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MCS-51单片机主要应用特性


    MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品,与MCS-48单片机相比,它的结构更先进,功能更强,在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令,指令数达111条,MCS-51单片机可以算是相当成功的产品,一直到现在,MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品,各高校及专业学校的培训教材仍与MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。我们也以这一代表性的机型进行系统的讲解。
    MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品,其主要功能如下:

    ·8位CPU
    ·4kbytes 程序存储器(ROM)
    ·128bytes的数据存储器(RAM)
    ·32条I/O口线
    ·111条指令,大部分为单字节指令
    ·21个专用寄存器
    ·2个可编程定时/计数器
    ·5个中断源,2个优先级
    ·一个全双工串行通信口
    ·外部数据存储器寻址空间为64kB
    ·外部程序存储器寻址空间为64kB
    ·逻辑操作位寻址功能
    ·双列直插40PinDIP封装
    ·单一+5V电源供电

8039微缩图

    MCS-51以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理,众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统,堪称为一代“名机”,为以后的其它单片机的发展奠定了基础。正因为其优越的性能和完善的结构,导致后来的许多厂商多沿用或参考了其体系结构,有许多世界大的电气商丰富和发展了MCS-51单片机,象PHILIPS、Dallas、ATMEL等著名的半导体公司都推出了兼容MCS-51的单片机产品,就连我国的台湾WINBOND公司也发展了兼容C51(人们习惯将MCS-51简称C51,如果没有特别声明,二者同指MCS-51系列单片机)的单片机品种。
    近年来C51获得了飞速的发展,C51的发源公司INTEL由于忙于开发PC及高端微处理器而无精力继续发展自己的单片机,而由其它厂商将其发展,最典型的是PHILIPS和ATML公司,PHILIPS公司主要是改善其性能,在原来的基础上发展了高速I/O口,A/D转换器,PWM(脉宽调制)、WDT等增强功能,并在低电压、微功耗、扩展串行总线(I2C)和控制网络总线(CAN)等功能加以完善。


    PHILIPS公司在发展C51的低功耗,高速度和增强型功能上作了不少贡献,当初主要由其来发展C51单片机,他们的83Cxx和87Cxx系列省去了并行扩展总线,适合于作为家用电器类控制的经济型单片机。
    ATMEL公司推出的AT89Cxx系列兼容C51的单片机,完美地将Flash(非易失闪存技术)EEPROM与80C51内核结合起来,仍采用C51的总体结构和指令系统,Flash的可反擦写程序存储器能有效地降低开发费用,并能使单片机作多次重复使用。
    Siemens公司也沿用C51的内核,相继推出了C500系列单片机,在保持了与C51指令兼容的前提下,其产品的性能得到了进一步的提升,特别是在抗干扰性能,电磁兼容和通信控制总线功能上独树一帜,其产品常用于工作环境恶劣的场合。亦适用于通信和家用电器控制领域。
    还有台湾的WINBOND公司亦开发了一系列兼容C51的单片机,其产品通常具备丰富的功能特性,而且与其质优价廉在市场也占有一定的分额。
    下表是80C51系列单片机的主要分类及功能特性:

系列

典型芯片

I/O口

定时/计数器

中断源

串行通信口

片内RAM

片内ROM

说明

51系列

80C31

4x8位

2x16位

5

1

128字节

80C51

4x8位

2x16位

5

1

128字节

4kB掩膜ROM

87C51

4x8位

2x16位

5

1

128字节

4kBEPROM

89C51

4x8位

2x16位

5

1

128字节

4kBEEPROM

52系列

80C32

4x8位

2x16位

6

1

256字节

80C51

4x8位

2x16位

6

1

256字节

8kB掩膜ROM

87C52

4x8位

2x16位

6

1

256字节

4kBEPROM

89C52

4x8位

2x16位

6

1

256字节

4kBEEPROM

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8051是MCS-51系列单片机中的代表产品,它内部集成了功能强大的中央处理器,包含了硬件乘除法器、21个专用控制寄存器、4kB的程序存储器、128字节的数据存储器、4组8位的并行口、两个16位的可编程定时/计数器、一个全双工的串行口以及布尔处理器。

MCS-51具有比较大的寻址空间,地址线宽达16条,即外部数据存储器和程序存储器的寻址范围达216=64kB,这作为单片机控制来说已是比较大的,这同时具备对I/O口的访问能力。此外,MCS-51采用模块化结构,可方便地增删一个模块就可引脚和指令兼容的新产品。从而容易使产品形成系列化。

由于MCS-51集成了几乎完善的8位中央处理单元,处理功能强,中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器,硬件的加、减、乘、除法器和布尔处理机及各种逻辑运算和转移指令,这给应用提供了极大的便利。

MCS-51的指令系统近乎完善,指令系统中包含了全面的数据传送指令、完善的算术和逻辑运算指令、方便的逻辑操作和控制指令、对于编程来说,是相当灵活和方便的。
MCS-51单片机的工作频率为2-12MHz,当振荡频率为12MHz时,一个机器周期为1us,这个速度应该说是比较快的。

8051中集成了完善的各种中断源,用户可十分方便地控制和使用其功能,使得它的应用范围加大,可以说它可以满足绝大部分的应用场合。

MCS-51把微型计算机的主要部件都集成在一块心片上,使得数据传送距离大大缩短,可靠性更高,运行速度更块。由于属于芯片化的微型计算机,各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化,抗干扰能力加强,工作亦相对稳定。因此,在工业测控系统中,使用单片机是最理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统,所以它是低端控制系统最佳器件。

MCS-51的开发环境要求较低,软件资源十分丰富,介绍其功能特性书籍和开发软件随处可取,只需配备一台PC(个人电脑——对电脑的配置基本上无要求),一台仿真编程器即可实现产品开发,早期的开发软件多使用DOS版本,随着Windows视窗软件的普及,现在几乎都使用Windows版本,并且软件种类繁多,琳琅满目,在众多的单片机品种中,C51的环境资源是最丰富的,这给C51用户带来极大的便利。