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1、安徽工程大学 计算机与信息学院第二章第二章 51内核的单片机内核的单片机 安徽工程大学 计算机与信息学院2.1传统的传统的MCS51系列单片机系列单片机 19801980年年IntelIntel公司在公司在MCS48MCS48系列单片机的基础上推出了系列单片机的基础上推出了MCS51MCS51系列单片机，由于该系列单片机片内含有存储器、定系列单片机，由于该系列单片机片内含有存储器、定时计数器、并行时计数器、并行I/OI/O口和串行口和串行I/OI/O口，所以成为单片机应用系口，所以成为单片机应用系统的主流产品。统的主流产品。1 1、MCS51MCS51单片机的基本型号单片机的基本型号单片机的基
2、本型号单片机的基本型号2 2、MCS51MCS51单片机的在片资源单片机的在片资源单片机的在片资源单片机的在片资源3 3、MCS51MCS51的引脚信号的引脚信号的引脚信号的引脚信号 安徽工程大学 计算机与信息学院1、MCS51单片机的基本型号单片机的基本型号MCS51MCS51系列单片机的基本型号有系列单片机的基本型号有5 5种，主要区别是片内存储器不同。种，主要区别是片内存储器不同。 型号ROMRAM定时计数器并行I/OUART中断系统EPROMROM中断源优先级8031128B2*16位41528032256B3*16位416280514KB128B2*16位415280528KB256
3、B3*16位416287514KB128B2*16位4152安徽工程大学 计算机与信息学院2、MCS51单片机的在片资源单片机的在片资源 MCS51MCS51单片机在一块芯片中集成了单片机在一块芯片中集成了 CPUCPU、 RAMRAM、 ROMROM、定时计数器、定时计数器和和I/OI/O接口等多种功能（如图所示）。其内部包含的功能部件如下：接口等多种功能（如图所示）。其内部包含的功能部件如下： 一个一个8 8位位CPUCPU； 一个片内振荡器及时钟电路；一个片内振荡器及时钟电路； 4K4K字节字节ROMROM程序存储器：程序存储器： 128128字节字节RAMRAM数据存储器；数据存储器；
4、 两个两个 1616位定时计数器；位定时计数器； 可寻址可寻址 64K64K外部数据存储外部数据存储器和器和 64K64K外部程序存储器空外部程序存储器空间的控制电路；间的控制电路； 3232条可编程的条可编程的I/OI/O线（四个线（四个8 8位并行位并行I/OI/O端口）端口） 一个可编程全双工串行口；一个可编程全双工串行口； 具有五个中断源、两个优先级嵌套中断结构。具有五个中断源、两个优先级嵌套中断结构。图中图中4K4K（40964096）字节的）字节的ROMROM存储器部分用存储器部分用EPROMEPROM替换就成为替换就成为87518751；图中去掉图中去掉ROMROM部分就成为部分
5、就成为80318031的结构图的结构图 安徽工程大学 计算机与信息学院3、MCS51的引脚信号的引脚信号 MCS51MCS51系列单片机通常有两种封装方式，一种是双列直系列单片机通常有两种封装方式，一种是双列直插式封装插式封装(DIP)(DIP)；另一种是方形封装；另一种是方形封装(PLCC)(PLCC)。图。图 （a a）为双列）为双列直插式封装引脚排列图，（直插式封装引脚排列图，（b b）为逻辑符号图。）为逻辑符号图。 安徽工程大学 计算机与信息学院40条引脚说明条引脚说明 主电源引脚主电源引脚主电源引脚主电源引脚VssVss和和和和VccVcc VssVss VccVcc 外接晶体引脚外
6、接晶体引脚 XTAL1 XTAL1 XTAL2 XTAL2 控制或与其它电源复用引脚控制或与其它电源复用引脚 RST/RST/VpdVpd ALE/ ALE/nPROGnPROG nPSENnPSEN nEA/VppnEA/Vpp 输入输入/ /输出引脚输出引脚 P0.0P0.0P0.7P0.7 P1.0 P1.0P1.7P1.7 P2.0 P2.0P2.7P2.7 P3.0 P3.0P3.7P3.7 电源电源接地接地 电源电源+5+5伏伏 内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接地。 内部振荡器的反相放大器的输出端，是外接晶体的另一端。当采用外部振荡
7、器时，此引脚接外部振荡源。 当振荡器运行时。在此引脚上出现不少于两个机器周期的高电平（由低到高跳变），将使单片机复位。 在 Vcc掉电期间，此引脚可接上备用电源，由 Vpd向内部 RAM提供备用电源，以保持内部RAM中的数据。 正常操作时为ALE功能（允许地址锁存），提供把地址的低字节锁存到外部锁存器。ALE引脚以不变的频率（振荡周期的1/6）周期性地发出正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。但要注意，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动（吸收或输出电流）八个 LSTTL电路。 对于 EPROM型单片机，在 EPROM编程期间，此引脚接收编程脉冲
8、（nPROG功能）。 外部程序存储器读选通信号输出端。在从外部程序存储器取指令（或数据）期间；nPSEN 在每个机器周期内两次有效。nPSEN 同样可以驱动八个LSTTL输入。 nEA为内部程序存储器和外部程序存储器选择端。当nEA为高电平时， CPU从片内程序存储器开始执行指令，当PC的内容超过片内程序存储器地址的最大值时（4K），将自动转去执行片外程序存储器的指令。当nEA为低电平时，则从片外程序存储器开始执行指令。对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚上加21V EPROM编程电源（Vpp）。 P0是一个 8位漏极开路型双向 I/O口。在访问外部存储器时，它是分时传送的低字
9、节地址和数据总线。P0口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载。 P1是一个带有内部提升电阻的 8位准双向 I/O口。它能驱动（吸收或输出电流）四个LSTTL负载。 P2是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口。在访问外部存储器时，它输出高8位地址。P2口可以驱动（吸收或输出电流）四个LSTTL负载。 P3是一个带有内部提升电阻的 8位准双向 I/O口。能驱动（吸收或输出电流）四个LSTTL负载。P3口还用于第二功能。P3引脚 第二功能P3.0RXD 串行输入P3.1TXD 串行输出P3.2nINT0 外中断0输入P3.3nINT1 外中断1输入P3.4T0 定时器0外部输入P3.5T1
10、定时器1外部输入P3.6nWR 片外RAM写允许P3.7nRD 片外RAM读允许安徽工程大学 计算机与信息学院2.2 ATMEL公司的公司的89系列单片机系列单片机 AT89AT89系列单片机是美国系列单片机是美国ATMELATMEL公司生产的低功耗，高公司生产的低功耗，高性能性能CMOS 8CMOS 8位单片机，片内含可系统编程的位单片机，片内含可系统编程的FlashFlash只读程序只读程序存储器，器件采用存储器，器件采用ATMELATMEL公司的高密度、非易失性存储技公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准术生产，兼容标准80518051指令系统。它集成的指令系统。它集成的Flash
11、Flash程序存储器，程序存储器，既可在线编程（既可在线编程（ISPISP），也可用传统方法进行编程。），也可用传统方法进行编程。 在通用的在通用的8 8位微处理器芯片中，位微处理器芯片中，ATMELATMEL公司的公司的AT89SAT89S系系列单片机，功能强大，价位低，可为您提供较高的性价比，列单片机，功能强大，价位低，可为您提供较高的性价比，灵活应用于各种控制领域。灵活应用于各种控制领域。 安徽工程大学 计算机与信息学院1、AT 89系列单片机型号的说明系列单片机型号的说明AT89AT89系列单片机的型号编码由前缀、型号和后缀三部分组成，格式如下：系列单片机的型号编码由前缀、型号和后缀三
12、部分组成，格式如下：系列单片机的型号编码由前缀、型号和后缀三部分组成，格式如下：系列单片机的型号编码由前缀、型号和后缀三部分组成，格式如下：AT 89Cxxxx AT 89Cxxxx xxxxxxxx 后缀后缀后缀后缀 由由由由x x x x 4x x x x 4个参数组成个参数组成个参数组成个参数组成 用以说明产品的处理情况用以说明产品的处理情况用以说明产品的处理情况用以说明产品的处理情况 =/883 =/883 表示采用表示采用表示采用表示采用MIL-STD-883MIL-STD-883标准标准标准标准 表示产品的温度范围表示产品的温度范围表示产品的温度范围表示产品的温度范围 =C =C
13、商业产品商业产品商业产品商业产品 0 - +700 - +70 =I =I 工业产品工业产品工业产品工业产品 -40 - +85-40 - +85 =A =A 车用产品车用产品车用产品车用产品 -40 - +125-40 - +125 =M =M 军工产品军工产品军工产品军工产品 -55 - +150-55 - +150 表示产品的封装形式表示产品的封装形式表示产品的封装形式表示产品的封装形式 =D =D CerdipCerdip =J =J 塑料引线芯片载体塑料引线芯片载体塑料引线芯片载体塑料引线芯片载体 =L =L 无引线芯片载体无引线芯片载体无引线芯片载体无引线芯片载体 =P PDIP=
14、P PDIP封装封装封装封装 =S SOIC=S SOIC封装封装封装封装 =Q PQFP=Q PQFP封装封装封装封装 =A TQFP=A TQFP封装封装封装封装 =W =W 无封装无封装无封装无封装 表示产品的速度表示产品的速度表示产品的速度表示产品的速度( (工作频率工作频率工作频率工作频率) ) =12 12MHz =12 12MHz =16 16MHz =16 16MHz =20 20MHz =20 20MHz =24 24MHz =24 24MHz 型号型号型号型号 由由由由89 C 89 C xxxxxxxx 3 3个参数组成个参数组成个参数组成个参数组成 表示器件的型号表示器
15、件的型号表示器件的型号表示器件的型号 表示器件的特征表示器件的特征表示器件的特征表示器件的特征 =C =C 表示是表示是表示是表示是CMOSCMOS产品产品产品产品 =S =S 表示含有可下载表示含有可下载表示含有可下载表示含有可下载FlashFlash存储器存储器存储器存储器 =LV =LV 表示为低电压产品表示为低电压产品表示为低电压产品表示为低电压产品 表示表示表示表示 9 9表示内部有表示内部有表示内部有表示内部有FlashFlash存储器存储器存储器存储器 前缀前缀前缀前缀 表示为表示为表示为表示为ATMELATMEL产品产品产品产品安徽工程大学 计算机与信息学院2、AT 89系列单
16、片机的特点系列单片机的特点 AT89AT89AT89AT89系列单片机有多种型号，其中系列单片机有多种型号，其中系列单片机有多种型号，其中系列单片机有多种型号，其中AT89C1051AT89C1051AT89C1051AT89C1051、AT89C2051AT89C2051AT89C2051AT89C2051属低档低电压产品，为属低档低电压产品，为属低档低电压产品，为属低档低电压产品，为20202020脚封装，最低工作电压脚封装，最低工作电压脚封装，最低工作电压脚封装，最低工作电压为为为为2.7V2.7V2.7V2.7V；AT89C51AT89C51AT89C51AT89C51、AT89LV5
17、1AT89LV51AT89LV51AT89LV51、AT89C52AT89C52AT89C52AT89C52、AT89LV52AT89LV52AT89LV52AT89LV52、 AT89S51AT89S51AT89S51AT89S51为中档产品，与为中档产品，与为中档产品，与为中档产品，与8051805180518051完全兼容，完全兼容，完全兼容，完全兼容，AT89S52AT89S52AT89S52AT89S52为增强型，为增强型，为增强型，为增强型，内含看门狗电路。内含看门狗电路。内含看门狗电路。内含看门狗电路。 与与与与8051805180518051单片机相比，单片机相比，单片机相比，
18、单片机相比，AT89S52AT89S52AT89S52AT89S52单片机内部多了一个单片机内部多了一个单片机内部多了一个单片机内部多了一个8K8K8K8K字字字字节的节的节的节的FlashFlashFlashFlash程序存储器，一个程序存储器，一个程序存储器，一个程序存储器，一个16161616位的定时器位的定时器位的定时器位的定时器/ / / /计数器，一个中计数器，一个中计数器，一个中计数器，一个中断源，还多了断源，还多了断源，还多了断源，还多了128128128128字节内部字节内部字节内部字节内部RAMRAMRAMRAM和看门狗电路。和看门狗电路。和看门狗电路。和看门狗电路。 由于
19、由于由于由于AT89AT89AT89AT89系列单片机采用系列单片机采用系列单片机采用系列单片机采用FlashFlashFlashFlash取代了使用不太方便的取代了使用不太方便的取代了使用不太方便的取代了使用不太方便的EPROMEPROMEPROMEPROM，使得这个系列单片机更受人们的青睐。，使得这个系列单片机更受人们的青睐。，使得这个系列单片机更受人们的青睐。，使得这个系列单片机更受人们的青睐。 安徽工程大学 计算机与信息学院2.3 基于基于51内核的新型单片机的发展内核的新型单片机的发展 自从自从自从自从IntelIntel公司彻底开放了公司彻底开放了公司彻底开放了公司彻底开放了805
20、18051单片机的技术，世界上很单片机的技术，世界上很单片机的技术，世界上很单片机的技术，世界上很多多多多ITIT厂商都加入到开发与改造厂商都加入到开发与改造厂商都加入到开发与改造厂商都加入到开发与改造80518051单片机的行列中，相继开单片机的行列中，相继开单片机的行列中，相继开单片机的行列中，相继开发出各种基于发出各种基于发出各种基于发出各种基于5151内核的新型单片机产品。内核的新型单片机产品。内核的新型单片机产品。内核的新型单片机产品。 纵观基于纵观基于纵观基于纵观基于5151内核的新型单片机的发展，主要反映在以下内核的新型单片机的发展，主要反映在以下内核的新型单片机的发展，主要反映
21、在以下内核的新型单片机的发展，主要反映在以下几个方面：几个方面：几个方面：几个方面： 1 1、采用先进的结构以实现高性能、采用先进的结构以实现高性能、采用先进的结构以实现高性能、采用先进的结构以实现高性能2 2、低功耗低电压化、低功耗低电压化、低功耗低电压化、低功耗低电压化3 3、采用、采用、采用、采用FlashMemoryFlashMemory4 4、扩展了片内存储器的容量、扩展了片内存储器的容量、扩展了片内存储器的容量、扩展了片内存储器的容量5 5、在片资源更加丰富、在片资源更加丰富、在片资源更加丰富、在片资源更加丰富6 6、增加了在系统编程的能力、增加了在系统编程的能力 7 7、增加了加
22、密机制、增加了加密机制、增加了加密机制、增加了加密机制8 8、集成网络控制、集成网络控制、集成网络控制、集成网络控制安徽工程大学 计算机与信息学院1、采用先进的结构以实现高性能、采用先进的结构以实现高性能 这里的高性能主要是指通过改进这里的高性能主要是指通过改进这里的高性能主要是指通过改进这里的高性能主要是指通过改进CPUCPU的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。采用精简指令集（可靠性。采用精简指令集（可靠性。采用精简指令集（可靠性。采用精简指令集（RIS
23、CRISC）结构和流水线技术，大幅度提高运行速度。现指令速度）结构和流水线技术，大幅度提高运行速度。现指令速度）结构和流水线技术，大幅度提高运行速度。现指令速度）结构和流水线技术，大幅度提高运行速度。现指令速度最高者已达最高者已达最高者已达最高者已达100MIPS100MIPS（Million Instruction Per SecondsMillion Instruction Per Seconds，即兆指令每秒），并加强了位处，即兆指令每秒），并加强了位处，即兆指令每秒），并加强了位处，即兆指令每秒），并加强了位处理功能、中断和定时控制功能。这类单片机的运算速度比标准的单片机高出理功能、中
24、断和定时控制功能。这类单片机的运算速度比标准的单片机高出理功能、中断和定时控制功能。这类单片机的运算速度比标准的单片机高出理功能、中断和定时控制功能。这类单片机的运算速度比标准的单片机高出1010倍以上。倍以上。倍以上。倍以上。 PHILIPSPHILIPS公司的公司的公司的公司的51LPC51LPC系列单片机的指令执行速度比现有的系列单片机的指令执行速度比现有的系列单片机的指令执行速度比现有的系列单片机的指令执行速度比现有的80C5180C51器件高器件高器件高器件高1 1倍，因为它倍，因为它倍，因为它倍，因为它在结构上有所改善；采用双数据指针，依据条件读取扩展或外接存储器；采用四级中断优在
25、结构上有所改善；采用双数据指针，依据条件读取扩展或外接存储器；采用四级中断优在结构上有所改善；采用双数据指针，依据条件读取扩展或外接存储器；采用四级中断优在结构上有所改善；采用双数据指针，依据条件读取扩展或外接存储器；采用四级中断优先，用来处理越来越频繁的中断；芯片上具有多个存储器先，用来处理越来越频繁的中断；芯片上具有多个存储器先，用来处理越来越频繁的中断；芯片上具有多个存储器先，用来处理越来越频繁的中断；芯片上具有多个存储器，有最大到，有最大到，有最大到，有最大到64KB64KB的的的的ROMROM或或或或EPROMEPROM，有，有，有，有512B512B或或或或1KB1KB的的的的RA
26、MRAM等；改善的等；改善的等；改善的等；改善的UARTUART，用来进行，用来进行，用来进行，用来进行FRAMINGFRAMING错误检测，自动错误检测，自动错误检测，自动错误检测，自动地址检测。地址检测。地址检测。地址检测。 美国美国美国美国CygnalCygnal公司生产的公司生产的公司生产的公司生产的C8051FC8051F系列单片机具有高速指令处理的能力。作为标准的系列单片机具有高速指令处理的能力。作为标准的系列单片机具有高速指令处理的能力。作为标准的系列单片机具有高速指令处理的能力。作为标准的80518051来说，一个机器周期要占用来说，一个机器周期要占用来说，一个机器周期要占用来
27、说，一个机器周期要占用1212个系统时钟周期，执行一条指令最少要一个机器周期。而个系统时钟周期，执行一条指令最少要一个机器周期。而个系统时钟周期，执行一条指令最少要一个机器周期。而个系统时钟周期，执行一条指令最少要一个机器周期。而C8051FC8051F系列单片机指令系统采用流水线结构，机器周期由标准的系列单片机指令系统采用流水线结构，机器周期由标准的系列单片机指令系统采用流水线结构，机器周期由标准的系列单片机指令系统采用流水线结构，机器周期由标准的1212个系统时钟周期降为一个系统时钟周期降为一个系统时钟周期降为一个系统时钟周期降为一个系统时钟周期，指令处理能力比个系统时钟周期，指令处理能力
28、比个系统时钟周期，指令处理能力比个系统时钟周期，指令处理能力比5151单片机大大提高。单片机大大提高。单片机大大提高。单片机大大提高。 C8051FC8051F系列单片机采用系列单片机采用系列单片机采用系列单片机采用CIP51CIP51内核，内核，内核，内核，CIP51CIP51内核内核内核内核7070的指令执行是在一个或两个系统的指令执行是在一个或两个系统的指令执行是在一个或两个系统的指令执行是在一个或两个系统时钟周期内完成的，只有时钟周期内完成的，只有时钟周期内完成的，只有时钟周期内完成的，只有4 4条指令的执行需要条指令的执行需要条指令的执行需要条指令的执行需要4 4个以上的时钟周期。个
29、以上的时钟周期。个以上的时钟周期。个以上的时钟周期。 华邦公司的华邦公司的华邦公司的华邦公司的W77W77、W78W78系列系列系列系列8 8位单片机的引脚和指令集与位单片机的引脚和指令集与位单片机的引脚和指令集与位单片机的引脚和指令集与80518051兼容，但每个指令周期兼容，但每个指令周期兼容，但每个指令周期兼容，但每个指令周期只需要只需要只需要只需要4 4个时钟周期，速度提高了三倍，工作频率最高可达个时钟周期，速度提高了三倍，工作频率最高可达个时钟周期，速度提高了三倍，工作频率最高可达个时钟周期，速度提高了三倍，工作频率最高可达40MHz40MHz。 华邦公司的华邦公司的华邦公司的华邦公
30、司的Enhanced-51Enhanced-51内核经过重新设计，提高了时钟速度和存储器访问周期速度。内核经过重新设计，提高了时钟速度和存储器访问周期速度。内核经过重新设计，提高了时钟速度和存储器访问周期速度。内核经过重新设计，提高了时钟速度和存储器访问周期速度。经过改进以后，在相同的时钟频率下，它的指令执行速度比标准经过改进以后，在相同的时钟频率下，它的指令执行速度比标准经过改进以后，在相同的时钟频率下，它的指令执行速度比标准经过改进以后，在相同的时钟频率下，它的指令执行速度比标准8051 8051 要快许多。一般来说，要快许多。一般来说，要快许多。一般来说，要快许多。一般来说，按照指令的类
31、型，其指令执行速度是标准按照指令的类型，其指令执行速度是标准按照指令的类型，其指令执行速度是标准按照指令的类型，其指令执行速度是标准80518051的的的的1.5-31.5-3倍。整体来看，该系列的速度比标准倍。整体来看，该系列的速度比标准倍。整体来看，该系列的速度比标准倍。整体来看，该系列的速度比标准的的的的80518051快快快快2.52.5倍。在相同的吞吐量及低频时钟情况下，电源消耗也降低。倍。在相同的吞吐量及低频时钟情况下，电源消耗也降低。倍。在相同的吞吐量及低频时钟情况下，电源消耗也降低。倍。在相同的吞吐量及低频时钟情况下，电源消耗也降低。 安徽工程大学 计算机与信息学院2、低功耗低
32、电压化、低功耗低电压化 MCS-51MCS-51系列的系列的系列的系列的80318031推出时的功耗达推出时的功耗达推出时的功耗达推出时的功耗达630mW630mW，而现在的，而现在的，而现在的，而现在的单片机普遍都在单片机普遍都在单片机普遍都在单片机普遍都在100mW100mW左右，随着对单片机功耗要求越来左右，随着对单片机功耗要求越来左右，随着对单片机功耗要求越来左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(CMOS(互补互补互补互补金属
33、氧化物半导体工艺金属氧化物半导体工艺金属氧化物半导体工艺金属氧化物半导体工艺) ) ，由于，由于，由于，由于CHMOSCHMOS技术的进入，大大技术的进入，大大技术的进入，大大技术的进入，大大地促进了单片机的地促进了单片机的地促进了单片机的地促进了单片机的CMOSCMOS化。化。化。化。CMOSCMOS电路的特点是低功耗、电路的特点是低功耗、电路的特点是低功耗、电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格高密度、低速度、低价格高密度、低速度、低价格高密度、低速度、低价格。CMOSCMOS虽然功耗较低，但由于其虽然功耗较低，但由于其虽然功耗较低，但由于其虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度
34、不够高，而物理特征决定其工作速度不够高，而物理特征决定其工作速度不够高，而物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOSCHMOS则具备了高速则具备了高速则具备了高速则具备了高速和低功耗的特点和低功耗的特点和低功耗的特点和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗，电池，这些特征，更适合于在要求低功耗，电池，这些特征，更适合于在要求低功耗，电池，这些特征，更适合于在要求低功耗，电池供电的应用场合。供电的应用场合。供电的应用场合。供电的应用场合。 很多单片机都具有很多单片机都具有很多单片机都具有很多单片机都具有WAITWAIT、STOPSTOP等省电运行方式。允许等省电运行方式。允许等省电运行方式
35、。允许等省电运行方式。允许使用的电压范围越来越宽，一般在使用的电压范围越来越宽，一般在使用的电压范围越来越宽，一般在使用的电压范围越来越宽，一般在3-6V3-6V范围内工作。低电压范围内工作。低电压范围内工作。低电压范围内工作。低电压供电的单片机电源下限已可达供电的单片机电源下限已可达供电的单片机电源下限已可达供电的单片机电源下限已可达1-2V1-2V。目前。目前。目前。目前0.8V0.8V供电的单片机供电的单片机供电的单片机供电的单片机已经问世。已经问世。已经问世。已经问世。安徽工程大学 计算机与信息学院3、采用、采用FlashMemory 随着半导体工艺技术的不断进步，随着半导体工艺技术的
36、不断进步，随着半导体工艺技术的不断进步，随着半导体工艺技术的不断进步，MCUMCU的的的的FlashFlash版本逐版本逐版本逐版本逐渐替代了原有的渐替代了原有的渐替代了原有的渐替代了原有的OTPOTP版本。版本。版本。版本。FlashMCUFlashMCU具有以下优点：与多具有以下优点：与多具有以下优点：与多具有以下优点：与多次可编程的窗口式次可编程的窗口式次可编程的窗口式次可编程的窗口式EPROMEPROM相比，相比，相比，相比，FlashMCUFlashMCU的成本要低得的成本要低得的成本要低得的成本要低得多；在系统编程能力以及产品生产方面提供了灵活性，因为多；在系统编程能力以及产品生产
37、方面提供了灵活性，因为多；在系统编程能力以及产品生产方面提供了灵活性，因为多；在系统编程能力以及产品生产方面提供了灵活性，因为FlashMCUFlashMCU可在编程后再次以新代码重新编程，可减少已编可在编程后再次以新代码重新编程，可减少已编可在编程后再次以新代码重新编程，可减少已编可在编程后再次以新代码重新编程，可减少已编程器件的报废和库存；有助于生产厂商缩短设计周期，使终程器件的报废和库存；有助于生产厂商缩短设计周期，使终程器件的报废和库存；有助于生产厂商缩短设计周期，使终程器件的报废和库存；有助于生产厂商缩短设计周期，使终端用户产品更具竞争力。端用户产品更具竞争力。端用户产品更具竞争力。
38、端用户产品更具竞争力。 由于由于由于由于AT 89AT 89系列单片机采用系列单片机采用系列单片机采用系列单片机采用FlashFlash取代了使用不太方便的取代了使用不太方便的取代了使用不太方便的取代了使用不太方便的EPROMEPROM，使得这个系列单片机更受人们的青睐，成为，使得这个系列单片机更受人们的青睐，成为，使得这个系列单片机更受人们的青睐，成为，使得这个系列单片机更受人们的青睐，成为5151单单单单片机的主流产品。片机的主流产品。片机的主流产品。片机的主流产品。安徽工程大学 计算机与信息学院4、扩展了片内存储器的容量、扩展了片内存储器的容量 新型的新型的新型的新型的5151内核单片机
39、的片内存储器容量越来越大：程序内核单片机的片内存储器容量越来越大：程序内核单片机的片内存储器容量越来越大：程序内核单片机的片内存储器容量越来越大：程序ROMROM从原来的从原来的从原来的从原来的4KB4KB扩展到扩展到扩展到扩展到8KB8KB、16KB16KB、64KB64KB，片内，片内，片内，片内RAMRAM从原来的从原来的从原来的从原来的128B128B扩展到扩展到扩展到扩展到256B256B。 华邦电子股份有限公司的华邦电子股份有限公司的华邦电子股份有限公司的华邦电子股份有限公司的W79E532/W79E548/W79E54W79E532/W79E548/W79E54还将还将还将还将1
40、KB1KB的片外数据存储器放在了片内，可以采用的片外数据存储器放在了片内，可以采用的片外数据存储器放在了片内，可以采用的片外数据存储器放在了片内，可以采用MOVX MOVX 指令访问。指令访问。指令访问。指令访问。 为了便于存放断电以后也不丢失的数据，为了便于存放断电以后也不丢失的数据，为了便于存放断电以后也不丢失的数据，为了便于存放断电以后也不丢失的数据，C8051FC8051F系列系列系列系列单片机还增加了单片机还增加了单片机还增加了单片机还增加了EEPROMEEPROM存储器。存储器。存储器。存储器。 安徽工程大学 计算机与信息学院5、在片资源更加丰富、在片资源更加丰富 除了基本的存储器
41、、定时计数器、并行除了基本的存储器、定时计数器、并行除了基本的存储器、定时计数器、并行除了基本的存储器、定时计数器、并行I/OI/O、串行、串行、串行、串行UARTUART以外，很多新型的单片机还集成有新型的通信接口（以外，很多新型的单片机还集成有新型的通信接口（以外，很多新型的单片机还集成有新型的通信接口（以外，很多新型的单片机还集成有新型的通信接口（IICIIC、SPISPI、USBUSB、CANCAN）和模拟应用接口（）和模拟应用接口（）和模拟应用接口（）和模拟应用接口（ADCADC、DACDAC、PWMPWM）等。）等。）等。）等。 安徽工程大学 计算机与信息学院6、增加了在系统编程的
42、能力、增加了在系统编程的能力 宏晶科技有限公司的宏晶科技有限公司的宏晶科技有限公司的宏晶科技有限公司的STC89STC89系列单片机具有系列单片机具有系列单片机具有系列单片机具有ISP/IAPISP/IAP功功功功能能能能，无需专用编程器，无需将单片机从目标板上取下，即可，无需专用编程器，无需将单片机从目标板上取下，即可，无需专用编程器，无需将单片机从目标板上取下，即可，无需专用编程器，无需将单片机从目标板上取下，即可通过通过通过通过PCPC机串口，对单片机进行编程。由于机串口，对单片机进行编程。由于机串口，对单片机进行编程。由于机串口，对单片机进行编程。由于STC89STC89系列单片机系列
43、单片机系列单片机系列单片机在销售给用户之前，已在销售给用户之前，已在销售给用户之前，已在销售给用户之前，已在单片机内部固化有在单片机内部固化有在单片机内部固化有在单片机内部固化有ISP ISP 系统引导程系统引导程系统引导程系统引导程序序序序，因此，最好不要用通用编程器对，因此，最好不要用通用编程器对，因此，最好不要用通用编程器对，因此，最好不要用通用编程器对STC89STC89系列单片机进行系列单片机进行系列单片机进行系列单片机进行编程，否则，有可能将单片机内部已固化的编程，否则，有可能将单片机内部已固化的编程，否则，有可能将单片机内部已固化的编程，否则，有可能将单片机内部已固化的ISP I
44、SP 系统引导程系统引导程系统引导程系统引导程序擦除，造成无法使用序擦除，造成无法使用序擦除，造成无法使用序擦除，造成无法使用STC STC 提供的提供的提供的提供的ISPISP软件下载用户的程序软件下载用户的程序软件下载用户的程序软件下载用户的程序代码。代码。代码。代码。 美国美国美国美国SST 89SST 89系列单片机提供系统在线编程系列单片机提供系统在线编程系列单片机提供系统在线编程系列单片机提供系统在线编程(ISP(ISP功能功能功能功能) )，内部内部内部内部flashflash擦写次数擦写次数擦写次数擦写次数1 1万次以上，程序保存时间可达万次以上，程序保存时间可达万次以上，程序
45、保存时间可达万次以上，程序保存时间可达100100年。年。年。年。SSTSST单片机是在目前所有的单片机是在目前所有的单片机是在目前所有的单片机是在目前所有的5151单片机产品中单片机产品中单片机产品中单片机产品中IAPIAP技术最强的技术最强的技术最强的技术最强的单片机，单片机内部单片机，单片机内部单片机，单片机内部单片机，单片机内部FLASHFLASH扇区小（扇区小（扇区小（扇区小（128128字节），速度快，字节），速度快，字节），速度快，字节），速度快，功耗低，稳定性高。功耗低，稳定性高。功耗低，稳定性高。功耗低，稳定性高。【IAP】IAP：In Application Program
46、ming 是指在应用编程，即在程序运行中编程，就是片子提供一系列的机制(硬件/软件上的)当片子在运行程序的时候可以提供一种改变flash数据的方法。通俗点讲，也就是说程序自己可以往程序存储器里写数据或修改程序。这种方式的典型应用就是用一小段代码来实现程序的下载，实际上单片机的ISP功能就是通过IAP技术来实现的，即片子在出厂前就已经有一段小的boot程序在里面，片子上电后，开始运行这段程序，当检测到上位机有下载要求时，便和上位机通信，然后下载数据到存储区。 安徽工程大学 计算机与信息学院7、增加了加密机制、增加了加密机制 宏晶科技有限公司的宏晶科技有限公司的宏晶科技有限公司的宏晶科技有限公司的
47、STCSTC单片机和单片机和单片机和单片机和SYNCMOSSYNCMOS半导体公半导体公半导体公半导体公司推出的司推出的司推出的司推出的SMSM系列单片机，在设计的时候就吸取系列单片机，在设计的时候就吸取系列单片机，在设计的时候就吸取系列单片机，在设计的时候就吸取5151系列单片系列单片系列单片系列单片很容易被破解的教训，改进了加密机制。很容易被破解的教训，改进了加密机制。很容易被破解的教训，改进了加密机制。很容易被破解的教训，改进了加密机制。STCSTC单片机出厂的单片机出厂的单片机出厂的单片机出厂的时候就已经完全加密，用户程序是时候就已经完全加密，用户程序是时候就已经完全加密，用户程序是时
48、候就已经完全加密，用户程序是ISP/IAPISP/IAP机制写入，编程机制写入，编程机制写入，编程机制写入，编程的时候是一边校验一边写，无法读出命令，这个增加了解密的时候是一边校验一边写，无法读出命令，这个增加了解密的时候是一边校验一边写，无法读出命令，这个增加了解密的时候是一边校验一边写，无法读出命令，这个增加了解密难度。难度。难度。难度。SMSM系列单片机是不可解密。系列单片机是不可解密。系列单片机是不可解密。系列单片机是不可解密。安徽工程大学 计算机与信息学院8、集成网络控制、集成网络控制 DS80C400DS80C400是与是与80518051兼容的高度集成的网络微控制器。兼容的高度集
49、成的网络微控制器。DS80C400DS80C400执执行指令的速度比普通的行指令的速度比普通的80518051快快3 3倍。集成外设包括倍。集成外设包括10/10010/100以太网以太网MACMAC，三个串行端口，一个三个串行端口，一个CAN2.0BCAN2.0B控制器，控制器，1-Wire1-Wire主机和主机和6464个个I/OI/O引脚。引脚。 为了便于访问网络，为了便于访问网络，DS80C400DS80C400通过嵌入一个通过嵌入一个64KB64KB的的ROMROM提供了一提供了一个完整的、可被应用访问的个完整的、可被应用访问的TCP IPv4/6TCP IPv4/6网络栈和网络栈和
50、OSOS。网栈支持最多。网栈支持最多3232个个并发的并发的TCPTCP连接，并且能够通过以太网连接，并且能够通过以太网MACMAC提供高达提供高达5Mbps5Mbps的吞吐率。的吞吐率。最高达最高达75MHz75MHz的系统时钟频率使最短指令周期仅有的系统时钟频率使最短指令周期仅有54ns54ns。2424位寻址方式位寻址方式简化了对于大容量程序或数据存储器的访问，支持高达简化了对于大容量程序或数据存储器的访问，支持高达16MB16MB的连续存的连续存储空间。储空间。 为了加速微控制器和存储器间的数据传送，为了加速微控制器和存储器间的数据传送，DS80C400DS80C400提供了四个数提供
51、了四个数据指针，每个指针都可被配置为在执行完特定的数据指针相关指令后自据指针，每个指针都可被配置为在执行完特定的数据指针相关指令后自动递增或递减。动递增或递减。DS80C400DS80C400的硬件算术加速器进一步提升了的硬件算术加速器进一步提升了3232位和位和1616位乘位乘除运算及高速移位、归一化和累加函数的执行速度。除运算及高速移位、归一化和累加函数的执行速度。安徽工程大学 计算机与信息学院本章小结本章小结 本章主要介绍了本章主要介绍了5151内核的单片机，并且对一些新型的采内核的单片机，并且对一些新型的采用用5151内核的单片机作了简单的介绍。通过本章的学习，读者内核的单片机作了简单
52、的介绍。通过本章的学习，读者可以初步了解可以初步了解5151单片机的组成结构、在片资源。单片机的组成结构、在片资源。安徽工程大学 计算机与信息学院作业作业2 2、5151单片机在一块芯片上集成了单片机在一块芯片上集成了 个个 位的位的CPUCPU， 个片内振荡器及个片内振荡器及时钟电路，时钟电路， 字节字节ROMROM的程序存储器，的程序存储器， 字节字节RAMRAM的数据存储器，的数据存储器， 个个 16 16 位的定时计数器，可寻址外存位的定时计数器，可寻址外存( ( 字节字节RAMRAM、 字节字节ROM ) ROM ) 的控的控制电路，制电路， 条可编程的条可编程的I/OI/O口线，口线， 个全双工串行口，个全双工串行口， 个中断源，个中断源， 个优先级嵌套中断结构。个优先级嵌套中断结构。3 3、 nEAnEA引脚的作用是什么？在下列情况下，引脚的作用是什么？在下列情况下，nEAnEA引脚应接何种电平？引脚应接何种电平？ 只有片内只有片内ROMROM； 只有片外只有片外ROMROM； 有片内有片内ROMROM和片外和片外ROMROM； 有片内有片内ROMROM和片外和片外ROMROM，片外，片外ROMROM所存为调试程序。所存为调试程序。
