比较常用的单片机系列

MCS-51系列及与之兼容的80C51系列单片机

在我国使用最多的是Intel公司的MCS-51系列单片机。MCS-51系列单片机虽然是8位单片机，但它品种齐全、兼容性强、性价比高，且软硬件应用设计资料丰富，已为广大工程技术人员所熟悉，因此在我国得到了广泛的应用。

MCS是Intel公司的注册商标。凡Intel公司生产的以8051为核心单元的其他派生单片机都可以称为MCS-51系列，有时简称为51系列。MCS-51系列单片机包括8031、8051、87513个基本型和对应的低功耗型80C31、80C51、87C51。

MCS-51系列及80C51单片机有多种品种。它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在内部结构上有所区别。最常用的51系列单片机是8051和AT89C51(如图1-2所示)等。

AT89C51具有片内E2PROM，是真正的单片机，由于不需要外接EPROM，所以应用非常普遍。8031、8051片内没有EPROM，但它价格很低，软硬件系统开发成熟，所以应用也非常广泛。目前51系列的产品大多是8031、8051和AT89C51等。

除了Intel公司，还有Atmel、Winbond、Philips、TEMIC、ISSI和LG等公司都生产兼容80C51的产品。

宏晶公司生产的STC89C5lRC单片机为低电压、高性能的CMOS 8 位单片机，片内含2Kbyte的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128byte的随机存取数据存储器(RAM)，工作电压为2.7V～6V，还含有2个16位的定时器，6 个内部中断源，可编程的串口 UART，兼容标准 MCS-51 指令系统。片内置有通用 8 位中央处理器和Flash存储单元，封装只有40针，体积比较小，工作温度为-40℃～+85℃。

STC89C5lRC单片机可以利用STC-ISP软件方便地实现在线烧写程序。本书使用的实验开发板采用的就是STC89C5lRC单片机。

TI公司的超低功耗Flash型MSP430系列单片机

有业界最佳“绿色微控制器(Green MCUs)”称号的 TI 公司的 MSP430 Flash 系列单片机，是目前业界所有内部集成闪速存储器(Flash ROM)产品中功耗最低的，消耗功率仅为其他闪速微控制器(Flash MCUs)的 1/5。在 3V 工作电压下其耗电电流低于 350μA/MHz，待机模式仅为 1.5μA/MHz，具有 5 种节能模式。该系列产品的工作温度范围为-40℃～85℃，可满足工业应用要求。MSP430 微控制器可广泛地应用于煤气表、水表、电子电度表、医疗仪器、火警智能探头、通信产品、家庭自动化产品、便携式监视器及其他低耗能产品。由于MSP430微控制器的功耗极低，可设计出只需一块电池就可以使用长达10年的仪表应用产品，因此，MSP430 Flash系列是不可多得的高性价比单片机。

OKI低电压低功耗单片机

OKI公司的高性价比4位机MSM64K系列也是低功耗低电压的微控制器，其工作电压可低至1.25V，使用32kHz的工作频率，工作电流可低至3μA～5μA，HALT(关断)模式下小于1μA，而其功能却并不逊色。MSM64K系列单片机片内集成了LCD(液晶显示器)驱动器，可方便地与液晶显示器连接，且具有片内掩模(Mask)的程序存储器，有些型号还带有串口、RC振荡器、看门狗、模数转换器(ADC)、脉宽调制(PWM)等，几乎不需要外扩芯片即可满足应用，其工作温度范围可达-40℃～85℃，提供PGA封装和裸片。该系列微控制器应用广泛，适用于使用LCD显示、电池供电的设备，如掌上游戏机、便携式仪表(体温计、湿度计)、智能探头、定时器(时钟)等低成本、低功耗的产品。

ST公司的ST62系列单片机

美国ST微电子公司是一家独立的全球性公司，专门从事半导体集成电路的设计、生产、制造和销售，以及生产各种微电子应用中的分立器件。应用领域涉及电子通信系统、计算机系统、消费类产品、汽车应用、工业自动化和控制系统等。ST公司可提供满足各种需要的单片机或微控制器，其中ST62系列8位单片机以其简单、灵活、价低格等特点，特别适用于汽车、工业、消费领域的嵌入式微控制系统。ST62系列提供多种不同规格的单片机以满足各种需要，存储器从1KB到8KB，有ROM、OTP、EPROM、E2PROM、Flash E2PROM，I/O接口从9个到22 个，引脚从16 个到42个，还有 ADC、LCD 驱动、看门狗、定时器、串行口、电压监控等部件。ST62 单片机采用独特的制造工艺和技术，大大提高了抗干扰能力，能适应于各种恶劣环境。

AD公司的带A/D与D/A转换器的单片机

ADμC812是AD公司推出的全集成12位数据采集系统，片内集成了8路12位高性能的自校准ADC、2路12位DAC和与80C51指令兼容的8位MCU。AD公司最近又推出了16位和24位ADC的ADμC816和ADμC824，其他性能特性与ADμC812基本相同。

ADμC812 MCU 包括8KB的Flash程序存储器、640B 的Flash数据存储器、256B 的RAM和与80C51 兼容的内核。并且具有看门狗定时器、电源监视器及ADC DMA 功能，32 个可编程I/O接口、I2C/SPI兼容和标准UART串行通信接口。芯片具有正常、空闲和掉电三种工作模式，非常适合低功耗应用的电源管理方案，如智能传感器、电池供电系统(可移动PC、手持仪器、终端)、瞬时捕捉系统、DAS和通信系统等。

单片机调试方法浅析

1.1 利用LED进行可视化管理

这种方法需要有多余的I/O。(如果可能，也可以将实现次要功能的I/O暂时借来一用。)

其电路很简单，一个LED通过限流电阻接到VCC电源。I/O设置为输出方式。

我们可以用下面的宏来定义LED的操作。

#define LED_YELLOW_ON() PA6D=0

#define LED_YELLOW_OFF() PA6D=1

#define LED_YELLOW_FLASH() PA6D^=1

举个例子说明它的用法。在低功耗的产品设计中，我们一般采用“睡眠à醒来工作à睡眠à醒来工作”的工作模式，其程序结构如下：

while(1)

HLT = 1; //进入睡眠

nop();

clear_WDT(); //清看门狗

//醒来，处理各种事务

如果我们在程序醒来时点亮LED，事务处理完毕时熄灭LED，那么我们就能“看见”程序的工作状态，LED将周期性地闪烁。这就是我们称之为可视化管理的原因。(不记得在哪本书上看到“可视化管理”这个概念，我借用一下)

其软件结构是这样：

while(1)

HLT = 1; //进入睡眠

nop();

clear_WDT(); //清看门狗

LED_YELLOW_ON(); // debug

//醒来，处理各种事务

LED_YELLOW_OFF(); // debug

其实有些仿真器已经提供了这种监视程序睡眠状态的方法。如果没有提供，就可以用以上方法自行实现。

它的使用很灵活。比如可以用来在双时钟系统中监视快时钟的打开和关闭情况(慢时钟一般总是打开，因为要用作实时时钟的时钟源，而且慢时钟耗电很小)。你可以在打开快时钟时点亮LED,关闭快时钟时熄灭LED,这样一来快时钟的打开和关闭就一目了然了。

你也可以在某个中断中将LED的状态取反(使用LED_YELLOW_FLASH())，用来监视此中断的产生是否正常。虽然设置断点也可以知道中断是否产生，但会中断程序的执行，造成不便。

如果你想知道程序有没有执行到某个地方，你也可以将LED_YELLOW_FLASH()放到该位置。

依次类推，你可以用这个方法观察任何你想观察的事件。

当然你必须互斥地观察不同的事件。就是说，对于一个LED，在一次调试中，一般只能观察一个事件，否则你自己也弄不清LED的变化到底是代表发生哪一事件。

另外，你还可以同时使用两个或者更多不同颜色的LED来监视不同的事件，前提你有多余的I/O。

不中断程序的执行，又能看到程序的执行情况，应该说是一种很有效的调试程序的方法。相比开发工具所提供的单步、断点、观察变量等调试手段，这可以算是一种有效的补充。

1.2 利用示波器测试时间

利用上面的方法，再加一个示波器，就可以测量程序执行的时间了。(你可以自己决定接不接LED)。

比如，在初始化程序中，在打开总中断之前，写如下代码：

LED_YELLOW_ON();

nop();

LED_YELLOW_OFF();

使用示波器，在捕获模式下，你应该能捕获到一个脉冲，测试它的宽度，假如为30.5us。以OKI ML610Q431为例，一条nop指令包括1 cycles，1 cycles包括1 system clock。这里system clock等于振荡周期。(注意，不同的单片机对cycles, system clock的定义是不同的，需要参考各自的用户手册)。

那么我们可以这样计算振荡器的频率：1*1*(1/f)=30.5/1000000.

f=32786Hz

当然，如果示波器测量精度不够，可以多放几个nop指令，计算时再求平均。如果嫌示波器的捕获模式太麻烦，还可以采用循环结构，输出一串方波。比如：

while(1)

LED_YELLOW_ON();

nop();

LED_YELLOW_OFF();

nop();

clear_WDT(); //清看门狗

这种方法的使用也很灵活。你可以用来测试主循环的执行时间，调用某个函数所花的时间，以及某个中断处理的时间(不包括响应中断和退出中断的时间)等等。

当你发现某些时候主循环的执行时间特别长时，可以采用逐步缩小范围的方法来找出到底是哪个函数花费时间长，有没有可能将其优化。

下面是测试主循环执行时间的程序结构。

while(1)

HLT = 1; //进入睡眠

nop();

clear_WDT(); //清看门狗

LED_YELLOW_ON(); // debug

Fun1();

Fun2();

Fun3();

Fun4();

LED_YELLOW_OFF(); // debug

如果发现上面的执行时间异常(比如太长)，你可以调整测试的位置，如下所示：

while(1)

HLT = 1; //进入睡眠

nop();

clear_WDT(); //清看门狗

Fun1();

LED_YELLOW_ON(); // debug

Fun2();

Fun3();

Fun4();

LED_YELLOW_OFF(); // debug

这样，你就可以确定执行时间过长是不是因为Fun1()引起。如果不是，则继续调整测试位置，逐个排除，直到找到真正费时的函数，对其进行分析，看看有没有可能优化。

当然，我们还可以用两个或更多I/O对多个事件进行逻辑分析，观察他们的先后顺序以及测试其时间间隔。这种方法也很有用，很灵活。在此不详述。

2. 利用LCD进行可视化管理

如果你的产品带LCD显示，又没有多余的IO可供调试，或者你只是想临时的调试某个功能，那么你可以临时使用LCD上的某个图标来指示某个事件。当某个事情发生时，显示该图标，否则清除该图标。

如果想在程序运行中获得更复杂、更丰富的信息，可以对不同的事件显示不同的数值。

3. 小结

不中断程序的执行，又能观察程序的执行情况，应该说是一种很有效的调试程序的方法。相比开发工具所提供的单步、断点、观察变量等调试手段，这可以算是一种有效的补充。实际上，这些调试方法很像PC应用开发的printf调试手段。它可以在不打断程序运行的情况下，借助于I/O，LED，示波器，数码管或LCD显示，给出各种各样的提示信息，帮助我们调试程序。

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