第9章 具有MCS-51內(nèi)核的單片機(jī)簡介

第九章具有MCS-51內(nèi)核的單片機(jī)簡介介紹目前流行的以MCS-51為內(nèi)核的單片機(jī)產(chǎn)品，如：ATMEL公司的AT89C系列

PHILIPS公司的8XC51系列

WINBOND公司的W77/78系列本章內(nèi)容學(xué)習(xí)目的了解基于IP(IntellectualProperty)

內(nèi)核的新型單片機(jī)開發(fā)技術(shù)

掌握目前國內(nèi)常用的AT89C51、8XC51、W78E51等系列單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)

IP（IntellectualProperty）內(nèi)核模塊是一種預(yù)先設(shè)計好的甚至已經(jīng)經(jīng)過驗證的具有某種確定功能的集成電路、器件或部件常用的IP內(nèi)核模塊有各種不同的CPU：32/64位CISC/RISC架構(gòu)的CPU或8/16位單片機(jī)（如8051等）、32/64位DSP（如320C30）等等。概述

ATMEL、Philips、TI、WINBOND等公司通過Intel授權(quán)用其MCS-51的IP內(nèi)核模塊結(jié)合自己的特長開發(fā)出有個性的與IntelMCS-51兼容的單片機(jī)。一般這類單片機(jī)比MCS-51更受用戶歡迎。

AT89系列單片機(jī)是該公司最早推出的功能最簡單的一個系列，該系列所有單片機(jī)都是基于80C51(或80C52)內(nèi)核的，但內(nèi)含有AT公司最令人注目的獨具特色的FLASH技術(shù)的程序存儲器。9.1ATMEL公司的主要AT89C系列AT89系列又可分為兩種類別：

一種是ISPFLASH（InSystemProgrammableFlash），可在線通過SPI口串行編程；一種就是常規(guī)的FLASH系列，這種單片機(jī)只能用常規(guī)的并行方法編程。9.1.1AT89C5X/LV5XFLASH系列這是一種低功耗/低電壓、高性能的8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個4K或8K字節(jié)的FLASH程序存儲器。這類存儲器用電擦除而不是用紫外線擦除，且寫入和擦除的速度非?？斓?。輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容。1.AT89C5X/LV5X的主要性能特性：片內(nèi)集成4KB(AT89C51/LV51)

或8KB(AT89C52/LV52)的FLASH存貯器，可反復(fù)編程/擦除1000次；(2)全靜態(tài)設(shè)計，時鐘頻率范圍為 0～24MHz(AT89C51、AT89C52)

或0～12MHz(LV51、LV52)；

工作電壓為5V±20%((AT89C51、AT89C52)

或2.7V～6V(LV51、LV52)；(3)三個程序存貯器保密位；(4)128(AT89C51/LV51)或256(AT89C52/LV52)字節(jié)的片內(nèi)RAM；(5)32根可編程I/O線；

(6)2個(AT89C51/LV51)或3個(AT89C52/LV52)16位定時/計數(shù)器；(7)6個(AT89C51/LV51)或8個(AT89C52/LV52)

中斷源；

(8)可編程全雙工串行口；(9)低功耗的待機(jī)工作模式和掉電工作模式。其

中，在待機(jī)工作模式下，CPU停止工作，但

RAM、定時器/計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)

仍在工作；在掉電模式下，只保存RAM的

內(nèi)容，振蕩器停振，關(guān)閉芯片的所有功能，

直到下一次硬件復(fù)位為止；

(10)采用雙列直插封裝（DIP）方式和方形封裝

方式；(11)AT89C5X和AT89LV5X之間的區(qū)別主要在于以下幾方面：

①AT89LV5X的工作電壓為2.7～6V,可在低電壓條件下工作。②AT89LV5X振蕩器的最高頻率為12MHz，而AT89C5X振蕩器的最高頻率為24MHz。③AT89LV5X和AT89C5X的編程和校驗參數(shù)在編程允許電壓、振蕩器頻率上不同。④AT89LV5X和AT89C5X的內(nèi)部識別碼不同，詳見表9.3。

2.AT89C5X/LV5X的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖3.封裝及引腳排列4.引腳功能

以上內(nèi)容均與MCS-51兼容，詳見教材圖9.1、圖9.2、表9.1

AT89C51單片機(jī)有3個加密位LB1、LB2、LB3。通過軟件編程可定義這3個加密位的狀態(tài)，以獲得相應(yīng)的加密功能。5.AT89C5X/LV5X的FLASH編程 （以AT89C51為例）(1)FLASH程序存貯器的加密表9.2AT89C51加密位的功能表

LB1LB2LB3功能UUU沒有程序保密功能PUU禁止從外部程序存貯器中執(zhí)行MOVC類指令來讀取內(nèi)部程序存貯器的內(nèi)容PPU除上述功能外，還禁止程序效驗PPP除上述功能外，還禁止外部執(zhí)行(2)FLASH存儲器的編程和程序校驗

AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個4K字節(jié)的FLASHPEROM作為程序存儲器，當(dāng)其處于已擦除狀態(tài)（即存儲單元的內(nèi)容為FFH）時，用戶可對它進(jìn)行編程，即寫入用戶程序或相關(guān)數(shù)據(jù)。AT89C5X/LV5X系列單片機(jī)中，有的要求用高電壓（12V）編程，而有的允許用低電壓（）5V）編程，這可從芯片表面或內(nèi)部的識別碼來確定。表9.3AT89C5X/LV5X的芯片表面標(biāo)識和芯片內(nèi)部識別碼————(030H)=1EH(031H)=52H(032H)=05H(030H)=1EH(031H)=51H(032H)=05H低壓編程VPP=5V

(030H)=1EH(031H)=65H(032H)=FFH(030H)=1EH(031H)=62H(032H)=FFH(030H)=1EH(031H)=61H(032H)=FFH(000H)=1EH(001H)=55H(200H)=06H(030H)=1EH(031H)=52H(032H)=FFH(030H)=1EH(031H)=51H(032H)=FFH高壓編程VPP=12V芯片內(nèi)部標(biāo)識碼————AT89C52XXXX-5YYWWAT89C51XXXX-5YYWW低壓編程VPP=5V

AT89LV55XXXXYYWWAT89LV52XXXXYYWWAT89LV51XXXXYYWWAT89C55WDXXXXYYWWAT89C52XXXXYYWWAT89C51XXXXYYWW高壓編程VPP=12V

芯片表面標(biāo)識AT89LV55AT89LV52AT89LV51AT89C55WDAT89C52AT89C51單片機(jī)①對FLASH存貯器編程

圖9.3AT89C51內(nèi)部編程接線圖

第一步：編程單元的地址A0~A11送入P1口、P2.0~P2.3第二步：8位編程數(shù)據(jù)送入P0口第三步：加入正確的控制信號組合（見表9.4）第四步：12V電壓加至EA/VPP端第五步：在ALE/PROG端加一次負(fù)脈沖（1~110）， 即可完成一個字節(jié)單元或一個加密位的編 程。

②數(shù)據(jù)查詢

用于檢測一個寫周期是否結(jié)束。當(dāng)結(jié)束時，最后寫入的字節(jié)將會出現(xiàn)在P0端口上，即表示可以進(jìn)入下一個寫周期，寫入新的數(shù)據(jù)。③準(zhǔn)備就緒/忙信號對FLASH存儲器和加密位進(jìn)行編程時的狀態(tài)標(biāo)志位。

編程時，ALE/PROG由低變高后，RDY/BSY(P3.4腳)輸出變低，表示“正忙”，編程結(jié)束后，RDY/BSY為高，表示“準(zhǔn)備就緒”。④程序的校驗

若加密位LB1和LB2沒有被編程，則允許對內(nèi)部已編好的程序代碼進(jìn)行校驗。此時內(nèi)部已導(dǎo)入的程序代碼由P0口輸出（與編程時的數(shù)據(jù)傳送方向相反）⑤片擦除操作

用于將整個FLASH陣列中的內(nèi)容全部擦除，即所有存儲單元中的內(nèi)容被置為全“1”，擦除時間均需10ms。⑥讀芯片識別碼每一片AT89C5X/LV5X內(nèi)部均有識別碼，讀出過程與程序校驗時類似。內(nèi)部識別碼占用片內(nèi)3個字節(jié)單元，以AT89C51為例：

(030H)=1EH；表示ATMEL公司生產(chǎn)(031H)=51H；表示型號為89C51(032H)=FFH；表示編程電壓為12V(032H)=05H；表示編程電壓為5V9.1.2AT89CX051ISPFLASH系列

ISP—InSystemProgrammaleFlash即這類芯片可實現(xiàn)在線編程。與常規(guī)的AT89C5X系列相比，還有以下不同之處：1）

AT89CX051引腳為20個,無P0、P2口，只有15條可編程的I/O線，因此它不能用“總線”模式外擴(kuò)數(shù)據(jù)存貯器、程序存貯器以及輸入/輸出口，所以它也沒有PSEN、WR、RD、ALE等與“總線”相關(guān)的控制信號。2）AT89CX051的供電電壓范圍為2.7V～6.0V，不需要與之相對應(yīng)的低壓供電芯片，因此它可廣泛于低壓供電的系統(tǒng)中。3）在相同的工作條件下，AT89CX051的功耗要低于AT89C5X，因此它常用于低成本、低功耗、低電壓、小體積的場合。4）AT89CX051的每條I/O口線均可直接驅(qū)動LED顯示。5）集成了一個模擬電壓比較器，可比較P1.0，P1.1倆引腳接入電平的高低。

6）AT89C2051的指令與AT89C51指令兼容，但需注意的是：AT89C2051包含128字節(jié)的RAM，這樣，棧地址空間就相應(yīng)地為128個有效范圍。不支持外部RAM器件和外部編程器件，所以，沒有MOVX類和MOVC類指令。另外，對于LCALL、LJMP、ACALL、AJMP、SJMP、JMP等這些無條件轉(zhuǎn)移指令和CJNE、DJNZ、JB、JNB、JC、JNC、JBC、JZ、JNZ等這些條件轉(zhuǎn)移指令，尋址范圍只能在(00H～7FFH)之間執(zhí)行分支轉(zhuǎn)移，否則會產(chǎn)生不可預(yù)料的后果。

Philips公司的單片機(jī)從內(nèi)核結(jié)構(gòu)上可劃分為16位XA系列和80C51兼容系列。

16位XA系列單片機(jī)是其80C51兼容系列的升級產(chǎn)品。80C51兼容單片機(jī)又可分為6時鐘內(nèi)核類和12時鐘內(nèi)核類。

9.2PHILIPS公司的8XC51系列其中6時鐘內(nèi)核單片機(jī)又可分為四種類別：①基于6時鐘51MX內(nèi)核的51MX系列，具有16MB的

尋址能力；②基于6時鐘80C51+內(nèi)核的51LPC系列，即

P87LPC76X；③基于6時鐘80C51＋內(nèi)核的通用51系列，含

P89C5xX2、P89C6xX2、P89C51Rx2、P8966x系

列為主；④LPC900系列，采用每機(jī)器周期2個時鐘的新內(nèi)核。

9.2.1P87LPC76X(51LPC)系列1.P87LPC76X的主要性能特性(1)采用6時鐘80C51+內(nèi)核，在操作頻率為20MHz時，執(zhí)行一條指令的時間為300ns～600ns（乘法和除法指令除外）。VDD=4.5V～6.0V

時，時鐘頻率最高可達(dá)到20MHz；VDD=2.7V～4.5V

時,時鐘頻率最大為10MHz。(2)供電電壓范圍為2.7V～6.0V。(3)P87LPC760為1K

字節(jié)OTP程序存儲器；P87LPC761、P87LPC762為2K

字節(jié)OTP程序存儲器；P87LPC764、P87LPC767、P87LPC768、P87LPC769為4K

字節(jié)OTP程序存儲器。128字節(jié)的片內(nèi)RAM。(4)32Byte

用戶代碼區(qū)可用來存放序列碼及設(shè)置參數(shù)等。(5)2個16位定時/計數(shù)器，每一個均可(P87LPC760只有一個可)設(shè)置為超時溢出時切換到相應(yīng)端口輸出。(6)內(nèi)含1個或2個精確模擬量比較器，通過外接RC器件可組成四路A/D

轉(zhuǎn)換器。(7)增強(qiáng)型的全雙工通用異步接收/發(fā)送器(UART)，增加了幀錯誤檢測、自動地址識別等功能。I2C

通信接口，極大的簡化了網(wǎng)絡(luò)通信中的軟件設(shè)計。(8)四個（P87LPC760型）或八個（P87LPC764型）鍵盤中斷輸入，另加1路（P87LPC760型）或2路（P87LPC764型）外部中斷輸入。4個中斷優(yōu)先級。(9)集成了看門狗定時器（WATCHDOG），利用片內(nèi)振蕩,無需外接元件，可用來檢測CPU的工作情況。當(dāng)遭遇大的噪音、電源毛刺或靜電放電等干擾時，會影響系統(tǒng)應(yīng)用軟件的正常運行，使用看門狗定時器可提高系統(tǒng)的可依賴型，該定時器的溢出時間有8種數(shù)值可供選擇。在裝入初值后，看門狗定時器需滿足在預(yù)定的“喂狗處”不斷重裝初值，這樣該定時器才不會溢出；當(dāng)程序執(zhí)行出軌，看門狗定時器未能在預(yù)定的地方“吃食”，則會引發(fā)該定時器的溢出，從而引發(fā)系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)位，使程序重新從0地址開始執(zhí)行。(10)低電壓復(fù)位功能，當(dāng)使用片內(nèi)上電復(fù)位時不需要外接元件。除此之外，用戶還可選擇預(yù)先設(shè)定好的兩種電壓之一復(fù)位,當(dāng)系統(tǒng)掉電時允許系統(tǒng)安全關(guān)閉。也可將其設(shè)置為一個中斷源。(11)用戶通過對EPROM中相應(yīng)位進(jìn)行編程，可選擇片內(nèi)振蕩及其頻率范圍和RC振蕩器的其它選項，且不需外接振蕩器件。(12)可編程I/O口工作模式，通過軟件設(shè)置可使I/O口工作于下列四種工作模式，包括：準(zhǔn)雙向口工作模式,漏極開路輸出工作模式,推挽式輸出工作模式，僅用于輸入的工作模式。且每位I/O端口均有20mA的驅(qū)動能力，可直接驅(qū)動LED顯示，但要求所有端口吸收電流之和不得超過80mA。(13)可通過3項措施降低電磁干擾(EMI)：其一，限制引腳上信號快速切換時產(chǎn)生的噪聲，出廠時設(shè)置的上升和下降時間均約為10ns；