压，）增加并行口驱动能力，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特殊的串行）有些单片机设置了一些特殊的串行I/OI/O功能，为构成分布式、网络化系统提供方便条件。功能，为构成分布式、网络化系统提供方便条件。204 4低功耗化低功耗化CMOSCMOS化，功耗小，配置有等待状态、睡眠状态、关闭状态等工作方式。消耗电流仅在化，功耗小，配置有等待状态、睡眠状态、关闭状态等工作方式。消耗电流仅在A A或或nAnA量量级，适于电池
25、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。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。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，即系统的单片化是目前发展趋势之一。例如，美国众多外围电路全部装入片内，即系统的单片化是目前发展趋势之一。例如，美国CygnalCygnal公司的公司的C8051F020 8C8051F020 8位单片机，内部采用流水线结构，大部分指令的完成时间为位单片机，内部采用流水线结构，大部分指令的完成时间为1 1或或2 2个时钟周期，个时钟周期，峰值处理能力为峰值处理能力为25MIPS25MIPS。片上集成有。片上集成有8 8
26、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、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器、定时器、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。一片芯片就是一个）等。一片芯片就是一个“测控测控”系统。系统。综上所述，单片机正在向多功能、高性能、高速度（时钟达综上所述，单片机正在向多功能、高性能、高速度（时钟达40MHz40MHz）、低电压（）、低电压（2.7V2.7V即可工作）、即可工作）、低功耗、低价格（几
27、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存储器容量不断增大的方向发展。大的方向发展。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，世界一些著名厂商投放市场的产品就有几十个系列，数百个品种，年代以来，发展迅速，世界一些著名厂商投放市场的产品就有几十个系列，数百个品种，IntelIntel公司的公司的MCS-48MCS-48、MCS-51MCS-51，MotorolaMotorola公司的公司的68016801、
28、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公司、日立公司等也相继推出了各自的产品。了各自的产品。尽管机型很多，但是在尽管机型很多，但是在2020世纪世纪8080年代以及年代以及9090年代，在我国使用最多的年代，在我国使用最多的8 8位单片机还是位单片机还是IntelIntel公司的公司的MCS-51MCS-51系列单片机以及与其兼容的单片机（称为系列单片机以及与其兼容
29、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系列基础上于系列基础上于2020世纪世纪8080年代初发展起来的，是最早进入我国，并在我国得年代初发展起来的，是最早进入我国，并在我国得到广泛应用的单片机主流品种。到广泛应用的单片机主流品种。MCS-51MCS-51系列单片机主要
30、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。已为我国广大技术人员所熟悉和掌握。在上世纪广大技术人员所熟悉和掌握。在上世纪8080年代和年代和9090年代，年代，MCS-51MCS-51系列是在我国应用最为广泛系列是在我国应用最为广泛的单片机机型之一。的单片机机型之一。MCS-51MCS-51系列品种丰富，经常使用的是基本型和增强型。系列品种丰富，经常使用的是基本型和增强型
31、。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个全个全双工串行口，双工串行口，2 2个个1616位定时器位定时器/计数器，计数器，5 5个中断源，但片内无程序存储器，需外扩程序存储个中断源，但片内无程序存储器，需外扩程序存储器芯片。器芯片。80518051是在是在80318031的基础上，片内又集成有的基础上，片内又集
32、成有4KB ROM4KB ROM作为程序存储器。所以作为程序存储器。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内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的。内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 ROM4KB ROM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 Intel Intel公司在基本型基础上，推出增强型公司在基本型基础上，推出增强型-52-52子系列，典型产品：子系列，典
33、型产品：8032/8052/87528032/8052/8752。内部。内部RAMRAM增到增到256B256B，80528052、片内程序存储器扩展到、片内程序存储器扩展到8KB8KB，1616位定时器位定时器/计数器增至计数器增至3 3个，个，6 6个中断源，串行口个中断源，串行口通信速率提高通信速率提高5 5倍。倍。1.6.2 AT89C5x1.6.2 AT89C5x（AT89S5xAT89S5x）系列单片机）系列单片机 20 20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芯片的开发、研制上，淡出单片机芯片的芯片的开发、研制上
34、，淡出单片机芯片的开发和生产。开发和生产。2628MCS-51MCS-51系列设计上的成功，以及较高的市场占有率，已成为许多厂家、电气公司竞相选用的对象。系列设计上的成功，以及较高的市场占有率，已成为许多厂家、电气公司竞相选用的对象。IntelIntel公司以专利形式把公司以专利形式把80518051内核技术转让给内核技术转让给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
35、工艺，因而常用工艺，因而常用80C5180C51系列单片机来称呼所有这些具有系列单片机来称呼所有这些具有80518051指令系指令系统的单片机，这些兼容机的各种衍生品种统称为统的单片机，这些兼容机的各种衍生品种统称为5151系列单片机或简称为系列单片机或简称为5151单片机，是在单片机，是在80518051的基础的基础上又增加一些功能模块（称其为增强型、扩展型子系列单片机）。上又增加一些功能模块（称其为增强型、扩展型子系列单片机）。29 近年来，世界上单片机芯片生产厂商推出的与近年来，世界上单片机芯片生产厂商推出的与80518051（80C5180C51）兼容的主要产品如表兼容的主要产品如表1
36、-21-2所示。所示。在众多的衍生机型中，在众多的衍生机型中，ATMELATMEL公司的公司的AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列，尤其是系列，尤其是AT89C51/AT89S51AT89C51/AT89S51和和AT89C52/AT89S52AT89C52/AT89S52在在8 8位单片机市场中占有较大的市场份额。位单片机市场中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内核的使用权进行交换。内核的使用权进行交换。ATMELATMEL公司的技术优
37、势是闪烁（公司的技术优势是闪烁（FlashFlash）存储器技术，将）存储器技术，将FlashFlash技术与技术与80C5180C51内核相结合，形成了片内核相结合，形成了片内带有内带有FlashFlash存储器的存储器的AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列单片机。系列单片机。30AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列与系列与MCS-51MCS-51系列在原有功能、引脚以及指令系统方面完全兼容。系列在原有功能、引脚以及指令系统方面完全兼容。此外，某些品种又增加了一些新的功能，如看门狗定时器此外，某些品种又增加了一些新的功能，如看门狗定时器
38、WDTWDT、ISPISP（在系统编程也称在线编程）（在系统编程也称在线编程）及及SPISPI串行接口技术等。片内串行接口技术等。片内FlashFlash存储器允许在线（存储器允许在线（+5V+5V）电擦除、电写入或使用编程器对）电擦除、电写入或使用编程器对其重复编程。其重复编程。另外，另外，AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x单片机还支持由软件选择的两种节电工作方式，非常适于低功耗的场合。单片机还支持由软件选择的两种节电工作方式，非常适于低功耗的场合。与与MCS-51MCS-51系列的系列的87C5187C51单片机相比，单片机相比，AT89C51/AT89S51AT
39、89C51/AT89S51单片机片内的单片机片内的4KB Flash4KB Flash存储器取代了存储器取代了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编程器存储器可在线编程或使用编程器31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单片机作为代表性产品受到用户欢迎，单片机作为代表性产品受到用户欢迎，AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x单片机是目前取单片机是目前取代代MCS-51MCS-51系列
40、单片机的主流芯片之一。系列单片机的主流芯片之一。AT89S5xAT89S5x的的“S S”档系列机型是档系列机型是ATMELATMEL公司继公司继AT89C5xAT89C5x系列之后推出的新机型，代表性产品为系列之后推出的新机型，代表性产品为AT89S51AT89S51和和AT89S52AT89S52。基本型的。基本型的AT89C51AT89C51与与AT89S51AT89S51以及增强型的以及增强型的AT89C52AT89C52与与AT89S52AT89S52的硬件结构的硬件结构和指令系统完全相同。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
41、可以用的系统，在保留原来软硬件的条件下，完全可以用AT89S51AT89S51直接代换。直接代换。与与AT89C5xAT89C5x系列相比，系列相比，AT89S5xAT89S5x系列的时钟频率以及运算速度有了较大的提高，例如，系列的时钟频率以及运算速度有了较大的提高，例如，AT89S51AT89S51工工作频率的上限为作频率的上限为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，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，定时器、具有低功耗空闲工作方
42、式和掉电工作方式。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ATMELATMEL公司公司AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列单片机主要产品片内硬件资源。由于种类多，要依据实系列单片机主要产品片内硬件资源。由于种类多，要依据实际需求来选择合适的型号。际需求来选择合适的型号。3334表表1-3 AT89C10511-3 AT89C1051与与AT89C2051AT89C2051为低档机型，均为为低档机型，均为2020只引脚。当低档机满足设计需求时，就不要只引脚。当低档机满足设计需求时，就不要
43、采用较高档次的机型。采用较高档次的机型。例如，当系统设计时，仅仅需要一个定时器和几位数字量输出，那么选择例如，当系统设计时，仅仅需要一个定时器和几位数字量输出，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，且前者体积也小。，因为后者要比前者的价格高，且前者体积也小。如对程序存储器和数据存储器的容量要求较高，还要单片机运行速度尽量要快，可考虑选择如对程序存储器和数据存储器的容量要求较高，还要单片机运行速度尽量要快，可考虑选择AT89S51/AT
44、89S52AT89S51/AT89S52，因为它们的最高工作时钟频率为，因为它们的最高工作时钟频率为33MHz33MHz。当程序需要多于。当程序需要多于8KB8KB以上的空间以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”代表低电压，它与代表低电压，它与AT89S51AT89S51的主要差别是其工作时钟频率为的主要差别是其工作时钟频率为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
45、压电源工作条件可使其在便携式、袖珍式、无交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仪器仪表和各种野外操作的设备中。流电源供电的环境中应用，特别适于电池供电的仪器仪表和各种野外操作的设备中。尽管尽管AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列单片机有多种机型，但掌握好基本型系列单片机有多种机型，但掌握好基本型AT89S51AT89S51单片机十分重要，因为它们单片机十分重要，因为它们是具有是具有80518051内核的各种型号单片机的基础，最具典型性和代表性，同时也是各种增强型、扩展型内核的各种型号单片机的基础，最具典型性和代表
46、性，同时也是各种增强型、扩展型等衍生品种的基础。等衍生品种的基础。本书以本书以AT89S51AT89S51作为作为5151单片机的代表性机型来介绍单片机的原理及应用。单片机的代表性机型来介绍单片机的原理及应用。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位单片机也得到了广大用户的青睐，例如，美国位单片机也得到了广大用户的青睐，例如，美国TITI公公司的司的1616位单片机位单片机MSP430MSP430和台湾的凌阳和台湾的凌阳1616位单片机。本身带有位单片机。本身带有A/DA/D转换器，一片芯片就构成了转换器，一片芯片就构成了一个数据采集系统。设计使
47、用非常方便。尽管这样，一个数据采集系统。设计使用非常方便。尽管这样，1616位单片机还远远没有位单片机还远远没有8 8位单片机应用位单片机应用的那样广泛和普及，因为目前的主要应用中，的那样广泛和普及，因为目前的主要应用中，8 8位单片机的性能已能够满足大部分的实际需位单片机的性能已能够满足大部分的实际需求，况且求，况且8 8位单片机的性能价格比也较好。位单片机的性能价格比也较好。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，与位单片机中，与MCS-51MCS-51系列单片机兼容的各种系列单片机兼容的各种5151单片机，目前仍单片机，目前仍然是然是8 8位单片机的主流品种
48、，若干年内仍是自动化、机电一体化、仪器仪表、工业检测控制位单片机的主流品种，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主角。应用的主角。371.7 1.7 其它的其它的5151单片机单片机世界各半导体器件厂家推出的以世界各半导体器件厂家推出的以80518051为内核的，各种集成度高、功能强的的增强型单片机。这些为内核的，各种集成度高、功能强的的增强型单片机。这些单片机目前也得到广大设计工程师的青睐。单片机目前也得到广大设计工程师的青睐。1.7.1 AD1.7.1 ADC812C812单片机单片机美国美国ADI(Analog Devicelnc)ADI(Analog Devic
49、elnc)公司生产的高性能单片机，内部包含高精度的自校准公司生产的高性能单片机，内部包含高精度的自校准8 8通道通道1212位模位模数转换器，数转换器，2 2通道通道1212位数模转换器以及可编程的位数模转换器以及可编程的8 8位的与位的与80518051单片机兼容的单片机兼容的MCUMCU内核，指令系内核，指令系统与统与MCS-51MCS-51系列兼容。片内有系列兼容。片内有8KB Flash8KB Flash程序存储器、程序存储器、640B Flash640B Flash数据存储器、数据存储器、256B256B数据数据SRAM(SRAM(支持可编程支持可编程)。38片内集成看门狗定时器、电
50、源监视器以及片内集成看门狗定时器、电源监视器以及ADCADC DMADMA功能。为多处理器接口和功能。为多处理器接口和I/OI/O扩展提供了扩展提供了3232条可条可编程的编程的I/OI/O线、包含有与线、包含有与I I2 2C C兼容的串行接口、兼容的串行接口、SPISPI串行接口和标准串行接口和标准UARTUART串行接口串行接口I/OI/O。ADADC812C812的的MCUMCU内核和模数转换器均设有正常、空闲和掉电工作模式，软件可控制从正常模式到内核和模数转换器均设有正常、空闲和掉电工作模式，软件可控制从正常模式到空闲模式，也可切换到更省电的掉电模式。掉电模式，消耗总电流约空闲模式，
