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20世纪80年代后期，Intel公司以专利的形式把8051内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家。如：Amtel、Philips、Analog devices、Dallas公司。这些厂家生产的兼容单片机，与 8051 的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺，因而常用 80C51 系列来称呼所有具有 8051 指令系统的单片机。不应该把它们直接称为MCS-51系列单片机，MCS只是Intel公司专用的单片机系列符号。
1. MCS-51系列单片机的种类
MCS-51单片机是美国Intel公司于1980年推出的产品，与MCS-48单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令，指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品。
MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：
· 基本型 ：典型产品为 8031/8051/8751。
· 增强型 ：典型产品为 8032/8052/8752。内部RAM增到256字节，8052、8752的内部程序存储器扩展到 8KB，16 位定时器/计数器增至 3 个。
· 低功耗型 ：典型产品为 80C31/87C51/80C51。采用CMOS工艺，适用于电池供电或其他要求低功耗的场合。
· 专用型 ：典型产品为 8044/8744。用于总线分布式多机测控系统。美国Cypress公司的EZUSR-2100单片机- USB接口。
· 超8位型 ：典型产品为Philips公司80C552/87C552/83C552系列单片机。将MCS-96系列（16位单片机）I/O部件如高速输入/输出（HSI/HSO）、A/D转换器、脉冲宽度调制（PWM）、看门狗定时器（WDT）等移植进来构成新一代MCS-51产品。功能介于MCS-51和MCS-96之间。目前已得到了较广泛的使用。
· 片内闪烁存储器型 ：美国Atmel公司的AT89C51单片机，受到应用设计者的欢迎。尽管MCS-51系列以及80C51系列单片机有多种类型，但是掌握好MCS-51的基本型（8031、8051、8751或80C31、80C51、87C51）是十分重要的。因为它们是具有MCS-51内核的各种型号单片机的基础，也是各种增强型、扩展型等衍生品种的核心。
如表 1-4 所示，即为MCS-51系列单片机的产品分类列表。
表 1-4产品分类列表
注：表中加黑的ATMEL公司AT89 系列产品应用方便，应优先选用。
2. MCS-51系列单片机的产品
随着这一系列产品的深入开发，其主流系列的地位将会不断巩固。在此主要介绍Intel公司的单片机系列：
（1）8051 系列单片机
Intel公司于 1980 年推出 8 位的高性能 8051 单片机，在工业控制领域引起不小的轰动，并迅速确立了其不可动摇的地位。之后不久，Intel公司彻底开放了 8051 单片机的技术，使得世界上很多半导体厂商加入了开发和改造 8051 单片机的行列中。许多公司也做出了巨大的贡献，Philipe公司，它着力发展了单片机的控制功能和外围单元；Atmel公司，它在单片机内部植入了Flash ROM，使得单片机应用变得更灵活，在我国拥有大量的用户；ADI公司，它推出的AduC8 xx系列单片机，在单片机向SOC发展的模/数混合集成电路发展过程中扮演了很重要的角色；Cygnai公司，它采用一种全新的流水线设计思路，使单片机的运算速度得到了极大的提高，在向SOC发展的过程中迈出了一大步。
目前 8051 系列单片机各生产厂商的主流产品有几十个系列，几百个品种。尽管其各具特色，名称各异，但作为集CPU、RAM、ROM（或EPROM）、I/O接口、定时器/计数器、中断系统为一体的单片机，其原理大同小异。现以Intel公司的系列产品为例，说明其各系列之间的区别。
Intel公司从其生产单片机开始，发展到现在，大体上可分为 3 大系列：MCS-48 系列、MCS-51系列、MCS-96 系列。该 3 大系列的性能简介见表 1-5。
表 1-5 Intel单片机系列性能简介
这里仅对MCS-51系列作一简要介绍。MCS-51系列单片机虽已有 10 多种产品，但可分为两大系列：MCS-51子系列与MCS-52 子系列。MCS-51子系列中主要有 8031、8051、8751 三种类型。而MCS-52 子系列也有 3 种类型 8032、8052、8752。各子系列配置见表 1-6 所示。
表 1-6 MCS-51系列单片机配置一览表
表 1-6 中列出了MCS-51系列单片机的两个子系列，在 4 个性能上略有差异。由此可见，在本子系列内各类芯片的主要区别在于片内有无ROM或EPROM；MCS-51与MCS-52子系列间所不同的是片内程序存储器ROM从 4 KB增至 8 KB；片内数据存储器由 128 个字节增至 256 个字节；定时器/计数器增加了一个；中断源增加了 1～2 个。另外，对于制造工艺为CHMOS的单片机，由于采用CMOS技术制造，因此具有低功耗的特点，如 8051功耗约为 630 mW，而 80C51 的功耗只有 120 mW。
（2）与MCS-51系列兼容的单片机
从Intel公司推出MCS-51系列高档 8 位单片机至今 20 多年来 51 系列单片机经久不衰，并得到了极其广泛的应用。世界上各大公司生产的 51 系列单片机均有多种型号的产品，各大公司通常以 8X51 来命名 51 系列单片机，其中
在众多的 51 单片机系列中，AT89 系列单片机在我国也得到极其广泛的应用，越来越受到人们的瞩目。AT89 系列单片机以 8031 为内核，是与 8051 系列单片机兼容的系列，Atme189 系列单片机有许多型号，可分为标准型号、低挡型号和高档型号 3 类。
标准型 89 系列单片机是与MCS-51系列单片机兼容的。在内部含有 4KB或 8KB可重复编程的Flash存储器，可进行 1000 次的擦写操作。全静态工作为 0～33MHz，有 3 级程序存储器加密锁定，内部含有 128～256 字节的RAM、32 条可编程的I/O端口、2～3 个 16位定时器/计数器、6～8位级中断，此外有通用串行接口、低电压空闲模式及掉电模式。
低档型单片机有AT89C1051 和AT89C2051 两种型号。除并行I/O端口数较少之外，其他部件结构基本和AT89C51 差不多。之所以被称为低档型，主要是因为它的引脚只有20条，比标准型的40引脚少得多，功能较标准型AT89C51要弱。
高档型单片机在标准型单片机的基础上增加了如下一些功能：
①有9个终端相应的能力。
②有SPI接口。
③有Watchdog定时器。
④有双数据指针。
⑤又从电源下降的中断恢复。
⑥AT89S8252除8K Flash存储器外，还含有一个2K的EEPROM，从而提高了存储容量。
各大公司生产的51 系列单片机既有标准型，又有增强型，增强型是在51 系列单片机的基础上，又集成了许多新功能如加大存储器容量，加入串行外围接口SPI、Watchdog定时器、A/D转换器，提高时钟频率，低电压、低功耗等，尽管世界上各大公司所生产的 51系列单片机差别各异，并有许多派生机种，但基本硬件组成和指令系统仍然与MCS-51系列单片机兼容。因此，本书以MCS-51系列单片机为样机，就MCS-51系列单片机的硬件结构、原理、指令系统、接口技术进行及应用技术进行详细的讨论。
1.基本系统
单片机的基本系统也称为最小系统，这种系统选择的单片机内部资源已能满足系统的内部要求，不需外接存储器或I/O接口等扩展部件，即这种单片机内含有用户的程序存储器（用户程序写入到内部只读程序存储器），例如EPROM型单片机、E2PROM型单片机、FlashMemory型单片机、定制的ROM型单片机。换言之，它是由一片片内含有程序存储器和数据存储器的单片机构成，仅在外部配以电源I/O设备等。单片机的基本系统结构如图 1-5 所示。
图 1-5 单片机的基本系统结构
单片机最小系统，或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对 51 系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。下面给出一个 51 单片机的最小系统电路图如图 1-6 所示。
图 1-6 51 单片机的最小系统电路图
复位电路：由电容串联电阻构成，由“电容电压不能突变”的性质可以知道，当系统一上电，RST脚将会出现高电平，这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位，所以适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。
晶振电路：典型的晶振取11.0592MHz（因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率，用于有串口通讯的场合）/12MHz（产生精确的uS级时歇，方便定时操作）。
2.扩展系统
单片机的扩展系统是通过单片机的并行扩展总线（地址总线、数据总线、控制总线）或串行扩展总线（如SPI或I2CBUS）在外部扩展程序存储器、数据存储器、I/O接口等，以弥补单片机内部资源的不足，满足特定的应用系统的功能需要。单片机扩展系统结构如图1-7所示。
图 1-7 单片机扩展系统的结构
单片机的种类很多，在实际应用中要根据具体情况来选择单片机的类型，一般应遵循以下几条原则：
（1）对不同的单片机的性能进行比较。单片机的种类繁杂，性能各异，应根据应用系统的具体要求进行比较、选择。首先要选择合适的存储器。单片机内部有两种存储器：程序存储器和数据存储器。两者需严格分开，对于不同厂家和型号的单片机，这两种存储器的容量也不一致。可以选择片内无程序存储器的单片机，通过片外扩展组成单片机系统。这种系统使用灵活、改写程序方便，是目前我国使用较多的一种方式。设计扩展系统时，要分别估计程序的长短和随机数据的多少，从而确定片外需扩展的数据存储器和程序存储器容量的大小。
选择单片机还应注意扩展部件的方便程度、接口能力、指令系统、寻址方式、功耗及成本等问题。
（2）必须具备配套的开发系统。单片机的应用系统一般比较小巧、紧凑，不像其他一般微型计算机有较多的外设，多数单片机不具备软件调试功能，既不具备自开发能力。因此，在自行设计组装单片机时，必须有相应的开发工具。这种开发工具叫单片机开发系统。
尽管单片机有许多优点，但如果没有开发系统，就无法开展单片机的应用开发工作。正如有的单片机性能很好，但如果找不到合适的、方便的开发系统，就不宜采用。
（3）选择市场上的主流产品。目前，Intel公司的MCS-51系列单片机及其兼容机在市场上应用最为广泛，配套的开发系统也最完备、可靠。由于其具有较高的性能价格比，自推出以来，已成为我国在工业检测、控制领域的优选机型，深受广大计算机应用开发工作者的喜爱。