设计与实训：其他类型单片机

MCS-51系列单片机的代表性产品为8051，目前世界其他公司推出的兼容扩展型单片机都是在8051内核的基础上进行了功能的增减。20世纪80年代中期以后，Intel公司已把精力集中在高档CPU芯片的研发上，逐渐淡出单片机的开发和生产。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，得到世界众多公司的青睐。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芯片生产厂家，如Atmel、Philips、Cygnal、ANALOG、LG、ADI、Maxim、DEVICES和DAL-LAS等公司。这些厂家生产的兼容机型均采用8051的内核结构、指令系统相同，采用CMOS工艺；有的公司还在8051内核的基础上又增加了一些片内外设模块，其集成度更高，功能和市场竞争力更强。人们常用8051（80C51）来称呼所有这些具有8051内核，且使用8051指令系统的单片机。这些兼容机的各种衍生品种统称为51系列单片机或简称为51单片机，是在8051的基础上又增加一些功能模块，被称为增强型或扩展型子系列单片机。

1 Atmel AT89系列单片机

在众多的兼容扩展型等衍生机型中，美国Atmel公司的AT89系列，尤其是该系列中的AT89C5×/AT89S5×单片机在世界8位单片机市场中占有较大的份额。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AT89C5×/AT89S5×系列单片机。AT89C5×/AT89S5×系列单片机与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，系列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（在线编程）及SPI串行接口等，片内Flash存储器可直接在线重复编程。此外，还支持两种节电工作方式，非常适于电池供电或其他低功耗场合。Atmel公司的8位单片机有AT89、AT90两个系列，见表1-3和表1-4。所以，在产品开发及生产便携式商品、手提式仪器等方面有着十分广泛的应用，也是目前取代传统的MCS-51系列单片机的主流单片机之一。

表1-3 Atmel AT89系列单片机主要性能

表1-4 Atmel AT89系列型号对比列表

AT89系列单片机在结构上基本相同，只是在个别模块和功能上有些区别。

AT89S5X的S系列是Atmel公司继AT89C5X系列之后推出的新机型，S表示含有串行下载的Flash存储器，代表性产品为AT89S51和AT89S52。AT89C51单片机已不再生产，可用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片内集成有双数据指针DPTR，并具有看门狗定时器、低功耗空闲工作方式和掉电工作方式，还增加了5个特殊功能寄存器。

“89C（S）××××”中，8表示单片，9表示内部含有Flash存储器，C表示CMOS产品，S表示含有串行下载的Flash存储器，后缀中第1个“×”表示时钟频率，后缀中第2个“×”表示封装，后缀中第3个“×”表示芯片的使用温度范围。

例如，某一单片机型号为“AT89C51-12PI”，则表示该单片机是Atmel公司的Flash单片机，CMOS产品，速度为12MHz，封装塑料双列直插DIP封装，是工业用产品，按标准处理工艺生产。

2 PIC系列单片机

PIC系列单片机是美国Microchip公司的产品。最大的特点是从实际应用出发，重视性能价格比，已经开发出多种型号来满足应用需求。PIC单片机的CPU采用精简指令集技术结构（RISC，Reduced Instruction Set Computer），分别有33、35、58条指令（视单片机的级别而定），内部采用Harvard双总线结构，且大多数指令为单周期，程序运行效率高，大部分芯片有其兼容的Flash程序存储器的芯片。现已成为嵌入式单片机的主流产品之一。PIC的8位单片机型号繁多，分为低档、中档和高档型。PIC17C××、PIC18C××系列是适合高级复杂系统开发的高档产品，其性能在中档8位单片机的基础上增加了硬件乘法器，具有在一个指令周期内（160ns）完成两个单字节数乘法的能力，还有丰富的I/O接口控制功能，并可扩展外部存储器等，常用于高、中档产品的开发。尤其是PIC18系列，其程序存储器最大可达64KB，通用数据存储器为3968B；具有8位和16位定时器、比较器；8级硬件堆栈、10位A-D转换器、捕捉输入、PWM输出；配置了I²C、SPI、UART串行接口、CAN、USB接口，模拟电压比较器及LCD驱动电路等，其封装从14引脚到64引脚，价格适中，性价比高。引脚通过限流电阻可接至220V交流电源，直接与继电器控制电路相连，无须光电耦合器隔离，给使用带来极大方便。(www.xing528.com)

目前世界上最小的单片机为Microchip推出的6脚单片机PIC10F∗。该单片机带有4个I/O。最大特色是外设增加了可配置逻辑单元CLC、数控振荡器NCO、互补波形发生器CWG，另外还有3个通道的8位ADC、2个10位的PWM、2个8位定时器、64B的静态RAM、512字的程序空间，支持高性能的精简指令集（RISC）的CPU。

3 AVR系列单片机

AVR系列单片机是由Atmel公司生产的增强型内置Flash，采用精简指令集（RISC）的高速单片机。AVR单片机片内资源丰富，具有增强可靠性的复位系统、降低功耗抗干扰的休眠模式、品种多门类全的中断系统等。AVR片内大容量的RAM不仅能满足一般场合的使用，同时也更有效地支持使用高级语言开发系统程序，广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通信设备等。AVR单片机目前常用的型号有Atmega8、Atmega16、Atmega32、Atmega48、Atmega64、Atmega88、Atmega128等。

AVR系列具有省电功能（Power Down）及休眠功能（Idle）的低功耗的工作方式。一般耗电为1～2.5 mA；对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电的应用设备。有的器件最低1.8 V即可工作。

4 Philips系列

Philips公司的单片机是基于80C51内核的单片机，嵌入了掉电检测、模拟以及片内RC振荡器等功能。其主要产品系列包括P80、P87、P89、LPC76、LPC900等系列，有50多种产品。从内部结构看可以划分为两大类：8位机与80C51兼容系列和16位机XA系列，芯片仅有8个引脚。P8XC552除了提供80C51的全部功能外，还增加了很多硬件资源，例如增加了I²C、CAN总线接口、A-D转换单元、PWM输出等新的功能，是专为仪器仪表、工业过程控制、汽车发动机与传动控制等实时应用场合而设计的高性能单片机，且指令系统与80C51系列完全兼容。

5 嵌入式微控制器（单片机）

嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A-D、D-A、Flash RAM、E²PROM等各种必要功能和外设，如图1-3和图1-4所示。将用于测控目的的小系统集成到一块芯片中。嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300和数目众多的ARM芯片等。

图1-3 低端：基于8/16位

图1-4 基于32/64位微处理器