《單片機(jī)原理與實(shí)驗(yàn)教程》課件第1章

第1章緒論1.1單片微型計(jì)算機(jī)1.2單片機(jī)的應(yīng)用1.3AVR、51和PIC系列8位單片機(jī)性能的比較

1.451系列單片機(jī)的主要生產(chǎn)廠家及特點(diǎn)

習(xí)題與思考題1.1單片微型計(jì)算機(jī)

微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)是電子數(shù)字計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用到人們?nèi)粘９ぷ骱蜕铑I(lǐng)域中的一個(gè)重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)，對(duì)社會(huì)產(chǎn)生了極大的影響。單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要分支，它以獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域。圖1-1單片機(jī)結(jié)構(gòu)總之，一個(gè)單片機(jī)就相當(dāng)于一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，可以用下面一個(gè)表達(dá)式來(lái)描述：?jiǎn)纹瑱C(jī)=CPU+ROM+RAM+I/O+功能部件單片機(jī)在整體性能上不如微型計(jì)算機(jī)，但單片機(jī)與微型計(jì)算機(jī)相比有其顯著的優(yōu)點(diǎn)：體積小、編程方便、功耗低、成本低。正是這些優(yōu)點(diǎn)使單片機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。生活中到處是單片機(jī)應(yīng)用的影子，如VCD機(jī)、手機(jī)、微波爐、空調(diào)、自動(dòng)洗衣機(jī)以及汽車電子設(shè)備等。1.1.1單片機(jī)的發(fā)展概況

1975年，美國(guó)德州儀器(TI)公司推出了TMS-1000，Intel公司則推出了40044位單片機(jī)；1980年，Intel公司在MCS-48系列的基礎(chǔ)上，又推出高性能的MCS-51系列8位單片機(jī)；1982年，16位單片機(jī)問(wèn)世后，Intel又推出了MCS-96系列16位單片機(jī)。而今，具有強(qiáng)大的片內(nèi)功能的32位單片機(jī)也已問(wèn)世。無(wú)論是哪一種位數(shù)的單片機(jī)，也無(wú)論是哪一個(gè)系列的單片機(jī)，都為新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用系統(tǒng)的研制、智能控制器的研究等創(chuàng)造了極其有利的硬件環(huán)境?？梢哉f(shuō)，由于世界各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的通用型4位、8位、16位、32位單片機(jī)以及衍生出的五花八門的系列及型號(hào)的產(chǎn)品，使單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用達(dá)到了無(wú)處不在的地步。但就國(guó)內(nèi)近30年的應(yīng)用實(shí)踐而言，使用量最大的仍是8位單片機(jī)，應(yīng)用范圍最廣的也是8位單片機(jī)。目前，8位單片機(jī)的銷量占全球單片機(jī)銷量的65%左右，仍是當(dāng)前應(yīng)用的主流。1.1.2單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

單片機(jī)技術(shù)正以驚人的速度向前發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1．CPU的發(fā)展增加CPU的字長(zhǎng)或提高時(shí)鐘頻率均可提高CPU的數(shù)據(jù)處理能力和運(yùn)算速度。CPU的字長(zhǎng)已有8位、16位、32位和64位之分，時(shí)鐘頻率也已發(fā)展到20MHz以上。標(biāo)準(zhǔn)的8051單片機(jī)一個(gè)機(jī)器周期要占用12個(gè)時(shí)鐘周期，執(zhí)行一條指令最少要一個(gè)機(jī)器周期，而現(xiàn)在的單片機(jī)，其執(zhí)行指令的速度大大提高了。如Cygnal公司的C8051FXXX系列是全集成混合信號(hào)的片上系統(tǒng)單片機(jī)（SOC單片機(jī)），采用了CIP-51微處理器內(nèi)核，該微處理器70%指令的執(zhí)行是在1個(gè)或2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期內(nèi)完成的，只有4條指令的執(zhí)行需4個(gè)以上的時(shí)鐘周期。Atmel公司的AT89系列單片機(jī)是采用RISC（ReducedInstructionSetCPU）結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，該系列單片機(jī)可在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令，即在執(zhí)行前一條指令時(shí)就取下一條指令，然后以一個(gè)周期執(zhí)行指令。還有一些8051單片機(jī)兼容廠商為了在不提高時(shí)鐘頻率的條件下，加快單片機(jī)的運(yùn)算速度，改善了單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)序。如Motorola單片機(jī)使用了鎖相環(huán)技術(shù)或內(nèi)部倍頻技術(shù)，使內(nèi)部總線速度大大高于時(shí)鐘發(fā)生器的頻率；68HC08單片機(jī)使用頻率為4.9MHz的外部振蕩器，而內(nèi)部時(shí)鐘頻率則高達(dá)32MHz。

2．片內(nèi)存儲(chǔ)器的發(fā)展

早期單片機(jī)的片內(nèi)存儲(chǔ)器，一般RAM為64~128B，程序存儲(chǔ)器ROM在1~2KB之間，新型的單片機(jī)片內(nèi)的RAM在256B以上，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器也采用了快速閃存（Flash）技術(shù)，可在V電壓下進(jìn)行程序的燒錄，容量可達(dá)128KB以上。由于采用了Flash技術(shù)，使得在線編程(InSystemProgramming，ISP)和在應(yīng)用中編程（InApplicationProgramming，IAP）技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。

3．片內(nèi)輸入/輸出接口功能的加強(qiáng)

最初的單片機(jī)，片內(nèi)只有并行輸入/輸出接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，它們的功能也較差，在實(shí)際應(yīng)用中往往還要通過(guò)特殊的接口擴(kuò)展功能，這樣既增加了應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，也降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。近幾年來(lái)，新型單片機(jī)的接口，無(wú)論從類型上還是從數(shù)量上都有很大的發(fā)展，這不僅大大地提高了單片機(jī)的功能，而且也大大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。例如，有些單片機(jī)的并行I/O口能直接輸出大電流和高電壓，可直接用以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管（LED）、液晶顯示器（LCD）等。集成在片內(nèi)的部件也越來(lái)越多，常見(jiàn)的有A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、串行通信接口、看門狗電路、網(wǎng)絡(luò)控制模塊、用于變頻控制的脈寬調(diào)制控制電路等。

4．半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展

早期的單片機(jī)采用PMOS工藝，隨后逐漸采用NMOS、HMOS和CMOS工藝，現(xiàn)在的單片機(jī)基本上都采用CMOS工藝。半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展，對(duì)提高單片機(jī)的綜合性能有很大好處，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）提高集成度。早期單片機(jī)采用5μm的工藝，后來(lái)采用4~3μm的工藝時(shí)，芯片上的電路復(fù)雜度已可提高2~4倍。當(dāng)前的單片機(jī)大部分采用0.6μm以下的工藝，有的甚至采用0.13μm的工藝，在一塊硅片上能集成的部件更多。（2）低功耗化。采用COMS工藝制作的單片機(jī)本身具有低功耗的優(yōu)點(diǎn)，為了進(jìn)一步降低功耗，很多單片機(jī)都設(shè)置了等待（Wait）、停止（Stop）和睡眠（Sleep）等低功耗的工作方式。例如TI公司的MSP430系列單片機(jī)，它具有LPM1、LPM3和LPM4三種低功耗的工作方式，在工作電壓為3V，工作方式為L(zhǎng)PM1時(shí)，CPU靜止，振蕩頻率介于1~4MHz之間，外圍電路處于活動(dòng)的情況下，只消耗約50μA的電流；在工作方式為L(zhǎng)PM4時(shí)，CPU、外圍電路、振蕩器都處于靜止?fàn)顟B(tài)，只消耗約0.1μA的電流。（3）工作電壓范圍加寬。采用NMOS工藝制作的單片機(jī)，工作電壓一般為4.5~5.5V，而采用CMOS工藝制作的單片機(jī)，一般都可以在3~6V的條件下工作。目前有的單片機(jī)的工作電壓更低，如TI公司的MSP430X11X系列單片機(jī)的工作電壓為2.2V。（4）單片機(jī)的外型封裝多樣化。早期單片機(jī)的外型封裝都采用雙列直插式（DIP）封裝，如今，外型封裝可為方形（PQFP、PLCC），還可采用貼片工藝方式封裝，以減小體積。單片機(jī)的外型封裝方式如圖1-2所示。圖1-2單片機(jī)的封裝方式

5．低噪聲與高可靠性技術(shù)的發(fā)展

為提高單片機(jī)系統(tǒng)的抗電磁干擾能力，使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標(biāo)準(zhǔn)的要求，各單片機(jī)廠家在單片機(jī)內(nèi)部電路中采用了一些新的技術(shù)措施。如很多系列單片機(jī)在片內(nèi)增加了看門狗定時(shí)器，Motorola公司的MC68HC08系列單片機(jī)采用了EFT(ElectricalFastTransient)的抗干擾技術(shù)等。

6．ISP及IAP的應(yīng)用

在線編程（ISP）及在應(yīng)用中編程（IAP）是通過(guò)計(jì)算機(jī)的并口或串口對(duì)單片機(jī)進(jìn)行程序下載編程的技術(shù)。單片機(jī)引出的編程線與I/O口線復(fù)用，不增加單片機(jī)引腳數(shù)量。ISP技術(shù)為單片機(jī)的開(kāi)發(fā)、調(diào)試提供了方便，并使單片機(jī)系統(tǒng)遠(yuǎn)程調(diào)試、升級(jí)成為現(xiàn)實(shí)。IAP技術(shù)可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)在應(yīng)用中的再編程，為儀器儀表的智能化提供了重要的技術(shù)手段。1.2單片機(jī)的應(yīng)用

單片機(jī)主要可用于以下幾方面。

1.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)，特別是工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境惡劣，各種干擾大，而且往往要求實(shí)時(shí)控制，故要求控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力強(qiáng)。單片機(jī)是最適宜于控制領(lǐng)域的應(yīng)用，如數(shù)控機(jī)床、電鍍生產(chǎn)線自動(dòng)控制等。

2.智能儀表

用單片機(jī)制作的測(cè)量、控制儀表，能使儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化、柔性化方向發(fā)展，并使檢測(cè)、處理、控制等功能一體化，使儀表重量大大減輕，便于攜帶和使用，同時(shí)降低了成本，提高了性能/價(jià)格比，如數(shù)字式RLC測(cè)量?jī)x、智能轉(zhuǎn)速表、計(jì)時(shí)器等。

3.智能產(chǎn)品

單片機(jī)與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)合，使傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，控制智能化，構(gòu)成新型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，如數(shù)控車床、電腦空調(diào)機(jī)、各種家電和通信設(shè)備等。

4.計(jì)算機(jī)外設(shè)在計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除通用外部設(shè)備（鍵盤(pán)、顯示器、打印機(jī)）外，還有許多用于外部通信的設(shè)備，如數(shù)據(jù)采集、多路分配管理、驅(qū)動(dòng)控制接口等。在接口中采用單片機(jī)進(jìn)行控制和管理后，主機(jī)和單片機(jī)就能并行工作，這不僅大大提高了系統(tǒng)的運(yùn)算速度，而且單片機(jī)還可對(duì)接口信息進(jìn)行預(yù)處理，以減少主機(jī)和接口的通信密度，提高接口控制管理的水平，如繪圖儀控制器、打印機(jī)控制器等。1.3AVR、51和PIC系列8位單片機(jī)性能的比較1.3.151系列

應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)首推Intel的51系列，該產(chǎn)品硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產(chǎn)歷史“悠久”，有先入為主的優(yōu)勢(shì)。世界上有許多著名的芯片公司都購(gòu)買了51芯片的核心專利技術(shù)，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行性能上的擴(kuò)充，使得芯片得到了進(jìn)一步的完善，形成了一個(gè)龐大的體系，直到現(xiàn)在仍在不斷改進(jìn)和發(fā)展。有人推測(cè)，51芯片可能最終形成事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)MCU芯片。

51系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)之一是它從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位處理器，或布爾處理器。它的處理對(duì)象不是字或字節(jié)，而是位。它不僅能對(duì)片內(nèi)某些特殊功能寄存器的某位進(jìn)行處理，如傳送、置位、清零、測(cè)試等，還能進(jìn)行位的邏輯運(yùn)算，其功能十分完備，使用起來(lái)得心應(yīng)手。雖然其他種類的單片機(jī)也具有位處理功能，但能進(jìn)行位邏輯運(yùn)算的卻屬少見(jiàn)。51系列單片機(jī)在片內(nèi)RAM區(qū)間還特別開(kāi)辟了一個(gè)雙重功能的地址區(qū)間（16個(gè)字節(jié)，單元地址為20H～2FH），它既可作字節(jié)處理，也可作位處理（作位處理時(shí)，約128個(gè)位，相應(yīng)的位地址為00H～7FH），使用極為靈活。這一功能無(wú)疑給使用者提供了極大的方便，這是由于一個(gè)較復(fù)雜的程序在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)遇到很多分支，因而需建立很多標(biāo)志位，需要對(duì)有關(guān)的標(biāo)志位進(jìn)行置位、清零或檢測(cè)，以確定程序的運(yùn)行方向，而實(shí)施這一處理功能（包括前面所有的位功能），只需用一條位操作指令即可。

【例1-1】對(duì)21H的第0位（相應(yīng)位地址為08H）置位。只需用一條位指令：

SETB08H對(duì)周圍的其他位不會(huì)產(chǎn)生影響。有的單片機(jī)并不能直接對(duì)RAM單元中的位進(jìn)行操作，如AVR系列單片機(jī)中，若想對(duì)RAM中的某位置位，則必須通過(guò)狀態(tài)寄存器SREG的T位進(jìn)行中轉(zhuǎn)。

【例1-2】對(duì)RAM中的R0寄存器的第4位置位。位指令：

BSET6；狀態(tài)寄存器T置位

BLDR0，4；將T位復(fù)制到R0的第4位顯然，通過(guò)中轉(zhuǎn)的方式置位比直接置位要復(fù)雜。

51系列單片機(jī)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在其乘法和除法指令上，它們給編程帶來(lái)了便利。8位除以8位的除法指令，商為8位，精度不夠，用得不多，而8位乘8位的乘法指令，其積為16位，精度能滿足要求，因此用得較多。作乘法時(shí)，只需一條指令就行了，即MULAB(兩個(gè)乘數(shù)分別在累加器A和寄存器B中，積的低位字節(jié)在累加器A中，高位字節(jié)在寄存器B中)。很多8位單片機(jī)并不具備乘法功能，作乘法時(shí)還得編上一段子程序，十分不便。在51系列單片機(jī)中，還有一條二進(jìn)制-十進(jìn)制調(diào)整指令DA，它能將二進(jìn)制變?yōu)锽CD碼，這對(duì)于十進(jìn)制的計(jì)算十分方便。而在其他的單片機(jī)中，則需調(diào)用專用的子程序才行。Intel公司51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品是8051，其片內(nèi)有4KB的一次性程序存儲(chǔ)器（OTP）。Atmel公司將其改為電可擦寫(xiě)的快速閃存（Flash），容許擦寫(xiě)1000次以上，這給編程和調(diào)試帶來(lái)了極大的便利，其產(chǎn)品AT89C52、AT89S52……成為當(dāng)今最流行的8位單片機(jī)。

51系列單片機(jī)的I/O腳的設(shè)置和使用非常簡(jiǎn)單，當(dāng)該腳作輸入腳使用時(shí)，只需將該腳設(shè)置為高電平（復(fù)位時(shí)，各I/O口均置高電平）即可；當(dāng)該腳作輸出腳使用時(shí)，則為高電平或低電平均可。低電平時(shí)，輸入電流可達(dá)20mA，具有一定的驅(qū)動(dòng)能力；高電平時(shí)，輸出電流僅數(shù)十微安培甚至更小（電流實(shí)際上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒(méi)有驅(qū)動(dòng)能力。其原因是高電平時(shí)該腳也同時(shí)作輸入腳使用，而輸入腳必須具有高的輸入阻抗，因而上拉的電流必須很小才行。作輸出腳使用而欲進(jìn)行高電平驅(qū)動(dòng)時(shí)，需利用外電路實(shí)現(xiàn)（見(jiàn)圖1-3），當(dāng)I/O腳為高電平時(shí)，電流經(jīng)R驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光；低電平時(shí)，I/O腳導(dǎo)通，電流由該腳入地，LED燈滅（I/O腳導(dǎo)通時(shí)對(duì)地的電壓降小于1V，LED的閾值為1.5～1.8V）。圖1-3單片機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管原理圖

51系列單片機(jī)的I/O腳使用簡(jiǎn)單，但高電平時(shí)無(wú)輸出能力，可謂有利有弊，故其他系列的單片機(jī)（如PIC系列、AVR系列等）對(duì)I/O口進(jìn)行了改進(jìn)，增加了方向寄存器以確定輸入或輸出，但使用也變得復(fù)雜。一些簡(jiǎn)裝的51產(chǎn)品也相應(yīng)出現(xiàn)，如Atmel公司的AT89C1051、AT89C2051、AT89C4051等（快速閃存的容量分別為1KB、2KB、4KB等，但不能外接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器），指令系統(tǒng)與AT89C51完全兼容，但引腳均為20腳，不光體積小，而且價(jià)格低廉，這使得其他公司競(jìng)相仿照。不過(guò)，原51系列也有許多值得改進(jìn)之處，如運(yùn)行速度過(guò)慢等。當(dāng)晶振頻率為12MHz時(shí)，機(jī)器周期達(dá)1μs，顯然適應(yīng)不了現(xiàn)代高速運(yùn)行的需要。華邦公司(Winbond)生產(chǎn)的產(chǎn)品型號(hào)為W77系列和W78系列。W78系列與AT89C系列完全兼容。W77系列為增強(qiáng)型，它們對(duì)原有的8051的時(shí)序作了改進(jìn)，每個(gè)機(jī)器周期從12個(gè)時(shí)鐘周期改為4個(gè)周期，使速度提高了2倍，同時(shí)，晶振頻率最高可達(dá)40MHz。W77系列還增加了看門狗（WatchDog）、兩組UART、兩組DPTR數(shù)據(jù)指針、ISP等多種功能。此處要特別提及的是雙數(shù)據(jù)指針，它能給編程帶來(lái)很大的便利。在51系列單片機(jī)中，數(shù)據(jù)指針DPTR是片內(nèi)與片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器打交道的主要途徑(由片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀入片內(nèi)累加器A或由片內(nèi)累加器A寫(xiě)入片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器)，也是程序存儲(chǔ)器與累加器A之間的數(shù)據(jù)傳送的必由之路。由于頻繁的數(shù)據(jù)交換，特別是數(shù)據(jù)塊的搬運(yùn)和比較，數(shù)據(jù)指針?lè)浅３跃o，它需要不斷地實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)與還原，不光編程變得復(fù)雜，而且運(yùn)行速度也減慢。而當(dāng)采用兩個(gè)數(shù)據(jù)指針時(shí)，可以各負(fù)其責(zé)，互不干擾，輕松地完成上述過(guò)程。兩個(gè)數(shù)據(jù)指針的選取取決于特殊功能寄存器AUXR1的第D0位DPS。當(dāng)DPS為0時(shí)，選中數(shù)據(jù)指針DPTR0（復(fù)位時(shí)DPS也為0）；DPS為1時(shí)，選中數(shù)據(jù)指針DPTR1。DPS位不能位尋址，故不能進(jìn)行布爾操作，但由于AUXR1的D1位被強(qiáng)制為邏輯“0”，不可能發(fā)生由D0位向D1位進(jìn)位之可能，因而可以通過(guò)對(duì)AUXR1進(jìn)行增1來(lái)使D0位由0變?yōu)?或由1變?yōu)?，從而達(dá)到雙數(shù)據(jù)指針快速切換的目的。

【例1-3】雙數(shù)據(jù)指針的快速切換指令。

MOVAUXR1，#0；DPS為0，DPTR0有效

INCAUXR1；DPS為1，DPTR1有效

INCAUXR1；DPS為0，DPTR0有效

ISP功能能實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)可編程，可以省去通用的編程器，單片機(jī)在用戶板上即可下載和燒錄用戶程序，而無(wú)需將單片機(jī)從生產(chǎn)好的產(chǎn)品上取下。未定型的程序還可以邊生產(chǎn)邊完善，加快了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度，減少了新產(chǎn)品因軟件缺陷帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。由于可以將程序下載并觀看運(yùn)行結(jié)果，因此也可以不用仿真器單片機(jī)的提速運(yùn)行、雙數(shù)據(jù)指針及ISP功能并非是W77系列所特有的，一些新的型號(hào)的51系列產(chǎn)品大都有該功能，如Philips的51LPC系列、AT89系列中的某些型號(hào)、STC89C系列等等。有的單片機(jī)還附有A/D、D/A轉(zhuǎn)換、片內(nèi)EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、PWM輸出、I2C總線、上電復(fù)位檢測(cè)、欠壓復(fù)位檢測(cè)等等。這些新系列的單片機(jī)，它們都兼容8051的指令系統(tǒng)。增強(qiáng)功能的實(shí)現(xiàn)，大都是由片內(nèi)新增的特殊功能寄存器來(lái)進(jìn)行設(shè)置的，這些寄存器被安排在片內(nèi)特殊功能寄存器區(qū)間（80H～FFH）的預(yù)留地址上。比較有代表性的產(chǎn)品還有STC89C51RC、C8051F331/330等等?？梢赃@么說(shuō)，新的51產(chǎn)品幾乎可以涵蓋所有新的功能。由于新型號(hào)的芯片種類太多，此處不可能一一列舉，讀者可根據(jù)使用的需求查閱相關(guān)的資料。1.3.2PIC系列

PIC系列單片機(jī)是美國(guó)微芯公司（Microship）的產(chǎn)品，是當(dāng)前市場(chǎng)份額增長(zhǎng)最快的單片機(jī)品種之一。它的CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，分別有33、35、58條指令（視單片機(jī)的級(jí)別而定），屬精簡(jiǎn)指令集，而51系列有111條指令，AVR單片機(jī)有118條指令，都比前者復(fù)雜。它采用Harvard雙總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快(指令周期約160～200ns)，能使程序存儲(chǔ)器的訪問(wèn)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)并行處理。這種指令流水線結(jié)構(gòu)，在一個(gè)周期內(nèi)完成兩部分工作，一是執(zhí)行指令，二是從程序存儲(chǔ)器取出下一條指令，這樣，總的看來(lái)每條指令只需一個(gè)周期（個(gè)別除外），這也是高效率運(yùn)行的原因之一。此外，它還具有低工作電壓、低功耗、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

PIC系列單片機(jī)共分三個(gè)級(jí)別，即基本級(jí)、中級(jí)、高級(jí)。其中又以中級(jí)的PIC16F873（A）、PIC16F877(A)用得最多，下面以這兩種單片機(jī)為例進(jìn)行說(shuō)明。這兩種芯片除了引出腳不同外（PIC16F873（A）為28腳的PDIP或SOIC封裝；PIC16F877（A）為40腳的PDIP或44腳的PLCC/QFP封裝），其他的差別并不大。

PIC系列單片機(jī)的I/O口是雙向的，其輸出電路為CMOS互補(bǔ)推挽輸出電路。I/O腳增加了用于設(shè)置輸入或輸出狀態(tài)的方向寄存器（TRISn，其中n對(duì)應(yīng)各口，如A、B、C、D、E等），從而解決了51系列I/O腳為高電平時(shí)同為輸入和輸出狀態(tài)的缺點(diǎn)。當(dāng)置位1時(shí)為輸入狀態(tài)，且不管該腳呈高電平或低電平，對(duì)外均呈高阻狀態(tài)；置位0時(shí)為輸出狀態(tài)，不管該腳為何種電平，均呈低阻狀態(tài)，有相當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)能力，低電平時(shí)輸入電流達(dá)25mA，高電平時(shí)輸出電流可達(dá)20mA。相對(duì)于51系列而言，這是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，它可以直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示且外電路簡(jiǎn)單。PIC系列單片機(jī)的A/D為10位，能滿足精度要求。同時(shí)，它還具有在線調(diào)試及編程（ISP）的功能。

PIC系列單片機(jī)的專用寄存器（SFR）并不像51系列那樣都集中在一個(gè)固定的地址區(qū)間(80H～FFH)內(nèi)，而是分散在四個(gè)地址區(qū)間內(nèi)，即存儲(chǔ)體0（Bank0：00H～7FH）、存儲(chǔ)體1(Bank1：80H～FFH)、存儲(chǔ)體2(Bank2：100H～17FH)和存儲(chǔ)體3(Bank3：180H～1FFH)。只有5個(gè)專用寄存器PCL、STATUS、FSR、PCLATH、INTCON在4個(gè)存儲(chǔ)體內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)。在編程過(guò)程中，要經(jīng)常與專用寄存器打交道，需反復(fù)地選擇對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)體，也即對(duì)狀態(tài)寄存器STATUS的第6位（RP1）和第5位（RP0）置位或清零。

【例1-4】

PIC系列單片機(jī)選擇存儲(chǔ)體的指令。

CLRFSTATUS[KG6]；清零RP1，RP0，即選擇存儲(chǔ)體0BSFSTATUS，RP0；置位RP0，即選擇存儲(chǔ)體1

BCFSTATUS，RP0；清零RP0，即選擇存儲(chǔ)體0選擇存儲(chǔ)體多少給編程帶來(lái)了一些麻煩。對(duì)于PIC系列單片機(jī)，它的位指令操作通常限制在存儲(chǔ)體0區(qū)間（00H～7FH）。

PIC系列單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳送和邏輯運(yùn)算基本上都得通過(guò)工作寄存器W（相當(dāng)于51系列的累加器A）來(lái)進(jìn)行，而51系列的單片機(jī)還可以通過(guò)寄存器在相互之間直接傳送(如：MOV30H，20H；指令將寄存器20H的內(nèi)容直接傳送至寄存器30H中)，因而PIC系列單片機(jī)的瓶頸現(xiàn)象比51系列還要嚴(yán)重，這一點(diǎn)在編程中將有切身的感受。1.3.3AVR系列

AVR系列單片機(jī)是Atmel公司推出的較為新穎的單片機(jī)，其顯著的特點(diǎn)為高性能、高速度、低功耗。它取消了機(jī)器周期，以時(shí)鐘周期為指令周期，實(shí)行流水作業(yè)。AVR系列單片機(jī)指令以字為單位，且大部分指令都為單周期指令，而單周期既可執(zhí)行本條指令，同時(shí)還可完成下一條指令的讀取。時(shí)鐘頻率通常為4～8MHz，故最短指令執(zhí)行時(shí)間為125～250ns。該系列的型號(hào)較多，但可用下面三種作為代表：AT90S2313(簡(jiǎn)裝型)、AT90S8515、AT90S8535(帶A/D轉(zhuǎn)換)。此系列單片機(jī)的通用寄存器一共32個(gè)（R0～R31），前16個(gè)寄存器（R0～R15）都不能直接與立即數(shù)打交道，因而其通用性有所下降，而在51系列中，它所有的通用寄存器（地址00H～7FH）均可以直接與立即數(shù)打交道，顯然要優(yōu)于前者。

AVR系列沒(méi)有類似累加器A的結(jié)構(gòu)，它主要通過(guò)R16～R31寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)A的功能。在AVR中，沒(méi)有像51系列的數(shù)據(jù)指針DPTR，而是由X（由R26、R27組成）、Y（由R28、R29組成）、Z（由R30、R31組成）三個(gè)16位的寄存器(相當(dāng)于有三組DPTR)來(lái)完成數(shù)據(jù)指針的功能的，而且還能作后增量或先減量等的運(yùn)算。

【例1-5】

AVR系列單片機(jī)的指令舉例。

LDRd，X；將X所指的地址的內(nèi)容裝入寄存器Rd中

LDRd，Y＋；將Y所指的地址的內(nèi)容裝入寄存器Rd中，然后Y的地址加1

LDRd，-X；將X的地址減1所指的地址的內(nèi)容裝入寄存器Rd中在51系列中，所有的邏輯運(yùn)算都必須在A中進(jìn)行，而AVR系列卻可以在任兩個(gè)寄存器之間進(jìn)行，這些比51系列強(qiáng)。

AVR的專用寄存器集中在00H～3FH地址區(qū)間，無(wú)需像PIC那樣要先進(jìn)行選存儲(chǔ)器的操作，使用起來(lái)比PIC方便。AVR的片內(nèi)RAM的地址區(qū)間為0060H～00DFH(AT90S2313)和0060H～025FH(AT90S8515、AT90S8535)，它們占用的是數(shù)據(jù)空間的地址，這些片內(nèi)RAM僅僅是用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，通常不具備通用寄存器的功能。當(dāng)程序復(fù)雜時(shí)，通用寄存器R0～R31就顯得不夠用，而51系列的通用寄存器多達(dá)128個(gè)（為AVR的4倍），編程時(shí)不會(huì)有這種感覺(jué)。

AVR的I/O腳類似PIC，它也有用來(lái)控制輸入或輸出的方向寄存器，在輸出狀態(tài)下，高電平的輸出電流在10mA左右，低電平的輸入電流為20mA，雖不如PIC系列，但比51系列強(qiáng)。以上的三種AVR型號(hào)，其管腳與對(duì)應(yīng)的51系列兼容，如AT90S2313與51系列的AT89C2051的管腳兼容（PDIP-20腳），AT90S8515、AT90S8535與51系列的AT89C51兼容（PDIP-40腳），等等。1.451系列單片機(jī)的主要生產(chǎn)廠家及特點(diǎn)

51系列單片機(jī)生產(chǎn)廠家非常多，型號(hào)也非常豐富。但總的來(lái)說(shuō)，51系列的單片機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)都可以用Keil，編程軟件都可以用A51和C51。所不同的是，不同廠家和型號(hào)的產(chǎn)品，在外設(shè)和下載方式上不同。比如Atmel公司的89C51和89S51，89S51兼容89C51，不同的是89S51可以用ISP下載方式，而89C51不能。其他廠家，比如SST公司SST89E58RD可以用串口下載，等等。讀者在選擇51系列單片機(jī)時(shí)可以從以下幾個(gè)方面考慮廠家和型號(hào)：（1）存儲(chǔ)器大小，分為RAM和Flash部分。如需要較大的RAM和Flash存儲(chǔ)器，則需要注意該指標(biāo)。比如，在設(shè)計(jì)點(diǎn)陣式液晶控制時(shí)就需要有大量的變量和常量，這時(shí)就需要考慮大容量RAM和Flash來(lái)存放數(shù)據(jù)。這個(gè)指標(biāo)對(duì)價(jià)格的影響非常大。（2）時(shí)鐘頻率?，F(xiàn)在市場(chǎng)上單片機(jī)能“跑”的速度都較高，一般都在20MHz以上，有些用戶對(duì)速度有特殊的需要時(shí)，就需要考慮內(nèi)部帶倍頻的單片機(jī)，當(dāng)然價(jià)格也較高。還有些單片機(jī)有雙時(shí)鐘，其中有一個(gè)低速的時(shí)鐘，主要用于實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路使用。（3）外設(shè)。單片機(jī)的不同很大部分體現(xiàn)在外設(shè)上，因此選擇單片機(jī)時(shí)就需要特別注意外設(shè)：比如串口，有些系統(tǒng)需要兩個(gè)；比如CAN總線，一般單片機(jī)沒(méi)有CAN總線外設(shè)；再比如USB口，只有少數(shù)單片機(jī)有。（4）程序下載方式。以前，單片機(jī)程序一般是通過(guò)燒寫(xiě)器燒錄的，采用這種方式開(kāi)發(fā)時(shí)，需將單片機(jī)從應(yīng)用板上取下，放到燒寫(xiě)器上進(jìn)行燒寫(xiě)，燒寫(xiě)后再放回應(yīng)用板調(diào)試，反復(fù)該過(guò)程直到程序調(diào)試成功。這種調(diào)試方法非常不方便，而且燒寫(xiě)器價(jià)格高，不適合初學(xué)者使用?，F(xiàn)在，單片機(jī)程序下載的方式有：ISP下載方式、串口下載方式和JTAG下載方式等。（5）程序仿真。以前的單片機(jī)仿真基本都是另外購(gòu)買仿真器，比如南京偉福公司就是專業(yè)生產(chǎn)51系列單片機(jī)仿真器的廠家，但它們的仿真器價(jià)格高，不太適合初學(xué)者學(xué)習(xí)使用?，F(xiàn)在，有些單片機(jī)具有JTAG調(diào)試方式，可以直接通過(guò)JTAG調(diào)試器來(lái)調(diào)試單片機(jī)，比如Cygnal公司的C8051Fxxx系列單片機(jī)。另外，選用SST公司的SST89E58單片機(jī)也成為廉價(jià)的51系列單片機(jī)仿真器的方案，讀者可以參考SST公司的網(wǎng)站。單片機(jī)生產(chǎn)廠家非常多，下面介紹幾個(gè)廠家的產(chǎn)品系列及它們的特點(diǎn)。1.4.1Atmel公司的51系列單片機(jī)

Atmel(愛(ài)特梅爾)公司提供大量基于8051結(jié)構(gòu)的微控制器。此系列產(chǎn)品的特點(diǎn)為：具有MCS-51內(nèi)核，嵌入了符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的各種外設(shè)，具有系統(tǒng)內(nèi)編程功能，提供20腳小封裝。各種衍生品用于ROMless、ROM、OTP及Flashflavors(參見(jiàn)網(wǎng)上選擇表)。一些設(shè)備還利用了高速核心(X2)方式，它依據(jù)選擇不同為CPU和外圍設(shè)備加倍內(nèi)部時(shí)鐘頻率。8051的各種衍生產(chǎn)品還包括具有特殊功能的特殊應(yīng)用產(chǎn)品，以服務(wù)特定的市場(chǎng)：（1）CAN網(wǎng)絡(luò)；（2）MP3應(yīng)用；（3）智能卡讀卡器；（4）USB應(yīng)用。

Atmel還提供基于強(qiáng)大的C251結(jié)構(gòu)的8/16位微控制器。C251設(shè)備允許通過(guò)升級(jí)現(xiàn)有的基于80C51的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)直接和方便的性能增長(zhǎng)。附錄D中是Atmel公司的51系列產(chǎn)品的選型單。1.4.2Cygnal公司的51系列單片機(jī)

C8051Fxxx系列單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片，具有與8051兼容的微控制器內(nèi)核，與MCS-51指令集完全兼容，除了具有標(biāo)準(zhǔn)8052的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設(shè)及功能部件。讀者參照表1-1的產(chǎn)品選擇指南可快速查看每個(gè)MCU的特性。表1-1C8051Fxxx產(chǎn)品選擇指南

MCU中的外設(shè)或功能部件包括模擬多路選擇器、可編程增益放大器、ADC、DAC、電壓比較器、電壓基準(zhǔn)、溫度傳感器、SMBus/I2C、UART、SPI、可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列（PCA）、定時(shí)器、數(shù)字I/O端口、電源監(jiān)視器、看門狗定時(shí)器（WDT）和時(shí)鐘振蕩器等。所有器件都有內(nèi)置的Flash程序存儲(chǔ)器和256B的內(nèi)部RAM，有些器件內(nèi)部還有位于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間的RAM，即XRAM。

C8051Fxxx系列單片機(jī)采用流水線結(jié)構(gòu)，機(jī)器周期由標(biāo)準(zhǔn)的12個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期降為1個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，處理能力大大提高，峰值性能可達(dá)25MIPS。

C8051Fxxx系列單片機(jī)是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)（SOC）。每個(gè)MCU都能有效地管理模擬和數(shù)字外設(shè)，可以關(guān)閉單個(gè)或全部外設(shè)以節(jié)省功耗。Flash存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場(chǎng)更新8051軟件。應(yīng)用程序可以使用MOVC和MOVX指令對(duì)Flash進(jìn)行讀或改寫(xiě)，每次讀或?qū)懸粋€(gè)字節(jié)。這一特性允許將程序存儲(chǔ)器用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及在軟件控制下更新程序代碼。片內(nèi)JTAG調(diào)試支持功能允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進(jìn)行非侵入式（不占用片內(nèi)資源）、全速的在系統(tǒng)調(diào)試。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲(chǔ)器和寄存器功能，支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、運(yùn)行和停機(jī)命令。在使用JTAG調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。每個(gè)MCU都可在工業(yè)溫度范圍（-45~+85℃）內(nèi)用2.7~3.6V（F018/019為2.8~3.6V）的電壓工作。端口I/O、RST[TX-]和JTAG引腳都容許5V的輸入信號(hào)電壓。

1．CIP-51內(nèi)核

C8051Fxxx系列器件使用Cygnal的專利CIP-51微控制器內(nèi)核。CIP-51與MCS-51TM指令集完全兼容，可以使用Keil進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。CIP-51內(nèi)核具有標(biāo)準(zhǔn)8052的所有外設(shè)部件，包括3個(gè)16位的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、1個(gè)全雙工UART、256B內(nèi)部RAM空間、128B特殊功能寄存器（SFR）地址空間及4個(gè)8位的I/O端口。CIP-51還有另外增加的模擬和數(shù)字外設(shè)或功能部件。

CIP-51采用流水線結(jié)構(gòu)，與標(biāo)準(zhǔn)的8051結(jié)構(gòu)相比，指令執(zhí)行速度有很大的提高。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的8051中，除MUL和DIV以外所有指令都需要12或24個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，而對(duì)于CIP-51內(nèi)核，70%的指令的執(zhí)行時(shí)間為1或2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，只有4條指令的執(zhí)行時(shí)間大于4個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。

C8051Fxxx系列MCU與標(biāo)準(zhǔn)8051相比，在CPU內(nèi)核的內(nèi)部和外部有幾項(xiàng)關(guān)鍵性的改進(jìn)，提高了整體性能，更易于在最終應(yīng)用中使用。擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)向CIP-51提供22個(gè)中斷源（C8051F3xx為12個(gè)，標(biāo)準(zhǔn)8051只有7個(gè)），允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷微控制器。一個(gè)中斷驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)需要較少的MCU干預(yù)，卻有更高的執(zhí)行效率。在設(shè)計(jì)一個(gè)多任務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)時(shí)，這些增加的中斷源是非常有用的。MCU可有多達(dá)7個(gè)復(fù)位源：一個(gè)片內(nèi)VDD監(jiān)視器、一個(gè)看門狗定時(shí)器、一個(gè)時(shí)鐘丟失檢測(cè)器、一個(gè)由比較器提供的電壓檢測(cè)器、一個(gè)強(qiáng)制軟件復(fù)位位、CNVSTR引腳及引腳。引腳是雙向的，可接受外部復(fù)位或?qū)?nèi)部產(chǎn)生的上電復(fù)位信號(hào)輸出到引腳。除了VDD監(jiān)視器和復(fù)位輸入引腳以外，每個(gè)復(fù)位源都可以由用戶用軟件禁止。

MCU內(nèi)部有一個(gè)能獨(dú)立工作的時(shí)鐘發(fā)生器，在復(fù)位后被默認(rèn)為系統(tǒng)時(shí)鐘。如有需要，時(shí)鐘源可以在運(yùn)行時(shí)切換到外部振蕩器。外部振蕩器可以使用晶體、陶瓷諧振器、電容、RC或外部時(shí)鐘源產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘。這種時(shí)鐘切換功能在低功耗系統(tǒng)中是非常有用的，它允許MCU從一個(gè)低頻率（節(jié)電）外部晶體源運(yùn)行，當(dāng)需要時(shí)再周期性地切換到高速（可達(dá)16MHz）的外部時(shí)鐘。

2．存儲(chǔ)器

CIP-51有標(biāo)準(zhǔn)8052的程序和數(shù)據(jù)地址配置。它包括256B的數(shù)據(jù)RAM，其中高128B為兩個(gè)地址空間。用間接尋址方式訪問(wèn)通用RAM的高128B，用直接尋址方式訪問(wèn)128B的SFR地址空間。數(shù)據(jù)RAM的低128B可用直接或間接尋址方式訪問(wèn)。前32個(gè)字節(jié)為4個(gè)通用工作寄存器區(qū)，接下來(lái)的16B既可以按字節(jié)尋址也可以按位尋址。某些器件中還有位于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間的1~4KB的RAM塊。這個(gè)RAM塊可以在整個(gè)64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間中被尋址。

C8051F02x中有可用于訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的外部存儲(chǔ)器接口（EMIF）。這個(gè)片內(nèi)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間可以只映射到片內(nèi)存儲(chǔ)器或片外存儲(chǔ)器，或兩者的組合（4KB以下的地址指向片內(nèi)，4KB以上的地址指向EMIF）。EMIF可以被配置為地址/數(shù)據(jù)線復(fù)用方式或非復(fù)用方式。

MCU的程序存儲(chǔ)器為8~64KB的Flash。該存儲(chǔ)器以512B為一個(gè)扇區(qū)，可在系統(tǒng)編程，且不需在片外提供編程電壓。

3．JTAG調(diào)試和邊界掃描

C8051Fxxx具有片內(nèi)JTAG和調(diào)試電路，通過(guò)4腳JTAG接口并使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)中的器件就可以進(jìn)行非侵入式、全速的在系統(tǒng)調(diào)試（C8051F3xx具有片內(nèi)C2調(diào)試電路，通過(guò)2腳C2接口并使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)中的器件就可以進(jìn)行非侵入式、全速的在系統(tǒng)調(diào)試）。該JTAG接口完全符合IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)，為生產(chǎn)和測(cè)試提供完全的邊界掃描功能（C8051F2xx的JTAG接口沒(méi)有邊界掃描功能）。Cygnal的調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲(chǔ)器和寄存器功能，支持?jǐn)帱c(diǎn)、觀察點(diǎn)、堆棧指示器和單步執(zhí)行功能。調(diào)試時(shí)不需要額外的目標(biāo)RAM、程序存儲(chǔ)器、定時(shí)器或通信通道，并且所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都正常工作。當(dāng)MCU單步執(zhí)行或遇到斷點(diǎn)而停止運(yùn)行時(shí)，所有的外設(shè)（ADC除外）都停止運(yùn)行，以保持同步。對(duì)于開(kāi)發(fā)和調(diào)試嵌入式應(yīng)用來(lái)說(shuō)，該系統(tǒng)的調(diào)試功能比采用標(biāo)準(zhǔn)MCU仿真器要優(yōu)越得多。標(biāo)準(zhǔn)的MCU仿真器要使用在板仿真芯片和目標(biāo)電纜，還需要在應(yīng)用板上有MCU的插座。Cygnal的調(diào)試環(huán)境既便于使用又能保證精確模擬外設(shè)的性能。

4．可編程數(shù)字I/O和交叉開(kāi)關(guān)

C8051Fxxx具有標(biāo)準(zhǔn)8051兼容的I/O端口。有的端口在某些器件中沒(méi)有引出腳，沒(méi)有引出腳的端口可用作通用寄存器。I/O端口的工作情況與標(biāo)準(zhǔn)8051相似，但有一些改進(jìn)。每個(gè)端口I/O引腳都可以被配置為推挽或漏極開(kāi)路輸出。在標(biāo)準(zhǔn)8051中，固定的“弱上拉”可以被禁止，這為低功耗應(yīng)用提供了進(jìn)一步節(jié)電的能力。最突出的改進(jìn)是引入了數(shù)字交叉開(kāi)關(guān)（C8051F2xx除外）。這是一個(gè)大的數(shù)字開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，允許將內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)資源分配給端口I/O引腳。與具有標(biāo)準(zhǔn)復(fù)用數(shù)字I/O的微控制器不同，這種結(jié)構(gòu)可支持所有的功能組合。可通過(guò)設(shè)置交叉開(kāi)關(guān)控制寄存器將片內(nèi)的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、串行總線、硬件中斷、ADC轉(zhuǎn)換啟動(dòng)輸入、比較器輸出以及微控制器內(nèi)部的其他數(shù)字信號(hào)配置為出現(xiàn)在端口I/O引腳。這就允許用戶根據(jù)自己的特定應(yīng)用選擇通用端口I/O和所需數(shù)字資源的組合。

5．可編程計(jì)數(shù)器陣列

除了通用計(jì)數(shù)器/定時(shí)器之外，C8051F00x/01x/02xMCU還有一個(gè)片內(nèi)可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列（PCA）。PCA包括一個(gè)專用的16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器時(shí)間基準(zhǔn)和5個(gè)（C8051F3xx為3個(gè)）可編程的捕捉/比較模塊。時(shí)間基準(zhǔn)的時(shí)鐘可以是下面的六個(gè)時(shí)鐘源之一：系統(tǒng)時(shí)鐘/12、系統(tǒng)時(shí)鐘/4、定時(shí)器0溢出、外部時(shí)鐘輸入（ECI）、系統(tǒng)時(shí)鐘和外部振蕩源頻率/8（C8051F00x/01x沒(méi)有后兩個(gè)時(shí)鐘源）。每個(gè)捕捉/比較模塊都有四或六種工作方式：邊沿觸發(fā)捕捉、軟件定時(shí)器、高速輸出、8位脈沖寬度調(diào)制器、頻率輸出、16位脈沖寬度調(diào)制器（C8051F00x/01x沒(méi)有后兩種工作方式）。PCA捕捉/比較模塊的I/O和外部時(shí)鐘輸入可以通過(guò)數(shù)字交叉開(kāi)關(guān)連到MCU的端口I/O引腳。

6．串行端口

C8051Fxxx系列MCU內(nèi)部有一個(gè)全雙工UART、SPI總線和SMBus/I2C總線。每種串行總線都完全用硬件實(shí)現(xiàn)，都能向CIP-51產(chǎn)生中斷，因此很少需要CPU的干預(yù)。這些串行總線不“共享”定時(shí)器、中斷或端口I/O，所以可以使用任何一個(gè)或全部同時(shí)使用。C8051F02x系列MCU內(nèi)部還有第二個(gè)UART，這是一個(gè)增強(qiáng)型全雙工UART，具有硬件地址識(shí)別和錯(cuò)誤檢測(cè)功能。

7．模/數(shù)轉(zhuǎn)換器

除了C8051F230/1/6之外，其他C8051Fxx器件內(nèi)部都有一個(gè)ADC子系統(tǒng)，由逐次逼近型ADC、多通道模擬輸入選擇器和可編程增益放大器（F018/19沒(méi)有可編程增益放大器）組成。ADC工作在100kb/s的最大采樣速率時(shí)可提供真正的8位、10位或12位精度。ADC完全由CIP-51通過(guò)特殊功能寄存器控制，系統(tǒng)控制器可以關(guān)斷ADC以節(jié)省功耗。C8051F00x/01x/02x還有一個(gè)15mV(峰峰值)的電壓基準(zhǔn)和內(nèi)部溫度傳感器，并且八個(gè)外部輸入通道的每一對(duì)都可被配置為兩個(gè)單端輸入或一個(gè)差分輸入。

8.數(shù)/模轉(zhuǎn)換器

C8051F00x/01x/02x（F018/19除外）內(nèi)部有兩個(gè)12位電壓輸出DAC，MCU可以將任何一個(gè)DAC置于低功耗關(guān)斷方式。C8051F02x的DAC有靈活的輸出更新機(jī)制，允許用軟件命令和定時(shí)器2、定時(shí)器3及定時(shí)器4的溢出信號(hào)更新DAC輸出。DAC在作為比較器的參考電壓或?yàn)锳DC差分輸入提供偏移電壓時(shí)非常有用。

9．比較器

大多數(shù)C8051FxxxMCU內(nèi)部都有兩個(gè)比較器，即CP0和CP1（在F002/007/012/017300/301/302/303中沒(méi)有第二個(gè)比較器CP1），MCU可以將任何一個(gè)比較器置于低功耗關(guān)斷方式，可以用軟件設(shè)置比較器的回差電壓。每個(gè)比較器都能在上升沿或下降沿產(chǎn)生中斷，或在兩個(gè)邊沿都產(chǎn)生中斷，比較器的輸出狀態(tài)可以用軟件查詢。比較器中斷能將MCU從等待方式喚醒?？赏ㄟ^(guò)設(shè)置交叉開(kāi)關(guān)或端口MUX的方式將比較器的輸出接到端口I/O引腳。1.4.3SST公司的51系列單片機(jī)

SST89系列單片機(jī)為MCS-51標(biāo)準(zhǔn)系列單片機(jī)，包括SST89E/V52RD2、SST89E/V54RD2、SST89E/V58RD2、SST89E/V554RC和SST89E/V564RD等。

SST89系列單片機(jī)有如下技術(shù)特點(diǎn)：（1）與8052系列單片機(jī)兼容，片內(nèi)RAM有1024B，三個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，四個(gè)8位I/O端口和