从8×C552看8位单片机功能的增强

时间：2021-11-15 17:28:00

一、80C51单片机的进展

1 、80C51单片机的进展

MCS-51是单片机系列的称号，此中包括有多种芯片型号；而80C51则既是系列称号又是此中一个详细芯片的型号。

晚期的80C51系列芯片型号与MCS-51完整对应。它们都有两个子系列，即基础型51子系列和增强型52子系列。

80C51是对MCS-51的改良，详细体现在所应用的半导体集成电路工艺上。MCS-51接纳的是HMOS工艺，即高密度短沟道MOS半导体集成工艺，而80C51则接纳CHMOS工艺，即互补金属氧化物的HMOS半导体集成工艺。集成工艺的改良，使得80C51拥有抗干扰能力强和低功耗等显然上风。

2、 80C51的衍生芯片

（1）性能简化芯片

虽然80C51的软硬件资本设置并不高，但对许多简略使用仍有富余。为完成资本的最优化设置且下降本钱，一些性能和布局简化的简化型芯片应运而生。硬件方面的简化内容触及片内存储器、定时器、并行口或串行口等。比方，一些单片机使用只需要串行口而不消并行口，是以，就能把并行I/O内容(口电路和口线引脚)去掉，从而涌现了没有并行总线的所谓非总线型芯片。除简化硬件以外，也有简化指令体系的简化型芯片。比方，Microchip公司出产的RISC(精简指令集计算机)型系列芯片，就减少了指令条数，只保留一些经常使用的基础指令。

（2）性能加强芯片

为餍足庞杂操纵使用的需求，涌现了许多性能加强的8位单片机芯片，所加强的内容包孕增添定时器数量，增添中缀范例，以及削减其余性能部件等。比方，Philips公司的80C550和87C550增加了监督定时器WDT和A/D，80C552和87C552增加了I2C、WDT、A/D和脉宽调制器PWM等。另外，性能加强还表当初速度上，比方，SST公司出产的芯片SST89E/V58RD2，其晶振频次可高达40 MHz。（3）公用型芯片可把单片机芯片划分为通用型和公用型两类。通用型芯片的软硬件资本相对于比拟厚实，功能周全并且适应性强，能餍足普遍性操纵使用的需求。但通用型芯片存在二次开辟题目，惟独经由过程用户层面的二次开辟，能力构建成一个有针对性的有用操纵体系。然而在单片机的操纵使用中，更多的仍是特地针对某一种特定产物或特定需求的公用型芯片。这些芯片在设计时曾经对体系布局的最简化、软硬件资本应用的最优化、可靠性和本钱的最佳化等方面都作了全盘的思量和论证，以是公用型芯片拥有非常显然的功能和价钱上风，并且应用起来也非常便利。

二、从8×C552看8位单片机性能的加强

1、 8×C552的硬件布局

8×C552芯片的硬件布局是在80C51内核的基础上再增添一些性能部件组成的，现以83C552芯片为例举行解释，硬件布局框图如下图所示。

（1）8×C552的基础构成在83C552芯片的硬件资本中，中心处理器CPU、256个寄存器(RAM)单位、8 KB掩膜ROM、两个16位的定时器/计数器（T0和T1）、全双工异步串行口UART以及内部可扩大64 KB存储空间等，都与80C51系列的83C51芯片同样。新的性能部件包孕：附加定时器T2，捉拿输出/准时输入逻辑，A/D转换器，两路8位分频的脉宽调制器PWM，监督定时器WDT，15个中缀源的中缀布局，以及I2C总线接口电路等。另外，83C552还增加了两个8位并行口P4和P5，并行口总数达到6个。（2）8×C552的公用寄存器 80C51惟独21个公用寄存器SFR，而到了8×C552，跟着性能的加强，寄存器的数量也增加了许多，达到56个，（3）8×C552的A/D转换器出于操纵使用的需求，8×C552芯片内置有A/D转换器，它由8路模仿输出多路开关、10位线性逐次切近亲近A/D转换器等组成。模仿电压的动摇局限是0～+5 V，一次转换需50个机械周期，当振荡频次为12 MHz时，转换时候为50 μs。在应用A/D转换器时，要接纳稳固度高的电源作参考电源。供A/D转换应用的寄存器有转换效果高位寄存器ADCH和转换操纵寄存器ADCON。8×C552为10位A/D转换，转换效果的高8位在ADCH中，低2位在ADCON中。（4）8×C552的中缀布局 8×C552的中缀源增加到15个，各中缀称号、标记及向量略。中缀体系布局如下图。

因为中缀源增多，以是中缀同意寄存器和中缀优先级操纵寄存器都增加到两个。关于中缀同意寄存器，把80C51原有的改称为IE0，而把新增添的称为IE1。关于中缀优先级操纵寄存器，把80C51原有的改称为IP0，而把新增添的称为IP1。

硬件查问次第内部中缀0(X0)→定时器中缀(T0内部中缀1(X1)→定时器中缀(T1)→串行中缀(S0)→I2C中缀(S1捉拿中缀(CT0捉拿中缀(CT1捉拿中缀(CT2捉拿中缀(CT3中缀(AD比拟中缀(CM0比拟中缀(CM1比拟中缀(CM2)→定时器中缀(T2)。

8×C552事情捉拿事情准时输入逻辑由一个16位定时器T2、4个16位捉拿寄存器和3个16位比拟寄存器构成，并有响应输出输入引脚合营。其逻辑布局如下图所示。

8×C552事情捉拿事情准时输入逻辑布局

所谓事情准时输入便是按在步伐中预先设定时辰去触发内部事情。8×C552准时输入逻辑主要由1个时候比拟电路和3个16位比拟寄存器CM2(CMH2CML2）、CM1(CMH1CML1）和CM0(CMH0CML0构成注解8×C552一次至多配置3个事情输入事情状况由一组电信号构成旌旗灯号方式有置位、复位和脉冲触发。 ② 驱动步进机电。步进机电操纵体系中最经常使用施行部件经由过程对各相线圈电流次第切换就能使其步进扭转，而线圈电流的切换可由准时输入完成，用单片机事情准时输入性能操纵其电流的通断即可。

对单片机使用体系来讲，可靠性相当首要的。这是由于单片机使用的现场环境平日比拟卑劣，极易遭到滋扰涌现毛病；而一旦涌现毛病，就有大概致使体系失控以至造成极端紧张前因。

为了进步体系的可靠性采用足够的硬件步伐应答步伐运转举行监督由于体系靠得住与否终究体现在步伐运转上。最常步伐运转毛病是“跑飞”和死循环关于这些步伐运转毛病实时发明的同时，还要可以或许主动复原完成体系自救经常使用要领拔出陷阱步伐配置“看门狗”。

所谓“看门狗”（Watch Dog）只是一种监督步伐运转的形象化比方。这是一种软硬件连系监督要领此中用来感知步伐失控的硬件电路比作步伐施行过程当中经由过程指令不断地给该电路发送脉冲旌旗灯号(喂狗），以使其维持在一个流动状况(狗处于宁静状况步伐失控时，不能在划定时辰“喂狗”，硬件电路预约状况也就不克不及维持(狗叫)了。可以用单稳触发器或时基电路组成的单稳电路等作为“狗”，还可以用定时器作为“狗”电路步伐中每隔一个流动时候举行一次赋初值操纵，以维持其不溢出状况。（2） 8×C552监督定时器

8×C552监督定时器由8位定时器T3和11位预分频器构成此中预分频器为计数布局的低位，定时器为其高位监督定时器的计数脉冲来自芯片外部时钟每一个机械周期举行一次加1计数。

4、脉宽调制器PWM （1）8×C552脉宽调制器组成

8×C552拥有两路脉宽调制输入，由预分频器(PWMP)、8位加法计数器、两个脉冲宽度寄存器(PWM1、PWM0)、两个比拟相干逻辑电路构成布局框图如下图所示。

脉宽调制器输入的方波脉冲宽度隔断(占空比)是可编程的，其数据经由过程步伐写入PWM1和PWM0中。而重复频率由预分频器PWMP肯定。

（2）PWM方波阐发 1）周期可调

脉宽调制器输入的方波脉冲周期频次)由预分频器PWMP操纵。PWM计数器每个状况周期举行一次加1，8位计数器最大计数值为255，故脉宽调制器输入的方波脉冲频次f_PWM

f_PWM ＝f_osc/2×(PWMP+1)×255

按此公式只需晓得时钟频次和预分频器就可计算出以微秒单元的PWM方波周期。

2）宽度可控

PWM方波脉冲的宽度由脉冲宽度寄存器(PWM1和PWM0肯定。而PWM经由过程计数比拟发生方波以是只需转变脉冲宽度寄存器的内容，方波宽度就会随之转变。

3）占空比可调

方波宽度全部方波周期中所占的百分比称为占空比由于PWM方波的宽度是可控以是它的占空比也是可调的，

（3）PWM使用概述

PWM的最基本应用是发生方波，而绝大多半PWM使用都是创建在对PWM方波举行滤波的基础上比方，把PWM经由简略处置就能失掉继续变迁模仿旌旗灯号完成D/A转换性能，其电路如下图所示。

三、闪速存储器及其在单片机使用

闪速存储器全称为快闪可编程/擦除只读存储器，简称闪速存储器或FlashROM，也可简写为FPEROM(Flash Programmable andErasable Read Only Memory），20世纪80年代前期由Intel公司研制胜利。

1、闪速存储器概述

闪速存储器拥有可写以是常用做只读存储器。

闪速存储器拥有高密度、低功耗、非易失、高可靠性保管时候和超强的加密性能特色上风体现在在线编程功能上。

Flash ROM与E2PROM都使用电旌旗灯号举行编程和擦除，并可重复举行。

2、闪速存储芯片（1）芯片封装旌旗灯号引脚

闪速存储芯片的存储容量可达2～16KB，近期更有16～64 MB的芯片涌现。这里先容一个比拟典范的闪速存储芯片28F010。闪速存储芯片28F010的存储容量为128 KB，引脚罗列如图所示。

各引脚性能以下：

A16～A0地点引脚。在写周期中，其内容外部地点锁存器锁存。
DQ7～DQ0：数据引脚。当芯片未选中时，引脚为高阻抗状况。
/CE旌旗灯号，低电平无效。当CE＝0时，芯片被选中，将激活芯片操纵逻辑相干电路。当CE＝1时，芯片不被选中，功耗将降低到准备状况。
/OE输入操纵旌旗灯号，低电平无效。在读周期中，当OE＝0时输入缓冲器当选通，读出的数据经由过程缓冲器输入。
/WE旌旗灯号，低电平无效。用于操纵敕令寄存器和存储阵列的写入操纵，在WE脉冲降低地点被锁存；在其回升沿时，数据被锁存。
VPP：擦除/编程电压。
VCC：主电源，+5 V。
VSS：地线。
NC：空引脚。

（2）硬件布局

28F010焦点是一个1048576位的存储阵列，以及响应的译码和选通电路其余部份则是在线擦除和编程辅佐电路。28F010外部硬件布局如下图所示。

28F010芯片布局框图

在线擦除与编程如果经由过程编程引脚V_PPPP不加编程电压一般为接地敕令寄存器内容为缺省值(即数据读出敕令)，存储芯片为只读体式格局。此时对闪速存储器只能举行操纵不克不及举行操纵。若要举行在线擦除和编程操纵，则需把V_PP引脚接上编程高电压(+12这时候，除可以对闪速存储器举行失常的数据操纵外，还可举行擦除与编程操纵包孕存储阵列的擦除和编程以及读出编程考证数据等。但对每项操纵，还需要向敕令寄存器写入响应敕令。

3 、闪存单片机芯片

闪存单片机芯片外部步伐存储器为闪速存储器的单片机芯片，在80C51系列比拟典范的闪存单片机芯片是89C51。

（1）闪存单片机概述在单片机的闪存进展过程当中，Atmel公司事情比拟凸起。该公司出产的89C51定名时把AT加在后面，称为AT89C51当初该公司的闪存单片机曾经系列化，即AT89系列。（2）闪存单片机芯片AT89C51 AT89C51内含4 KB的闪速存储器尽管功能有很大进步，但它的指令体系和引脚与80C51完整兼容。AT89C51芯片的引脚如右图。