基礎(chǔ)篇：關(guān)于MCS 51 單片機硬件結(jié)構(gòu)介紹

自從 1976 年單片機誕生以來，單片機已有 70 多個系列，近 500 個機種 。國 際知名公司及其 8 位單片機產(chǎn)品如表 2.1 所示。

上述產(chǎn)品既有很多共性，又各具一定的特色，在市場上都占有一席之地 。根據(jù)近年來的有關(guān)統(tǒng)計，Intel 公司的單片機市場占有率為 67% ，其 中 MCS 51 系列產(chǎn) 品又 占 54% ，仍為主流系列。

MCS 51 系列單片機的分類

MCS 51 系列單片機已有 10 多種產(chǎn)品，可分為兩大系列：MCS 51 子系列和 MCS 52 子系列，如表 2.2 所 示 。各子系列按片內(nèi) 有 無 ROM 和 EPROM 標 以 不 同 的 型 號 。如 MCS 51 系列有 8031 、8051 和 8751 。另外，芯片 的制造工藝也有 HMOS 與 CHMOS 之 分。采用低功耗的 CHMOS 工藝的 MCS 51 系列芯片命名為 80C31 、80C51 和 87C51 等。

8031/8051/8751 三種型號，稱為 8051 子系列 。這三種芯片的結(jié)構(gòu)和功能相 同 ，它們之間的區(qū)別在于片內(nèi)程序存儲器配置狀態(tài)：8051 片內(nèi)含有 4KB 的掩膜 ROM，其中的程序是生產(chǎn)廠家制作芯片時，代為用戶燒制的 ，出廠的 8051 都是具有特殊用途的單片機。8051應用在程序固定且批量大的單片機產(chǎn)品 中 。8751 片 內(nèi)含有 4KB 的 EPROM，用戶可 以把 編寫好的程序用開發(fā)機或編程器寫入其中，需要修改時，可以先用紫外線擦除器擦除，然 后再寫入新的程序。8031 片內(nèi)沒有 ROM，使用時需在片外接 EPROM 。

8032AH/8052AH/8752AH 是 8031/8051/8751 的增強型，稱為 8052 子系列 。其 中片 內(nèi) ROM 和 RAM 的容量比 8051 子系列各增加一倍，另外，增加了一個定時器/計數(shù)器和一個中斷源。

80C31/80C51/87C51 是 8051 子系列的 CHMOS 工 藝 芯 片 ，80C32/80C52/87C52 是 8052 子系列的 CHMOS 工藝芯片，兩者芯片內(nèi)的配置和功能兼容。

MCS 51 系列單片機采用兩種半導體工藝生產(chǎn)，一種是 HMOS 工藝 ，即高密度短溝道 MOS 工藝;另外一種是 CHMOS 工藝 ，即互補金屬氧化物的 HMOS 工藝。芯片型號中帶有“C”的，均為 CHMOS 工藝芯片，其特點是功耗低。另外，87C51 還帶有兩級程序存儲 器保密系統(tǒng)，可防止非法復制程序。

與 MCS 51 系列兼容的單片機

從 Intel 公司推出 MCS 51 系列高檔 8 位單片機至今已近 30 年，51 系列單片機經(jīng)久不衰，并得到了極其廣泛的應用。近年來，世界上很多半導體公司都生產(chǎn)以 8051 為內(nèi)核的 單片機，如 Atmel 公 司 的 AT89/AT87 系列 、Philips 公 司 的 P89/P87 系列 、SST 公 司 的 STC89/87 系列單片機。世界上各大公司生產(chǎn)的 51 系列單片機均有多種型號的產(chǎn)品，各大公司通常以 8XC51 來命名 51 系列單片機，在眾多的 51 單片機系列中，AT89 系列單片機在我國也得到極其廣泛的應用，越來越 受到人們的矚 目。AT89 系列單片機是美 國 Atmel 公司 的 8 位 Flash 單片機產(chǎn) 品 。它的最大特點是在片內(nèi)含有 Flash 存儲器，在系統(tǒng)的開發(fā)過程中修改程序十分容易，使開發(fā)調(diào)試更為方便。AT89 系列單片機以 8031 為內(nèi)核，是與 8051 系列單片機兼容的系列，其型號可分為標準型、低檔型和高檔型 3 類。

1.標準型單片機

標準型 89 系列單片機是與 MCS 51 系列單片機兼容的 。在內(nèi)部含有 4KB 或 8KB 可重復編程的 Flash 存儲器，可進行 1000 次擦寫操作。全靜態(tài)工作為 0~33 MHz，有 3 級 程序存儲器加密鎖定 ，內(nèi)部含有 128~256 字節(jié) 的 RAM 、32 腳可編程 I/O 口 、2~3 個 16 位定時器/計數(shù)器、6~8 級中斷，此外有通用串行接口、低電壓空閑模式及掉電模式。

AT89 系 標準型單片機有 4 種 ， 分 別為 AT89C51 、AT89LV51 、AT89C52 和 AT89LV52 ，其中 AT89C51 、AT89C52 直接與 8051 系列兼容，相當于將 8051 、8052 中的 4KB、8KBROM 換成相應數(shù)量的 Flash 存儲器;AT89LV51 是 AT89C51 的低電壓型號， 可以在 2.7~6V 的電壓范圍內(nèi)工作。

2.低檔型單片機

低檔型單片機有 AT89C1051 和 AT89C2051 兩種型號。除并行 I/O 口數(shù)量較少外，其他結(jié)構(gòu)和 AT89C51 差不多，芯片引腳只有 20 條。

3.高檔型單片機

高檔型單片機有 AT89S51 、 AT89S52 、 AT89S53 和 AT89S8252 等 型 號 ， 其 中 AT89S51 有 4KB 可下載 Flash 存儲器，AT89S52 、AT89S8252 有 8KB 可下載 Flash 存儲 器，AT89S53 有 12KB 可下載 Flash 存儲器，下載功能由微機通過單片機的串行外圍接口 SPI 實現(xiàn)。AT89S8252 還含有 2KB 的 EEPROM，提高了存儲容量 。此外，高檔型單片機還增加了一些功能：9 個中斷源 、SPI 接 口、Watchdog 定 時器 、雙數(shù)據(jù)指針和從電源下 降 的中斷恢復等，AT89 系列單片機各型號的性能比較見表 2.3 。

盡管很多公司生產(chǎn)的 51 系列單片機差別各異，并有許多派生機種，但基本硬件組成和 指令系統(tǒng)仍與 MCS 51 系列單片機兼容。