第九章其它51内核单片机介绍

1、第九章 其它51内核单片机介绍 目前，世界许多厂家已开发生产了多种具有各自特色的单片机系列，如8051系列、PIC系列、MSP430系列、AVR系列等，但8051系列单片机仍然是应用很广泛的单片机。目前已有多家公司生产嵌入51内核的单片机，如ATMEL89系列、Philips的LPC900系列、Cygnal的C8051FXXX系列、ADI的ADC8XX系列、DALLAS的DS87CXXX系列等。本章仅对其中几款系列单片机作以简单介绍。第一节 ATMEL 89系列单片机介绍ATMEL 89系列单片机是ATMEL公司生产的与MCS-51系列单片机兼容的产品。这个系列产品的最大特点是在片内含有Fla

2、sh存储器。因此，有着十分广泛的应用前景和用途。 一、89系列单片机型号说明89系列单片机型号由三个部分组成，它们分别是前缀、型号、后缀，其格式如下：AT89C（LV、S）XXXXXXXX1、前缀前缀由字母“AT”组成，它表示该器件是ATMEL公司的产品。2、型号型号由“89CXXXX”或“89 LVXXXX”或“89 SXXXX”等表示。“9”表示芯片内部含Flash存储器；“C”表示是CMOS产品；“LV”表示低电压产品；“S”表示含可下载的Flash存储器。“XXXX”为表示型号的数字，如：51、2051、8252等。 3、后缀后缀由“XXXX”四个参数组成，与产品型号间用“-”号隔开。

3、后缀中第一个参数“X”表示速度，其意义如下：X=12，表示速度为12MHz；X=16，表示速度为16MHz；X=20，表示速度为20MHz；X=24，表示速度为24MHz。后缀中的第二个参数“X”表示封装，其意义如下：X=D，表示陶瓷封装；X=J，表示PLCC封装；X=P，表示塑料双列直插DIP封装；X=S，表示SOIC封装；X=Q，表示PQFP封装；X=A，表示TQFP封装；X=W，表示裸芯片。后缀中的第三个参数“X”表示温度范围，其意义如下：X=C，表示商业用产品，温度范围为0+70oC；X=I，表示工业用产品，温度范围为-40o+85oC；X=A，表示汽车用产品，温度范围为-40o+12

4、5oC；X=M，表示军用产品，温度范围为-55o+150oC。后缀中的第四个参数“X”用于说明产品的处理情况，其意义如下：X为空，表示为标准处理工艺；X=/883，表示处理工艺采用MIL-STD-883标准。例如：单片机型号为“AT89C51-12PI”，则表示意义为该单片机是ATMEL公司的Flash单片机，采用CMOS结构，速度为12 MHz，封装为塑封DIP（双列直插），是工业用产品，按标准处理工艺生产。二、AT89S52单片机89系列单片机有多种型号，其中AT89C1051、AT89C2051属低档低电压产品，为20脚封装，最低工作电压为2.7V；AT89C51、AT89LV51、AT

5、89C52、AT89LV52、 AT89S52为中档产品，与8051完全兼容，AT89S52为增强型，内含看门狗电路；本节主要介绍AT89S52的结构特点与应用。1 AT89S52单片机特点图 9-1 AT89S52单片机引脚图AT89S52是一款低能耗、高性能的8位CMOS微处理器，芯片内部具有8K字节闪速存储器，允许在系统内改写或用常规非易失性存储器编程器编程。芯片采用51系列指令集并与51系列单片机引脚兼容，图9-1为AT89S52引脚图。图9-2为该芯片内部结构图。 图9-2 AT89S52内部结构图AT89S52单片机有如下特点：与MCS-51产品兼容；具有8K字节可在系统编程的Fl

6、ash内部程序存储器，可写/擦1000次；4.0V5.5V的工作电压范围；全静态操作：0Hz24MHz；三级程序存储器加密；256字节内部RAM；32根可编程I/O线；三个16位定时器/计数器；8个中断源；全双工异步串行通信通道；低功耗空闲和掉电方式；通过中断中止掉电方式；看门狗定时器；两个数据指针；由图9-2可见，AT89S52单片机较8051单片机内部多了一个8K字节的Flash程序存储器，一个16位的定时器/计数器，一个中断源，还多了128字节内部RAM，与8051完全兼容。2存储器结构 MCS-51产品有一个独立的程序存储器和数据存储器地址空间。外部程序存储器和数据存储器可最大寻址64

7、K。表9-1 AT89S52特殊功能寄存器映象及复位状态（1）程序存储器。如果引脚接地，系统寻址外部程序存储器。对于AT89S52，如果引脚接至VCC，CPU执行内部存储器0000H到1FFFH的程序，外部程序存储器寻址空间为2000H到FFFFH。（2）数据存储器。AT89S52具有256字节的片内RAM。高128字节与专用寄存器地址空间重叠，亦即高128字节与专用寄存器空间有相同的地址，而物理上与专用寄存器是分开的。若采用直接寻址方式，则是访问特殊功能寄存器；若采用间接寻址方式，则是访问高128字节的RAM。堆栈操作也是间接寻址，所以，高128字节的数据RAM可作为栈区使用。（3）特殊功能

8、寄存器。在片内数据存储器中，专用寄存器地址空间的映象如表9-1所示。由表9-1可见，AT89S52的特殊功能寄存器总计为32个，比8051单片机多了11个SFR。3定时器 AT89S52有三个16位定时器：T0、T1、T2。T0、T1与8051、AT89C51及AT89C52单片机工作方式相同，定时器T2有三种工作方式：捕获方式，自动重装载方式（向上或向下计数）和波特率发生器方式。操作方式由T2CON的控制位来选择，见表9-3。详细工作方式见有关资料。表9-2 定时器2工作方式RLCK+TCLKCP/RL2TR2工作方式00116位自动重装载01116位捕获11波特率发生器0（关闭）4中断 A

9、T89S52共有6个中断源：两个外部中断（、），三个定时器中断（T0、T1、T2）和一个串行口中断。通过专用寄存器IE置位或清0，可分别控制这些中断源中每一个允许或禁止中断。IE也有一个总禁止位EA，它可以同时禁止所有中断，见9-3所示。表9-3 中断允许寄存器IE最高位 最低位EA_ET2ESET1EX1ET0EX0允许位=1 表示允许中断允许位=0 表示禁止中断符号位功 能EAIE.7当=0时，禁止所有中断的响应，当=1时，则各中断源的允许或禁止取决于各自中断允许位的状态（置位或清0）_IE.6保留位ET2 IE.5定时器2中断允许位ESIE.4串行口中断允许位。ET1IE.3定时器1中断

10、允许位。EX1IE.2外部中断1允许位。ET0IE.1定时器0中断允许位。EX0IE.0外部中断0允许位。5空闲方式 在空闲方式下，CPU自身进入睡眠状态，但片上其它外围部件处于激活状态。这种方式由软件调用。在空闲方式期间，片内RAM和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲方式可被任何允许的中断或硬件复位来终止。当空闲方式由硬件复位终止时，通常系统在空闲处恢复程序的执行。硬件复位只需要信号持续有效两个机器周期，即可完成复位。6掉电工作方式在掉电方式下片内振荡器停止工作。调用掉电指令是执行的最后一条指令。片内RAM和特殊功能寄存器的值保持不变，直到掉电方式终止。退出掉电方式可以通过硬件复位或一个

11、允许的外部中断。复位后将重新定义所有专用寄存器，但不改变RAM的内容。在VCC 未恢复到正常工作电压这前，不能启动复位，且复位信号应保持足够长的时间，以便保证振荡器的起振和达到稳定。7看门狗定时器（WDT） 看门狗电路用于在CPU处于软件混乱时使系统正常工作的一种恢复方法。WDT由一个13位的计数器和一个看门狗定时器复位特殊功能寄存器（WDTRST）组成。WDT默认设置为无效。若启动WDT，设计者需依次向WDTRST寄存器（地址为0A6H的特殊功能寄存器）写入01EH和0E1H。为避免WDT溢出，需向WDTRST寄存器写入01EH和0E1H维持其工作。当13位计数器达到8191（1FFFH）时

12、将溢出并复位系统。当WDT工作时，在振荡器工作期间，它将随每个机器周期加法计数。这意味着至少每到8191个机器周期需对WDT重新设置，即重新向WDTRST寄存器写入01EH和0E1H。WDTRST是只写寄存器。WDT计数器不能读写。WDT休息时间依赖于外部时钟频率。只有通过硬件复位或WDT溢出复位才能取消WDT。当WDT溢出复位时，在RST引脚将输出一个高电平脉冲。脉冲持续时间为96TOSC（TOSC=1/FOSC）。为充分利用WDT，需周期性执行一段指令以避免WDT复位。第二节 LPC900系列单片机简介LPC900系列单片机是基于80C51内核的高速、低功耗Flash单片机，主要集成了字节

13、方式的I2C总线、SPI接口、UART通信接口、实时时钟、E2PROM、A/D转换器、ISP/IAP在线编程和远程编程方式等一系列有特色的功能部件。本节仅介绍P89LPC932单片机主要性能与特点。一、P89LPC932单片机的主要性能和特点P89LPC932是一款单片封装的微控制器，适和于许多要求高集成度、低成本的场合，可以满足多方面的性能要求。P89LPC932采用了高性能的处理器结构，指令执行时间只需24个时钟周期，6倍于标准80C51器件。P89LPC932集成了许多系统级的功能，这样可大大地减少元件的数目和电路板面积，并降低系统成本，主要具有如下特点：（1）操作频率为12MHz时，除

14、乘法和除法指令外，高速80C51 CPU的指令执行时间为167333ns。在同一时钟频率下，其速度为标准80C51器件的6倍。只需要较低的时钟频率即可达到同样的性能，这样无疑降低了功耗和EMI。（2）作电压范围为2.43.6V，I/O口可承受5V(可上拉或驱动到5.5V)。（3）8KB Flash程序存储器，具有1KB可擦除扇区和64字节可擦除页规格的ISP/IAP在线编程和远程编程方式。（4）256字节RAM数据存储器，512字节附加片内RAM。（5）512字节片内用户数据E2PROM存储区，可用来存放器件序列码及设置参数等。（6）2个16位定时/计数器，每一个定时器均可设置为溢出时触发相应

15、端口输出或作为PWM输出。（7）实时时钟可作为系统定时器。（8）捕获/比较单元（CCU）提供PWM、输入捕获和输出比较功能。（9）2个模拟比较器，可选择输入和参考源。（10）增强型UART。具有波特率发生器、间隔检测、帧错误检测、自动地址识别和通用的中断功能。（11）400kHz字节方式I2C通信端口。（12）具有SPI通信端口。（13）8个键盘中断输入，另加两路外部中断输入。（14）4个中断优先级。（15）看门狗定时器具有片内独立振荡器，无需外接元件。看门狗定时器溢出时间有8种选择。（16）低电平复位。使用片内上电复位时不需要外接元件。（17）低电压复位（掉电检测）可在电源故障时使系统安全关

16、闭。该功能也可配置为一个中断。（18）振荡器失效检测。看门狗定时器具有独立的片内振荡器，因此它可用于振荡器的失效检测。（19）可配置的片内振荡器及其频率范围和RC振荡器选项（通过用户可编程Flash配置位选择）。选择RC振荡器时不需要外接振荡器件。振荡器选项支持的频率范围为20kHz12MHz。（20）可编程I/O口输出模式：准双向口、开漏输出、推挽和仅为输入功能。（21）端口“输入模式匹配”检测。当P0口引脚的值与一个可编程的模式匹配或者不匹配时，可产生一个中断。（22）双数据指针（DPTR）。（23）施密特触发端口输入。（24）所有口线均有20mA的LED驱动能力，但整个芯片有一个最大值的

17、限制。（25）可控制口线输出转换速度以降低EMI，输出最小转换时间约为10ns。（26）最少23个I/O口（28脚封装），选择片内振荡和片内复位时可多达26个I/O口。（27）当选择片内振荡及复位时，P89LPC932只需连接电源和地。（28）串行Flash编程可实现简单的在线编程，2个Flash保密位可防止程序被读出。（29）Flash程序存储器可实现在应用中编程，这允许在程序运行时改变代码。（30）空闲和2种不同的掉电节电模式。提供从掉电模式中唤醒功能（低电平中断输入唤醒）。典型的掉电电流为1uA（比较器关闭时的完全掉电状态）。（31）28脚TSSOP和PLCC封装。二、芯片内部框图及其引

18、脚定义1逻辑符号P89LPC932逻辑符号见图9-3。图9-3 P89LPC932逻辑符号2芯片功能框图图9-4 芯片功能框图3引脚配置图9-5为P89LPC932的引脚图，各引脚功能描述见表9-4。图9-5 P89LPC932引脚图表9-4 引脚描述符 号引脚号（28脚）类型名称及功能描述P0.0P0.73、26、25、24、23、22、20、19I/OP0是一个可由用户定义输出类型的8位I/O口，在上电复位时，P0锁存器配置为内部上拉禁止的仅为输入模式。P0口由口配置寄存器设定为输出或输入模式，每一个引脚均可单独设定。P0口具有键盘输入中断功能。所有引脚都具有施密特触发输入。P0口还可提供

19、如下特殊功能：3I/OOIP0.0 P0口位0CMP2 比较器2输出KBI0 键盘输入026I/OIIP0.1 P0口位1CON2B 比较器2正向输入BKBI1 键盘输入125I/OIIP0.2 P0口位2CIN2A 比较器2正向输入AKBI2 键盘输入224I/OIIP0.3 P0口位3CIN1B 比较器1正向输入BKBI3 键盘输入323I/OIIP0.4 P0口位4CIN1A 比较器1正向输入AKBI4 键盘输入422I/OIIP0.5 P0口位5CMPREF 比较器参考(反向)输入KBI5 键盘输入520I/OIIP0.6 P0口位6CMP1 比较器1输出KBI6 键盘输入619I/O

20、I/OIP0.7 P0口位7T1 定时/计数器1外部计数输入或溢出输出KBI7 键盘输入7P1.0P1.718、17、12、11、10、6、5、4I/O（P1.0P1.4,P1.6、P1.7）I(P1.5)除了下面说明的3个引脚外，P1是一个可由用户定义输出类型的8位I/O口，在上电复位时，P1锁存器配置为内部上拉禁止的仅为输入模式。P1口由口配置寄存器设定为输出或输入模式，每一位均可单独设定。P1.2、P1.3作为输出时为开漏。P1.5仅为输入模式。所有引脚都具有施密特触发输入。P1口还可提供如下特殊功能：P1.0P1.718I/OOP1.0 P1口位0TXD 串行口输出17I/OIP1.1

21、 P1口位1RXD 串行口输入12I/OI/OI/OP1.2 P1口位2T0 定时/计数器0外部计数输入或溢出输出(作为输出时为开漏)SCL I2C串行时钟输入/输出 11III/OP1.3 P1口位3(作为输出时为开漏)INT0 外部中断 0输入SDA I2C串行数据输入/输出 10IIP1.4 P1口位4外部中断 1输入6IIP1.5 P1口位5(仅为输入)上电时作为外部复位输入(通过UCFG1选择)。作为复位引脚时，输入的低电平会使芯片复位，I/O口和外围功能进入默认状态，处理器从地址0开始执行。另外，该引脚还可用于在上电时强制进入ISP模式5I/OIP1.6 P1口位6OCB 输出比较

22、B4I/OIP1.7 P1口位7OCC 输出比较CP2.0P2.71、2、13、14、15、16、27、28I/OP2是一个可由用户定义输出类型的8位I/O口，在上电复位时，P2锁存器配置为内部上拉禁止的仅为输入模式。P2口由口配置寄存器设定为输出或输入模式，每一位均可单独设定。该端口在20脚封装中是不存在的,并自动配置为输出以降低功耗，不要使用这些引脚的特殊功能。所有引脚都具有施密特触发输入。P2口还可提供如下特殊功能：1I/OIP2.0 P2口位0ICB 输入捕获B2I/OOP2.1 P2口位1OCD 输出比较D13I/OI/OP2.2 P2口位2MOSI SPI主机输出/从机输入.。当配

23、置为主机时，该引脚为输出；当配置为从机时，该引脚为输入。14I/OI/OP2.3 P2口位3MISO SPI主机输入/从机.输出。当配置为主机时，该引脚为输入；当配置为从机时，该引脚为输出。15I/OIP2.4 P2口位4 SPI从机选择P3.0P3.116I/OI/OP2.5 P2口位5SPICLK SPI时钟。当配置为主机时，该引脚为输出；当配置为从机时，该引脚为输入(20脚封装中没有这些功能)。27I/OOP2.6 P2口位6OCA 输出比较A28I/OIP2.7 P2口位7ICA 输入捕获A9、8I/OP3是一个可由用户定义输出类型的2位I/O口，在上电复位时，P3锁存器配置为内部上拉

24、禁止的仅为输入模式。P3口由口配置寄存器设定为输出或输入模式，每一个引脚均可单独设定。所有引脚都具有施密特触发输入。P3口还可提供如下特殊功能：9I/OOOP3.0 P3口位0XTAL2 振荡放大器输出(通过Flash配置为晶体振荡器时)CLKOUT 通过使能SFR位(ENCLK-TRIM.6)将CPU时钟2分频后输出(当CPU时钟为内部RC振荡器、看门狗振荡器或外部时钟输入时可用，但当XTAL1/XTAL2用于产生实时时钟/系统定时器的时钟源时除外)8I/OIP3.1 P3口位1XTAL1 振荡电路和内部时钟发生器电路输入(通过Flash选择)。如果使用内部RC振荡器或看门狗振荡器作为CPU

25、时钟源并且XTAL1/XTAL2不用于产生实时时钟/系统定时器的时钟时，可作为I/O口使用Vss7I地：0V参考点VDD21I电源：正常操作模式、空闲模式和掉电模式时的电源第三节 C8051FXXX系列单片机美国CYGNAL公司新近推出了高性能的C8051FXXX系列单片机，该单片机可彻底改变人们对8051单片机速度慢、性能低的印象。简要说来，C8051FXXX系列单片机具有如下几个重要特点：一、C8051FXXX系列单片机主要特点（1）速度快：高达25MIPS的速度，比标准8051快20倍以上，丝毫不逊于PIC、AVR单片机。（2）大的模拟信号处理功能：有多达32路12位ADC（速度为100

26、kHz）或高达500 kHz的8位ADC、两路12位精度的DAC、两路模拟比较器、高精度基准电源、程控放大器和温度传感器。（3）先进的JTAG调试功能：支持在系统、全速、非插入调试和编程，不占用任何片内资源。（4）强大的控制功能：有多达64位I/O口线，所有的口线可以编程为弱上拉或推挽输出。更为独特的是具有数字开关阵列（Digital Crossbar）可以将内部系统资源定向到P0、P1和P2，即可以把定时器、串行总线、外部中断源、AD转换输入、比较器输出定向到P0、P1和P2。图9-7 C8051F000/05/10/15芯片封装（5）丰富的串行接口：具有标准的全双工UART、PHILIPS

27、或INTEL标准的I2C/SMBus 串行总线及MOTOROLA 的SPI串行总线。不仅覆盖了典型的串行通信标准，而且功能更强大。（6）多达22个中断源：为实时多任务系统的实现提供了扎实的基础。（7）可靠的安全机制：有7种复位源，使系统的运行可靠性大大提高；采用一种与传统方式完全不同的加密方式，利用JTAG口编程来加密芯片，可以绝对保护用户的知识产权。（8）存储器：有多达64KB的FLASH存储器，其中的部分可以作为数据存储器用。同时，片内可有多达4KB的RAM存储器。C8051FXXX系列单片机还有很多独特的优点，限于篇幅，不能在此赘述。但由上述可见，与标准51系列单片机相比，C8051FX

28、XX系列单片机具有很高性能。目前， 美国CYGNAL公司生产的C8051FXXX系列单片机有4个子系列：C8051F0XX系列、C8051F02X系列、C8051F2XX系列和C8051F3XX系列。C8051F0XX系列的功能最全，基本覆盖了其他系列单片机的功能。二、C8051F0XX系列1C8051F0XX系列单片机内部结构C8051F0XX系列单片机内部结构见图9-6。该系列单片机是集成在一块芯片上的混合信号系统级单片机。芯片上有一个12位多通道ADC（F000/01/02/05/06/07）或10位多通道ADC（F010/11/12/15/16/17）。每种器件都有一个可编程增益放大器

29、、2个12位DAC和2个电压比较器（F002/07/12/17例外只有一个）、1个电压基准、1个具有32KB FLASH存储器、与8051兼容的微控制器内核，还有硬件实现的而不是在用户软件中用位操作模拟的SMBus /I2C、UART、SPI串行接口及1个具有5个捕捉/比较模块的、可编程的计数器/定时器阵列PCA。C8051F0xx系列单片机还有4个通用的16位定时器和4B宽的通用数字I/O端口。C8051F000/01/02/10/11/12有256B的RAM，运行速度可达20MIPS；而C8051F005/06/07/15/16/17有2304B的RAM，执行速度可达25MIPS。C805

30、1F0xx系列单片机具有片内VDD监视器、WDT和时钟振荡器，是真正能独立工作的片上系统。每个单片机都能有效地管理模拟和数字外设、FLASH存储器，还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051程序。每个单片机都可以关闭单个或全部外设以节省功耗。片内JTAG调试支持功能允许对安装在最终应用系统上的单片机进行非侵入式（不占用片内资源）、全速在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及运行和停机命令。在使用JTAG调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。 每个单片机都可在工业温度范围-45+85内，采用2.73.6V的工作电压。端口I/

31、O，和JTAG引脚都允许5V的输入信号电压。2C8051F0XX系列单片机引脚配置图9-6 C8051F0XX系列单片机内部结构C8051F000/05/10/15为64脚TQFP封装，C8051F001/06/11/16为48脚TQFP封装，C8051F002/07/12/17为32脚LQFP封装。图9-7为C8051F000/05/10/15芯片封装图，各引脚功能见表9-5。C8051F000系列器件使用CYGNAL的专利：CIP-51微控制器内核CIP-51。CIP-51与MCS-51的指令集完全兼容，可以使用标准803x/805x的汇编器和编译器进行软件开发。表9-5 C8051F0X

32、X引脚功能引脚名称引脚号类型说明F000/F010F001/F011F002/F012VDD31406223321820数字电源DGND304161223327191721数字地AV+16171343929模拟电源AGND5154412830模拟地TCK221814数字输入带内部上拉的JTAG测试时钟TMS211713数字输入带内部上拉的JTAG测试模式选择TDI282015数字输入带内部上拉的JTAG测试数据输入。TDI在TCK上升沿被锁存TDO292116数字输出带内部上挂的JTAG测试数据输出。数据在TCK的下降沿从TDO引脚输出，TDO输出是1个三态驱动器XTAL1181410模拟输入晶体输入。该引脚为晶体或陶瓷谐振器的内部振荡器电路反馈输入。为了得到精确的内部时钟，可以在XTAL1和XTAL2之间接上一个晶体