1第1章單片機(jī)概述

第1章單片機(jī)概述.ppt第2章硬件結(jié)構(gòu).ppt第3章C51語言編程基礎(chǔ).ppt第4章Proteus的使用.ppt第5章與顯示器、開關(guān)、鍵盤接口設(shè)計.ppt第6章中斷系統(tǒng).ppt第7章定時器計數(shù)器.ppt第8章AT89S51單片機(jī)的串行口.ppt第9章系統(tǒng)并行擴(kuò)展.ppt第10章串行擴(kuò)展.ppt第11章DAC與ADC.ppt234介紹單片機(jī)基礎(chǔ)知識、發(fā)展歷史、應(yīng)用領(lǐng)域以及發(fā)展趨勢。8位單片機(jī)的主流機(jī)型，MCS-51系列單片機(jī)及其兼容的單片機(jī)（統(tǒng)稱為8051單片機(jī)）對目前流行的8051單片機(jī)的代表性機(jī)型：美國ATMEL公司的AT89C5x/AT89S5x系列單片機(jī)及代表性產(chǎn)品AT89S51詳細(xì)介紹。結(jié)構(gòu)清晰，易掌握，初學(xué)者入門機(jī)型。簡要介紹其它類型的單片機(jī)。初步了解嵌入式處理器：單片機(jī)，數(shù)字信號處理器（DSP）、嵌入式微處理器內(nèi)容概要5620世紀(jì)70年代問世，廣泛應(yīng)用：工業(yè)自動化、自動檢測與控制、智能儀器儀表、機(jī)電一體化設(shè)備、汽車電子、家用電器等各個方面。什么是單片機(jī)？1.1單片機(jī)簡介一片半導(dǎo)體硅片集成：中央處理單元（CPU）、存儲器（RAM、ROM）、并行I/O、串行I/O、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、系統(tǒng)時鐘電路及系統(tǒng)總線的微型計算機(jī)。具有微型計算機(jī)屬性，因而被稱為單片微型計算機(jī)，簡稱單片機(jī)。7主要應(yīng)用測控領(lǐng)域。單片機(jī)處于測控系統(tǒng)的核心地位并嵌入其中，所以國際上通常把單片機(jī)稱為嵌入式控制器（EMCU，EmbeddedMicroControllerUnit），或微控制器（MCU，MicroControllerUnit）。我國習(xí)慣于使用“單片機(jī)”這一名稱。單片機(jī)是計算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上重要里程碑，標(biāo)志著計算機(jī)正式形成了通用計算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)兩大分支。單片機(jī)體積小、成本低，嵌入到工業(yè)控制單元、機(jī)器人、智能儀器儀表、汽車電子系統(tǒng)、武器系統(tǒng)、家用電器、辦公自動化設(shè)備、金融電子系統(tǒng)、玩具、個人信息終端及通訊產(chǎn)品中。8按用途可分為通用型和專用型兩大類。（1）通用型內(nèi)部可開發(fā)資源（如存儲器、I/O等各種外圍功能部件等）可全部提供給用戶。根據(jù)需要，設(shè)計一個以通用單片機(jī)芯片為核心，再配以外圍接口電路及外圍設(shè)備，并編寫相應(yīng)軟件來滿足各種不同需要的測控系統(tǒng)。通常所說和本書介紹的是指通用型單片機(jī)。（2）專用型專門針對某些產(chǎn)品的特定用途而制作的。例如，各種家用電器中的控制器等。由于特定用途，單片機(jī)芯片制造商常與產(chǎn)品廠家合作，設(shè)計和生產(chǎn)“專用”的單片機(jī)。在設(shè)計中，已對“專用”單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡化、可靠性和成本的最佳化等做了全面綜合考慮，所以“專用”單片機(jī)具有十分明顯的綜合優(yōu)勢。無論“專用”單片機(jī)在用途上有多么“?！?，其基本結(jié)構(gòu)和工作原理都是以通用單片機(jī)為基礎(chǔ)。9101.2單片機(jī)的發(fā)展歷史按處理二進(jìn)制位數(shù)主要分為：4位單片機(jī)、8位單片機(jī)、16位單片機(jī)和32位單片機(jī)。發(fā)展大致分為4個階段。第一階段（1974年～1976年）：單片機(jī)初級階段。因工藝限制，雙片形式且功能較簡單。1974年12月，仙童公司推出了8位的F8單片機(jī)，實際只包括了8位CPU、64BRAM和2個并行口。第二階段（1976年～1978年）：低性能單片機(jī)階段。1976年Intel的MCS-48單片機(jī)（8位）極大地促進(jìn)了單片機(jī)變革和發(fā)展，1977年GI公司推出PIC1650，但這個階段仍處于低性能階段。11第三階段（1978年～1983年）：高性能單片機(jī)階段。1978年，Zilog公司推出Z8單片機(jī)，1980年，Intel公司在MCS-48系列基礎(chǔ)上推出MCS-51系列，Mortorola推出6801單片機(jī)。使單片機(jī)性能及應(yīng)用躍上新臺階。此后，各公司8位單片機(jī)迅速發(fā)展。推出的單片機(jī)普遍帶有串行I/O口、多級中斷系統(tǒng)、16位定時器/計數(shù)器，片內(nèi)ROM、RAM容量加大，且尋址范圍可達(dá)64KB，有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換器。由于這類單片機(jī)性/價比高，得到廣泛應(yīng)用，是目前應(yīng)用數(shù)量最多的單片機(jī)。12第四階段（1983年～現(xiàn)在）：8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)、32位單片機(jī)推出階段。16位典型產(chǎn)品TI公司的MSP430單片機(jī)。而32位單片機(jī)除具有更高集成度外，其數(shù)據(jù)處理速度比16位單片機(jī)提高許多，性能比8位、16位單片機(jī)更加優(yōu)越。20世紀(jì)90年代單片機(jī)大發(fā)展時期，Mortorola、Intel、ATMEL、德州儀器（TI）、三菱、日立、飛利浦、LG等公司開發(fā)一大批性能優(yōu)越的單片機(jī)，極大推動單片機(jī)應(yīng)用。近年，不少新型高集成度的單片機(jī)涌現(xiàn)。目前，除8位單片機(jī)得到廣泛應(yīng)用外，16位單片機(jī)、32位單片機(jī)也得到廣大用戶青睞。131.3單片機(jī)的特點單片機(jī)是集成電路技術(shù)與微型計算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物。體積小、價格低、應(yīng)用方便、穩(wěn)定可靠，因此，給工業(yè)自動化等領(lǐng)域帶來了一場重大革命和技術(shù)進(jìn)步。由于體積小，很容易地嵌入到系統(tǒng)之中，以實現(xiàn)各種方式的檢測、計算或控制，這一點，一般微機(jī)根本做不到。由于單片機(jī)本身就是一個微型計算機(jī)，因此只要在單片機(jī)的外部適當(dāng)增加一些必要的外圍擴(kuò)展電路，就可靈活構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)，如工業(yè)自動檢測監(jiān)視系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、智能儀器儀表等。14為什么應(yīng)用廣泛？由于具有以下優(yōu)點：（1）簡單方便，易普及。單片機(jī)技術(shù)是易掌握技術(shù)。應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計、組裝、調(diào)試已經(jīng)是一件容易的事情，工程技術(shù)人員通過學(xué)習(xí)可很快掌握其應(yīng)用設(shè)計技術(shù)。（2）功能齊全，應(yīng)用可靠，抗干擾能力強(qiáng)。（3）發(fā)展迅速，前景廣闊。短短幾十年，單片機(jī)經(jīng)過4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)等幾大發(fā)展階段。集成度高、功能日臻完善的單片機(jī)不斷問世，使單片機(jī)在工業(yè)控制及工業(yè)自動化領(lǐng)域獲得長足發(fā)展和大量應(yīng)用。目前，單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)愈加完美，片內(nèi)外圍功能部件越來越完善，向更高層次和更大規(guī)模的發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。15（4）嵌入容易，用途廣泛，體積小、性/價比高，應(yīng)用靈活性強(qiáng)等特點在嵌入式微控制系統(tǒng)中具有十分重要地位。單片機(jī)問世前，制作一套測控系統(tǒng)，大量模擬電路、數(shù)字電路、分立元件完成，以實現(xiàn)計算、判斷和控制功能。系統(tǒng)體積龐大，線路復(fù)雜，連接點多，易出故障。單片機(jī)出現(xiàn)后，絕大部分測控功能由單片機(jī)軟件程序?qū)崿F(xiàn)，其它電子線路則由片內(nèi)外圍功能部件替代。16171.4單片機(jī)的應(yīng)用軟硬件結(jié)合、體積小，容易嵌入到各種應(yīng)用系統(tǒng)中。得到廣泛應(yīng)用。1．工業(yè)檢測與控制主要應(yīng)用：工業(yè)過程控制、智能控制、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)采集和傳輸、測試、測量、監(jiān)控等。在工業(yè)自動化領(lǐng)域中，機(jī)電一體化技術(shù)將發(fā)揮愈來愈重要的作用，在這種集機(jī)械、微電子和計算機(jī)技術(shù)為一體的綜合技術(shù)（如機(jī)器人技術(shù)）中，單片機(jī)發(fā)揮著非常重要作用。2．儀器儀表目前對儀器儀表的自動化和智能化要求越來越高。單片機(jī)的使用有助于提高儀器儀表的精度和準(zhǔn)確度，簡化結(jié)構(gòu)，減小體積而易于攜帶和使用，加速儀器儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化方向發(fā)展。183．消費類電子產(chǎn)品例如，洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、電風(fēng)扇、電視機(jī)、微波爐、加濕機(jī)、消毒柜等。嵌入了單片機(jī)后，功能和性能大大提高，并實現(xiàn)智能化、最優(yōu)化控制。4．通信在調(diào)制解調(diào)器、各類手機(jī)、傳真機(jī)、程控電話交換機(jī)、信息網(wǎng)絡(luò)及各種通訊設(shè)備中，單片機(jī)也已得到廣泛應(yīng)用。5．武器裝備現(xiàn)代化武器裝備，如飛機(jī)、軍艦、坦克、導(dǎo)彈、魚雷制導(dǎo)、智能武器裝備、航天飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)，都有單片機(jī)嵌入其中。196．各種終端及計算機(jī)外部設(shè)備計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端（如銀行終端）及計算機(jī)外部設(shè)備（如打印機(jī)、硬盤驅(qū)動器、繪圖機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等）中都使用了單片機(jī)作為控制器。7．汽車電子設(shè)備已廣泛應(yīng)用在各種汽車電子設(shè)備中，如汽車安全系統(tǒng)、汽車信息系統(tǒng)、智能自動駕駛系統(tǒng)、衛(wèi)星汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車緊急請求服務(wù)系統(tǒng)、汽車防撞監(jiān)控系統(tǒng)、汽車自動診斷系統(tǒng)及汽車黑匣子等。8．分布式多機(jī)系統(tǒng)在較復(fù)雜多節(jié)點測控系統(tǒng)中，常采用分布式多機(jī)系統(tǒng)。20一般由若干臺功能各異的單片機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。在這種系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)某些節(jié)點上，對現(xiàn)場信息進(jìn)行實時測控。

從工業(yè)自動化、自動控制、智能儀器儀表、消費類電子產(chǎn)品等方面，直到國防尖端技術(shù)領(lǐng)域，單片機(jī)都發(fā)揮十分重要作用。211.5單片機(jī)的發(fā)展趨勢單片機(jī)發(fā)展趨勢將是向大容量、高性能化，外圍電路內(nèi)裝化等方面發(fā)展。為滿足不同用戶要求，各公司競相推出能滿足不同需要的產(chǎn)品。1．CPU的改進(jìn)（1）增加CPU數(shù)據(jù)總線寬度。例如，各種16位單片機(jī)和32位單片機(jī)，數(shù)據(jù)處理能力要優(yōu)于8位單片機(jī)。另外，8位單片機(jī)內(nèi)部采用16位數(shù)據(jù)總線，其數(shù)據(jù)處理能力明顯優(yōu)于一般8位單片機(jī)。（2）采用雙CPU結(jié)構(gòu)，以提高數(shù)據(jù)處理能力。222．存儲器的發(fā)展（1）片內(nèi)程序存儲器普遍采用閃存。可不用外擴(kuò)展程序存儲器，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。（2）加大存儲容量。目前有的單片機(jī)片內(nèi)程序存儲器容量可達(dá)128KB甚至更多。3．片內(nèi)I/O的改進(jìn)（1）增加并行口驅(qū)動能力，以減少外部驅(qū)動芯片。有的單片機(jī)可直接輸出大電流和高電壓，以便能直接驅(qū)動LED和VFD（熒光顯示器）。（2）有些單片機(jī)設(shè)置了一些特殊的串行I/O功能，為構(gòu)成分布式、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)提供方便條件。234．低功耗化CMOS化，功耗小，配置有等待狀態(tài)、睡眠狀態(tài)、關(guān)閉狀態(tài)等工作方式。消耗電流僅在μA或nA量級，適于電池供電的便攜式、手持式的儀器儀表及其它消費類電子產(chǎn)品。5．外圍電路內(nèi)裝化眾多外圍電路全部裝入片內(nèi)，即系統(tǒng)的單片化是目前發(fā)展趨勢之一。例如，美國Cygnal公司的C8051F0208位單片機(jī)，內(nèi)部采用流水線結(jié)構(gòu)，大部分指令的完成時間為1或2個時鐘周期，峰值處理能力為25MIPS。片上集成有8通道A/D、兩路D/A、兩路電壓比較器，內(nèi)置溫度傳感器、定時器、可編程數(shù)字交叉開關(guān)和64個通用I/O口、電源監(jiān)測。246．編程及仿真的簡單化目前大多數(shù)單片機(jī)都支持程序的在線編程，也稱在系統(tǒng)編程ISP（InSystemProgram），只需一條ISP并口下載線，就可把仿真調(diào)試通過的程序從PC機(jī)寫入單片機(jī)的Flash存儲器內(nèi)，省去編程器。某些機(jī)型還支持在線應(yīng)用編程（IAP），可在線升級或銷毀單片機(jī)應(yīng)用程序，省去了仿真器。綜上所述，單片機(jī)正在向多功能、高性能、高速度（時鐘達(dá)40MHz）、低電壓（2.7V即可工作）、低功耗、低價格（幾元錢）、外圍電路內(nèi)裝化以及片內(nèi)程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器容量不斷增大的方向發(fā)展。257．實時操作系統(tǒng)的使用單片機(jī)可配置實時操作系統(tǒng)RTX51。RTX51是一個針對8051單片機(jī)的多任務(wù)內(nèi)核。從本質(zhì)上簡化對實時事件反應(yīng)速度要求較高的復(fù)雜應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計、編程和調(diào)試，已完全集成到C51編譯器中，使用簡單方便。26271.6MCS-51系列與AT89C5x系列單片機(jī)20世紀(jì)80年代以來，單片機(jī)發(fā)展非常迅速，其中Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)是一款設(shè)計成功、易于掌握并在世界范圍得到廣泛使用的機(jī)型。

1.6.1MCS-51系列單片機(jī)MCS是Intel公司單片機(jī)的系列符號，如MCS-48、MCS-51、MCS-96系列單片機(jī)。MCS-51系列是在MCS-48系列基礎(chǔ)上于20世紀(jì)80年代初發(fā)展起來的，是最早進(jìn)入我國，并在我國得到廣泛應(yīng)用的單片機(jī)主流品種。28MCS-51系列單片機(jī)主要包括基本型：8031/8051/8751（低功耗型80C31/80C51/87C51）

增強(qiáng)型：8032/8052/8752。已為我國廣大技術(shù)人員所熟悉和掌握。上世紀(jì)80年代和90年代，MCS-51系列是在我國應(yīng)用最為廣泛的機(jī)型之一。MCS-51系列品種豐富，經(jīng)常使用的是基本型和增強(qiáng)型。291.基本型典型產(chǎn)品：8031/8051/8751。8031內(nèi)部包括1個8位CPU、128BRAM，21個特殊功能寄存器（SFR）、4個8位并行I/O口、1個全雙工串行口，2個16位定時器/計數(shù)器，5個中斷源，但片內(nèi)無程序存儲器，需外擴(kuò)程序存儲器芯片。8051是在8031的基礎(chǔ)上，片內(nèi)又集成有4KBROM作為程序存儲器。所以8051是一個程序不超過4KB的小系統(tǒng)。ROM內(nèi)的程序是公司制作芯片時，代為用戶燒制的。8751與8051相比，片內(nèi)集成的4KBEPROM取代了8051的4KBROM來作為程序存儲器。302.增強(qiáng)型

Intel公司在基本型基礎(chǔ)上，推出增強(qiáng)型-52子系列，典型產(chǎn)品：8032/8052/8752。內(nèi)部RAM增到256B，8052、片內(nèi)程序存儲器擴(kuò)展到8KB，16位定時器/計數(shù)器增至3個，6個中斷源，串行口通信速率提高5倍。

表1-1列出了基本型和增強(qiáng)型的MCS-51系列單片機(jī)片內(nèi)的基本硬件資源。

1.6.2AT89C5x（AT89S5x）系列單片機(jī)

MCS-51系列單片機(jī)代表性產(chǎn)品為8051，其他單片機(jī)都是在8051內(nèi)核基礎(chǔ)上進(jìn)行了功能增減。20世紀(jì)80年代中期以后，Intel公司已把精力集中在高檔CPU芯片的研發(fā)上，逐漸淡出單片機(jī)芯片的開發(fā)和生產(chǎn)。313233MCS-51單片機(jī)設(shè)計上的成功及較高的市場占有率，已成為許多廠家、公司競相選用的對象，并以此為基核。因此，Intel公司以專利轉(zhuǎn)讓或技術(shù)交換形式把8051內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給許多半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)廠家，如ATMEL、Philips、Cygnal、ANALOG、LG、ADI、Maxim、DEVICES、DALLAS等公司。

各廠家的兼容機(jī)型均采用8051內(nèi)核、指令系統(tǒng)相同，采用CMOS工藝；有的公司還在8051內(nèi)核基礎(chǔ)上增加一些片內(nèi)功能模塊，集成度更高，功能和市場競爭力更強(qiáng)。人們常用8051（80C51，“C”表示采用CMOS工藝）來稱呼所有這些具有8051內(nèi)核，且使用8051指令系統(tǒng)的單片機(jī)，也習(xí)慣把這些兼容機(jī)等各種衍生品種統(tǒng)稱為8051單片機(jī)。近年來，世界上單片機(jī)芯片生產(chǎn)廠商推出的與8051兼容的主要產(chǎn)品如表1-2所示。34眾多衍生機(jī)型中，ATMEL公司的AT89C5x/AT89S5x系列，在8位單片機(jī)市場中占有較大的市場份額。ATMEL公司1994年以E2PROM技術(shù)與Intel公司80C51內(nèi)核的使用權(quán)進(jìn)行交換。ATMEL公司技術(shù)優(yōu)勢是閃爍（Flash）存儲器技術(shù)，將Flash技術(shù)與80C51內(nèi)核相結(jié)合，形成了片內(nèi)帶有Flash存儲器的AT89C5x/AT89S5x系列單片機(jī)。35AT89C5x/AT89S5x系列與MCS-51系列在原有功能、引腳以及指令系統(tǒng)方面完全兼容。此外，某些品種又增加一些新功能，如看門狗定時器WDT、ISP（在系統(tǒng)編程也稱在線編程）及SPI串行接口技術(shù)等。片內(nèi)Flash存儲器允許在線（+5V）電擦除、電寫入或使用編程器對其重復(fù)編程。AT89C5x/AT89S5x單片機(jī)還支持由軟件選擇的兩種節(jié)電工作方式，適于低功耗場合。AT89S51與87C51相比，AT89C51/AT89S51單片機(jī)片內(nèi)的4KBFlash存儲器取代87C51片內(nèi)的4KBEPROM。AT89S51片內(nèi)的Flash存儲器可在線編程或使用編程器重復(fù)編程，且價格較低。36AT89C51/AT89S51單片機(jī)作為8051單片機(jī)的代表性產(chǎn)品受到用戶歡迎。

“S”檔系列是ATMEL公司繼AT89C5x系列之后推出的新機(jī)型，表示含有串行下載的Flash存儲器，代表性產(chǎn)品為AT89S51和AT89S52。AT89C51單片機(jī)已不再生產(chǎn)，可用AT89S51直接代換。與AT89C5x系列相比，AT89S5x系列的時鐘頻率以及運(yùn)算速度有較大提高。例如，AT89C51工作頻率的上限為24MHz，而AT89S51則為33MHz。AT89S51片內(nèi)集成有雙數(shù)據(jù)指針DPTR，看門狗定時器、具有低功耗空閑工作方式和掉電工作方式。目前，AT89S5x系列已逐漸取代AT89C5x系列。3738表1-3為ATMEL公司AT89C5x/AT89S5x系列主要產(chǎn)品的片內(nèi)硬件資源。由于種類多，要依據(jù)實際需求來選擇合適的型號。表1-3AT89C1051與AT89C2051為低檔機(jī)型，均為20只引腳。當(dāng)?shù)蜋n機(jī)滿足設(shè)計需求時，就不要采用較高檔次機(jī)型。例如，當(dāng)系統(tǒng)設(shè)計時，僅僅需要一個定時器和幾位數(shù)字量輸出，那么選擇AT89C1051或AT89C2051即可，不需選擇AT89S51或AT89S52，因為后者要比前者的價格高，且前者體積也小。如對程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的容量要求較高，還要單片機(jī)運(yùn)行速度盡量要快，可考慮選擇AT89S51/AT89S52，因為它們的最高工作時鐘頻率為33MHz。當(dāng)程序需要多于8KB以上的空間可考慮選用片內(nèi)Flash容量20KB的AT89C55。39表1-3中，“LV”-低電壓，與AT89S51主要差別是其工作時鐘頻率為12MHz，工作電壓為2.7～6V，編程電壓VPP為12V。AT89LV51低電壓電源工作條件可使其在便攜式、袖珍式、無交流電源供電環(huán)境中應(yīng)用，特別適于電池供電的儀器儀表和各種野外操作的設(shè)備中。盡管AT89S5x系列有多種機(jī)型，但掌握好基本型AT89S51十分重要，因為它是具有8051內(nèi)核的各種型號單片機(jī)的基礎(chǔ)，最具典型性和代表性，同時也是各種增強(qiáng)型、擴(kuò)展型等衍生品種的基礎(chǔ)。講述中常用到“8051”，泛指具有8051內(nèi)核的各種增強(qiáng)型、擴(kuò)展型單片機(jī)。而“AT89S51”僅指ATMEL公司的AT89S51單片機(jī)。40在我國，除8位單片機(jī)廣泛應(yīng)用外，16位單片機(jī)也得到廣大用戶的青睞，例如，美國TI公司的16位單片機(jī)MSP430。本身帶有A/D轉(zhuǎn)換器，一片芯片就構(gòu)成了一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。設(shè)計使用非常方便。盡管這樣，16位單片機(jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有8位單片機(jī)應(yīng)用的廣泛和普及，因為目前的主要應(yīng)用中，8位機(jī)的性能已能夠滿足大部分的實際需求，況且8位機(jī)的性能價格比較好。在眾多廠家各種不同的8位機(jī)中，各種兼容的8051單片機(jī)，目前仍是8位單片機(jī)主流品種，若干年內(nèi)仍是自動化、機(jī)電一體化、儀器儀表、工業(yè)檢測控制應(yīng)用主角。41422.AT89系列單片機(jī)的型號說明AT89S5x系列單片機(jī)編碼三部分組成：前綴、型號和后綴。下面分別說明。（1）前綴字母“AT”組成，表示ATMEL公司產(chǎn)品。（2）型號由“89C××××”或“89LV××××”或“89S××××”等表示?！?9C××××”中，8表示單片，9表示內(nèi)部含有Flash存儲器，C表示CMOS產(chǎn)品。43“89LV××××”中，LV為低電壓產(chǎn)品，可在2.5V電壓下工作?！?9S××××”中，S表示含有串行下載的Flash存儲器，而“××××”表示器件的型號，如51、52、2051、8052等。（3）后綴后綴由最后4個“××××”參數(shù)組成，每個參數(shù)意義不同。在型號與后綴部分由“—”號隔開。（a）后綴第1個“×”表示時鐘頻率： x=12，時鐘頻率為12MHz； x=16，時鐘頻率為16MHz； x=20，時鐘頻率為20MHz；44 x=24，時鐘頻率為24MHz。（b）后綴第2個“×”表示封裝： x=P，塑料雙列直插DIP封裝； x=D，陶瓷封裝； x=Q，PQFP封裝； x=J，PLV封裝； x=A，TQFP封裝； x=S，SOIC封裝； x=W，表示裸芯片。（c）后綴第3個“×”表示芯片溫度范圍： x=C，表示商業(yè)用產(chǎn)品，溫度范圍為0～+70℃；45 x=I，表示工業(yè)用產(chǎn)品，溫度范圍為?40～+85℃； x=A，表示汽車用產(chǎn)品，溫度范圍為?40～+125℃； x=M，表示軍用產(chǎn)品，溫度范圍為?55～+150℃；（d）后綴中的第4個“×”表示工藝： x為空，表示處理工藝是標(biāo)準(zhǔn)工藝； x=/883，表示處理工藝采用MIL-STD-883標(biāo)準(zhǔn)。例如，某單片機(jī)型號為“AT89C51-12PI”，則單片機(jī)是ATMEL公司Flash單片機(jī)，CMOS，速度為12MHz，封裝塑料雙列直插DIP封裝，工業(yè)用產(chǎn)品，標(biāo)準(zhǔn)處理工藝生產(chǎn)。46471.7各種衍生品種的51單片機(jī)除AT89S5x系列單片機(jī)外，世界各器件廠家推出的以8051為內(nèi)核、各種集成度高、功能強(qiáng)的單片機(jī)，也得到廣大用戶青睞。

1.7.1STC系列單片機(jī)STC系列具有我國獨立自主知識產(chǎn)權(quán)，功能與抗干擾性強(qiáng)的增強(qiáng)型8051單片機(jī)，多種子系列，幾百個品種，以滿足不同需要。其中的STC12C5410/STC12C2052系列的主要性能及特點如下。48（1）高速：傳統(tǒng)8051為每個機(jī)器周期為12個時鐘，而STC可為每機(jī)器周期1個時鐘，指令執(zhí)行速度大大提高，速度比普通8051快8～12倍。（2）寬工作電壓：5.5～3.8V，2.4～3.8V（STC12LE5410AD系列）。（3）12KB/10KB/8KB/6KB/4KB片內(nèi)Flash程序存儲器，擦寫次數(shù)10萬次以上。（4）512B片內(nèi)的RAM數(shù)據(jù)存儲器。（5）可在線編程（ISP）/在應(yīng)用可編程（IAP），無需編程器/仿真器，可遠(yuǎn)程升級。（6）8通道10位ADC，4路PWM輸出。49（7）4通道捕捉/比較單元，也可用來再實現(xiàn)4個定時器或4個外部中斷。（8）2個硬件16位定時器，兼容8051定時器。4路PCA還可再實現(xiàn)4個定時器。（9）硬件看門狗（WDT）。（10）高速SPI串口。（11）全雙工異步串行口(UART)，兼容普通8051的串口。（12）通用I/O口（27/23/15個），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（與8051的I/O接口相似）?？稍O(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏，50每個I/O口驅(qū)動能力均可達(dá)到20mA，但整個芯片最大不可超過55mA。（13）超強(qiáng)抗干擾能力與高可靠性：高抗靜電；通過2kV/4kV快速脈沖干擾的測試（EFT測試）；寬電壓，不怕電源抖動；寬溫度范圍：?40℃～+85℃；I/O口經(jīng)過特殊處理；片內(nèi)的電源供電系統(tǒng)、時鐘電路、復(fù)位電路、看門狗電路均經(jīng)過特殊處理；51（14）采取了降低單片機(jī)時鐘對外部電磁輻射的措施：可禁止ALE輸出；如選每個機(jī)器周期為6個時鐘，外部時鐘頻率可降一半；單片機(jī)時鐘振蕩器增益可設(shè)為Gain。（15）超低功耗設(shè)計掉電模式：典型功耗＜0.1μA；空閑模式：典型功耗為2mA；正常工作模式：典型功耗為4mA～7mA；掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于電池供電系統(tǒng)，如水表、氣表、便攜設(shè)備等。52STC可直接替換ATMEL、Philips、Winbond（華邦）等公司的8051兼容產(chǎn)品。由上所述，是一款高性能、高可靠性的機(jī)型，尤其具有較高的抗干擾特性，應(yīng)給予足夠重視。53541.7.2C8051Fxxx單片機(jī)美國Cygnal公司產(chǎn)品，集成度高，8051內(nèi)核的8位單片機(jī)，代表性產(chǎn)品為C8051F020。內(nèi)部采用流水線結(jié)構(gòu)，大部分指令時間為1或2個時鐘周期，峰值處理能力為25MIPS，與經(jīng)典的8051單片機(jī)比，可靠性和速度有很大提高。片內(nèi)集成1個8位ADC、1個12位ADC、1個雙12位DAC；64KB片內(nèi)Flash程序存儲器、256BRAM、128BSFR；8個I/O端口共64根I/O口線；5個16位通用定時器；5個捕捉/比較模塊的可編程計數(shù)/定時器陣列（PCA），1個UART串口、1個SMBus/I2C串口、551個SPI串行口；2路電壓比較器、電源監(jiān)測器、內(nèi)置溫度傳感器。C8051F×××最突出改進(jìn)引入數(shù)字交叉開關(guān)（C8051F2××除外）。改變以往內(nèi)部功能與外部引腳的固定對應(yīng)關(guān)系。用戶可通過可編程的交叉開關(guān)控制寄存器，將片內(nèi)的計數(shù)器/定時器、串行總線、硬件中斷、ADC轉(zhuǎn)換器輸入、比較器輸出以及單片機(jī)內(nèi)部的其他硬件外設(shè)配置出現(xiàn)在端口I/O引腳。用戶可以根據(jù)特定應(yīng)用，選擇引腳與片內(nèi)硬件資源的靈活組合。561.7.3ADμC812單片機(jī)美國ADI（AnalogDeviceInc）公司的高性能單片機(jī)，內(nèi)部集成高精度自校準(zhǔn)8通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），2通道12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），指令系統(tǒng)與8051兼容。片內(nèi)有8KBFlash程序存儲器、640BFlash數(shù)據(jù)存儲器、256B數(shù)據(jù)SRAM（支持可編程）。片內(nèi)集成看門狗定時器、電源監(jiān)視器以及ADC

DMA功能。為多處理器接口和I/O擴(kuò)展提供了32條可編程的I/O線、包含有與I2C兼容的串行接口、SPI串行接口和標(biāo)準(zhǔn)UART串口。

ADμC812的MCU內(nèi)核和模數(shù)轉(zhuǎn)換器均設(shè)有正常、空閑和掉電工作模式，軟件可控制從正常模式到空閑模式，也可切換到更省電的掉電模式。掉電模式，消耗總電流約5μA。571.7.4臺灣華邦公司W(wǎng)78系列和W77系列單片機(jī)臺灣華邦公司(Winbond)

W78系列與AT89C5x系列完全兼容，W77系列為增強(qiáng)型。W77系列對8051時序作了改進(jìn)：每個指令周期只需要4個時鐘周期，速度提高3倍，工作頻率最高可達(dá)40MHz。W77系列增加看門狗WatchDog、兩組UART、兩組DPTR數(shù)據(jù)指針（編寫程序非常便利）、ISP（在系統(tǒng)可編程）等功能。片內(nèi)集成了USB接口，語音處理等功能，具有6組外部中斷源。W741系列的4位單片機(jī)帶液晶驅(qū)動，在線燒錄，保密性高，低工作電壓(1.2V-1.8V)。58591.8PIC系列單片機(jī)與AVR系列單片機(jī)

除8051外，其它8位機(jī)型也得到較廣泛的應(yīng)用。目前我國使用較為廣泛的是PIC系列與AVR系列單片機(jī)，這兩種機(jī)型博采眾長，又具獨特技術(shù)，已占有較大的市場份額。1.8.1PIC系列單片機(jī)美國Microchip公司產(chǎn)品。特性如下：（1）從實際出發(fā)，重視性能價格比，已開發(fā)出多種型號來滿足應(yīng)用需求。例如，一個摩托車點火器需要一個I/O較少、RAM及程序存儲空間不大、可靠性較高的小型單片機(jī)，若用40腳功能強(qiáng)的單片機(jī)，投資大，使用也不方便。60PIC系列從低到高有幾十個型號。其中，PIC12C508單片機(jī)僅有8個引腳，是世界最小的單片機(jī)。有512字節(jié)ROM、25字節(jié)RAM、一個8位定時器、一根輸入線、5根I/O線，價格非常便宜。用在摩托車點火器非常適合。PIC的高檔型，如PIC16C74（尚不是最高檔型號）有40個引腳，其內(nèi)部資源為ROM共4K、192字節(jié)RAM、8路A/D、3個8位定時器、2個CCP模塊、3個串行口、1個并行口、11個中斷源、33個I/O腳?？膳c其它品牌的高檔型號媲美。61（2）精簡指令集--執(zhí)行效率大為提高。PIC系列8位單片機(jī)采用精簡指令集（RISC），數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線（Harvard）結(jié)構(gòu)，指令單字長，且允許指令代碼的位數(shù)可多于8位的數(shù)據(jù)位數(shù)，這與傳統(tǒng)的采用復(fù)雜指令結(jié)構(gòu)（CISC）結(jié)構(gòu)的8位單片機(jī)相比，可達(dá)到2:1的代碼壓縮，速度提高4倍。（3）優(yōu)越的開發(fā)環(huán)境。PIC推出一款新型號單片機(jī)的同時推出相應(yīng)的仿真芯片，所有的開發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實時性非常好。62（4）引腳具有防瞬態(tài)能力，通過限流電阻可接至220V交流電源，直接與繼電器控制電路相連，無須光耦隔離，給應(yīng)用帶來極大方便。（5）保密性好。PIC以保密熔絲來保護(hù)代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，再也無法讀出，除非恢復(fù)熔絲。目前，PIC采用熔絲深埋工藝，恢復(fù)熔絲的可能性極小。63PIC單片機(jī)分低檔型、中檔型和高檔型：（1）低檔8位單片機(jī)PIC12C5XXX／16C5X系列。PIC16C5X系列最早在市場上得到發(fā)展，價格低，有較完善的開發(fā)手段，因此在國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛；而PIC12C5XX是世界第一個8腳低價位單片機(jī)可用于簡單的智能控制等要求體積小的場合，前景廣闊。64（2）中檔8位單片機(jī)PIC12C6XX/PIC16CXXX系列。品種最為豐富，其性能比低檔產(chǎn)品有所提高，增加了中斷功能，指令周期可達(dá)到200ns，帶A／D，內(nèi)部E2PROM數(shù)據(jù)存儲器，雙時鐘工作，比較輸出，捕捉輸入，PWM輸出，I2C和SPI接口，異步串行接口（UART），模擬電壓比較器及LCD驅(qū)動等等，其封裝從8腳到68腳，可用于高、中、低檔的電子產(chǎn)品設(shè)計中，價格適中，廣泛應(yīng)用在各類電子產(chǎn)品中。65（3）高檔8位單片機(jī)PIC17CXX系列。適合高級復(fù)雜系統(tǒng)開發(fā)的產(chǎn)品，在中檔位單片機(jī)的基礎(chǔ)上增加了硬件乘法器，指令周期可達(dá)成160ns，它是目前世界上8位單片機(jī)中性價比最高的機(jī)種，可用于高、中檔產(chǎn)品的開發(fā)，如電機(jī)控制等。此外，Microchip公司還推出高性能的16位和32位單片機(jī)。66671.8.2AVR系列單片機(jī)1997年ATMEL公司利用Flash新技術(shù)，研發(fā)的精簡指令集（ReducedInstructionSetComputer，RISC）的高速8位機(jī)。特點如下：（1）廢除機(jī)器周期，拋棄復(fù)雜指令計算機(jī)（CISC）追求指令完備的做法，采用精簡指令集。以字為指令長度單位，將操作數(shù)與操作碼安排在一字之中，指令長度固定、格式與種類相對較少、尋址方式也相對較少，絕大部分指令都為單周期指令。取指周期短，又可預(yù)取指令，實現(xiàn)流水作業(yè)，故可高速執(zhí)行指令，當(dāng)然這種“高速度”是以高可靠性來保障的。68（2）新工藝AVR器件的Flash存儲器擦寫可達(dá)10

000次以上。片內(nèi)較大容量RAM，不僅能滿足一般場合的使用，同時也更有效的支持高級語言開發(fā)系統(tǒng)程序，并可像MCS-51單片機(jī)那樣很容易地擴(kuò)展外部RAM。（3）豐富的外設(shè)。片內(nèi)有定時器/計數(shù)器、看門狗、低電壓檢測電路BOD，多個復(fù)位源（自動上下電復(fù)位、外部復(fù)位、看門狗復(fù)位、BOD復(fù)位），可設(shè)置的啟動后延時運(yùn)行程序，增強(qiáng)應(yīng)用系統(tǒng)可靠性。片內(nèi)UART，面向字節(jié)的高速硬件串口TWI（與I2C兼容）、SPI串口。還有ADC、PWM等片內(nèi)外設(shè)。69（4）I/O口功能強(qiáng)、驅(qū)動能力大。工業(yè)級產(chǎn)品具有大電流（最大可達(dá)40mA），可省去功率驅(qū)動器件，直接驅(qū)動可控硅SSR或繼電器。AVR單片機(jī)的I/O口是真正的I/O口，能正確反映I/O口輸入/輸出的真實情況。I/O口的輸入可設(shè)定為三態(tài)高阻抗輸入或帶上拉電阻輸入，便于滿足各種多功能I/O口應(yīng)用的需要，具備10mA～20mA灌電流的能力。（5）低功耗。有省電功能（PowerDown）及休眠功能（Idle）低功耗工作方式。一般耗電在1～2.5mA；對典型功耗情況，WDT關(guān)閉時為100nA，更適于電池供電。有的器件最低1.8V即可工作。70（6）支持在線編程，只需一條ISP下載線，就可把程序?qū)懭階VR單片機(jī)，無需編程器。其中MEGA系列還支持在線應(yīng)用編程IAP（可在線升級或銷毀應(yīng)用程序），省去仿真器。AVR系列齊全，3個檔次，可適于各種不同場合要求：低檔Tiny系列：有Tiny11/12/13/15/26/28等；中檔AT90S系列：有AT90S1200/2313/8515/8535等；高檔

Atmega

系列

：主要有ATmega8/16/32/64/128（存儲容量為8KB/16KB/32KB/64KB/128KB）及ATmega8515/8535等。71721.9其它的嵌入式處理器簡介以各類嵌入式處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，已成為當(dāng)今電子信息技術(shù)應(yīng)用的一大熱點。嵌入式處理器按體系結(jié)構(gòu)主要分為如下幾類：嵌入式微控制器（單片機(jī)）、嵌入式數(shù)字信號處理器（簡稱DSP）及嵌入式微處理器。731.9.1嵌入式DSP處理器(DSP)嵌入式數(shù)字信號處理器（DigitalSignalProcessor，DSP)，簡稱數(shù)字信號處理器（DSP）。非常擅長于高速實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理運(yùn)算（如數(shù)字濾波、FFT、頻譜分析等）的嵌入式處理器。由于對DSP硬件結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計，使其能高速完成各種數(shù)字信號處理算法。1981年，美國TI（TexasInstruments)）公司研制出了著名的TMS320系列的首片低成本、高性能的DSP處理器芯片：TMS320C10，使DSP技術(shù)向前跨出了意義重大的一步。7420世紀(jì)90年代，無線通信、各種網(wǎng)絡(luò)通信、多媒體技術(shù)的普及和應(yīng)用，高清晰度數(shù)字電視研究，極大刺激DSP推廣應(yīng)用。

DSP大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域。例如各種帶有智能邏輯的消費類產(chǎn)品，生物信息識別終端，實時語音壓解系統(tǒng)、數(shù)字圖像處理等。這類智能化算法一般都是運(yùn)算量較大，如向量運(yùn)算、指針線性尋址等較多，而這正是DSP長處。但在一些實時性要求很高場合，單片DSP處理能力還不能滿足要求。因此，各大公司又推出多總線、多流水線和并行處理的包含多個DSP處理器的芯片，大大提高系統(tǒng)性能。75DSP高速運(yùn)算的硬件結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)及多總線結(jié)構(gòu)，尤其是DSP處理的數(shù)字信號處理算法的復(fù)雜度以及數(shù)據(jù)處理大流量，單片機(jī)以及其他嵌入式處理器不可企及。

DSP主要廠商：美國TI、ADI、Motorola、Zilog等。TI榜首，占全球DSP市場約60％。代表性產(chǎn)品TMS320系列。包括用于控制領(lǐng)域的2000系列，移動通信的5000系列，以及在通信和數(shù)字圖像處理的6000系列等。隨著全球Internet網(wǎng)普及，多媒體廣泛應(yīng)用，尖端技術(shù)向民用領(lǐng)域迅速轉(zhuǎn)移，數(shù)字技術(shù)大范圍進(jìn)入消費類電子產(chǎn)品，使DSP不斷更新?lián)Q代，性能指標(biāo)不斷提高，價格不斷下降，已成為新興科技：通信、多媒體、系統(tǒng)、消費電子、76醫(yī)用電子等飛速發(fā)展的推動力。據(jù)國際著名市場調(diào)查研究公司ForwardConcepts的統(tǒng)計和預(yù)測報告顯示，目前世界DSP市場每年正以30％大幅增長，是目前最有發(fā)展和應(yīng)用前景的嵌入式處理器之一。1.9.2嵌入式微處理器嵌入式微處理器（EmbeddedMicroProcessorUnit，EMPU）的基礎(chǔ)是通用計算機(jī)中的CPU。雖在功能和標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本一樣，但由于只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的功能，這樣可大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗，同時在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強(qiáng)處理。77嵌入式微處理器代表性產(chǎn)品為ARM系列，主要5個產(chǎn)品系列：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10和SecurCore。以ARM7為例，地址線32條，能擴(kuò)展的存儲器空間要比單片機(jī)存儲器空間大得多，可配置實時多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)，而RTOS則是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺。常用的RTOS為Linux（數(shù)百KB）和VxWorks（數(shù)MB）以及μC-OSⅡ。由于嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)具有高度靈活性，可很容易對它進(jìn)行定制或開發(fā)，即“裁剪”、“移植”和“編寫”，從而設(shè)計出用戶所需的應(yīng)用程序。78由于能運(yùn)行實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，所以能處理復(fù)雜的系統(tǒng)管理任務(wù)和處理工作。因此，在移動計算平臺、媒體手機(jī)、工業(yè)控制和商業(yè)領(lǐng)域（例如，智能工控設(shè)備、ATM機(jī)等）、電子商務(wù)平臺、信息家電（機(jī)頂盒、數(shù)字電視）等方面，甚至軍事上的應(yīng)用，具有巨大的吸引力。以嵌入式微處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，已經(jīng)成為繼單片機(jī)、DSP之后的電子信息技術(shù)應(yīng)用的又一大熱點。79這里要對“嵌入式系統(tǒng)”這個名稱作進(jìn)一步說明。從更廣泛意義講，凡是系統(tǒng)中嵌入了“嵌入式處理器”，如單片機(jī)、DSP、嵌入式微處理器，都稱其為“嵌入式系統(tǒng)”。但目前較為流行的說法是，僅把“嵌入”嵌入式微處理器的系統(tǒng)，稱為“嵌入式系統(tǒng)”。目前“嵌入式系統(tǒng)”還沒有一個嚴(yán)格和權(quán)威定義，但通常所說的“嵌入式系統(tǒng)”，多指后種。808182第2章AT89S51單片機(jī)

硬件結(jié)構(gòu)

83單片機(jī)應(yīng)用特點是程序來控制硬件，讀者應(yīng)首先熟知并掌握AT89S51片內(nèi)硬件的基本結(jié)構(gòu)和特點。2.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。把作為控制應(yīng)用所必需的基本功能部件都集成在一個集成電路芯片上。有如下功能部件和特性：（1）8位微處理器（CPU）；（2）數(shù)據(jù)存儲器（128BRAM）；（3）程序存儲器（4KBFlashROM）；（4）4個8位可編程并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）；圖2-1AT89S51單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu)8485（5）1個全雙工的異步串行口；（6）2個可編程的16位定時器/計數(shù)器；（7）1個看門狗定時器；（8）中斷系統(tǒng)有5個中斷源，對應(yīng)5個中斷向量；（9）特殊功能寄存器（SFR）26個；（10）低功耗模式有空閑模式和掉電模式，且具有掉電模式下的中斷恢復(fù)模式；（11）3個程序加密鎖定位；86與AT89C51比，AT89S51更突出的優(yōu)點：（1）增加在線可編程功能ISP（InSystemProgram），字節(jié)和頁編程，現(xiàn)場程序調(diào)試和修改更加方便靈活；（2）數(shù)據(jù)指針增加到兩個，方便對片外RAM的訪問；（3）增加了看門狗定時器，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力；（4）增加斷電標(biāo)志；（5）增加掉電狀態(tài)下的中斷恢復(fù)模式；片內(nèi)各功能部件通過片內(nèi)單一總線連接而成（圖2-1），基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)微機(jī)結(jié)構(gòu)。CPU對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR，SpecialFunctionRegister）的集中控制方式。介紹圖2-1中片內(nèi)各功能部件。（1）CPU（微處理器）8位，與通用CPU基本相同，包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分，還有面向控制的位處理功能。（2）數(shù)據(jù)存儲器（RAM）片內(nèi)為128B（52子系列為256B），片外最多可擴(kuò)64KB。87（3）程序存儲器（FlashROM）片內(nèi)集成有4KB的Flash存儲器（AT89S52則為8KB；AT89C55片內(nèi)20KB），如片內(nèi)容量不夠，片外可外擴(kuò)至64KB。（4）中斷系統(tǒng)具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)。（5）定時器/計數(shù)器2個16位定時器/計數(shù)器（52子系列有3個），4種工作方式。（6）串行口1個全雙工的異步串口，4種工作方式?？蛇M(jìn)行串行通信，擴(kuò)展并行I/O口，還可與多個單片機(jī)構(gòu)成多機(jī)通信系統(tǒng)。88（7）4個8位的并行口：P0口、P1口、P2口和P3口。、（8）特殊功能寄存器（SFR）26個，對片內(nèi)各功能部件管理、控制和監(jiān)視。是各功能件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，映射片內(nèi)RAM區(qū)80H～FFH內(nèi)。（9）1個看門狗定時器WDT當(dāng)由于干擾程序陷入死循環(huán)或跑飛時，可使程序恢復(fù)正常運(yùn)行。AT89S51完全兼容AT89C51，在充分保留原來軟、硬件條件下，完全可用AT89S51直接代換。89902.2AT89S51的引腳功能先了解引腳，牢記各引腳功能。AT89S51與各種8051芯片的引腳兼容。目前多采用40只引腳雙列直插，此外，還有44引腳的PLCC和TQFP封裝方式的芯片。

91圖2-2AT89S51雙列直插封裝方式的引腳92引腳按其功能可分為如下3類：（1）電源及時鐘引腳—VCC、VSS；XTAL1、XTAL2。（2）控制引腳—PSEN*、ALE/PROG*、EA*/VPP、RST（RESET）（3）I/O口引腳——P0、P1、P2、P3，為4個8位I/O口2.2.1電源及時鐘引腳1．電源引腳（1）VCC（40腳）：+5V電源。（2）VSS（20腳）：數(shù)字地。932．時鐘引腳

（1）XTAL1（19腳）：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器電路輸入端。用片內(nèi)振蕩器時，該腳接外部石英晶體和微調(diào)電容。外接時鐘源時，該腳接來自外部時鐘振蕩器的信號。（2）XTAL2（18腳）：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器，該腳接外部石英晶體和微調(diào)電容。當(dāng)使用外部時鐘源時，本腳懸空。2.2.2控制引腳（1）RST(RESET，9腳)復(fù)位信號輸入，在引腳加上持續(xù)時間大于2個機(jī)器周期的高電平，可使單片機(jī)復(fù)位。正常工作，此腳電平應(yīng)≤0.5V。94當(dāng)看門狗溢出時，該腳將輸出96個時鐘振蕩周期的高電平。（2）EA*/VPP(EnableAddress/VoltagePulseofPrograming，31腳)EA*：第一功能：外部程序存儲器訪問允許控制端。EA*=1，在PC值≤0FFFH（不超出片內(nèi)4KBFlash存儲器地址范圍）時，單片機(jī)讀片內(nèi)Flash存儲器（4KB）中的程序，但PC值>0FFFH（超出片內(nèi)4KBFlash地址范圍）時，將自動轉(zhuǎn)向讀取片外60KB（1000H-FFFFH）程序存儲器空間中的程序。EA*=0，只讀取片外程序存儲器中內(nèi)容，讀取地址范圍為0000H～FFFFH，片內(nèi)的4KBFlash程序存儲器不起作用。95VPP：引腳第二功能，對片內(nèi)Flash編程，接編程電壓。（3）ALE/PROG*（AddressLatchEnable/PROGramming，30腳）ALE：為CPU訪問外部程序存儲器或外部數(shù)據(jù)存儲器提供地址鎖存控制信號，將低8位地址鎖存在片外的地址鎖存器中,見圖2-3。

96圖2-3ALE作為低8位地址的鎖存控制信號

此外，單片機(jī)正常運(yùn)行時，ALE端一直有正脈沖信號輸出，此頻率為fosc的1/6。該信號可作外部定時或觸發(fā)信號使用。

注意:每當(dāng)AT89S51訪問外部RAM或I/O時，要丟失一個ALE脈沖,所以ALE引腳的輸出信號頻率并不是準(zhǔn)確的1/6

fosc。

如不需要ALE端輸出脈沖信號，可將特殊功能寄存器AUXR（地址8EH，本章后面介紹）的第0位（ALE禁止位）置1，來禁止ALE操作，但在執(zhí)行訪問外部程序存儲器或外部數(shù)據(jù)存儲器操作時，ALE仍然有效，即ALE禁止位不影響對單片機(jī)對外部存儲器的訪問。PROG*：引腳第二功能，對片內(nèi)Flash編程，加編程脈沖輸入。97（4）PSEN*（ProgramStrobeENable，29腳）片外程序存儲器讀選通信號，低有效。98992.2.3并行I/O口引腳（1）P0口：P0.7~P0.0腳，8位，漏極開路的雙向I/O口當(dāng)外擴(kuò)存儲器及I/O接口芯片時，P0口作為低8位地址總線及數(shù)據(jù)總線的分時復(fù)用端口。P0口也可作通用的I/O口用，需加上拉電阻，這時為準(zhǔn)雙向口。如作輸入，應(yīng)先向端口寫1?？沈?qū)動8個LS型TTL負(fù)載。（2）P1口：P1.7~P1.0腳，8位，準(zhǔn)雙向I/O口，內(nèi)有上拉電阻。準(zhǔn)雙向I/O口，作通用I/O輸入時，應(yīng)先向端口鎖存器寫1,100P1口可驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。P1.5/MOSI、P1.6/MISO和P1.7/SCK也可用于對片內(nèi)Flash存儲器串行編程和校驗，分別是串行數(shù)據(jù)輸入、輸出和移位脈沖引腳。（3）P2口：P2.7~P2.0腳，8位，準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。當(dāng)AT89S51擴(kuò)展外部存儲器及I/O口時，P2口作為高8位地址總線輸出高8位地址。P2口也可作普通I/O使用。當(dāng)作通用I/O輸入時，應(yīng)先向端口輸出鎖存器寫1。可驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。101（4）P3口：P3.7~P3.0腳，8位，準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻?？勺鳛橥ㄓ玫腎/O口使用。作為通用I/O輸入，應(yīng)先向端口輸出鎖存器寫入1?？沈?qū)動4個LS型TTL負(fù)載。P3口還可提供第二功能。第二功能定義如表2-1，應(yīng)熟記。

綜上所述，P0口作為總線口時，為雙向口，作通用I/O用時，為準(zhǔn)雙向口，需加上拉電阻。P1、P2、P3口均為準(zhǔn)雙向口。102103注意：準(zhǔn)雙向口與雙向口的差別。準(zhǔn)雙向口僅有兩個狀態(tài)。而P0口作為總線使用，口線內(nèi)無上拉電阻，處于高阻“懸浮”態(tài)。故為雙向三態(tài)I/O口。為什么P0口要有高阻“懸浮”態(tài)？因為P0口作為數(shù)據(jù)總線用時，多個數(shù)據(jù)源都掛在數(shù)據(jù)總線上，當(dāng)P0口不需要讀寫其他數(shù)據(jù)源時，需要與數(shù)據(jù)總線高阻“懸浮”隔離。準(zhǔn)雙向I/O口則無高阻“懸浮”態(tài)。另外，準(zhǔn)雙向口作通用I/O輸入使用時，需先向該口先寫入“1”。準(zhǔn)雙向口與雙向口的差別，學(xué)習(xí)2.5節(jié)的P0~P3口內(nèi)部結(jié)構(gòu)后，會有更深入了解。

至此，40只引腳已介紹完畢，應(yīng)熟記每一引腳功能，對應(yīng)用系統(tǒng)硬件電路設(shè)計十分重要。1041052.3AT89S51的CPU由圖2-1，由運(yùn)算器和控制器構(gòu)成。2.3.1運(yùn)算器對操作數(shù)進(jìn)行算術(shù)、邏輯和位操作運(yùn)算。主要包括算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU、累加器A、位處理器、程序狀態(tài)字寄存器PSW及兩個暫存器等。1．算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU可對8位變量邏輯運(yùn)算（與、或、異或、循環(huán)、求補(bǔ)和清零），還可算術(shù)運(yùn)算（加、減、乘、除）106ALU還有位操作功能，對位變量進(jìn)行位處理，如置“1”、清“0”、求補(bǔ)、測試轉(zhuǎn)移及邏輯“與”、“或”等。2．累加器A累加器A是CPU中使用頻繁的一個8位寄存器，在使用匯編語言編程時，有些場合必須寫為Acc。作用如下：（1）ALU單元的輸入數(shù)據(jù)源之一，又是ALU運(yùn)算結(jié)果存放單元（2）數(shù)據(jù)傳送大多都通過累加器A，相當(dāng)于數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站。為解決“瓶頸堵塞”問題，AT89S51增加了一部分可不經(jīng)過累加器的傳送指令。107A的進(jìn)位標(biāo)志Cy是特殊的，因為它同時又是位處理機(jī)的位累加器3．程序狀態(tài)字寄存器PSWPSW（ProgramStatusWord）位于片內(nèi)特殊功能寄存器區(qū)，字節(jié)地址D0H。包含了程序運(yùn)行狀態(tài)的信息，其中4位保存當(dāng)前指令執(zhí)行后的狀態(tài)，供程序查詢和判斷。格式如圖2-4。

圖2-4PSW的格式108PSW中各位功能：（1）Cy（PSW.7）進(jìn)位標(biāo)志位可寫為C。在算術(shù)和邏輯運(yùn)算時，若有進(jìn)位/借位，Cy＝1；否則，Cy＝0。在位處理器中，它是位累加器。（2）Ac（PSW.6）輔助進(jìn)位標(biāo)志位在BCD碼運(yùn)算時，用作十進(jìn)位調(diào)整。即當(dāng)D3位向D4位產(chǎn)生進(jìn)位或借位時，Ac＝1；否則，Ac＝0。（3）F0（PSW.5）用戶設(shè)定標(biāo)志位由用戶使用的一個狀態(tài)標(biāo)志位，可用指令來使它置“1”或清“0，控制程序的流向。用戶應(yīng)充分利用。109（4）RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）4組工作寄存器區(qū)選擇 選擇片內(nèi)RAM區(qū)中的4組工作寄存器區(qū)中的某一組為當(dāng)前工作寄存區(qū)。如表2-2。110RS1RS0所選的4組寄存器000區(qū)（內(nèi)部RAM地址00H～07H）011區(qū)（內(nèi)部RAM地址08H～0FH）102區(qū)（內(nèi)部RAM地址10H～17H）113區(qū)（內(nèi)部RAM地址18H～1FH）表2-2RS1、RS0與4組工作寄存器區(qū)的對應(yīng)關(guān)系（5）OV（PSW.2）溢出標(biāo)志位

當(dāng)執(zhí)行算術(shù)指令時，用來指示運(yùn)算結(jié)果是否產(chǎn)生溢出。如果結(jié)果產(chǎn)生溢出，OV=1；否則，OV=0。（6）PSW.1位：保留位。（7）P（PSW.0）奇偶標(biāo)志位

指令執(zhí)行后，累加器A中“1”的個數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)。

P=1，A中“1”的個數(shù)為奇數(shù)。

P=0，A中“1”的個數(shù)為偶數(shù)。

此標(biāo)志位對串行通信有重要意義，常用奇偶檢驗來檢驗數(shù)據(jù)串行傳輸?shù)目煽啃浴?111121132.3.2控制器任務(wù)：識別指令，并根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片機(jī)各功能部件，從而保證單片機(jī)各部分能自動協(xié)調(diào)地工作?？刂破靼ǎ撼绦蛴嫈?shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、定時及控制邏輯電路等。功能是控制指令的讀入、譯碼和執(zhí)行，從而對各功能部件進(jìn)行定時和邏輯控制。程序計數(shù)器PC是一個獨立的16位計數(shù)器，指令不可直接訪問。單片機(jī)復(fù)位時，PC內(nèi)容為0000H，從程序存儲器0000H單元取指令，開始執(zhí)行程序。PC工作過程：CPU讀指令時，PC的內(nèi)容作為所取指令的地址，程序存儲器按此地址輸出指令字節(jié)，同時PC自動加1。PC內(nèi)容變化軌跡決定程序流程。當(dāng)順序執(zhí)行程序時自動加1；執(zhí)行轉(zhuǎn)移程序或子程序、中斷子程序調(diào)用時，自動將其內(nèi)容更改成所要轉(zhuǎn)移的目的地址。PC計數(shù)寬度決定了程序存儲器的地址范圍，16位，故可對64KB（=216B）尋址。2.4AT89S51存儲器的結(jié)構(gòu)存儲器結(jié)構(gòu)特點之一是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開（哈佛結(jié)構(gòu)），并有各自的訪問指令。存儲器空間可分為4類。114１.程序存儲器空間片內(nèi)、片外兩部分。片內(nèi)程序存儲器為4KB的Flash存儲器，編程和擦除全是電氣實現(xiàn)，且速度快?？赏ㄓ镁幊唐骶幊蹋部稍诰€編程。當(dāng)片內(nèi)4KB的Flash存儲器不夠用時，可在片外擴(kuò)展程序存儲器，最多可擴(kuò)展至64KB程序存儲器。２.數(shù)據(jù)存儲器空間片內(nèi)、片外兩部分。片內(nèi)有128BRAM（52子系列為256B）。片內(nèi)RAM不夠用時，在片外可擴(kuò)展至64KBRAM

。3115３.特殊功能寄存器SFR（SpecialFunctionRegister）片內(nèi)共有26個特殊功能寄存器SFR（SpecialFunctionRegister）。SFR實質(zhì)是各外圍部件的控制寄存器及狀態(tài)寄存器，綜合反映單片機(jī)內(nèi)部實際的工作狀態(tài)及工作方式。４.位地址空間共211個可尋址位，構(gòu)成了位地址空間。它們位于內(nèi)部RAM（共128位）和特殊功能寄存器區(qū)（共83位）中。2.4.1程序存儲器空間存放程序和表格之類的固定常數(shù)。片內(nèi)為4KBFlash，地址為0000H～0FFFH。16位地址線，可外擴(kuò)的程序存儲器空間最大為64KB，地址為0000H～FFFFH。使用應(yīng)注意以下問題116（1）分片內(nèi)和片外兩部分，訪問片內(nèi)的還是片外的程序存儲器，由EA*腳電平確定。

EA*=1，CPU從片內(nèi)0000H開始取指令，當(dāng)PC值≤0FFFH時，只訪問片內(nèi)Flash存儲器，當(dāng)PC值>0FFFH自動轉(zhuǎn)向讀片外程序存儲器空間1000H～FFFFH內(nèi)的程序。EA*=0，只執(zhí)行片外程序存儲器（0000H～FFFFH）中的程序。不理會片內(nèi)4KBFlash存儲器。（2）程序存儲器某些固定單元用于各中斷源中斷服務(wù)程序入口。11711864KB程序存儲器空間5個特殊單元分別對應(yīng)于5個中斷源的中斷入口地址，見表2-3。AT89S51復(fù)位后，程序存儲器地址指針PC為0000H，程序從程序存儲器地址0000H開始執(zhí)行程序。由于外部中斷0的中斷服務(wù)程序入口地址為0003H，為使主程序不與外部中斷0的中斷服務(wù)程序發(fā)生沖突，用匯編語言編程時，一般在0000H單元存放一條跳轉(zhuǎn)指令，轉(zhuǎn)向主程序的入口地址。上述問題，在使用C51語言編程時，用戶只需正確書寫中斷函數(shù)即可，其他由C51編譯時自動處理，不會發(fā)生沖突。1191202.4.2數(shù)據(jù)存儲器空間

片內(nèi)與片外兩部分。１.片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（RAM）共128個單元，字節(jié)地址00H～7FH。圖2-5為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的結(jié)構(gòu)。121圖2-5AT89S51片內(nèi)RAM結(jié)構(gòu)12200H～1FH的32個單元是4組通用工作寄存器區(qū)，每區(qū)包含8B，為R7～R0?？赏ㄟ^指令改變RS1、RS0兩位來選擇。20H～2FH的16個單元的128位可位尋址，也可字節(jié)尋址。30H～7FH單元只能字節(jié)尋址，用作存數(shù)據(jù)以及作為堆棧區(qū)。２.片外數(shù)據(jù)存儲器當(dāng)片內(nèi)128B的RAM不夠用時，需外擴(kuò)，最多可外擴(kuò)64KB的RAM。注意，片內(nèi)RAM與片外RAM兩個空間是相互獨立的，片內(nèi)RAM與片外RAM的低128B的地址是相同的，但由于使用不同的訪問指令，所以不會發(fā)生沖突。1232.4.3特殊功能寄存器（SFR）特殊功能寄存器映射在片內(nèi)RAM

80H～FFH

區(qū)域中，共26個。表2-4是名稱及分布。有些還可位尋址，位地址見表2-4。與AT89C51相比，新增5個SFR：DP1L、DP1H、AUXR、AUXR1和WDTRST，已在表2-4中標(biāo)出。凡是可位尋址的SFR，字節(jié)地址末位只能是0H或8H。另外，若讀/寫未定義單元，將得到一個不確定的隨機(jī)數(shù)。累加器A和程序狀態(tài)字寄存器PSW前面已介紹。下面簡單介紹某些SFR，余下的SFR與片內(nèi)外圍部件密切相關(guān)，將在后續(xù)介紹片內(nèi)外圍部件時進(jìn)行說明。1241251261．堆棧指針SP指示堆棧頂部在內(nèi)部RAM塊中的位置。堆棧結(jié)構(gòu)--向上生長型。單片機(jī)復(fù)位后，SP為07H，使得堆棧實際上從08H單元開始，由于08H～1FH單元分別屬于1～3組的工作寄存器區(qū)，最好在復(fù)位后把SP值改為60H或更大值，避免堆棧與工作寄存器沖突。堆棧主要是為子程序調(diào)用和中斷操作而設(shè)。用于保護(hù)斷點和現(xiàn)場。（1）保護(hù)斷點。無論子程序調(diào)用還是中斷服務(wù)子程序調(diào)用，最終都要返回主程序。應(yīng)預(yù)先把主程序的斷點在堆棧中保護(hù)起來，為程序正確返回做準(zhǔn)備。127（2）現(xiàn)場保護(hù)。執(zhí)行子程序或中斷服務(wù)子程序時，要用到一些寄存器單元，會破壞原有內(nèi)容。要把有關(guān)寄存器單元的內(nèi)容送入堆棧，保存起來，即“現(xiàn)場保護(hù)”。兩種操作：數(shù)據(jù)壓入（PUSH）堆棧，數(shù)據(jù)彈出（POP）堆棧。數(shù)據(jù)壓入堆棧，SP自動加1；數(shù)據(jù)彈出堆棧，SP自動減1。2．寄存器B為執(zhí)行乘法和除法而設(shè)。在不執(zhí)行乘、除法操作的情況下，可把它當(dāng)作一個普通寄存器來使用。乘法：兩乘數(shù)分別在A、B中，執(zhí)行乘法指令后，乘積在BA中除法：被除數(shù)取自A，除數(shù)取自B，商存放在A中，余數(shù)存B中。1281293．AUXR寄存器AUXR是輔助寄存器，其格式如圖2-6：圖2-6AUXR寄存器的格式130其中:DISALE：ALE的禁止/允許位。

0：ALE有效，發(fā)出脈沖；

1：ALE僅在執(zhí)行MOVC和MOVX類指令時有效，不訪問外部存儲器時，ALE不輸出脈沖信號；DISRTO：禁止/允許WDT溢出時的復(fù)位輸出。

0：WDT溢出時，在RST引腳輸出一個高電平復(fù)位脈沖；

1：禁止WDT，RST引腳僅為輸入腳。WDIDLE：WDT在空閑模式下的禁止/允許位。

0：WDT在空閑模式下繼續(xù)計數(shù)；

1：WDT在空閑模式下暫停計數(shù)。。1314.數(shù)據(jù)指針DPTR0和DPTR1雙數(shù)據(jù)指針寄存器，便于訪問數(shù)據(jù)存儲器。DPTR0：AT89C51單片機(jī)原有的數(shù)據(jù)指針，DPTR1：新增加的數(shù)據(jù)指針。AUXR1的DPS位用于選擇兩個數(shù)據(jù)指針。DPS=0時，選用DPTR0；DPS=1時，選用DPTR1。AT89S51復(fù)位時，默認(rèn)選用DPTR0。

數(shù)據(jù)指針可作為一個16位寄存器來用，也可作為兩個獨立的8位寄存器DP0H（或DP1H）和DP0L（或DP1L）來用。1325.AUXR1寄存器AUXR1是輔助寄存器，格式如圖2-7：

DPS：數(shù)據(jù)指針寄存器選擇位。

0：選擇數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR0；

1：選擇數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR1。圖2-7AUXR1寄存器的格式6.看門狗定時器WDT包含1個14位計數(shù)器和看門狗定時器復(fù)位寄存器（WDTRST）。當(dāng)CPU由于干擾，程序陷入死循環(huán)或跑飛狀態(tài)時，WDT提供了一種使程序恢復(fù)正常運(yùn)行的有效手段。有關(guān)WDT的應(yīng)用以及低功耗模式下運(yùn)行