AT89S51单片机的功能特点详解

MCS-51系列单片机的代表性产品为8051，其他单片机都是在8051的基础上进行功能的增减。20世纪80年代中期以后，Intel公司已把精力集中在高档CPU芯片的开发、研制上，逐渐淡出单片机芯片的开发和生产。由于MCS-51系列单片机设计上的成功以及较高的市场占有率，以MCS-51技术核心为主导的单片机已经成为许多厂家、电气公司竞相选用的对象，并以此为基核。因此，Intel公司以专利转让或技术交换的形式把8051的内核技术转让给了许多半导体芯片生产厂家，如ATMEL、Philips、Cygnal、ANALOG、LG、ADI、Maxim、DEVICES、DALLAS等公司。这些厂家生产的兼容机与8051的内核结构、指令系统相同，采用CMOS工艺，因而常用80C51系列单片机来称呼所有这些具有8051指令系统的单片机，人们也习惯把这些兼容机等各种衍生品种统称为51系列单片机或简称为51单片机，有的公司还在8051的基础上又增加了一些功能模块（称为增强型、扩展型子系列单片机），使其集成度更高，更有特点，其功能和市场竞争力更强。

近年来，世界上单片机芯片生产厂商推出的与8051（80C51）兼容的主要产品见表1-2。

在众多与MCS-51单片机兼容的各种基本型、增强型、扩展型等衍生机型中，美国ATMEL公司推出的AT89C5x／AT89S5x系列，尤其是该系列中的AT89C51／AT89S51和AT89C52／AT89S52单片机在我国目前的8位单片机市场中占有较大的市场份额。

ATMEL公司是美国20世纪80年代中期成立并发展起来的半导体公司。该公司于1994年以E2 PROM技术与Intel公司的80C51内核的使用权进行交换。ATMEL公司的技术优势是其Flash存储器技术，将Flash技术与80C51内核相结合，形成了片内带有Flash存储器的AT89C5x／AT89S5x系列单片机。

AT89C5x/AT89S5x系列单片机继承了MCS- 51的原有功能，与MCS-51系列单片机在原有功能、引脚以及指令系统方面完全兼容。此外，AT89C5x/AT89S5x系列单片机中的某些品种又增加了一些新的功能，如看门狗定时器WDT、ISP（在系统编程也称在线编程）及SPI串行接口技术等。片内Flash存储器允许在线（+5V）电擦除、电写入或使用编程器对其重复编程，另外，AT89C5x/AT89S5x单片机还支持由软件选择的两种节电工作方式，非常适于电池供电或其他要求低功耗的场合。AT89C51/AT89S51与MCS-51系列中的87C51单片机相比，AT89C51/AT89S51单片机片内的4KB Flash存储器取代了87C51片内4KB的EPROM。

AT89S51单片机片内的4KB Flash存储器可在线编程或使用编程器重复编程，且价格较低，因此AT89C51/AT89S51单片机作为AT89C5x/AT89S5x系列单片机的代表性产品受到了应用设计者的欢迎，AT89C5x/AT89S5x单片机是目前取代MCS-51系列单片机的主流芯片之一。

AT89S5x的“S”系列机型是ATMEL公司继AT89C5x系列之后推出的新机型，代表性产品为AT89S51和AT89S52。基本型的AT89C51与AT89S51以及增强型的AT89C52与AT89S52的硬件结构和指令系统完全相同。使用AT89C51单片机的系统，在保留原来软硬件的条件下，完全可以用AT89S51直接代换。与AT89C5x系列相比，AT89S5x系列的时钟频率以及运算速度有了较大的提高，例如，AT89C51工作频率的上限为24MHz，而AT89S51则为33MHz。AT89S51片内集成双数据指针DPTR、看门狗定时器，具有低功耗空闲工作方式和掉电工作方式。目前，AT89S5x系列已经逐渐取代AT89C5x系列。

表1-3为ATMEL公司AT89C5x/AT89S5x系列单片机主要产品的片内硬件资源。由于单片机的种类很多，读者在选择单片机时要依据实际需求来选择合适的型号。

表1-3 ATMEL公司生产的AT89C5x/AT89S5x系列单片机的片内硬件资源

表1-3中AT89C1051与AT89C2051为低档机型，均为20个引脚。注意，当使用低档机型即可满足设计需求时，就不要采用较高档次的机型。例如，当系统设计时，仅仅需要一个定时器和几位数字量输出，那么选择AT89C1051或AT89C2051即可，而不需要选择AT89S51或AT89S52，因为后者要比前者的价格高，且前者体积也小。如果对程序存储器和数据存储器的容量要求较高，那么选择的单片机还要满足片内程序存储区和数据存储区空间的要求。除了程序存储区和数据存储区的要求外，还要考虑单片机运行速度尽量要快，这里还可以考虑选择AT89S51 /AT89S52，因为它们的最高工作时钟频率为33 MHz。当单片机应用程序需要多于8 KB以上的空间时可考虑选用片内Flash存储器容量为20 KB的AT89C55。

表1-3中，AT89LV51与AT89LV52中的“LV”代表低电压，它与AT89S51单片机的主要差别是其工作时钟频率为12 MHz，工作电压为2.7～6 V，编程电压VPP为12 V。AT89LV51的低电压电源工作条件可使其在便携式、袖珍式、无交流电源供电的环境中应用，因此特别适合用于电池供电的仪器仪表和各种野外操作的设备中。

尽管AT89C5x/AT89S5x系列单片机有多种机型，但是掌握好基本型AT89S51单片机非常重要，因为它是具有8051内核的各种型号单片机的基础，最具典型性和代表性，同时也是各种增强型、扩展型等衍生品种的基础。因此，本书以AT89S51作为51单片机的代表性机型来介绍单片机的原理及应用。

在我国，除了8位单片机得到广泛应用外，一些厂家的16位单片机也得到了广大用户的青睐。例如，美国TI公司的16位单片机MSP430和我国***的凌阳16位单片机。这些单片机本身带有A/D转换器，一片芯片就构成了一个数据采集系统，用户设计使用非常方便。尽管这样，16位单片机的应用远远没有8位单片机的应用广泛和普及，这是因为目前在单片机的主要应用领域中，8位单片机所具有的性能已经能够满足大部分的实际需求，而且8位单片机的性能价格比较高，在众多厂家生产的各种不同的8位单片机中，与MCS-51系列单片机兼容的各种51单片机，目前仍然是8位单片机的主流品种，在最近若干年内仍是自动化、机电一体化、仪器仪表、工业检测控制应用的主角。