AT89C55WD微控制器：特性、功能與應(yīng)用詳解

在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，選擇一款合適的微控制器至關(guān)重要。AT89C55WD作為一款低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器，具有諸多出色特性，能為眾多嵌入式控制應(yīng)用提供高靈活性和高性價(jià)比的解決方案。本文將深入剖析AT89C55WD的各項(xiàng)特性、功能及應(yīng)用要點(diǎn)。

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一、產(chǎn)品概述

AT89C55WD采用Atmel的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80C51和80C52指令集及引腳兼容。它集成了20K字節(jié)的Flash可編程只讀存儲(chǔ)器和256字節(jié)的RAM，將通用的8位CPU與Flash集成在單芯片上，具備如下標(biāo)準(zhǔn)特性：

• 20K字節(jié)的Flash
• 256字節(jié)的RAM
• 32條I/O線
• 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器
• 六向量、兩級(jí)中斷架構(gòu)
• 全雙工串行端口
• 片上振蕩器和時(shí)鐘電路

二、關(guān)鍵特性

2.1 存儲(chǔ)器特性

• Flash存儲(chǔ)器：擁有20K字節(jié)的可重編程Flash存儲(chǔ)器，擦寫(xiě)壽命長(zhǎng)達(dá)1000次，能滿足大多數(shù)應(yīng)用的程序存儲(chǔ)需求。
• 內(nèi)部RAM：256 x 8位的內(nèi)部RAM，為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供足夠空間。

2.2 電氣特性

• 工作電壓范圍：4V至5.5V，能適應(yīng)較寬的電源電壓波動(dòng)，增強(qiáng)了產(chǎn)品的穩(wěn)定性和適用性。
• 工作頻率：完全靜態(tài)操作，運(yùn)行頻率范圍從0 Hz到33 MHz，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求靈活調(diào)整。

2.3 功能特性

• 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖：為程序提供了一定的安全保護(hù)。
• 豐富的I/O資源：32條可編程I/O線，方便與各種外部設(shè)備連接。
• 中斷系統(tǒng)：八個(gè)中斷源和六向量、兩級(jí)中斷架構(gòu)，可及時(shí)響應(yīng)外部事件。
• 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可用于定時(shí)、計(jì)數(shù)等多種功能。
• 串行通道：可編程串行通道，支持全雙工通信，便于與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2.4 低功耗模式

具備低功耗空閑和掉電模式，在空閑模式下，CPU停止工作但RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行端口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行；掉電模式下，振蕩器停止，片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器的值得以保留，直到下一次外部中斷或硬件復(fù)位。這種設(shè)計(jì)有助于降低系統(tǒng)功耗，延長(zhǎng)電池使用壽命。

2.5 硬件看門(mén)狗定時(shí)器

旨在應(yīng)對(duì)CPU可能出現(xiàn)的軟件故障，由一個(gè)13位計(jì)數(shù)器和看門(mén)狗定時(shí)器復(fù)位（WDTRST）特殊功能寄存器組成。用戶需按順序向WDTRST寄存器寫(xiě)入01EH和0E1H來(lái)啟用看門(mén)狗定時(shí)器，啟用后，它會(huì)在振蕩器運(yùn)行時(shí)每個(gè)機(jī)器周期遞增。當(dāng)計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，會(huì)在RST引腳輸出復(fù)位高脈沖，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

三、引腳配置與功能

AT89C55WD有TQFP、PDIP和PLCC三種封裝形式，不同封裝的引腳排列有所不同，但各引腳功能基本一致，以下是主要引腳功能介紹：

• VCC和GND：分別為電源和地。
• 端口0（P0）：8位開(kāi)漏雙向I/O端口，可作為輸出端口，每個(gè)引腳能吸收八個(gè)TTL輸入；當(dāng)寫(xiě)入1時(shí)，引腳可作為高阻抗輸入。在訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，可配置為復(fù)用的低8位地址/數(shù)據(jù)總線。
• 端口1（P1）：8位雙向I/O端口，帶有內(nèi)部上拉電阻。P1.0和P1.1可分別配置為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入和觸發(fā)輸入。
• 端口2（P2）：8位雙向I/O端口，帶有內(nèi)部上拉電阻。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，輸出高8位地址字節(jié)。
• 端口3（P3）：8位雙向I/O端口，帶有內(nèi)部上拉電阻。除了作為通用I/O口外，還具有多種特殊功能，如串行輸入輸出、外部中斷、定時(shí)器外部輸入等。
• RST：復(fù)位輸入，在振蕩器運(yùn)行時(shí)，該引腳高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期可復(fù)位設(shè)備。
• ALE/PROG：地址鎖存允許信號(hào)，用于在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)鎖存低字節(jié)地址。在Flash編程時(shí)，作為編程脈沖輸入。
• PSEN：程序存儲(chǔ)允許信號(hào)，用于讀取外部程序存儲(chǔ)器。
• EA/VPP：外部訪問(wèn)允許信號(hào)，接GND時(shí)，設(shè)備從外部程序存儲(chǔ)器取指令；接VCC時(shí)，地址0000H至4FFFH的程序從內(nèi)部存儲(chǔ)器讀取，5000H至FFFFH的程序從外部存儲(chǔ)器讀取。在Flash編程時(shí)，該引腳接收12V編程使能電壓。
• XTAL1和XTAL2：分別為反相振蕩器放大器的輸入和輸出，可配置為片上振蕩器。

四、特殊功能寄存器

4.1 定時(shí)器2寄存器

定時(shí)器2的控制和狀態(tài)位包含在T2CON和T2MOD寄存器中，寄存器對(duì)（RCAP2H，RCAP2L）在16位捕獲模式或16位自動(dòng)重載模式下作為定時(shí)器2的捕獲/重載寄存器。定時(shí)器2有捕獲、自動(dòng)重載（向上或向下計(jì)數(shù)）和波特率發(fā)生器三種工作模式，可通過(guò)T2CON寄存器的相應(yīng)位進(jìn)行選擇。

4.2 中斷寄存器

中斷使能位位于IE寄存器中，可對(duì)六個(gè)中斷源分別進(jìn)行使能或禁用操作。IP寄存器可設(shè)置每個(gè)中斷源的兩個(gè)優(yōu)先級(jí)。

4.3 雙數(shù)據(jù)指針寄存器

為方便訪問(wèn)內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，提供了兩組16位數(shù)據(jù)指針寄存器DP0和DP1，通過(guò)SFR AUXR1中的DPS位進(jìn)行選擇。

4.4 掉電標(biāo)志

掉電標(biāo)志（POF）位于PCON SFR的第4位（PCON.4），上電時(shí)置為“1”，可通過(guò)軟件控制設(shè)置和復(fù)位，不受復(fù)位影響。

五、存儲(chǔ)器組織

5.1 程序存儲(chǔ)器

若EA引腳連接到GND，所有程序取指操作都指向外部存儲(chǔ)器；若EA連接到VCC，地址0000H至4FFFH的程序從內(nèi)部存儲(chǔ)器讀取，5000H至FFFFH的程序從外部存儲(chǔ)器讀取。

5.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

AT89C55WD實(shí)現(xiàn)了256字節(jié)的片上RAM，其中高128字節(jié)與特殊功能寄存器占用并行地址空間。當(dāng)指令訪問(wèn)地址高于7FH的內(nèi)部位置時(shí)，指令中使用的尋址模式?jīng)Q定CPU訪問(wèn)的是高128字節(jié)的RAM還是特殊功能寄存器空間。

六、定時(shí)器功能

6.1 定時(shí)器0和1

定時(shí)器0和1的工作方式與AT89C51和AT89C52中的定時(shí)器0和1相同。

6.2 定時(shí)器2

定時(shí)器2是一個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可作為定時(shí)器或事件計(jì)數(shù)器，通過(guò)T2CON寄存器中的C/T2位選擇操作類型。具有捕獲、自動(dòng)重載（向上或向下計(jì)數(shù)）和波特率發(fā)生器三種工作模式，具體模式由T2CON寄存器中的位決定。

• 捕獲模式：當(dāng)EXEN2 = 0時(shí)，定時(shí)器2作為16位定時(shí)器或計(jì)數(shù)器，溢出時(shí)設(shè)置T2CON中的TF2位；當(dāng)EXEN2 = 1時(shí)，除了上述功能外，外部輸入T2EX的1到0轉(zhuǎn)換還會(huì)將TH2和TL2的當(dāng)前值分別捕獲到RCAP2H和RCAP2L中，并設(shè)置EXF2位。
• 自動(dòng)重載模式：可通過(guò)T2MOD寄存器中的DCEN位設(shè)置為向上或向下計(jì)數(shù)。當(dāng)DCEN = 0時(shí)，定時(shí)器2默認(rèn)向上計(jì)數(shù)；當(dāng)DCEN = 1時(shí)，T2EX引腳控制計(jì)數(shù)方向。
• 波特率發(fā)生器模式：通過(guò)設(shè)置T2CON中的TCLK和/或RCLK位，可將定時(shí)器2選為波特率發(fā)生器。在該模式下，TH2溢出會(huì)使定時(shí)器2寄存器重新加載RCAP2H和RCAP2L中的16位值。

七、編程與驗(yàn)證

7.1 編程算法

在對(duì)AT89C55WD進(jìn)行編程前，需根據(jù)Flash編程模式表和相關(guān)圖形設(shè)置地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。編程步驟如下：

1. 在地址線上輸入所需的存儲(chǔ)位置。
2. 在數(shù)據(jù)線上輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)字節(jié)。
3. 激活正確的控制信號(hào)組合。
4. 將EA/VPP升高到12V。
5. 脈沖ALE/PROG一次，對(duì)Flash陣列或鎖定位進(jìn)行字節(jié)編程。字節(jié)寫(xiě)入周期是自定時(shí)的，通常不超過(guò)50 μs。重復(fù)上述步驟，直到完成整個(gè)陣列的編程或到達(dá)目標(biāo)文件的末尾。

7.2 芯片擦除序列

在重新編程之前，需要執(zhí)行芯片擦除操作，步驟如下：

1. 將VCC升高到6.5V。
2. 脈沖ALE/PROG一次（持續(xù)時(shí)間為200 - 500 ns）。
3. 等待150 ms。
4. 對(duì)VCC進(jìn)行下電和上電操作，使其達(dá)到6.5V。
5. 脈沖ALE/PROG一次（持續(xù)時(shí)間為200 - 500 ns）。
6. 等待150 ms。
7. 對(duì)VCC進(jìn)行下電和上電操作，使其達(dá)到6.5V。

7.3 數(shù)據(jù)查詢與驗(yàn)證

AT89C55WD支持?jǐn)?shù)據(jù)查詢功能，在寫(xiě)入周期內(nèi)，嘗試讀取最后寫(xiě)入的字節(jié)會(huì)在P0.7上得到寫(xiě)入數(shù)據(jù)的補(bǔ)碼。寫(xiě)入周期完成后，所有輸出上的數(shù)據(jù)有效，可開(kāi)始下一個(gè)周期。此外，還可通過(guò)RDY/BSY輸出信號(hào)監(jiān)控字節(jié)編程進(jìn)度，編程完成后P3.0會(huì)拉高表示READY。如果鎖定位LB1和LB2未編程，可通過(guò)地址和數(shù)據(jù)線讀取編程的代碼數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，也可直接讀取鎖定位的狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)證。

八、電氣特性

8.1 直流特性

在TA = -40°C至85°C、VCC = 4.0V至5.5V的條件下，規(guī)定了輸入輸出電壓、電流、引腳電容等參數(shù)。例如，輸入低電壓VIL（除EA外）范圍為 -0.5V至0.2VCC - 0.1V，輸出低電壓VOL（端口1、2、3）在IOL = 1.6 mA時(shí)不超過(guò)0.45V等。

8.2 交流特性

在特定的負(fù)載電容條件下，規(guī)定了振蕩器頻率、ALE脈沖寬度、地址和數(shù)據(jù)的建立與保持時(shí)間等參數(shù)。例如，ALE脈沖寬度tLHLL在12 MHz振蕩器時(shí)為127 ns，在可變振蕩器時(shí)為2tCLCL - 40 ns。

九、應(yīng)用場(chǎng)景與注意事項(xiàng)

9.1 應(yīng)用場(chǎng)景

AT89C55WD憑借其豐富的功能和良好的性能，適用于各種嵌入式控制應(yīng)用，如工業(yè)自動(dòng)化、智能家居、儀器儀表等領(lǐng)域。

9.2 注意事項(xiàng)

• 在使用硬件看門(mén)狗定時(shí)器時(shí)，要確保在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)其進(jìn)行復(fù)位操作，避免系統(tǒng)因看門(mén)狗溢出而復(fù)位。
• 在定時(shí)器2作為波特率發(fā)生器運(yùn)行時(shí)，避免對(duì)TH2或TL2進(jìn)行讀寫(xiě)操作，以免影響計(jì)數(shù)準(zhǔn)確性。
• 在進(jìn)行Flash編程和驗(yàn)證時(shí)，要嚴(yán)格按照編程算法和芯片擦除序列進(jìn)行操作，確保編程的正確性。

總之，AT89C55WD是一款功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的微控制器，電子工程師在設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)時(shí)，可根據(jù)具體需求充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效、可靠的控制應(yīng)用。你在使用AT89C55WD的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。