第5章80C51内核衍生型单片机芯片及应用

第5章80C51内核衍生型单片机芯片及应用PAN单片机原理与应用2019/8/17第5章MCS-51内核衍生型单片机芯片及应用增强型MCS-51作内核的衍生型嵌入式单片机芯片品种很多：8XC51RX（如P89C51RX、P89V51RD2、SST89E（V）XXRD2、AT89C51RD2及AT89C51ED2）、LPC系列（如P87LPC76X系列、P89LPC900系列、AT89LPC21X系列、W79E8XX系列、STC12C54XX系列），以及Infeon的XC866与XC886芯片5.1P89C51RX系列单片机概述P89C51RX系列MCU以增强型80C51作内核，硬件资源、指令系统、引脚排列与相同封装形式的增强型MCS-51芯片保持100%兼容。与增强型MCS-51相比，P89C51RX系列的最大特点是扩展了片内存储器种类与容量，在P89C51RX系列芯片中程序存储器容量最大可达64KB，片内RAM存储器容量为512～2048字节，并集成了可编程计数器阵列PCA（完全兼容Intel8XC51FX系列内嵌的可编程计数器阵列）、硬件看门狗计数器WDT。可见，P89C51RX系列硬件资源丰富，一片P89C51RX芯片即可构成一个功能相对完善的单片机应用系统。第5章80C51内核衍生型单片机芯片及应用PAN2019/8/17单片机原理与应用1．Philips公司第一代P89C51RXXH系列芯片①采用增强型80C51内核，硬件资源、封装形式及引脚排列、指令系统与增强型MCS-51芯片保持100%兼容，即P89C51RX系列完全可以替换具有相同封装形式的8XC5X、8XC5XX2系列芯片。②扩充了片内RAM存储器容量，在P89C51RX内部，除了256字节的内部RAM外，还集成了256～768字节的内部扩展RAM（简称ERAM）。为此，在辅助功能寄存器AUXR中增加了内部扩展RAM/外部RAM选择位EXTRAM。当EXTRAM位为0时，MOVX指令的读写对象为内部扩展RAM；反之，当EXTRAM位为1时，MOVX指令的读写对象为外部RAM。③集成了与IntelP8XC51FX系列芯片完全兼容的可编程计数器阵列PCA模块。④可使用与MCS-51相同的“12时钟/机器周期”模式（在标准时钟模式下，晶振频率为0～33MHz），也可以采用“6时钟/机器周期”模式（晶振频率为0～20MHz，指令执行速度快了一倍）。⑤内置了硬件看门狗计数器WDT。⑥具有7个中断源（4个中断优先级）。第5章80C51内核衍生型单片机芯片及应用PAN2019/8/17单片机原理与应用2．Philips公司第二代P89C51RX系列芯片•①第一代P89C51RX芯片时钟模式配置位FX2的记录载体为OTPROM，默认时为6时钟模式，可编程为12时钟模式，但编程后不能再恢复为6时钟模式；而第二代P89C51RX系列芯片时钟模式配置位FX2的记录载体为FlashROM，默认时为12时钟模式，可编程为6时钟模式，但可通过并行编程方式擦除，恢复为12时钟模式。•②增加了时钟模式控制寄存器CKCON。即当FX2位处于擦除状态（未编程，FX2位为1）时，可通过软件修改时钟控制寄存器CKCON的X2位来选择系统时钟模式（但值得注意的是，位于FlashROM保密字节内的系统时钟配置位FX2比CKCON寄存器内的X2位优先，即当FX2位被编程后，X2位无效）。•③当CPU运行在“6时钟/机器周期”状态时，可通过CKCON寄存器选择外设时钟模式第5章80C51内核衍生型单片机芯片及应用PAN2019/8/17单片机原理与应用3．Atmel公司T89C51RX系统芯片•①部分型号芯片，如AT89C51ED2、T89C51RX全系列等，集成了2KB、可擦写10万次的E2PROM存储器，方便了系统参数的保存与修改。•②AT89C51RX系列芯片部分型号，如AT89C51RC2、AT89C51RB2、AT89C51RD2集成了SPI串行总线接口部件。•③在PLCC68封装、VQFP64封装的T89C51RX芯片品种中，增加了P4、P5两个8位I/O口，即I/O引脚数目为48根（6口×8位）。•④工作电压范围宽。P89C51RX系列电源电压为5.0V±10%，而T89C51RX系列电源电压为3.0～5.5V；低电压版本，电源电压为2.7～3.6V。•⑤集成了溢出时间可调的硬件看门狗电路。•⑥改进了X2时钟模式，即在6时钟/机器周期状态下，可以选择每一外设的时钟频率。即T89C51RX系列芯片内CKCON寄存器各位含义与Philips第二代P89C51RX系列芯片相同。•⑦可以选择外部RAM读选通、写选通脉冲宽度。默认状态下，读选通、写选通脉冲宽度为6时钟周期（与传统的MCS-51兼容），但在T89C51RX中，可以选择30时钟周期，以便读写存取速度慢的外部RAM存储器。第5章80C51内核衍生型单片机芯片及应用PAN单片机原理与应用2019/8/175.2P89C51RX引脚功能P89C51RX系列具有PDIP40、PLCC44（CLCC44）LQFP44三种封装形式，引脚排列与相同封装形式的增强型MCS-51芯片保持兼容，如图5-2所示。由于P89C51RX比增强型MCS-51多了5模块可编程计数器阵列PCA，因此P1口的P1.2～P1.7引脚具有复用功能，既可作为一般I/O引脚使用，也可作为5个PCA模块的计数脉冲输入端、捕获/比较模式外部输入/输出端。第5章80C51内核衍生型单片机芯片及应用PAN2019/8/17单片机原理与应用第5章80C51内核衍生型单片机芯片及应用PAN2019/8/17单片机原理与应用第5章80C51内核衍生型单片机芯片及应用PAN2019/8/17单片机原理与应用图5-2P89C51RX系列芯片封装形式及引脚排列第5章80C51内核衍生型单片机芯片及应用PAN单片机原理与应用2019/8/175.3P89C51RX系列片内存储器结构在介绍89C51RX系列CPU内部资源前，先列出89C51RX系列芯片特殊功能寄存器（或寄存器位），如表5-3所示。第5章80C51内核衍生型单片机芯片及应用PAN单片机原理与应用2019/8/175.3.1片内程序存储器89C51RX系列采用FlashROM作为片内程序存储器，容量从8KB～64KB，无须通过EPROM、FlashROM芯片扩展外部程序存储器，因此引脚一般通过2.0K～4.7K电阻接电源Vcc。可以在通用编程器上对89C51RX系列芯片编程，也可以用ISP、IAP方式进行编程。EA5.3.2片内数据存储器P89C51RX数据存储器包括片内RAM和外部RAM两大部分，其中片内RAM存储器由256字节的内部RAM（与增强型MCS-51芯片相同）和256～768字节的内部扩展RAM组成，如图5-3所示。图5-3P89C51RX/87C51RX存储器结构第5章80C51内核衍生型单片机芯片及应用PAN2019/8/17单片机原理与应用256字节内部RAM、外部RAM读写方法与增强型MCS-51相同；内部扩展RAM地址空间与外部RAM地址空间重叠，也是通过MOVX指令读写。为区别MOVX指令的读写对象——是内部扩展RAM，还是外部RAM，在89C51RX系列辅助功能寄存器AUXR中增加了EXTRAM选择位。当EXTRAM为0时，MOVX指令读写对象为内部扩展RAM；反之，当EXTRAM为1时，MOVX指令读写对象为外部RAM。由于复位时，AUXR寄存器内容为xxxxxx00B，因此复位后，MOVX指令读写对象为内部扩展RAM。当需要读写外部RAM时，须通过如下指令，将EXTRAM位置1。第5章80C51内核衍生型单片机芯片及应用PAN2019/8/17单片机原理与应用ORAUXR,#00000010B;由于AUXR寄存器不具有位寻址功能，只能通过或;指令将指定位置1。MOVDPTR,#XXXXH;外部RAM地址送DPTR。MOVXA,@DPTR;读外部RAM单元内容。在读写内部扩展RAM期间，P0、P2口及、引脚无效，因此当以R0或R1作间接寻址寄存器读写扩展RAM时，只能访问扩展RAM前256字节。RDWR第5章80C51内核衍生型单片机芯片及应用PAN单片机原理与应用2019/8/175.4可编程计数器阵列PCA及应用P89C51RX系列可编程计数器阵列含有5个结构相同的16位捕捉/比较计数器，每个模块均可以编程为捕捉模式、软件定时器模式、高速输出模式、脉宽调制(PWM)模式，此外模块4还可作为看门狗定时器WDT使用，如图5-4所示。第5章80C51内核衍生型单片机芯片及应用PAN2019/8/17单片机原理与应用图5-4可编程计数器阵列PCA第5章80C51内核衍生型单片机芯片及应用PAN单片机原理与应用2019/8/175.4.1PCA结构及控制在P89C51RX中，为简化硬件结构，PCA单元电路内五个计数模块共用一个16位加法计数器（CH和CL）作为记时基准，计数脉冲来源由PCA模式寄存器CMOD的CPS1、CPS0位决定，允许/禁止PCA计数器计数由PCA控制寄存器CCON的CR位控制，如图5-5所示。第5章80C51内核衍生型单片机芯片及应用PAN2019/8/17单片机原理与应用图5-5PCA计数器及控制第5章80C51内核衍生型单片机芯片及应用PAN2019/8/17单片机原理与应用PCA中断控制逻辑如图5-6所示。当某一模块产生捕捉（将PCA计数器捕捉到相应模块捕捉/比较寄存器）或匹配（PCA计数器与相应模块捕捉/比较寄存器相等）时，CCON寄存器相应模块匹配/捕捉标志位CCFn置1，能否产生PCA中断请求由相应模块的ECCFn位控制。第5章80C51内核衍生型单片机芯片及应用PAN2019/8/17单片机原理与应用图5-6PCA中断控制逻辑1.PCA模式寄存器CMODPCA模式寄存器CMOD各位含义如下：(1)CPS1、CPS0——用于选择PCA计数器计数脉冲来源。PCA内五个模块共用一个16位加法计数器（CH和CL），计数脉冲来源由CMOD寄存器的CPS1、CPS0位决定：CPS1、CPS1、CPS0计数脉冲源0000内部时钟信号fosc/6（6时钟模式）或fosc/12（12时钟模式）0101内部时钟信号fosc/2（6时钟模式）或fosc/4（12时钟模式）((可见，PCA模块最高计数频率比T0、T1、T2高了3倍)1010定时器T0的溢出脉冲。11来自ECI/P1.2引脚的外部脉冲。在6时钟模式下，外部脉冲最高频率为fosc/4；在12时钟模式下，外部脉冲最高频率为fosc/8。第5章80C51内核衍生型单片机芯片及应用PAN2019/8/17单片机原理与应用(2)ECF——PCA计数器CH/CL溢出中断允许。当PCA计数器溢出时，PCA控制寄存器CCON的溢出标志CF有效。如果ECF=1，且中断允许寄存器IE的EC、EA位为1，则CPU将响应PCA计数器溢出中断。(3)CIDL——节电状态下PCA运行控制。当CIDL=0时，在节电状态下，PCA计数器继续计数（图5-5中的与非门输出恒为1，与PCON寄存器节电运行控制位IDL内容无关）；反之，当CIDL=1时，在节电状态下，PCA计数器停止计数（由于CIDL位为1，图5-5中与非门输出状态由PCON寄存器节电运行控制位IDL决定，当IDL位为1时，与非门输出为0，PCA计数器停止计数）。(4)WDTE——禁止/允许模块4看门狗工作。第5章80C51内核衍生型单片机芯片及应用PAN单片机原理与应用2019/8/172.PCA计数器（CH和CL）16位加法计数器，计数脉冲由CMOD寄存器的CPS1、CPS0位定义，每来一个脉冲，计数器加1，当CH溢出时，CCON寄存器内的溢出标志CF置位。第5章80C51内核衍生型单片机芯片及应用PAN单片机原理与应用2019/8/173.PCA控制寄存器CCON(具有位地址(1)CCF4