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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(méi)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(kāi)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(xiě)程序存儲(chǔ)器能有效地降低開(kāi)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(shù)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(kāi)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
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
51系列 87C51 4x8位 2x16位 5 1 128字節(jié) 4kBEPROM
89C51 4x8位 2x16位 5 1 128字節(jié) 4kBEEPROM
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
52系列 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(wèn)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(kāi)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(shū)籍和開(kāi)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(kāi)發(fā)，早期的開(kāi)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。
MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)
MCS-51單片機(jī)的指令時(shí)序
MCS-51單片機(jī)輸入輸出口
MCS-51單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)
MCS-51定時(shí)/計(jì)數(shù)器
MCS-51的中斷系統(tǒng)
MCS-51的串行通信口 |
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