淺談AT89S51

2010-11-25 02:37:16徐春河

制造業(yè)自動化 2010年15期

徐春河

XU Chun-he

（山東省信息技術職業(yè)學院，濰坊 261061）

0 引言

隨著大規(guī)模集成電路技術的迅猛發(fā)展，近年來芯片的集成度也越來越高。各種高性能、低價格的微型計算機相繼問世。而較為突出的單片機由于體積小，重量輕，抗干擾能力強，對環(huán)境要求不高，價格低廉，指令功能強，運行速度快，可靠性高及靈活性好，開發(fā)也較為容易等特點，所以單片機的應用也相應的越來越突出。其最具代表性和廣泛應用的單片機為美國Intel公司的MCS-51系列的8位字長和MCS-96系列的16位字長單片機。

1 AT89S51單片機的誕生

MCS-51 單片機是美國INTE公司于1980 年推出的產(chǎn)品，其典型產(chǎn)品有 8031、8051和8751等通用產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在， MCS-51 內(nèi)核系列兼容的單片機仍是應用的主流產(chǎn)品，比如目前流行的89S51、已經(jīng)停產(chǎn)的89C51 等，有些文獻甚至也將8051泛指MCS-51系列單片機，8051是早期的最典型的代表作，由于MCS-51單片機影響極深遠，許多公司都推出了兼容系列單片機，就是說MCS-51內(nèi)核實際上已經(jīng)成為一個8位單片機的標準。其他的公司的 51 單片機產(chǎn)品都是和MCS-51內(nèi)核兼容的產(chǎn)品而以。同樣的一段程序，在各個單片機廠家的硬件上運行的結(jié)果都是一樣的，如ATMEL的89C51、89S51，PHILIPS（菲利浦），和WINBOND（華邦）等，我們常說的已經(jīng)停產(chǎn)的89C51 指的是ATMEL公司的AT89C51 單片機，同時是在原基礎上增強了許多特性，如時鐘，更優(yōu)秀的是由Flash（程序存儲器的內(nèi)容至少可以改寫1000 次）存儲器取帶了原來的ROM（一次性寫入），而AT89C51 的性能相對于8051 已經(jīng)算是非常優(yōu)越的了。不過在市場化方面，89C51 受到了PIC 單片機陣營的挑戰(zhàn)，89C51 最致命的缺陷在于不支持ISP（在線更新程序）功能，必須加上ISP 功能等新功能才能更好延續(xù)MCS-51 的傳奇。AT89S51就是在這樣的背景下取代了AT89C51，現(xiàn)在，AT89S51 目前已經(jīng)成為了實際應用市場上新的寵兒，作為市場占有率第一的Atmel 目前公司已經(jīng)停產(chǎn)AT89C51，將用AT89S51代替。AT89S51 在工藝上進行了改進，AT89S51 采用0.35新工藝，成本降低,而且將功能提升,增加了競爭力。AT89S51可以像下兼容AT89C51 等51 系列芯片。同時，Atmel 不再接受89C51的定單，大家在市場上見到的89C51 實際都是Atmel 前期生產(chǎn)的巨量庫存而以。如果市場需要，Atmel當然也可以再恢復生產(chǎn)AT89C51。

2 AT89S51單片機的功能和特點

AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4K的可編程的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用8位微處理器于單片機芯片中，ATMEL公司的功能強大，低價位AT89S51單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。

AT89S51采用40引腳雙列直插封裝(DIP)形式，內(nèi)部由CPU，4kB的 ROM，256 B的 RAM，2個16b的定時／計數(shù)器TO和T1，4個8 b的工／O端I：IP0，P1，P2，P3，一個全雙功串行通信口等組成。

其引腳功能如下：

Vcc：電源電壓

GND：接地

P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口時，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。

在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。

在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。

P1口：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。

Flash編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址。

P2口：P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸出口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。

在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVE @DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX @Ri指令）時，P2口線上的內(nèi)容，在整個訪問期間不改變。

Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和其他控制信號。

P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸出端口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。

P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能。

P3口還接手一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。

RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。WDT溢出將使該引腳輸出高電平，設置SFR AUXR的DISRTO位（地址8EH）可打開或關閉該功能。DISRTO位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。

ALE/ ～PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址所存允許）輸出脈沖用于所存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。

對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（～PROG）。

如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令ALE 才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE無效。

～PSEN：程序儲存允許（～PSEN）輸出是外部程序存儲器的選通信號，當AT89S51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次～PSEN有效，即輸出兩個脈沖。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的～PSEN信號。

EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H——FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內(nèi)部會所存EA端狀態(tài)。

如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。

Flash存儲器編程時，該引腳加上＋12V的編程電壓VPP。

XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。

XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。

AT89S51標準功能：4K字節(jié)閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，看門狗（WDT），兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89S51可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中到內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有工作部件直到下一個硬件復位。

其主要性能參數(shù)：

與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容

4K字節(jié)在線系統(tǒng)編程（ISP）Flash 閃速存儲器

1000次擦寫周期

4.0-5.5V的工作電壓范圍

全靜態(tài)工作模式：0HZ-33MHZ

三級程序加密鎖

128*8字節(jié)內(nèi)部RAM

32個可編程I/O口線

2個16位定時/計數(shù)器

6個中斷源

全雙工串行UART通道

低功耗空閑和掉電模式

中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng)

看門狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針

掉電標模示和快速編程特性等

3 AT89S51優(yōu)越性

在AT89C51基礎上新增加的功能使AT89S51性能有了較大提升，但價格基本不變，甚至比AT89C51 更低。

ISP 在線編程功能，這個功能的優(yōu)勢在于改寫單片機存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個強大易用的功能。

最高工作頻率為33MHz， AT89S51比AT89C51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計算速度。

具有雙工UART 串行通道。

內(nèi)部集成看門狗計時器，不再需要像AT89C51 那樣外接看門狗計時器單元電路。

雙數(shù)據(jù)指示器。

電源關閉標識。

全新的加密算法，這使得對于AT89S51 的解密變?yōu)椴豢赡?，程序的保密性大大加強，這樣就可以有效的保護知識產(chǎn)權不被侵犯。

兼容性方面：向下完全兼容51 全部字系列產(chǎn)品。比如8051、89C51 等等早期MCS-51 兼容產(chǎn)品。也就是說所有教科書、網(wǎng)絡教程上的程序，在AT89S51 上一樣可以照常運行，這就是所謂的向下兼容。比較結(jié)果：就如同 INTEL 的P3 向P4 升級一樣，雖然都可以跑Windows98，不過速度是不同的。從 AT89C51 升級到AT89S51 ,也是同理。

4 單片機發(fā)展前景

縱觀我們現(xiàn)在生活的各個領域，從導彈的導航裝置，到飛機上各種儀表的控制，從計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC卡、電子寵物等，這些都離不開單片機。作為典型的主流的AT89S51型單片機我們更要深刻的認識和掌握。在單片機產(chǎn)生后，我們就將控制這些東西變?yōu)橹悄芑耍覀冎恍枰趩纹瑱C外圍接一點簡單的接口電路，核心部分只是由人為的寫入程序來完成。這樣產(chǎn)品的體積變小了，成本也降低了，長期使用也不會擔心精度達不到了。所以，不僅要掌握好51單片機，更重要的是運用好。

[1] 安然然,聶鑫.基于AVR單片機的步進電機控制[J].沈陽化工學院學報, 2005(02)：126-128.

[2] 李敏,孟臣.彩色液晶顯示器在嵌入式系統(tǒng)中的應用[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用, 2004(02)：49-52.