AT89S51單片機的功能特點詳解

MCS-51系列單片機的代表性產(chǎn)品為8051，其他單片機都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增減。20世紀(jì)80年代中期以后，Intel公司已把精力集中在高檔CPU芯片的開發(fā)、研制上，逐漸淡出單片機芯片的開發(fā)和生產(chǎn)。由于MCS-51系列單片機設(shè)計上的成功以及較高的市場占有率，以MCS-51技術(shù)核心為主導(dǎo)的單片機已經(jīng)成為許多廠家、電氣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)交換的形式把8051的內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了許多半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)廠家，如ATMEL、Philips、Cygnal、ANALOG、LG、ADI、Maxim、DEVICES、DALLAS等公司。這些廠家生產(chǎn)的兼容機與8051的內(nèi)核結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)相同，采用CMOS工藝，因而常用80C51系列單片機來稱呼所有這些具有8051指令系統(tǒng)的單片機，人們也習(xí)慣把這些兼容機等各種衍生品種統(tǒng)稱為51系列單片機或簡稱為51單片機，有的公司還在8051的基礎(chǔ)上又增加了一些功能模塊（稱為增強型、擴(kuò)展型子系列單片機），使其集成度更高，更有特點，其功能和市場競爭力更強。

近年來，世界上單片機芯片生產(chǎn)廠商推出的與8051（80C51）兼容的主要產(chǎn)品見表1-2。

在眾多與MCS-51單片機兼容的各種基本型、增強型、擴(kuò)展型等衍生機型中，美國ATMEL公司推出的AT89C5x／AT89S5x系列，尤其是該系列中的AT89C51／AT89S51和AT89C52／AT89S52單片機在我國目前的8位單片機市場中占有較大的市場份額。

ATMEL公司是美國20世紀(jì)80年代中期成立并發(fā)展起來的半導(dǎo)體公司。該公司于1994年以E2 PROM技術(shù)與Intel公司的80C51內(nèi)核的使用權(quán)進(jìn)行交換。ATMEL公司的技術(shù)優(yōu)勢是其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。

AT89C5x/AT89S5x系列單片機繼承了MCS- 51的原有功能，與MCS-51系列單片機在原有功能、引腳以及指令系統(tǒng)方面完全兼容。此外，AT89C5x/AT89S5x系列單片機中的某些品種又增加了一些新的功能，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，另外，AT89C5x/AT89S5x單片機還支持由軟件選擇的兩種節(jié)電工作方式，非常適于電池供電或其他要求低功耗的場合。AT89C51/AT89S51與MCS-51系列中的87C51單片機相比，AT89C51/AT89S51單片機片內(nèi)的4KB Flash存儲器取代了87C51片內(nèi)4KB的EPROM。

AT89S51單片機片內(nèi)的4KB 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，因此AT89C51/AT89S51單片機作為AT89C5x/AT89S5x系列單片機的代表性產(chǎn)品受到了應(yīng)用設(shè)計者的歡迎，AT89C5x/AT89S5x單片機是目前取代MCS-51系列單片機的主流芯片之一。

AT89S5x的“S”系列機型是ATMEL公司繼AT89C5x系列之后推出的新機型，代表性產(chǎn)品為AT89S51和AT89S52?；拘偷腁T89C51與AT89S51以及增強型的AT89C52與AT89S52的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)完全相同。使用AT89C51單片機的系統(tǒng)，在保留原來軟硬件的條件下，完全可以用AT89S51直接代換。與AT89C5x系列相比，AT89S5x系列的時鐘頻率以及運算速度有了較大的提高，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系列已經(jīng)逐漸取代AT89C5x系列。

表1-3為ATMEL公司AT89C5x/AT89S5x系列單片機主要產(chǎn)品的片內(nèi)硬件資源。由于單片機的種類很多，讀者在選擇單片機時要依據(jù)實際需求來選擇合適的型號。

表1-3 ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C5x/AT89S5x系列單片機的片內(nèi)硬件資源

表1-3中AT89C1051與AT89C2051為低檔機型，均為20個引腳。注意，當(dāng)使用低檔機型即可滿足設(shè)計需求時，就不要采用較高檔次的機型。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，而不需要選擇AT89S51或AT89S52，因為后者要比前者的價格高，且前者體積也小。如果對程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的容量要求較高，那么選擇的單片機還要滿足片內(nèi)程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)空間的要求。除了程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)的要求外，還要考慮單片機運行速度盡量要快，這里還可以考慮選擇AT89S51 /AT89S52，因為它們的最高工作時鐘頻率為33 MHz。當(dāng)單片機應(yīng)用程序需要多于8 KB以上的空間時可考慮選用片內(nèi)Flash存儲器容量為20 KB的AT89C55。

表1-3中，AT89LV51與AT89LV52中的“LV”代表低電壓，它與AT89S51單片機的主要差別是其工作時鐘頻率為12 MHz，工作電壓為2.7～6 V，編程電壓VPP為12 V。AT89LV51的低電壓電源工作條件可使其在便攜式、袖珍式、無交流電源供電的環(huán)境中應(yīng)用，因此特別適合用于電池供電的儀器儀表和各種野外操作的設(shè)備中。

盡管AT89C5x/AT89S5x系列單片機有多種機型，但是掌握好基本型AT89S51單片機非常重要，因為它是具有8051內(nèi)核的各種型號單片機的基礎(chǔ)，最具典型性和代表性，同時也是各種增強型、擴(kuò)展型等衍生品種的基礎(chǔ)。因此，本書以AT89S51作為51單片機的代表性機型來介紹單片機的原理及應(yīng)用。

在我國，除了8位單片機得到廣泛應(yīng)用外，一些廠家的16位單片機也得到了廣大用戶的青睞。例如，美國TI公司的16位單片機MSP430和我國***的凌陽16位單片機。這些單片機本身帶有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)，用戶設(shè)計使用非常方便。盡管這樣，16位單片機的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有8位單片機的應(yīng)用廣泛和普及，這是因為目前在單片機的主要應(yīng)用領(lǐng)域中，8位單片機所具有的性能已經(jīng)能夠滿足大部分的實際需求，而且8位單片機的性能價格比較高，在眾多廠家生產(chǎn)的各種不同的8位單片機中，與MCS-51系列單片機兼容的各種51單片機，目前仍然是8位單片機的主流品種，在最近若干年內(nèi)仍是自動化、機電一體化、儀器儀表、工業(yè)檢測控制應(yīng)用的主角。