MCS-51單片機是美國INTE公司于1980年推出的產品,與MCS-48單片機相比,它的結構更先進,功能更強,在原來的基礎上增加了更多的電路單元和指令,指令數達111條,MCS-51單片機可以算是相當成功的產品,一直到現在,MCS-51系列或其兼容的單片機仍是應用的主流產品,各高校及專業學校的培訓教材仍與MCS-51單片機作為代表進行理論基礎學習。我們也以這一代表性的機型進行系統的講解。 MCS-51系列單片機主要包括8031、8051和8751等通用產品,其主要功能如下:
·8位CPU ·4kbytes 程序存儲器(ROM) ·128bytes的數據存儲器(RAM) ·32條I/O口線 ·111條指令,大部分為單字節指令 ·21個專用寄存器 ·2個可編程定時/計數器 ·5個中斷源,2個優先級 ·一個全雙工串行通信口 ·外部數據存儲器尋址空間為64kB ·外部程序存儲器尋址空間為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以其典型的結構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,堪稱為一代“名機”,為以后的其它單片機的發展奠定了基礎。正因為其優越的性能和完善的結構,導致后來的許多廠商多沿用或參考了其體系結構,有許多世界大的電氣商豐富和發展了MCS-51單片機,象PHILIPS、Dallas、ATMEL等著名的半導體公司都推出了兼容MCS-51的單片機產品,就連我國的臺灣WINBOND公司也發展了兼容C51(人們習慣將MCS-51簡稱C51,如果沒有特別聲明,二者同指MCS-51系列單片機)的單片機品種。
近年來C51獲得了飛速的發展,C51的發源公司INTEL由于忙于開發PC及高端微處理器而無精力繼續發展自己的單片機,而由其它廠商將其發展,最典型的是PHILIPS和ATML公司,PHILIPS公司主要是改善其性能,在原來的基礎上發展了高速I/O口,A/D轉換器,PWM(脈寬調制)、WDT等增強功能,并在低電壓、微功耗、擴展串行總線(I2C)和控制網絡總線(CAN)等功能加以完善。
PHILIPS公司在發展C51的低功耗,高速度和增強型功能上作了不少貢獻,當初主要由其來發展C51單片機,他們的83Cxx和87Cxx系列省去了并行擴展總線,適合于作為家用電器類控制的經濟型單片機。 ATMEL公司推出的AT89Cxx系列兼容C51的單片機,完美地將Flash(非易失閃存技術)EEPROM與80C51內核結合起來,仍采用C51的總體結構和指令系統,Flash的可反擦寫程序存儲器能有效地降低開發費用,并能使單片機作多次重復使用。 Siemens公司也沿用C51的內核,相繼推出了C500系列單片機,在保持了與C51指令兼容的前提下,其產品的性能得到了進一步的提升,特別是在抗干擾性能,電磁兼容和通信控制總線功能上獨樹一幟,其產品常用于工作環境惡劣的場合。亦適用于通信和家用電器控制領域。 還有臺灣的WINBOND公司亦開發了一系列兼容C51的單片機,其產品通常具備豐富的功能特性,而且與其質優價廉在市場也占有一定的分額。 下表是80C51系列單片機的主要分類及功能特性:
系列 典型芯片 I/O口 定時/計數器 中斷源 串行通信口 片內RAM 片內ROM 說明 80C31 4x8位 2x16位 5 1 128字節 無 80C51 4x8位 2x16位 5 1 128字節 4kB掩膜ROM 51系列 87C51 4x8位 2x16位 5 1 128字節 4kBEPROM 89C51 4x8位 2x16位 5 1 128字節 4kBEEPROM
80C32 4x8位 2x16位 6 1 256字節 無 80C51 4x8位 2x16位 6 1 256字節 8kB掩膜ROM 52系列 87C52 4x8位 2x16位 6 1 256字節 4kBEPROM 89C52 4x8位 2x16位 6 1 256字節 4kBEEPROM
8051是MCS-51系列單片機中的代表產品,它內部集成了功能強大的中央處理器,包含了硬件乘除法器、21個專用控制寄存器、4kB的程序存儲器、128字節的數據存儲器、4組8位的并行口、兩個16位的可編程定時/計數器、一個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16條,即外部數據存儲器和程序存儲器的尋址范圍達216=64kB,這作為單片機控制來說已是比較大的,這同時具備對I/O口的訪問能力。此外,MCS-51采用模塊化結構,可方便地增刪一個模塊就可引腳和指令兼容的新產品。從而容易使產品形成系列化。
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,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及各種邏輯運算和轉移指令,這給應用提供了極大的便利。
MCS-51的指令系統近乎完善,指令系統中包含了全面的數據傳送指令、完善的算術和邏輯運算指令、方便的邏輯操作和控制指令、對于編程來說,是相當靈活和方便的。 MCS-51單片機的工作頻率為2-12MHz,當振蕩頻率為12MHz時,一個機器周期為1us,這個速度應該說是比較快的。
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,使得它的應用范圍加大,可以說它可以滿足絕大部分的應用場合。
MCS-51把微型計算機的主要部件都集成在一塊心片上,使得數據傳送距離大大縮短,可靠性更高,運行速度更塊。由于屬于芯片化的微型計算機,各功能部件在芯片中的布局和結構達最優化,抗干擾能力加強,工作亦相對穩定。因此,在工業測控系統中,使用單片機是最理想的選擇。單片機屬于典型的嵌入式系統,所以它是低端控制系統最佳器件。
MCS-51的開發環境要求較低,軟件資源十分豐富,介紹其功能特性書籍和開發軟件隨處可取,只需配備一臺PC(個人電腦——對電腦的配置基本上無要求),一臺仿真編程器即可實現產品開發,早期的開發軟件多使用DOS版本,隨著Windows視窗軟件的普及,現在幾乎都使用Windows版本,并且軟件種類繁多,琳瑯滿目,在眾多的單片機品種中,C51的環境資源是最豐富的,這給C51用戶帶來極大的便利。
MCS-51單片機內部結構 http://bbs.huazhoucn.com/Temp/Temp3036_1.html MCS-51單片機的指令時序 http://bbs.huazhoucn.com/Temp/Temp3037_1.html MCS-51單片機輸入輸出口 http://bbs.huazhoucn.com/Temp/Temp3038_1.html MCS-51單片機存儲器結構 http://bbs.huazhoucn.com/Temp/Temp3039_1.htm MCS-51定時/計數器 http://bbs.huazhoucn.com/Temp/Temp3040_1.html MCS-51的中斷系統 http://bbs.huazhoucn.com/Temp/Temp3041_1.html MCS-51的串行通信口 http://bbs.huazhoucn.com/Temp/Temp3042_1.html
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