第4章 單片機內部結構

第四章單片機內部結構§4.1程序存儲器一、片內程序存儲器及EA控制作用：主要用來存放程序、常數(shù)或表格等。程序存儲器以PC做地址指針，通過16位地址總線可尋址的地址空間為64KB。地址范圍：0000H～FFFFH分類：程序存儲器分為內部ROM和外部ROM。注：1、程序存儲器片內和片外統(tǒng)一編址。2、EA引腳為程序存儲器空間選擇控制端。在程序存儲器中，有6個單元具有特定含義：0000H：單片機復位后，PC=0000H，即從0000H開始執(zhí)行指令。0003H：外部中斷0入口地址。000BH：定時器0溢出中斷入口地址。0013H：外部中斷1入口地址。001BH：定時器1溢出中斷入口地址。0023H：串行口中斷入口地址。（1）片內有程序存儲器且存儲空間足夠在8051/8751片內，帶有4KBROM/EPROM程序儲存器（內部程序存儲器），4KB可存儲兩千多條指令，對于一個小型的單片機控制系統(tǒng)來說就足夠了，若不夠還可選8KB或16KB內存的單片機芯片，不要擴展會增加成本，增大產(chǎn)品體積。（2）片內有程序存儲器且存儲空間不夠片內程序存儲器儲存空間不夠用時，可外擴展程序存儲器，要將EA引腳接高電平，使程序從內部ROM開始執(zhí)行，當PC值超出內部ROM的容量時，會自動轉向外部程序存儲器空間。（3）片內無程序存儲器地址從0000H-FFFFH都是外部程序存儲器空間，EA應始終接低電平，使系統(tǒng)只從外部程序儲存器中取指令。當讀取外部程序儲存器時，單片機的PSEN端變?yōu)榈碗娖剑寒斪x取內部程序儲存器時，單片機的PSEN端將保持高電平。總結：/EA用于輸入用外部程序存儲器取址或從內部程序存儲器取址的選擇信號。當/EA接高電平時低4KB指令在片內讀取，/EA接低電平則所有的指令均在片外讀取。二、片外程序存儲器及其擴展在單片機系統(tǒng)中，當片內存儲容量不夠用時，必須外接存儲器芯片。提示：因為片外擴展ROM成本高等原因，很少擴展ROM。擴展設計步驟擴展設計步驟如下：

1、根據(jù)需要，選擇適當?shù)拇鎯ζ餍酒?、合理分配存儲器的地址空間包括兩個方面，一是選擇芯片（即片選），二是選擇芯片內的存儲單元。在片選中常用的方法有線選法和譯碼法。3、根據(jù)系統(tǒng)總線的負載能力，選擇接入總線驅動器4、檢驗存儲器的讀取速度三、常用程序存儲器介紹常用程序存儲器：紫外光可擦除的EPROM和電可擦除的E2PROM。EPROM價格低廉，性能可靠，所以得到廣泛應用。電擦除E2PROM今年來得到了廣泛的應用。（1）EPROM的型號特性

EPROM有2716（2KB*8）、2732（4KB*8）、2764（8KB*8）、27128（16KB*8）、27256（32KB*8）、27512（64KB*8）常用的EPROM芯片引腳圖如圖4-5所示。Ai-A0：地址輸入線D7-D0:數(shù)據(jù)線，三態(tài)雙向，讀時為輸出線，編程時為輸入線，禁止時為高阻。/CE:片選信號線，低電平有效/OE：讀取通信號出入線/PGM：編程脈沖輸入線VPP:編程電源輸入線VCC：電源，一般為+5V.GND:地線（2）EPROM的操作方式主要操作方式：編程方式、編程效驗方式、讀出方式、維持方式、編程禁止方式。四、存儲器擴展常用的芯片介紹補充：鎖存器是一種對脈沖電平敏感的存儲單元電路，它們可以在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)。簡單鎖存器描述：輸出端的狀態(tài)不會隨輸入端的狀態(tài)變化而變化，只有在有鎖存信號時輸入的狀態(tài)被保存到輸出，直到下一個鎖存信號。通常只有0和1兩個值。在MCS-51單片機中的16位地址，分為高8位（A15-A8）和低8位（A7-A0）。高8位由P2口輸出，低8位由P0口輸出，而P0口同時又是數(shù)據(jù)輸出入/輸出接口，故在傳送時采用分時方式，先輸出低8位地址，然后再傳送數(shù)據(jù)。但是，在對外部存儲器進行讀/寫操作時，地址必須保持不變，這就需要選擇用適當?shù)募拇嫫鞔娣诺?位地址，這個外接的存儲器就成為地址鎖存器。目前，常用的地址鎖存器芯片有74LS273、74LS373、8282等。書上圖4-7為常用地址鎖存器芯片74LS373引腳圖。74LS373功能表如書上表4-8所示。五、譯碼器芯片介紹在用多片存儲器芯片構成外部存儲器時，除了低8位地址需要鎖存之外，還要由高位地址產(chǎn)生片選信號。常用的譯碼器芯片：。74LS138是一種3-8譯碼器，有3個輸入端，經(jīng)譯碼產(chǎn)生8種狀態(tài)。如圖所示，譯碼器輸入端與輸出端的譯碼邏輯關系功能如書上表4-9所示。只有當G1=1且G2A=G2B=0時譯碼器才能進行譯碼輸出，否則譯碼器的8個輸出端全部為高阻狀態(tài)。六.EPROM擴展電路連線說明：（1）地址線的鏈接。程序存儲器的低8位地址線（A0-A7）接P0口（P0.0-P0.7）。程序存儲器高8位地址線（A8-A15）接P2口（P2.0-P2.7）。注意：在P0口的輸出處要外加地址鎖存器。P2口線一般作為高位地址線和外擴存儲器的片選信號線。（2）數(shù)據(jù)線的鏈接。程序存儲器的8位數(shù)據(jù)線（Q0-Q7）與P0口（P0.0-P0.7）從低到高對應相連。（3）控制信號線的鏈接。將單片機的程序選通有效信號PSEN接到外擴存儲器的輸出選通OE端，地址鎖存允許信號ALE接到地址鎖存器的鎖存控制段?！?.3數(shù)據(jù)存儲器4.3.1數(shù)據(jù)存儲器的結構一、結構見黑板二、擴展內部空間有限，需要擴展。見黑板4.3.2特殊功能寄存器一、定義MCS-51單片機內部的I/O口鎖存器、串行口數(shù)據(jù)緩沖器、定時器/計數(shù)器以及各種控制寄存器和狀態(tài)寄存器統(tǒng)稱為特殊功能寄存器，簡記為SFR。二、特點51系列有21個特殊功能寄存器，其中有11個寄存器支持字節(jié)尋址和位尋址，其字節(jié)地址能被8整除（字節(jié)地址末尾為0或8），52系列有26個。三、功能特殊功能寄存器地址表見書P751、程序計數(shù)器（PC—ProgramCounter）PC是一個16位的計數(shù)器，它的作用是控制程序的執(zhí)行順序。其內容為將要執(zhí)行指令的地址，尋址范圍達64KB。PC有自動加1功能，從而實現(xiàn)程序的順序執(zhí)行。PC沒有地址，是不可尋址的，因此用戶無法對它進行讀寫，但可以通過轉移、調用、返回等指令改變其內容，以實現(xiàn)程序的轉移。因地址不在SFR（專用寄存器）之內，一般不計作專用寄存器。程序計數(shù)器是專門用來控制指令執(zhí)行順序的十六位寄存器。PC的內容就是待執(zhí)行指令機器碼存放單元的地址，PC又稱地址指針。它用來存放下一條要執(zhí)行的指令地址。當一條指令按照PC所指的地址從存儲器中取出后，PC自動加1，即指向下一條指令2、累加器（ACC—Accumulator）累加器為8位寄存器，它既可用于存放操作數(shù)，也可用來存放運算的中間結果。MCS-51單片機中大部分單操作數(shù)指令的操作數(shù)就取自累加器，許多雙操作數(shù)指令中的一個操作數(shù)也取自累加器。3、B寄存器B寄存器是一個8位寄存器，主要用于乘除運算。乘法運算時，B存乘數(shù)。乘法操作后，乘積的高8位存于B中，除法運算時，B存除數(shù)。除法操作后，余數(shù)存于B中。此外，B寄存器也可作為一般數(shù)據(jù)寄存器使用。4、程序狀態(tài)字（PSW—ProgramStatusWord）程序狀態(tài)字是一個8位寄存器，用于存放程序運行中的各種狀態(tài)信息。其中有些位的狀態(tài)是根據(jù)程序執(zhí)行結果，由硬件自動設置的，而有些位的狀態(tài)則使用軟件方法設定。PSW的位狀態(tài)可以用專門指令進行測試，也可以用指令讀出。一些條件轉移指令將根據(jù)PSW有些位的狀態(tài)，進行程序轉移。PSW的各位定義如下：D7D6D5D4D3D2D1D0CYACF0RS1RS0OVPPSW除PSW.1位保留未用外，其余各位的定義及使用如下：CY（PSW.7）——進位標志位。CY是PSW中最常用的標志位。其功能有二：一是存放算術運算的進位標志，在進行加或減運算時，如果操作結果的最高位有進位或借位時，CY由硬件置“1”，否則清“0”；二是在位操作中，作累加位使用。位傳送、位與位或等位操作，操作位之一固定是進位標志位。(運算結果的最高位(D7位)產(chǎn)生進位或借位，則CY位由硬件置1；否則CY由硬件清0。)AC（PSW.6）——輔助進位標志位。在進行加減運算中，當?shù)?位向高4位進位或借位時，AC由硬件置“1”，否則AC位被清“0”。在BCD碼調整中也要用到AC位狀態(tài)。(又稱半進位標志。在執(zhí)行算術運算指令時，如果運算結果的D3位產(chǎn)生進位或借位，則AC位由硬件置1；否則AC由硬件清0)

F0（PSW.5）——用戶標志位。這是一個供用戶定義的標志位，需要利用軟件方法置位或復位，用以控制程序的轉向。RS1和RS0（PSW.4，PSW.3）——寄存器組選擇位。它們被用于選擇CPU當前使用的通用寄存器組。通用寄存器共有4組，其對應關系如下：00：0組01：1組10：2組11：3組

這兩個選擇位的狀態(tài)是由軟件設置的，被選中的寄存器組即為當前通用寄存器組。但當單片機上電或復位后，RS1RS0=00。PSW寄存器RS1、RS0位當前工作寄存器區(qū)寄存器R7～R0地址

000區(qū)07H～OOH011區(qū)OFH～08H102區(qū)17H～lOH113區(qū)lFH～18HOV（PSW.2）——溢出標志位。在帶符號數(shù)加減運算中，OV=1表示加減運算超出了累加器A所能表示的符號數(shù)有效范圍（-128～+127），即產(chǎn)生了溢出，因此運算結果是錯誤的，否則，OV=0表示運算正確，即無溢出產(chǎn)生。(在執(zhí)行算術運算指令時，如果運算結果的最高位(D7位)和次高位（D6位）這兩位中有且僅有一位產(chǎn)生進位或借位，則OV位由硬件置1，否則OV由硬件清0)

P（PSW.0）——奇偶標志位。用以表示累加器A中1的個數(shù)奇偶性，若累加器A中1的個數(shù)為奇數(shù)則P＝1，否則P＝0。此標志位對串行通信中的數(shù)據(jù)傳輸有重要的意義。在串行通信中常采用奇偶校驗的辦法來校驗數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?、數(shù)據(jù)指針（DPTR）數(shù)據(jù)指針為16位寄存器。編程時，DPTR既可以按16位寄存器使用，也可以按兩個8位寄存器分開使用，即：DPHDPTR高位字節(jié)，DPLDPTR低位字節(jié)。DPTR通常在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時作地址指針使用。由于外部數(shù)據(jù)存儲器的尋址范圍為64KB，故把DPTR設計為16位。5、堆棧指針（SP—StackPointer）堆棧是一個特殊的存儲區(qū)，主要用于子程序和中斷程序中,具有保護現(xiàn)場和恢復現(xiàn)場功能(用來暫存數(shù)據(jù)和地址)，它是按“先進后出”的原則存取數(shù)據(jù)的。堆棧共有兩種操作：進棧和出棧。由于MCS-51單片機的堆棧設在內部RAM中，因此SP是一個8位寄存器。系統(tǒng)復位后，SP的內容為07H，從而復位后堆棧實際上是從08H單元開始的。但08H～1FH單元分別屬于工作寄存器1～3區(qū)，如程序要用到這些區(qū)，最好把SP值改為1FH或更大的值。CY—進位標志。在執(zhí)行算術運算指令時，如果運算結果的最高位(D7位)產(chǎn)生進位或借位，則CY位由硬件置1；否則CY由硬件清0。AC—輔助進位標志。又稱半進位標志。在執(zhí)行算術運算指令時，如果運算結果的D3位產(chǎn)生進位或借位，則AC位由硬件置1；否則AC由硬件清0RS1、RS0—工作寄存器組選擇控制位。確定當前工作寄存器組組號。OV—溢出標志位。在執(zhí)行算術運算指令時，如果運算結果的最高位(D7位)和次高位（D6位）這兩位中有且僅有一位產(chǎn)生進位或借位，則OV位由硬件置1，否則OV由硬件清0F0—用戶標志位。用軟件使他置位活清零P—奇偶標志位。數(shù)據(jù)指針DPTR（DataPointer）數(shù)據(jù)指針DPTR為一個16位的特殊功能寄存器，它由兩個8位寄存器DPH和DPL組成堆棧指針SP（StackPointer）堆棧是在內部RAM區(qū)專門開辟出來按照“先進后出，后進先出”原則進行數(shù)據(jù)存取的存儲區(qū)，I/O端口寄存器P0～P3：P0～P3均為8位的特殊功能寄存器，通過對I/O端口寄存器的讀寫，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)從I/0端口的輸入/輸出

4.3.3數(shù)據(jù)存儲器的擴展復習一、內部數(shù)據(jù)存儲器內部數(shù)據(jù)存儲器在結構上可以分為兩個不同的存儲空間，即低128單元的數(shù)據(jù)存儲器空間（00H～7FH）和高128單元的具有特殊功能的專用寄存器存儲器空間（80H～

0FFH）。二、外部數(shù)據(jù)存儲器

MCS-51具有擴展64KB外部數(shù)據(jù)存儲器的能力。一、擴展目的

RAM是用來存放各種數(shù)據(jù)的，MCS-51系列8位單片機內部有128字節(jié)的RAM存儲器，CPU對內部RAM具有豐富的操作指令。但是，當單片機用于實時數(shù)據(jù)采集或處理大批量數(shù)據(jù)時，僅靠片內提供的RAM是遠遠不夠的。此時，我們可以利用單片機的擴展功能，擴展外部數(shù)據(jù)存儲器。外部數(shù)據(jù)存儲器只能采用間接尋址方式進行訪問。指令：MOVX例:MOVXA,@DPTR;讀外部RAM的數(shù)據(jù)

MOVX@DPTR,A;寫數(shù)據(jù)到外部RAM中【注】：1、外部RAM與外部I/O口統(tǒng)一編址。

2、數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器地址可完全重疊（0000H～

FFFFH）二、常用數(shù)據(jù)存儲器常用的外部數(shù)據(jù)存儲器：靜態(tài)RAM（SRAM）動態(tài)RAM(DRAM)。一般情況下，SRAM用于僅需要小于64KB數(shù)據(jù)存儲器的小系統(tǒng)，DRAM經(jīng)常用于需要大于64KB的大系統(tǒng)。靜態(tài)隨機存儲器，如6116（2K*8），6264（8K*8）三、擴展方法數(shù)據(jù)存儲器只用/WR、/RD擴展線，而不用/PESN。A0~Ai：地址輸入線。6116：i=10；6264：i=12；（2K~64K）I/O0~I/O7：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線（接P0.0~P0.7）/CE：片選信號輸入線（接地址線）/OE：讀選通信號輸入線(接