基础篇：关于MCS 51 单片机硬件结构介绍

自从 1976 年单片机诞生以来，单片机已有 70 多个系列，近 500 个机种 。国 际知名公司及其 8 位单片机产品如表 2.1 所示。

上述产品既有很多共性，又各具一定的特色，在市场上都占有一席之地 。根据近年来的有关统计，Intel 公司的单片机市场占有率为 67% ，其 中 MCS 51 系列产 品又 占 54% ，仍为主流系列。

MCS 51 系列单片机的分类

MCS 51 系列单片机已有 10 多种产品，可分为两大系列：MCS 51 子系列和 MCS 52 子系列，如表 2.2 所 示 。各子系列按片内 有 无 ROM 和 EPROM 标 以 不 同 的 型 号 。如 MCS 51 系列有 8031 、8051 和 8751 。另外，芯片 的制造工艺也有 HMOS 与 CHMOS 之 分。采用低功耗的 CHMOS 工艺的 MCS 51 系列芯片命名为 80C31 、80C51 和 87C51 等。

8031/8051/8751 三种型号，称为 8051 子系列 。这三种芯片的结构和功能相 同 ，它们之间的区别在于片内程序存储器配置状态：8051 片内含有 4KB 的掩膜 ROM，其中的程序是生产厂家制作芯片时，代为用户烧制的 ，出厂的 8051 都是具有特殊用途的单片机。8051应用在程序固定且批量大的单片机产品 中 。8751 片 内含有 4KB 的 EPROM，用户可 以把 编写好的程序用开发机或编程器写入其中，需要修改时，可以先用紫外线擦除器擦除，然 后再写入新的程序。8031 片内没有 ROM，使用时需在片外接 EPROM 。

8032AH/8052AH/8752AH 是 8031/8051/8751 的增强型，称为 8052 子系列 。其 中片 内 ROM 和 RAM 的容量比 8051 子系列各增加一倍，另外，增加了一个定时器/计数器和一个中断源。

80C31/80C51/87C51 是 8051 子系列的 CHMOS 工 艺 芯 片 ，80C32/80C52/87C52 是 8052 子系列的 CHMOS 工艺芯片，两者芯片内的配置和功能兼容。

MCS 51 系列单片机采用两种半导体工艺生产，一种是 HMOS 工艺 ，即高密度短沟道 MOS 工艺;另外一种是 CHMOS 工艺 ，即互补金属氧化物的 HMOS 工艺。芯片型号中带有“C”的，均为 CHMOS 工艺芯片，其特点是功耗低。另外，87C51 还带有两级程序存储 器保密系统，可防止非法复制程序。

与 MCS 51 系列兼容的单片机

从 Intel 公司推出 MCS 51 系列高档 8 位单片机至今已近 30 年，51 系列单片机经久不衰，并得到了极其广泛的应用。近年来，世界上很多半导体公司都生产以 8051 为内核的 单片机，如 Atmel 公 司 的 AT89/AT87 系列 、Philips 公 司 的 P89/P87 系列 、SST 公 司 的 STC89/87 系列单片机。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 8XC51 来命名 51 系列单片机，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 系列单片机是美 国 Atmel 公司 的 8 位 Flash 单片机产 品 。它的最大特点是在片内含有 Flash 存储器，在系统的开发过程中修改程序十分容易，使开发调试更为方便。AT89 系列单片机以 8031 为内核，是与 8051 系列单片机兼容的系列，其型号可分为标准型、低档型和高档型 3 类。

1.标准型单片机

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 次擦写操作。全静态工作为 0~33 MHz，有 3 级 程序存储器加密锁定 ，内部含有 128~256 字节 的 RAM 、32 脚可编程 I/O 口 、2~3 个 16 位定时器/计数器、6~8 级中断，此外有通用串行接口、低电压空闲模式及掉电模式。

AT89 系 标准型单片机有 4 种 ， 分 别为 AT89C51 、AT89LV51 、AT89C52 和 AT89LV52 ，其中 AT89C51 、AT89C52 直接与 8051 系列兼容，相当于将 8051 、8052 中的 4KB、8KBROM 换成相应数量的 Flash 存储器;AT89LV51 是 AT89C51 的低电压型号， 可以在 2.7~6V 的电压范围内工作。

2.低档型单片机

低档型单片机有 AT89C1051 和 AT89C2051 两种型号。除并行 I/O 口数量较少外，其他结构和 AT89C51 差不多，芯片引脚只有 20 条。

3.高档型单片机

高档型单片机有 AT89S51 、 AT89S52 、 AT89S53 和 AT89S8252 等 型 号 ， 其 中 AT89S51 有 4KB 可下载 Flash 存储器，AT89S52 、AT89S8252 有 8KB 可下载 Flash 存储 器，AT89S53 有 12KB 可下载 Flash 存储器，下载功能由微机通过单片机的串行外围接口 SPI 实现。AT89S8252 还含有 2KB 的 EEPROM，提高了存储容量 。此外，高档型单片机还增加了一些功能：9 个中断源 、SPI 接 口、Watchdog 定 时器 、双数据指针和从电源下 降 的中断恢复等，AT89 系列单片机各型号的性能比较见表 2.3 。

尽管很多公司生产的 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 指令系统仍与 MCS 51 系列单片机兼容。