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[導(dǎo)讀]MCS-51單片機(jī)是美國(guó)INTE公司于1980年推出的產(chǎn)品,與MCS-48單片機(jī)相比,它的結(jié)構(gòu)更先進(jìn),功能更強(qiáng),在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令,指令數(shù)達(dá)111條,MCS-51單片機(jī)可以算是相當(dāng)成功的產(chǎn)品,一直到現(xiàn)在,MCS-

MCS-51單片機(jī)是美國(guó)INTE公司于1980年推出的產(chǎn)品,與MCS-48單片機(jī)相比,它的結(jié)構(gòu)更先進(jìn),功能更強(qiáng),在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令,指令數(shù)達(dá)111條,MCS-51單片機(jī)可以算是相當(dāng)成功的產(chǎn)品,一直到現(xiàn)在,MCS-51系列或其兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品,各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍與MCS-51單片機(jī)作為代表進(jìn)行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。我們也以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。

MCS-51系列單片機(jī)主要包括8031、8051和8751等通用產(chǎn)品,其主要功能如下:

·8位CPU

·4kbytes 程序存儲(chǔ)器(ROM)

·128bytes的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)

·32條I/O口線

·111條指令,大部分為單字節(jié)指令

·21個(gè)專用寄存器

·2個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器

·5個(gè)中斷源,2個(gè)優(yōu)先級(jí)

·一個(gè)全雙工串行通信口

·外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間為64kB

·外部程序存儲(chǔ)器尋址空間為64kB

·邏輯操作位尋址功能

·雙列直插40PinDIP封裝

·單一+5V電源供電

MCS-51以其典型的結(jié)構(gòu)和完善的總線專用寄存器的集中管理,眾多的邏輯位操作功能及面向控制的豐富的指令系統(tǒng),堪稱為一代“名機(jī)”,為以后的其它單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。正因?yàn)槠鋬?yōu)越的性能和完善的結(jié)構(gòu),導(dǎo)致后來(lái)的許多廠商多沿用或參考了其體系結(jié)構(gòu),有許多世界大的電氣商豐富和發(fā)展了MCS-51單片機(jī),象PHILIPS、Dallas、ATMEL等著名的半導(dǎo)體公司都推出了兼容MCS-51的單片機(jī)產(chǎn)品,就連我國(guó)的臺(tái)灣WINBOND公司也發(fā)展了兼容C51(人們習(xí)慣將MCS-51簡(jiǎn)稱C51,如果沒有特別聲明,二者同指MCS-51系列單片機(jī))的單片機(jī)品種。

近年來(lái)C51獲得了飛速的發(fā)展,C51的發(fā)源公司INTEL由于忙于開發(fā)PC及高端微處理器而無(wú)精力繼續(xù)發(fā)展自己的單片機(jī),而由其它廠商將其發(fā)展,最典型的是PHILIPS和ATML公司,PHILIPS公司主要是改善其性能,在原來(lái)的基礎(chǔ)上發(fā)展了高速I/O口,A/D轉(zhuǎn)換器,PWM(脈寬調(diào)制)、WDT等增強(qiáng)功能,并在低電壓、微功耗、擴(kuò)展串行總線(I2C)和控制網(wǎng)絡(luò)總線(CAN)等功能加以完善。

PHILIPS公司在發(fā)展C51的低功耗,高速度和增強(qiáng)型功能上作了不少貢獻(xiàn),當(dāng)初主要由其來(lái)發(fā)展C51單片機(jī),他們的83Cxx和87Cxx系列省去了并行擴(kuò)展總線,適合于作為家用電器類控制的經(jīng)濟(jì)型單片機(jī)。

ATMEL公司推出的AT89Cxx系列兼容C51的單片機(jī),完美地將Flash(非易失閃存技術(shù))EEPROM與80C51內(nèi)核結(jié)合起來(lái),仍采用C51的總體結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng),F(xiàn)lash的可反擦寫程序存儲(chǔ)器能有效地降低開發(fā)費(fèi)用,并能使單片機(jī)作多次重復(fù)使用。

Siemens公司也沿用C51的內(nèi)核,相繼推出了C500系列單片機(jī),在保持了與C51指令兼容的前提下,其產(chǎn)品的性能得到了進(jìn)一步的提升,特別是在抗干擾性能,電磁兼容和通信控制總線功能上獨(dú)樹一幟,其產(chǎn)品常用于工作環(huán)境惡劣的場(chǎng)合。亦適用于通信和家用電器控制領(lǐng)域。

還有臺(tái)灣的WINBOND公司亦開發(fā)了一系列兼容C51的單片機(jī),其產(chǎn)品通常具備豐富的功能特性,而且與其質(zhì)優(yōu)價(jià)廉在市場(chǎng)也占有一定的分額。

下表是80C51系列單片機(jī)的主要分類及功能特性:

系列 典型芯片 I/O口 定時(shí)/計(jì)數(shù)器 中斷源 串行通信口 片內(nèi)RAM 片內(nèi)ROM 說(shuō)明

51系列 80C31 4x8位 2x16位 5 1 128字節(jié) 無(wú)

80C51 4x8位 2x16位 5 1 128字節(jié) 4kB掩膜ROM

87C51 4x8位 2x16位 5 1 128字節(jié) 4kBEPROM

89C51 4x8位 2x16位 5 1 128字節(jié) 4kBEEPROM

52系列 80C32 4x8位 2x16位 6 1 256字節(jié) 無(wú)

80C51 4x8位 2x16位 6 1 256字節(jié) 8kB掩膜ROM

87C52 4x8位 2x16位 6 1 256字節(jié) 4kBEPROM

89C52 4x8位 2x16位 6 1 256字節(jié) 4kBEEPROM

8051是MCS-51系列單片機(jī)中的代表產(chǎn)品,它內(nèi)部集成了功能強(qiáng)大的中央處理器,包含了硬件乘除法器、21個(gè)專用控制寄存器、4kB的程序存儲(chǔ)器、128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、4組8位的并行口、兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器、一個(gè)全雙工的串行口以及布爾處理器。

MCS-51具有比較大的尋址空間,地址線寬達(dá)16條,即外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的尋址范圍達(dá)216=64kB,這作為單片機(jī)控制來(lái)說(shuō)已是比較大的,這同時(shí)具備對(duì)I/O口的訪問能力。此外,MCS-51采用模塊化結(jié)構(gòu),可方便地增刪一個(gè)模塊就可引腳和指令兼容的新產(chǎn)品。從而容易使產(chǎn)品形成系列化。

由于MCS-51集成了幾乎完善的8位中央處理單元,處理功能強(qiáng),中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器,硬件的加、減、乘、除法器和布爾處理機(jī)及各種邏輯運(yùn)算和轉(zhuǎn)移指令,這給應(yīng)用提供了極大的便利。

MCS-51的指令系統(tǒng)近乎完善,指令系統(tǒng)中包含了全面的數(shù)據(jù)傳送指令、完善的算術(shù)和邏輯運(yùn)算指令、方便的邏輯操作和控制指令、對(duì)于編程來(lái)說(shuō),是相當(dāng)靈活和方便的。

MCS-51單片機(jī)的工作頻率為2-12MHz,當(dāng)振蕩頻率為12MHz時(shí),一個(gè)機(jī)器周期為1us,這個(gè)速度應(yīng)該說(shuō)是比較快的。

8051中集成了完善的各種中斷源,用戶可十分方便地控制和使用其功能,使得它的應(yīng)用范圍加大,可以說(shuō)它可以滿足絕大部分的應(yīng)用場(chǎng)合。

MCS-51把微型計(jì)算機(jī)的主要部件都集成在一塊心片上,使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短,可靠性更高,運(yùn)行速度更塊。由于屬于芯片化的微型計(jì)算機(jī),各功能部件在芯片中的布局和結(jié)構(gòu)達(dá)最優(yōu)化,抗干擾能力加強(qiáng),工作亦相對(duì)穩(wěn)定。因此,在工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中,使用單片機(jī)是最理想的選擇。單片機(jī)屬于典型的嵌入式系統(tǒng),所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。

MCS-51的開發(fā)環(huán)境要求較低,軟件資源十分豐富,介紹其功能特性書籍和開發(fā)軟件隨處可取,只需配備一臺(tái)PC(個(gè)人電腦——對(duì)電腦的配置基本上無(wú)要求),一臺(tái)仿真編程器即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā),早期的開發(fā)軟件多使用DOS版本,隨著Windows視窗軟件的普及,現(xiàn)在幾乎都使用Windows版本,并且軟件種類繁多,琳瑯滿目,在眾多的單片機(jī)品種中,C51的環(huán)境資源是最豐富的,這給C51用戶帶來(lái)極大的便利。

擴(kuò)展閱讀:單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)四問

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