1.2 单片机的发展历史和产品类型

1.2.1 单片机的发展历史

在1970年微型计算机研制成功之后，单片微型计算机就随之出现了。1976年，Intel公司首先推出了MCS-48系列的单片微型计算机，它具有体积小、功能全、价格低等特点，获得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础。

单片机的发展历史大致可分为3个阶段。

第1阶段（1976—1978年）：这是单片机刚开始出现时的初级阶段，以Intel公司的MCS-48系列为代表，此系列单片微型计算机具有8位CPU、并行I/O端口、8位时序同步计数器，寻址范围不大于4 KB，但没有串口。

第2阶段（1978—1982年）：高性能单片微型计算机阶段，如Intel公司的MCS-51、Motorola公司的6801和Zilog公司的Z-8等系列。该类单片微型计算机具有串口、多级中断处理系统和16位时序同步计数器，RAM和ROM容量加大，寻址范围可达64 KB，有的芯片还有A/D转换接口。

第3阶段（1982年至今）：8位单片微型计算机改良型及16与32位单片微型计算机阶段，如Intel公司的16位单片机MCS-96系列、32位单片机ARM系列。

Intel公司在20世纪80年代初发布了MCS-51系列单片机，其代表芯片包括基本型8051/8751/8031和增强型8052/8752/8032，随后几年又相继推出了80C51/87C51/80C31和80C52/87C52/80C32，这些统称为51系列单片机。

到目前为止，世界各地厂商研制出大约50个系列、300多个各具特色的单片机产品。尽管目前单片机的品种繁多，但其中最具典型性的仍当属Intel公司的MCS-51系列单片机和以51技术为内核的众多派生单片机产品，目前市场上流行并占据主导地位的仍是51内核及其兼容单片机。这些单片机和MCS-51单片机的指令完全兼容，资料和开发设备比较齐全，价格也比较便宜。另外，从学习的角度来看，有了51单片机的基础后，再学习其他单片机时则非常容易。这也正是学习单片机技术要从学习MCS-51开始的原因。

1.2.2 单片机的产品类型

自从8位单片机诞生至今已30多年，在百花齐放的单片机家族中，Intel公司的MCS-51以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“名机”，为以后的其他单片机的发展奠定了基础。正因为其优越的性能和完善的结构，导致后来的许多半导体厂商多沿用或参考MCS-51体系结构，以8051为基核，推出了许多兼容性单片机产品，丰富和发展了MCS-51单片机，形成了品种丰富的80C51系列产品。MCS-51系列在Intel公司转让技术给Philips公司后也产生出很多个型号，产品性能也有所提高。

1.80C51系列单片机产品

80C51系列单片机产品繁多，已成为单片机应用的主流产品。除了Intel公司的80C51系列产品之外，近年来各半导体厂商相继推出的与80C51兼容的主要产品有：Atmel公司融入Flash存储器技术的AT89系列；宏晶公司的成本低、高性能STC89系列；SST公司的SST89系列；Siemens公司的高抗扰性和电磁兼容性C500系列；Philips公司的80C51、80C552系列；Winbond （台湾华邦）的W78C51、W77C51高速低价系列；ADI公司的ADμC8XX高精度ADC系列；LG公司的GMS90/97低压高速系列；Maxim公司的DS89C420高速（50 MIPS）系列；Cygnal公司的C8051F高速SOC系列。

2.非80C51结构的单片机产品

非80C51结构的单片机新品不断推出，给用户提供了更为广泛的选择空间，近年来推出的非80C51系列的主要产品有：Intel的MCS-96系列16位单片机；Microchip的PIC系列RISC单片机；德州仪器的TMS370和MSP430F系列16位低功耗单片机；Atmel公司的AT90系列AVR单片机；Ubicom公司的Scenix单片机；Zilog公司的Z86系列单片机；美国国家半导体公司的NSCOP8单片机；台湾义隆电子的EM78系列单片机；以及Motorola、ARM、NEC、EPSON、东芝、三星、富士通等单片机。

1.2.3 80C51系列单片机

1.MCS-51系列

MCS-51是Intel公司生产的单片机系列名称。属于这一系列的单片机有8051/8751/8031；8052/8752/8032；80C51/87C51/80C31；80C52/87C52/80C32等。该系列生产工艺有HMOS（具有高速度和高密度的特点）和CHMOS（具有CMOS低功耗和HMOS高速高密度的特点）两种工艺。在产品型号中凡带有字母“C”的即为CHMOS芯片。CHMOS芯片的电平既能与TTL电平兼容，又与能CMOS电平兼容。

在本书的其他章节论述中，常用到MCS-51或8031这两个词。前者的含义包括了8051/8751/8031和80C51/87C51/80C31这一系列产品。

本书在第2～7章中通过详细讲解MCS-51的结构、原理和使用方法，以使读者详细了解MCS-51单片机的应用技术，并作为应用其他51内核单片机的基础。

2.80C51系列

80C51是MCS-51系列中CHMOS工艺的一个典型品种，其他厂商以8051为基核开发出的CMOS工艺单片机产品统称为80C51系列。当前常用的80C51系列单片机产品种类繁多，性能各异，各有所长。

1）Intel公司的MCS-51系列单片机

MCS-51系列单片机是Intel公司生产的功能较强、价格较低、较早应用的单片机，目前仍被广泛应用。MCS-51系列单片机的主要产品及其性能见表1-1。

2）Philips公司的80C51系列单片机

在Intel公司将MCS-51系列技术转让给Philips公司后，Philips主要任务是改善其性能。在原来的基础上发展了高速I/O口、A/D转换器、PWM（脉宽调制）、WDT、复位电路等增强功能，并在低电压、微功耗、掉电检测、扩展串行总线（I2C）和控制网络总线（CAN）等功能加以完善。

在同一时钟频率下，Philips的80C51的运行速度是8051的6倍，在应用编程（IAP）和在线编程（ICP）功能允许用户EPROM实现简单的串行代码编程，使得程序存储器可用于非易失性数据的存储，芯片仅有8个引脚。Philips的增强型80C51系列单片机的主要产品及其性能见表1-2。

Philips公司在发展C51的低功耗、高速度和增强型功能上做了不少贡献，当初主要由其来发展C51单片机，其83Cxx和87Cxx系列省去了并行扩展总线，适合于作为家用电器类控制的经济型单片机。

3）Atmel公司的AT89系列单片机

Atmel公司推出的AT89系列兼容C51的单片机，完美地将Flash（非易失闪存技术）EEPROM与80C51内核结合起来，仍采用C51的总体结构和指令系统，Flash的可反复擦写程序存储器能有效地降低开发费用，并能使单片机作多次重复使用。在我国单片机应用产品中被大量使用。Atmel公司的AT89系列单片机主要产品及其性能见表1-3。

Atmel的8位单片机有AT89、AT90两个系列。AT89系列是8位Flash单片机，与8051系列单片机相兼容，静态时钟模式；AT90系列单片机是增强RISC结构、全静态工作方式、内载在线可编程Flash的单片机，也称为AVR单片机。

4）宏晶公司的STC89系列单片机

宏晶公司的STC89系列单片机是以8051为内核派生出的一款成本低、高性能单片机，增加了大量的新功能。STC89C51RC/RD+系列单片机支持ISP（在系统编程）及IAP（在应用编程）技术。使用ISP技术可不需要编程器，而直接在用户系统板上烧录用户程序，修改调试非常方便。利用IAP技术能将内部部分专用Flash当作EEPROM使用，实现停电后保存数据的功能，擦写次数为100 000次以上，可省去外接EEPROM（如93C46、24C02等）。而且指令代码完全兼容传统8051，硬件无须改动，速度比传统8051快8～12倍，带ADC，4路PWM，双串口，有全球唯一ID号，加密性好，抗干扰强。宏晶公司的STC89系列单片机主要产品及其性能见表1-4。

5）SST公司的SST89系列单片机

SST公司生产的SST89系列单片机以51为内核，与MCS-51系列单片机完全兼容。SST89系列单片机主要产品及其性能见表1-5。

6）Siemens公司的C500系列单片机

Siemens公司也沿用C51的内核，相继推出了C500系列单片机，在保持了与C51指令兼容的前提下，其产品的性能得到了进一步的提升，特别是在抗干扰性能、电磁兼容和通信控制总线功能上独树一帜，其产品常用于工作环境恶劣的场合，也适用于通信和家用电器控制领域。

7）Winbond公司的W78/W77系列单片机

中国台湾的Winbond公司也开发了一系列兼容C51的单片机，其产品具备丰富的功能特性，而且以其质优价廉在市场也占有一定的份额。W78系列与标准的8051兼容，W77系列为增强型51系列，对8051的时序作了改进，在同样时钟频率下，速度提高了2.5倍。Flash ROM容量从4～64 KB，有ISP功能。

1.2.4 其他系列单片机

德州仪器公司有TMS370和MSP430两大系列通用单片机。TMS370系列是8位CMOS单片机，具有多种存储模式、多种外围接口模式，适用于复杂的实时控制场合；MSP430系列是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机，特别适用于要求功耗低的场合。MSP430的功能较强，是一种特低功耗的Flash微控制器，可用于三表（电表、水表、燃气表）及超低功耗场合。

Microchip单片机是市场份额增长较快的单片机。它的主要产品是PIC系列8位单片机， CPU采用RISC结构，运行速度快，价格低，适于用量大、档次低、价格敏感的产品。PIC单片机的突出特点是体积小，功耗低，指令集精简，抗干扰性好，可靠性高，有较强的模拟接口，代码保密性好，大部分芯片有Flash程序存储器。

Motorola是世界上最大的单片机生产厂家之一，品种全、选择余地大、新产品多。其特点是噪声低，抗干扰能力强，比较适合于工控领域及恶劣的环境。

AVR是增强RISC内载Flash的单片机，单片机内部32个寄存器全部与ALU直接连接，突破瓶颈限制，每1 MHz可实现1 MIPS的处理能力，为高速、低功耗产品。端口有较强的负载能力，可以直接驱动LED。支持ISP、IAP，I/O口驱动能力较强。

Scenix单片机除传统的I/O功能模块如并行I/O、UART、SPI、I2C、A/D、PWM、PLL、DTMF等外，还增加了新的I/O模块（如USB、CAN、J1850、虚拟I/O等）。其特点是双时钟设置，指令运行速度较快，具有虚拟外设功能，柔性化I/O端口，所有的I/O端口都可单独编程设定。

Epson单片机主要为日本爱普生公司生产的LCD配套。其单片机的特点是LCD驱动部分性能较好，低电压、低功耗。

Z8单片机是Zilog公司的主要产品，采用多累加器结构，有较强的中断处理能力。

National的COP8单片机片内集成了16位A/D，内部使用了抗电磁干扰EMI（Electro Magnetic Interference）电路，在看门狗电路及单片机的唤醒方式上都有独到之处。程序加密控制功能也比较好。

中国台湾义隆电子的EM78系列单片机采用高速CMOS工艺制造，低功耗设计，为低功耗产品。具有3个中断源、R-OPTION功能、I/O唤醒功能、多功能I/O口、优越的数据处理性能。有很大一部分与PIC 8位单片机兼容，且相兼容产品的资源相对比PIC的多，价格便宜，有很多系列可选，但抗干扰较差。

中国台湾盛扬半导体的HOLTEK单片机产品，种类较多，但抗干扰较差，价格便宜，适用于消费类产品。

中国台湾松翰公司的SONIX单片机，大多为8位机，有一部分与PIC 8位单片机兼容，价格便宜，系统时钟分频可选项较多，有PMW、ADC、内振、内部杂讯滤波，抗干扰性能较好。但RAM空间过小。