淺談AT89S51

徐春河

XU Chun-he

（山東省信息技術職業學院，濰坊 261061）

0 引言

隨著大規模集成電路技術的迅猛發展，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 年推出的產品，其典型產品有 8031、8051和8751等通用產品，一直到現在， MCS-51 內核系列兼容的單片機仍是應用的主流產品，比如目前流行的89S51、已經停產的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內核實際上已經成為一個8位單片機的標準。其他的公司的 51 單片機產品都是和MCS-51內核兼容的產品而以。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，我們常說的已經停產的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，更優秀的是由Flash（程序存儲器的內容至少可以改寫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 已經算是非常優越的了。不過在市場化方面，89C51 受到了PIC 單片機陣營的挑戰，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MCS-51 的傳奇。AT89S51就是在這樣的背景下取代了AT89C51，現在，AT89S51 目前已經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 目前公司已經停產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 前期生產的巨量庫存而以。如果市場需要，Atmel當然也可以再恢復生產AT89C51。

2 AT89S51單片機的功能和特點

AT89S51是美國ATMEL公司生產的低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含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，兼容標準8051指令系統及引腳。它集Flash程序存儲器既可在線編程（ISP）也可用傳統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，內部由CPU，4kB的 ROM，256 B的 RAM，2個16b的定時／計數器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/數據總線復用口。作為輸出口時，每位能驅動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。

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

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

P1口：P1是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內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口是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內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位地址的外部數據存儲器（例如執行MOVE @DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數據。在訪問8位地址的外部數據存儲器（如執行MOVX @Ri指令）時，P2口線上的內容，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口是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅動（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。

ALE/ ～PROG：當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ALE（地址所存允許）輸出脈沖用于所存地址的低8位字節。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：每當訪問外部數據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（或數據）時，每個機器周期兩次～PSEN有效，即輸出兩個脈沖。當訪問外部數據存儲器，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，復位時內部會所存EA端狀態。

如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執行內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部時鐘發生器的輸入端。

XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。

AT89S51標準功能：4K字節閃速存儲器，128字節內部RAM，32個I/O口線，看門狗（WDT），兩個數據指針，兩個16位定時/計數器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89S51可降至0HZ的靜態邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統繼續工作。掉電方式保存RAM中到內容，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：

與MCS-51產品指令系統完全兼容

4K字節在線系統編程（ISP）Flash 閃速存儲器

1000次擦寫周期

4.0-5.5V的工作電壓范圍

全靜態工作模式：0HZ-33MHZ

三級程序加密鎖

128*8字節內部RAM

32個可編程I/O口線

2個16位定時/計數器

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

看門狗（WDT）及雙數據指針

掉電標模示和快速編程特性等

3 AT89S51優越性

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，這個功能的優勢在于改寫單片機存儲器內的程序不需要把芯片從工作環境中剝離。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。

雙數據指示器。

電源關閉標識。

全新的加密算法，這使得對于AT89S51 的解密變為不可能，程序的保密性大大加強，這樣就可以有效的保護知識產權不被侵犯。

兼容性方面：向下完全兼容51 全部字系列產品。比如8051、89C51 等等早期MCS-51 兼容產品。也就是說所有教科書、網絡教程上的程序，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 單片機發展前景

縱觀我們現在生活的各個領域，從導彈的導航裝置，到飛機上各種儀表的控制，從計算機的網絡通訊與數據傳輸，到工業自動化過程的實時控制和數據處理，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。在單片機產生后，我們就將控制這些東西變為智能化了，我們只需要在單片機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。

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