8051單晶片原理與程式設(shè)計

單晶片原理與程式設(shè)計

第一章

單晶片微電腦簡介

第二章

程式與編譯

第三章

8051單晶片程式指令

第四章

暫存器與資料記憶體

第五章

8051基本電路與輸出輸入實例

第六章

計時/計數(shù)器

第七章

中斷服務(wù)與中斷設(shè)定

第八章

串列埠

第一章單晶片微電腦簡介1.1 微電腦硬體結(jié)構(gòu) 微電腦硬體結(jié)構(gòu)包含中央處理單元、記憶體單元、輸入單元與輸出單元等四個主要單元，其結(jié)構(gòu)關(guān)係則如下圖所示。

其中，中央處理單元則是由運算單元與控制單元兩部分所組成的單元，即是一般所通稱的CPU(CenterProcessingUnit)，此為微電腦最重要的部分。以下就微電腦中各單元的功能做簡單介紹：1.運算單元(ArithmeticLogicUnit，簡稱ALU)運算單元又稱為算數(shù)邏輯單元，在中央處理單元中可用於執(zhí)行算數(shù)運算，(如：加、減、乘、除等)，以及邏輯運算(如：AND、OR、NOT等)，能將記憶體單元或輸入單元送至中央處理單元的資料執(zhí)行各種運算。當(dāng)運算完成後再由控制單元將結(jié)果資料送至記憶體單元或輸出單元。2.控制單元(ControlUnit，簡稱CU)此單元在中央處理單元中，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)與指揮各單元間的資料傳送與運作，使得微電腦可依照指令的要求完成工作。在執(zhí)行一個指令時，控制單元先予以解碼(Decode)，瞭解指令的動作意義後再執(zhí)行(Execute)該指令，因此控制單元將指令逐一執(zhí)行，直到做完整個程式的所有指令為止。3.輸入單元(InputUnit，簡稱IU)此單元是用以將外部的資訊傳送到CPU做運算處理或存入記憶體單元，一般在為電腦的輸入單元有鍵盤、磁碟機、光碟機、滑鼠、光筆、掃描器或讀卡機等週邊設(shè)備。4.輸出單元(OutputUnit，簡稱OU)此單元是用以將CPU處理過的資料輸出或儲存?zhèn)魉屯獠窟L邊設(shè)備，一般在為電腦的輸出單元有顯示器、印表機、繪圖機、燒錄機或磁碟機等週邊設(shè)備。5.記憶體單元(MemoryUnit，簡稱MU)記憶體單元是用來儲存輸入單元傳送來的資料，或儲存經(jīng)過中央處理單元處理完成的資料。記憶體單元之記憶體可分為主記憶體(MainMemory)與輔助記憶體(AuxiliaryMemory)兩種，而主記憶體依存取方式不同，又可分為唯讀記憶體(ReadOnlyMemory，簡稱ROM)與隨機存取記憶體(RandomAccessMemory，簡稱RAM)。ROM所儲存的資料，在微電腦中只能被讀出但不能被寫入，也不會因為關(guān)機斷電而使資料流失；至於RAM在微電腦中，則可被讀出或?qū)懭胭Y料，但在關(guān)機斷電後儲存於RAM中的資料將會流失。輔助記憶體則是指磁片、硬碟或磁帶等週邊硬體，一般亦為輸出入單元，主要用來彌補主記憶體的不足，其容量可無限制擴充。1-28051單片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：8051為Intel公司所推出的MCS-51系列產(chǎn)品之一，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：

8051單片具有以下之特性：1.

專為控制使用所設(shè)計的8位元單晶片。2.

具有位元邏輯運算能力。3.

具有128位元的RAM，以及4K位元的ROM。4.

具有4個8位元I/O埠。5.

具有2個16位元的計時/計數(shù)器。6.

具有全雙工的UART。7.

具有5個中斷源及兩層中斷優(yōu)先權(quán)結(jié)構(gòu)。8.

具有時脈產(chǎn)生電路。

具有外部電路擴充64位元程式記憶體的能力。1-38051單晶片的接腳：8051為40支接腳之單晶片，其接腳圖與功能說明如下：1.

Vcc：+5電源供應(yīng)接腳。2.

GND：接地接腳。

3.P0.0~P0.7：埠0，為開洩極(OpenDrain)雙向I/O埠。在做為外部擴充記憶體時，可低八位元位址線

(A0~A7addressline)與資料匯流排(databus)雙重功能。在做為一般I/O埠時必須加上如下之外部提升電路。4.

P1.0~P1.7：埠1，為具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O埠。5.

P2.0~P2.7：埠2，為具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O埠。在做為外部擴充記憶體時，可為高八位元位址線(A8~A15addressline)。6.

P3.0~P3.7：埠3，為具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O埠。此外，埠3的每支接腳都具有另一特殊功能，其功能如下：RXD(P3.0)：串列傳輸?shù)慕邮斩恕XD(P3.1)：串列傳輸?shù)妮敵龆恕?P3.2)：外部中斷輸入端。(P3.3)：外部中斷輸入端。T0(P3.4)：計時/計數(shù)器外部輸入端。T1(P3.5)：計時/計數(shù)器外部輸入端。(P3.6)：外部資料記憶體寫入激發(fā)信號(Strobe)。(P3.7)：外部資料記憶體讀取激發(fā)信號(Strobe)。7.

RST：重置信號(Reset)輸入端。在單晶片工作時，將此腳保持在“Hi”兩個機械週期，CPU將重置。8.

ALE：位址鎖住致能(AddressLatchEnable)，在每個機械週期都會出現(xiàn)，可做為外部電路的時脈源。9.

：程式激發(fā)致能(ProgramStrobeEnable)，可輸入外部程式記憶體的讀取信號。10.

：外部存取致能(ExternalAccessEnable)，當(dāng)EA接腳為“L0”時，則讀取外部程式記憶體執(zhí)行。11.

XTAL1：反相振盪放大器的輸入端。

12.XTAL2：反相振盪放大器的輸出端。其基本電路連接如下：基本電路圖12MHz8051XTAL1XTAL2RST193118912MHz8051XTAL1XTAL2RST1931189

第二章

程式與編譯§2-1程式編寫流程8051單晶片應(yīng)用於控制上時，整體系統(tǒng)的設(shè)計包括軟體程式及硬體電路兩方面。硬體電路設(shè)計是依受控系統(tǒng)之不同而異，雖然有時候系統(tǒng)的某些功能可以採用軟體或硬體來完成，但在考量硬體成本及8051單晶片運算能力所及程度，以軟體程式來完成為較佳方法。對於8051單晶片之編譯流程如下：

編譯流程圖

§2-28051組合語言程式的格式8051組合語言程式是由一列一列的敘述(statement)所組成，而程式的執(zhí)行則須先經(jīng)8051組譯器編譯後，並經(jīng)燒錄器燒錄至8051單晶片中方可執(zhí)行。而8051組合語言的格式則是由4個欄位所構(gòu)成，其格式如下：〔Label〕〔Mnemonic〕〔Operand〕〔Comment〕標(biāo)記欄

指令欄

運算元欄註解欄1.

標(biāo)記欄（Label）標(biāo)記的功用是用以替代繁複的記憶體位址計算，以方便程式的編寫、分析與維護。標(biāo)記的編寫必須從文書編輯軟體的第一格開始，標(biāo)記可以由英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字、問號及底線字元組合而成，長度最多可以達32個位元，最後必須以冒號來結(jié)束。2.

指令欄（Mnemonic）指令可分為兩種，一種是8051單片指令，另一種則是編譯程式的虛指令，用以通知編譯器對程式作某些特定的處理。如果一列指令開頭沒有標(biāo)記時，則指令前必須保留一個以上的空格。3.

運算元欄（Operand）運算元依指令決定需要與否，且其需要長度亦依指令而異。4.

註解欄（Comment）

註解欄是以分號起頭的一段說明文字，直到該行結(jié)束?？商峁┏淌皆O(shè)計師註解說明。

第三章

8051單晶片程式指令8051單晶片程式指令依其功能，可分為以下5類：1.

算術(shù)指令2.

邏輯指令3.

資料轉(zhuǎn)移指令4.

布林（Boolean）運算指令5.

程式跳躍指令以下就上列指令；分別說明每個指令動作、佔用的位元數(shù)及執(zhí)行時間週期：指令表

指令符號定義符號說明Rn所選擇暫存器庫中之R0~R7，n=0~7。direct直接定址位址。@Ri間接定址位址，i=0或1。#data8位元資料常數(shù)。#data1616位元資料常數(shù)。addr1111位元位址常數(shù)，使用於ACALL及AJMP指令。addr1616位元位址常數(shù)，使用於LCALL及LJMP指令。rel8位元偏移位址常數(shù)，使用於SJMP及相對跳躍指令中。bit位元定址位址?！杂曳劫Y料取代左方資料。(X)將X內(nèi)容取出。((X))以X內(nèi)容為位址，以間接定址方式取出資料。rrrn之2進制值。如n=6，rrr=110。符號定義算數(shù)運算指令指令說明位元組機械週期ADDA，Rn將暫存器內(nèi)容加入A累加器11ADDA，direct將直接位址內(nèi)容加入A累加器21ADDA，@Ri將間接位址內(nèi)容加入A累加器11ADDA，#data將8位元常數(shù)資料加入A累加器21ADDCA，Rn將暫存器與進位CF加入A累加器11ADDCA，direct直接位址內(nèi)容與進位CF加入累加器21ADDCA，@Ri間接位址內(nèi)容與進位CF加入累加器11ADDCA，#data將8位元常數(shù)資料與進位加入累加器21SUBBA，RnA累加器內(nèi)容減暫存器與借位CF11SUBBA，directA累加器內(nèi)容減直接位址內(nèi)容與借位21SUBBA，@RiA累加器內(nèi)容減間接位址內(nèi)容與借位11SUBBA，#data累加器內(nèi)容減8位元常數(shù)資料與借位21INCAA累加器內(nèi)容加111INCRn暫存器內(nèi)容加111INCdirect直接位址內(nèi)容加121INC@Ri間接位址內(nèi)容加111INCDPTR資料指標(biāo)DPTR內(nèi)容加112DECAA累加器內(nèi)容減111DECRn暫存器內(nèi)容減111DECdirect直接位址內(nèi)容減121DEC@Ri間接位址內(nèi)容減111MULABA累加器乘以暫存器B，相乘結(jié)果之高8位元存入B，低8位元存入A14DIVABA累加器除以暫存器B，相除結(jié)果之商存入A，餘數(shù)存入B14DAAA累加器內(nèi)容調(diào)整成10進制BCD數(shù)11算數(shù)運算指令

邏輯運算指令指令說明位元組機械週期ANLA，Rn暫存器AND至A累加器內(nèi)11ANLA，direct直接位址內(nèi)容AND至A累加器內(nèi)21ANLA，@Ri間接位址內(nèi)容AND至A累加器內(nèi)11ANLA，#data8位元資料AND至A累加器內(nèi)21ANLdirect，AA累加器內(nèi)容AND至直接位址內(nèi)21ANLdirect，#data8位元資料AND至直接位址內(nèi)32ORLA，Rn暫存器OR至A累加器內(nèi)11ORLA，direct直接位址內(nèi)容OR至A累加器內(nèi)21ORLA，@Ri間接位址內(nèi)容OR至A累加器內(nèi)11ORLA，#data8位元資料OR至A累加器內(nèi)21ORLdirect，AA累加器內(nèi)容OR至直接位址內(nèi)21ORLdirect，#data8位元資料OR至直接位址內(nèi)32XRLA，Rn暫存器XOR至A累加器內(nèi)11XRLA，direct直接位址內(nèi)容XOR至A累加器內(nèi)21XRLA，@Ri間接位址內(nèi)容XOR至A累加器內(nèi)11XRLA，#data8位元資料XOR至A累加器內(nèi)21XRLdirect，AA累加器內(nèi)容XOR至直接位址內(nèi)21XRLdirect，#data8位元資料XOR至直接位址內(nèi)32CLRA清除A累加器11CPLAA累加器內(nèi)容取補數(shù)11RLAA累加器內(nèi)容向左旋轉(zhuǎn)1位元11RLCAA累加器與進位CF一起左旋1位元11RRAA累加器內(nèi)容向右旋轉(zhuǎn)1位元11RRCAA累加器與進位CF一起右旋1位元11SWAPAA累加器的高低4位元互相交換11邏輯運算指令

資料轉(zhuǎn)移指令指令說明位元組機械週期MOVA，Rn將暫存器內(nèi)容移入A累加器11MOVA，direct將直接位址內(nèi)容移入A累加器21MOVA，@Ri暫存器間接位址內(nèi)容移入A累加器11MOVA，#data將8位元常數(shù)資料移入A累加器21MOVRn，A將A累加器內(nèi)容移入暫存器11MOVRn，direct將直接位址內(nèi)容移入暫存器22MOVRn，#data將8位元常數(shù)資料移入暫存器21MOVdirect，A將A累加器內(nèi)容移入直接位址內(nèi)21MOVdirect，Rn將暫存器內(nèi)容移入直接位址內(nèi)22MOVdirect，direct將直接位址內(nèi)容移入直接位址內(nèi)32MOVdirect，@Ri暫存器間接定址內(nèi)容移入直接位址內(nèi)22MOVdirect，#data將8位元常數(shù)資料移入直接位址內(nèi)32MOV@Ri，A將A累加器內(nèi)容移入間接位址內(nèi)11MOV@Ri，direct將直接位址內(nèi)容移入間接位址內(nèi)22MOV@Ri，#data將8位元常數(shù)資料移入間接位址內(nèi)21MOVDPTR，#data16將16位元常數(shù)資料移入資料指標(biāo)內(nèi)32MOVCA，@A+DPTR將程式記憶體內(nèi)容移入A累加器內(nèi)12MOVCA，@A+PC將程式記憶體內(nèi)容移入A累加器內(nèi)12MOVXA，@Ri將外部資料記憶體內(nèi)容移入A累加器12MOVXA，@DPTR將外部資料記憶體內(nèi)容移入A累加器12MOVX@Ri，A將A累加器內(nèi)容移入外部資料記憶體12MOVX@DPTR，A將A累加器內(nèi)容移入外部資料記憶體12PUSHdirect將直接位址內(nèi)容存入堆疊內(nèi)22POPdirect自堆疊頂端取出資料存入直接位址內(nèi)22XCHA，RnA累加器內(nèi)容與暫存器內(nèi)容互換11XCHA，directA累加器內(nèi)容與直接位址內(nèi)容互換21XCHA，@RiA累加器內(nèi)容與間接位址內(nèi)容互換11XCHDA，@Ri累加器與間接位址低4位元內(nèi)容互換11資料轉(zhuǎn)移指令布林運算指令指令說明位元組機械週期CLRC清除進位旗標(biāo)CF＝011CLRbit清除位元位址內(nèi)容21SETBC設(shè)定進位旗標(biāo)CF＝111SETBbit設(shè)定位元位址內(nèi)容21CPLC將進位旗標(biāo)CF內(nèi)容取補數(shù)11CPLbit將位元位址內(nèi)容取補數(shù)21ANLC，bit將位元位址內(nèi)容AND至CF內(nèi)21ANLC，/bit將位元位址內(nèi)容取補數(shù)AND至CF內(nèi)22ORLC，bit將位元位址內(nèi)容OR至CF內(nèi)22ORLC，/bit將位元位址內(nèi)容取補數(shù)OR至CF內(nèi)22MOVC，bit將位元位址內(nèi)容移入進位旗標(biāo)CF內(nèi)21MOVbit，C將進位旗標(biāo)CF移入位元位址內(nèi)22JCrel若CF＝1，則跳至相對位址rel22JNCrel若CF＝0，則跳至相對位址rel22JBbit，rel若(bit)＝1，則跳至相對位址rel32JNBbit，rel若(bit)＝0，則跳至相對位址rel32JBCbit，rel若(bit)＝1，則跳至相對位址rel，同時清除位元位址bit內(nèi)容32布林運算指令程式分支指令指令說明位元組機械週期ACALLaddrl1副程式呼叫(可定址2KB範(fàn)圍)22ACALLaddrl6副程式呼叫(可定址64KB範(fàn)圍)32RET自副程式返回主程式12RETI自中斷副程式返回主程式12AJMPaddrl1絕對跳躍(2KB範(fàn)圍)32LJMPaddrl6遠程跳躍(64KB範(fàn)圍)32SJMPrel相對跳躍(-128byte~+127byte)22JMP@A+DPTR間接跳躍(64KB範(fàn)圍)12JZrel若A＝0，則跳至rel位址範(fàn)圍-128byte~+127byte22JNZrel若A≠0，則跳至rel位址範(fàn)圍-128byte~+127byte22CJNEA，direct，rel若A累加器與直接位址內(nèi)容不相等，則跳至rel位址範(fàn)圍-128byte~+127byte32CJNEA，#data，rel若A≠data，則跳至rel位址，範(fàn)圍-128byte~+127byte32CJNERn，#data，rel若暫存器內(nèi)容≠data，則跳至rel位址範(fàn)圍-128byte~+127byte32CJNE@Ri，#data，rel若間接位址內(nèi)容≠data，則跳至rel位址，範(fàn)圍-128byte~+127byte32DJNZRn，rel暫存器內(nèi)容減1，若不等於0，則跳至rel位址22DJNZdirect，rel直接位址內(nèi)容減1，若不等於0，則跳至rel位址32NOP無動作11程式分支指令資料表示形式：以資料的轉(zhuǎn)移為例，來說明直接資料、直接定址位址、間接定址位址的差異：1.

假設(shè)Acc的值為0，執(zhí)行直接資料轉(zhuǎn)移。Mov A #FFH；十六進制值表示法(或 Mov A #255)；十進制值表示法則Acc的值變?yōu)?55２.

假設(shè)Acc的值為0，執(zhí)行直接定址位址之資料轉(zhuǎn)移。Mov A #40H(或 Mov A #64)則Acc的值變?yōu)?55３.

假設(shè)Acc的值為0，且記憶體位址40H的內(nèi)容FFH與暫存器R0的內(nèi)容為40H。Mov A @R0則Acc的值變?yōu)?55以上三種資料轉(zhuǎn)移方式都會使Acc變?yōu)?55以圖示來說明其差異：直接資料

AccFFH(或255)Acc間接定址位址

(暫存器)(內(nèi)容)R0：40H(位址)(內(nèi)容)40H：FFH直接定址定址

Acc(位址)(內(nèi)容)40H：FFH

第四章暫存器與資料記憶體§4-1累加器累加器（Accumulator）一般以A或Acc簡稱，是使用頻率最高的暫存器，許多算數(shù)運算、邏輯運算及資料搬移等工作，都需要藉由累加器來完成。

§4-2工作暫存器在8051中共有8個8位元（bits）工作暫存器，分別為0、1、2、3、4、5、6及7。這些工作暫存器可用以輔助累加器在運算上的不足，如儲存即將被處理的資料，或已完成的結(jié)果及迴圈數(shù)值控制等。由於在撰寫較複雜程式尤其是呼叫副程式時，為了避免工作暫存器之內(nèi)容遭到破壞，在8051中提供四個暫存器庫，分別為RB、RB1、RB及RB3，每一個暫存器庫均有個8位元工作暫存器，並可經(jīng)由工作暫存器0～7來存取，但程式執(zhí)行中只能選擇四個暫存器庫中的一個暫存器來使用，而其選擇方法則可透過設(shè)定RS1與RS0此兩位元來選擇：

RS1RS0暫存器庫位址

00RB000H~07H

01RB108H~0FH

10RB210H~17H

11RB318H~1FH

當(dāng)8051選擇使用RB0時，程式中存取R0～R7暫存器的值，實際上是在存取資料記憶體位址00H～07H的內(nèi)容；而使用RB1時，程式中存取R0～R7暫存器的值，實際上是在存取資料記憶體位址08H～0FH的內(nèi)容；而使用RB2時，程式中存取R0～R7暫存器的值，實際上是在存取資料記憶體位址10H～17H的內(nèi)容；而使用RB3時，程式中存取R0～R7暫存器的值，實際上是在存取資料記憶體位址18H～1FH的內(nèi)容。所以在複雜程式中，主程式與副程式可分配使用不同暫存器庫，即可避免暫存器的值被破壞?！?-3輸出/輸入埠暫存器8051具有4個8位元(bits)的輸出輸入埠，經(jīng)由這四個輸出輸入埠與外界進行資料交換因此在8051內(nèi)部用個暫存器來記錄輸出/輸入接腳的狀態(tài)，分別為資料記憶體80H、90H、A0H、B0H等四個位元組(byte)，並一輸出/輸入埠分別命名為P0、P1、P2及P3。當(dāng)軟體程式對輸出輸入埠P0～3作輸出/輸入的動作，即是對80H、90H、A0H及B0H等四個位元組作寫入/讀出的動作。§4-4資料記憶體8051的記憶體可分為兩大部份，一是程式記憶體，即是使用者撰寫軟體程式的存放記憶體區(qū)塊;另一是資料記憶體，是用以存放程式執(zhí)行結(jié)果所使用的記憶體。而在8051中暫存器與資料記憶體則是結(jié)合在一起，均存放在資料記憶體中，及結(jié)構(gòu)如下圖所示：SFR的內(nèi)部結(jié)構(gòu)F8

FFF0B

F7E8

EFE0ACC

E7D8

DFD0PSW

D7C8

CFC0

C7B8IP

BFB0P3

B7A8IE

AFA0P2

A798SCONSBUF

9F90P1

9788TCONTMODTLOTL1TH0TH1

8F80P0SPDPL

PCON87此行記憶體位元組可做位元定址。在SFR內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖中可以發(fā)現(xiàn)累加器Acc、四個輸出/輸入暫存器0、1、2及P3。其他暫存器的功能簡介如下：B：用於乘、除法中所使用到之暫存器。PSW（ProgramStatusWord）：程式狀態(tài)字元暫存器。IP（InterruptPriorityRegister）：中斷優(yōu)先暫存器。IE（InterruptEnableRegister）：中斷致能暫存器。SCON（SerialPortControlRegister）：串列埠控制暫存器。SBUF（SerialPortBuffer）：串列埠資料緩衝器。TCON（Timer/CounterControlRegister）：計時/計數(shù)控制暫存器。TMOD（Timer/CounterModeControlRegister）：計時/計數(shù)模式控制暫存器。TL0：Timer016位元計時/計數(shù)直之低8位元TL1：Timer116位元計時/計數(shù)直之低8位元TH0：Timer016位元計時/計數(shù)直之高8位元TH1：Timer116位元計時/計數(shù)直之高8位元SP（StackPointer）：堆疊指標(biāo)暫存器。DPL：DPTR（DataPointer）資料指標(biāo)暫存器16位元值之低8位元值DPH：DPTR（DataPointer）資料指標(biāo)暫存器16位元值之高8位元值PCON（PowerControlRegister）：電源控制暫存器。SFR內(nèi)各暫存器的值在8051重置（Reset）後，會自動設(shè)如下：暫存器二進位表示值*Acc00000000*B00000000*PSW00000000SP00000111DPTRDPHDPL

0000000000000000*P011111111*P111111111*P211111111*P311111111IPXXXX0000IE0XX00000TMOD00000000*TCOM00000000TH000000000TL000000000TH100000000TL100000000*SCON00000000SBUFXXXXXXXXPCONHMOS0XXXXXXXCHMOS0XXX0000X：未定*：可位元定址另外在資料記憶體中，亦可以位元定址00H～7共248個位元位址，其在記憶中之位址如下圖：F0H

F7F6F5F4F3F2F1F0BE0H

E7E6E5E4E3E2E1E0AccD0H

CYD7ACD6F0D5RS1D4RS0D30VD2D1PD0PSWB8H

－－－PSBCPT1BBPX1BAPT0B9PX0B8IPB0H

B7B6B5B4B3B2B1B0P3A8H

AF－－ESACET1ABEX1AAET0A9EX0A8IEA0H

A7A6A5A4A3A2A1A0P298H

SM09FSM19ESM29DREN9CTB89BRB89ATI99RI98SCON90H

9796959493929190P188H

TF18FTR18ETF08DTR08CIE18BIT18AIE089IT088TCON80H

8786858483828180P07FH∫30H一般資料存放區(qū)或堆疊區(qū)

2FH

7F7E7D7C7B7A7978

2EH

|

|

2DH

|

|

2CH

|

|

2BH

|

|

2AH

|

|

29H

|

|

28H

|

|

27H

|

|

26H

|

|

25H

2F－－－－－－28

24H

27－－－－－－20

23H

1F1E1D1C1B1A1918

22H

17－－－－－－10

21H

0F－－－－－－08

20H

0706050403020100

RB3

RB2

RB1

RB0

在上圖表中，最左側(cè)為可位元定址記憶體的位址；中間數(shù)字代表可畏原定址的位元位址，其中位元位址上之文字即為該位元的名稱；最右側(cè)為暫存器的名稱。在位原定址使用上，8051提供具彈性的使用方法，例如：1.

將位址20H的第0Bit設(shè)定為1，可以寫成下面兩種方式：SETP00H；位元定址SETB20H.0；第20H位元組的第0位元2.

將P0的第3Bit清除為0，可以寫成下面三種方式：CLR83H；位元位址CLR80H.3；第80H位元組的第3位元CLRP0.3；P0暫存暫存器的第3位元3.

將IT0位元的值反相，可以寫成下面四種方式：CPL88H；位元位址CPL88H.0；第88位元組的第0位元CPLIT0；位元名稱CPLTCON.0；TCON暫存器的第0位元

第五章8051基本電路與輸出輸入實例§5-1基本電路8051單晶片是同步式的順序邏輯系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的工作完全是依賴系統(tǒng)內(nèi)部的時脈信號，用以來產(chǎn)生各種動作週期及同步信號。在8051單晶片中已內(nèi)建時脈產(chǎn)生器，在使用時只需接上石英振盪晶體及電容就可以讓系統(tǒng)產(chǎn)生正確的時脈信號。為方便說明及應(yīng)用，對於往後章節(jié)中之實例均利用下列之基本硬體時脈振盪電路?；居搀w時脈振盪電路圖§5-2資料的輸出實例下圖是本例的電路圖：電路圖程式1：以邏輯旋轉(zhuǎn)指令，輸出P0到P3之走馬燈。;

;

本程式以P0到P3為輸出

程式下載

;

;

應(yīng)用指令:

;

旋轉(zhuǎn)指令RL

;

互斥或指令XRL

;

包括進位旗標(biāo)之右旋轉(zhuǎn)指令RLC

;

邏輯相反指令CPL

;

;

動作:當(dāng)LED全亮?xí)r則逐點暗掉,當(dāng)LED全暗時則逐點亮起

;

說明:暫存器R0用以控制P0到P3為全亮或全暗,R1用以控制目前掃描的位置

;

ORG00H

JMPSTART

;規(guī)避00H至2FH間之中斷向量執(zhí)行位址

ORG30H

;

MOVSP,#30H

;將堆疊指標(biāo)重新指向

MOVA,#00H

MOVP3,A

;輸出資料至埠3

CALLDELAY

MOVP2,A

;輸出資料至埠2

CALLDELAY

MOVP1,A

;輸出資料至埠1

CALLDELAY

MOVP0,A

;輸出資料至埠0

CALLDELAY

START:

MOVA,#01H

RT0:

MOVR1,A

XRLA,P0

;與埠0執(zhí)行互斥或

MOVP0,A

;輸出資料至埠0

CALLDELAY

;呼叫0.2秒延遲副程式

MOVA,R1

CLRC

;清除進位旗標(biāo)

RLCA

;與進位旗標(biāo)一起向左旋轉(zhuǎn)

JNCRT0

;若進位旗標(biāo)不為0則跳回再次執(zhí)行

MOVA,#01H

RT1:

MOVR1,A

XRLA,P1

;與埠1執(zhí)行互斥或

MOVP1,A

;輸出資料至埠1

CALLDELAY

;呼叫0.2秒延遲副程式

MOVA,R1

CLRC

;清除進位旗標(biāo)

RLCA

;與進位旗標(biāo)一起向左旋轉(zhuǎn)

JNCRT1

;若進位旗標(biāo)不為0則跳回再次執(zhí)行

MOVA,#01H

RT2:

MOVR1,A

XRLA,P2

;與埠2執(zhí)行互斥或

MOVP2,A

;輸出資料至埠2

CALLDELAY

;呼叫0.2秒延遲副程式

MOVA,R1

CLRC

;清除進位旗標(biāo)

RLCA

;與進位旗標(biāo)一起向左旋轉(zhuǎn)

JNCRT2

;若進位旗標(biāo)不為0則跳回再次執(zhí)行

MOVA,#01H

RT3:

MOVR1,A

XRLA,P3

;與埠3執(zhí)行互斥或

MOVP3,A

;輸出資料至埠3

CALLDELAY

;呼叫0.2秒延遲副程式

MOVA,R1

CLRC

;清除進位旗標(biāo)

RLCA

;與進位旗標(biāo)一起向左旋轉(zhuǎn)

JNCRT3

;若進位旗標(biāo)不為0則跳回再次執(zhí)行

JMPSTART

DELAY:

MOVR5,#10

;延遲時間約為R5*20mS

D1:

MOVR6,#40

D2:

MOVR7,#249

DJNZR7,$

DJNZR6,D2

DJNZR5,D1

RET

END程式2：以查表法，輸出P0到P3之走馬燈。;

;

本程式以P0到P3為輸出(查表法運用)

程式下載

;

;

應(yīng)用指令:

;

BD虛指令用以定義資料

;

間接資料指標(biāo)暫存器DPTR之設(shè)定與索引定指法應(yīng)用

;

比較是否相等指令CJNE,若不等則跳躍

;

暫存器累加1指令

;

;

動作:LED逐一亮起後再逐一滅掉

;

說明:利用間接資料指標(biāo)暫存器DPTR讀取資料庫之資料並顯示在各輸出埠上

;

ORG00H

JMP

START

;規(guī)避00H至2FH間之中斷向量執(zhí)行位址

ORG

30H

;

MOV

SP,#30H

;將堆疊指標(biāo)重新指向

START:

MOV

A,#00

MOV

P3,A

;輸出資料至埠3

CALL

DELAY

;呼叫0.2秒延遲副程式

MOV

P2,A

;輸出資料至埠2

CALL

DELAY

;呼叫0.2秒延遲副程式

MOV

P1,A

;輸出資料至埠1

CALL

DELAY

;呼叫0.2秒延遲副程式

MOV

P0,A

;輸出資料至埠0

CALL

DELAY

;呼叫0.2秒延遲副程式

LOOP:

MOV

DPTR,#DAT

;載入資料DAT之位址至資料指標(biāo)暫存器DPTR中

RT0:

MOV

A,#0

MOVC

A,@A+DPTR

;載入DPTR所指位址之資料至累積器A中

MOV

P0,A

;輸出資料至埠0

CALL

DELAY

;呼叫0.2秒延遲副程式

INC

DPTR

;將DPTR加1,即用於指向下一筆資料

CJNE

A,#FFH,RT0

;比較A是否為值FFH,若否則跳回RT0重新執(zhí)行

RT1:

MOV

A,#0

MOVC

A,@A+DPTR

;載入DPTR所指位址之資料至累積器A中

MOV

P1,A

CALL

DELAY

INC

DPTR

CJNE

A,#FFH,RT1

RT2:

MOV

A,#0

MOVC

A,@A+DPTR

;載入DPTR所指位址之資料至累積器A中

MOV

P2,A

CALL

DELAY

INC

DPTR

CJNE

A,#FFH,RT2

RT3:

MOV

A,#0

MOVC

A,@A+DPTR

;載入DPTR所指位址之資料至累積器A中

MOV

P3,A

CALL

DELAY

INC

DPTR

CJNE

A,#FFH,RT3

RT4:

MOV

A,#0

MOVC

A,@A+DPTR

;載入DPTR所指位址之資料至累積器A中

MOV

P3,A

;輸出資料至埠3

CALL

DELAY

;呼叫0.2秒延遲副程式

INC

DPTR

;將DPTR加1,即用於指向下一筆資料

CJNE

A,#0,RT4

;比較A是否為值0,若否則跳回RT4重新執(zhí)行

RT5:

MOV

A,#0

MOVC

A,@A+DPTR;載入DPTR所指位址之資料至累積器A中

MOV

P2,A

CALL

DELAY

INC

DPTR

CJNE

A,#0,RT5

RT6:

MOV

A,#0

MOVCA,@A+DPTR;載入DPTR所指位址之資料至累積器A中

MOV

P1,A

CALL

DELAY

INC

DPTR

CJNE

A,#0,RT6

RT7:

MOV

A,#0

MOVC

A,@A+DPTR;載入DPTR所指位址之資料至累積器A中

MOV

P0,A

CALL

DELAY

INC

DPTR

CJNE

A,#0,RT7

JMP

LOOP

DELAY:MOV

R5,#10

D1:

MOV

R6,#40

D2:

MOV

R7,#249

DJNZ

R7,$

DJNZ

R6,D2

DJNZ

R5,D1

RET

DAT:

DB

01H,03H,07H,0FH,1FH,3FH,7FH,FFH

DB

01H,03H,07H,0FH,1FH,3FH,7FH,FFH

DB

01H,03H,07H,0FH,1FH,3FH,7FH,FFH

DB

01H,03H,07H,0FH,1FH,3FH,7FH,FFH

DB

7FH,3FH,1FH,0FH,07H,03H,01H,00H

DB

7FH,3FH,1FH,0FH,07H,03H,01H,00H

DB

7FH,3FH,1FH,0FH,07H,03H,01H,00H

DB

7FH,3FH,1FH,0FH,07H,03H,01H,00H

END程式技巧說明：

在上列兩程式均將P0~P3做為輸出埠，程式中ORG為虛指令，用以告知編譯器將其下之程式，放置於程式記憶體中之位址。由於8051之中斷向量位址，如下圖，故程式撰寫時應(yīng)養(yǎng)成不使用這部分之記憶體。

中斷源中斷向量ResetTimer0 Timer1UART(TXD)UART(RXD)0000H0003H000BH0013H001BH0023H002BH首先，8051啟動後，須給予一Reset信號，則程式由0000H位址開始執(zhí)行，而程式中JMPSTART指令則是用以規(guī)避中斷向量，故ORG30H則指定另一程式記憶體放置起始點。

另外，CALLDELAY指令則是用以呼叫延遲副程式，而在副程式中是以RET做為結(jié)束，執(zhí)行到RET後則在跳回主程式中繼續(xù)執(zhí)行?！?-3資料的輸入實例：下圖示本例之電路圖：電路圖程式：以P3.7為切換開關(guān)設(shè)定不同顯示P0~P2之走馬燈模式，當(dāng)P3.7為0時P0到P2為全亮或全暗，當(dāng)全亮則逐點暗掉，若全暗則會逐點亮起。P3.0~P3.6則用以設(shè)定走馬燈執(zhí)行的速度。;

;

本程式以P0到P2為輸出,P3為輸入,

程式檔

;

;

應(yīng)用指令:

;

旋轉(zhuǎn)指令RL

;

互斥或指令XRL

;

堆疊PUSH和POP

;

;

動作:以P3.7為切換開關(guān)設(shè)定不同顯示方式,

;

當(dāng)P3.7為0時LED全亮?xí)r則逐點暗掉,當(dāng)LED全暗時則逐點亮起,

;

P3.0~6為延遲時間長短控制

;

;

說明:暫存器R0用以控制P0到P3為全亮或全暗,R1用以控制目前掃描的位置

;

暫存器R2用以儲存延遲時間之設(shè)定

;

ORG00H

JMPINIT

;規(guī)避00H至2FH間之中斷向量執(zhí)行位址

ORG30H

INIT:

MOVSP,#30H

;將堆疊指標(biāo)重新指向

MOVR2,#25

;暫存器R2設(shè)定初始延遲時間25*20mS

MOVA,#00H

;將埠2至埠0設(shè)定為全滅

MOVR3,A

MOVA,R3

MOVP2,A

CALLDELAY

MOVA,R3

MOVP1,A

CALLDELAY

MOVA,R3

MOVP0,A

CALLDELAY

START:

MOVR2,#25

;暫存器R5設(shè)定初始延遲時間25*20mS

MOVA,R3

CPLA

MOVR3,A

MOVP2,A

CALLDELAY

MOVA,R3

MOVP1,A

CALLDELAY

MOVA,R3

MOVP0,A

CALLDELAY

LOOP:

MOVA,P3

;讀入埠3之設(shè)定資料

CPLA

;將資料作反相邏輯運算

PUSHA

;將累積器A資料存入堆疊中

ANLA,#7FH

;將累積器A資料與值7FH做邏輯AND運算

MOVR2,A

;將累積器A資料存入R5中做為延遲時間之設(shè)定值

MOVA,#01H

RT0:

MOVR1,A

XRLA,P0

MOVP0,A

CALLDELAY

MOVA,R1

CLRC

RLCA

JNCRT0

MOVA,#01H

RT1:

MOVR1,A

XRLA,P1

MOVP1,A

CALLDELAY

MOVA,R1

CLRC

RLCA

JNCRT1

MOVA,#01H

RT2:

MOVR1,A

XRLA,P2

MOVP2,A

MOVR3,A

CALLDELAY

MOVA,R1

CLRC

RLCA

JNCRT2

POPA

;將之前堆疊中資料取出

JBA.7,LOOP

;若累積器A為1則跳回到LOOP重新執(zhí)行

JMPSTART

;若累積器A為0則跳回到START重新執(zhí)行

DELAY:

MOVA,R2

;載入R2之延遲時間設(shè)定

MOVR5,A

JNZD1

;若累積器A不為0則跳到D0執(zhí)行

MOVR5,#25

;當(dāng)R5為0時則重設(shè)延遲時間為25*20mS

D1:

MOVR6,#40

D2:

MOVR7,#249

DJNZR7,$

DJNZR6,D2

DJNZR5,D1

RET

END

第六章計時/計數(shù)器

§6-1計時/計數(shù)器的功能在8051單晶片的內(nèi)部有2個計時/計數(shù)器，可接收外界輸入的驅(qū)動信號，而能產(chǎn)生一個輸出信號以供讀取外界輸入信號發(fā)生的次數(shù)。如果這個外界輸入信號代表某一事件發(fā)生的次數(shù)，則計時/計數(shù)器即是在作事件的計數(shù)；如果這個外界輸入信號是一個固定頻率的信號，則計時/計數(shù)器則可用以作計算時間的工作。因此，8051單晶片的計時/計數(shù)器為一體兩面，完全取決於驅(qū)動信號的特質(zhì)而定。

§6-2計時/計數(shù)器的驅(qū)動與使用Timer0與Timer1是8051單晶片的兩個16位元計時/計數(shù)器，其計數(shù)值是存放於兩個8位元暫存器中，Timer0的計數(shù)是由TH0(Highbyte)及TL0(Lowbyte)來執(zhí)行，Timer1的計數(shù)是由TH1(Highbyte)及TL1(Lowbyte)來執(zhí)行。其位址分別位於SFR內(nèi)部記憶體的8CH、8AH、8DH及8BH中，如第四章之SFR記憶體圖所示。在程式撰寫上，編輯器允許直接使用暫存器的名稱TH0、TL0、TH1及TL1，亦可直接使用其暫存器位址，來作直接定址。在使用8051單晶片計時/計數(shù)器前須先設(shè)定計時/計數(shù)器模式控制暫存器(Timer/counterModeControlRegister，簡稱TMOD)及計時/計數(shù)器控制暫存器(Timer/counterControlRegister，簡稱TCON)兩個暫存器，此二暫存器分別用來決定Timer0及Timer1的工作模式及中斷執(zhí)行的控制設(shè)定。

§6-3TMOD模式控制暫存器之設(shè)定Timer的計時時脈來源有兩種，一種是8051單晶片的內(nèi)部時脈，一種是從T0與T1接腳所輸入的外部時脈。在8051單晶片接收時脈計時/計數(shù)時，會在每個機械週期值由〝1〞變?yōu)楱?〞時，將Timer的值累加1。而8051單晶片對時脈來源的選擇是由TMOD暫存器中的C/T位元來決定。當(dāng)C/T設(shè)定為1時，Timer使用外部時脈；當(dāng)C/T設(shè)定為0時，Timer使用內(nèi)部時脈。TMOD的結(jié)構(gòu)如下：TMOD檔當(dāng)TCON暫存器中的TR0(或TR1)為1時，則Timer0(或Timer1)由TMOD暫存器的GATE位元與INT0(或INT1)接腳構(gòu)成Timer的軟體控制；當(dāng)TCON暫存器中的TR0(或TR1)為0時，則Timer0(或Timer1)將停止計時/計數(shù)。若以布林帶數(shù)表示則為Y=(GATE+INTx)。Timer0與Timer1一共有四種模式，是由TMOD暫存器中的M0與M1位元來設(shè)定。以下為四種工作模式：1.模式0：(M1=M0=0，13位元計時/計數(shù)器)將Timer設(shè)定為模式0時，會形成一個13位元計時/計數(shù)器，計時/計數(shù)暫存器是由THx的8位元與TLx的低5位元所組成。當(dāng)TR0(或TR1)設(shè)定為1時，計時/計數(shù)器開始作動，若13個位元由全部為〝1〞變?yōu)槿繛楱?〞時，則會將Timer溢位旗號TFx設(shè)定為1。結(jié)合IE暫存器(中斷致能暫存器，InterruptEnableRegister)致能Timer0(或Timer1)，則8051單晶片會擷取TF0(或TF1)的資料，以偵測是否要產(chǎn)生中斷。當(dāng)8051單晶片執(zhí)行中斷副程式時會自動將TF0(或TF1)清除為0。將在下一章介紹8051單晶片中斷服務(wù)。Timer工作模式0時，13位元計時/計數(shù)值最大為8192(2的13次方)，因此，THx的值應(yīng)為計時/計數(shù)值除以32的商，TLx的值則為計時/計數(shù)值除以32的餘數(shù)。若計時/計數(shù)值為5000時，即TL0=#(8192-5000)×MOD×32TH0=#(8192-5000)/32則程式可寫為：MOVTL0，#(8192-5000)×MOD×32MOVTH0，#(8192-5000)/322.模式1：(M1=0，M0=1，16位元計時/計數(shù)器)模式0與模式1的動作幾乎相同，兩者之間的差別在於Timer工作在模式1時是16位元的計時/計數(shù)器。模式1計時/計數(shù)最大值為65536(2的16次方)，因此，THx的值應(yīng)為計時/計數(shù)值除以256的商，TLx的值則為計時/計數(shù)值除以256的餘數(shù)。若計時/計數(shù)值為5000時，即TH0=#(65536-5000)/256TL0=#(65536-5000)×MOD×256則程式可寫為：MOVTH0，#(65536-5000)/256MOVTL0，#(65536-5000)×MOD×256或?qū)懗桑篗OVTH0，#＞(65536-5000)MOVTL0，#＜(65536-5000)其中，〝＜〞符號是通知編譯器將後面的值取16位元的低位元組，而〝＞〞符號是通知編譯器將後面的值取16位元的高位元組。3.模式2：(M1=1，M0=0，8位元自動重新載入計時器)將Timer設(shè)定成模式2時，會形成一個8位元自動重新載入計時/計數(shù)器。當(dāng)計時/計數(shù)完畢後會產(chǎn)生TFx溢位旗號設(shè)定為1，並會將THx的值自動載入TLx中，因此，THx的值須事先由軟體設(shè)定。此模式適合用在需要固定時間的計時。模式2計時/計數(shù)最大值為256(2的8次方)，因此計時/計數(shù)值須同時存放於THx與TLx中。若計時/計數(shù)值為200時，即TH0=#(256-200)TL0=#(256-200)則程式可寫成MOVTH0，#(256-200)MOVTL0，#(256-200)4.模式3：(M1=1，M0=1，兩個8位元的計時器)Timer在模式3時，會將TH0與TL0分成兩個獨立的8位元計時器。TL0的計時器使用Timer0的控制信號，即C/T、GATE、TR0、INT0與TF0。而TH0則為計數(shù)機械週期的計數(shù)器，且使用Timer1的TR1及TF1做控制信號，因此TH0是控制Timer1計時/計數(shù)器。若使用Timer0的TL0計時/計數(shù)值為200時，即TL0=#(256-200)則程式可寫成MOVTL0，#(256-200)

TMOD暫存器在各種情形下的設(shè)定值：1.Timer0做計時器模式功能內(nèi)部控制外部控制013位元計時器00000000B00001000B116位元計時器00000001B00001001B28位元自動重新載入00000010B00001010B3兩個8位元計時器00000011B00001011B

2.Timer0做計數(shù)器模式功能內(nèi)部控制外部控制013位元計數(shù)器00000100B00001100B116位元計數(shù)器00000101B00001101B28位元自動重新載入00000110B00001110B3一個8位元計數(shù)器00000111B00001111B

3.Timer1做計時器模式功能內(nèi)部控制外部控制013位元計時器00000000B10000000B116位元計時器00010000B10010000B28位元自動重新載入00100000B10100000B3(TH0計時器)00110000B10110000B

4.Timer1做計數(shù)器模式功能內(nèi)部控制外部控制013位元計數(shù)器01000000B11000000B116位元計數(shù)器01010000B11010000B28位元自動重新載入01100000B11100000B3無--------

§6-4TCON控制暫存器之設(shè)定TCON為Timer的計時控制暫存器，其結(jié)構(gòu)如下：

TCON之圖

§6-5計時/計數(shù)器實例1.利用模式1做為計時，其電路圖如下：

電路圖

計時模式1程式;

;

本程式以計時方式掃描驅(qū)動,以P0.0為0.05秒的閃爍,

;

P1到P3分別為秒分時的輸出

;

;

應(yīng)用指令:

;

位元設(shè)定指令SETB用以設(shè)定位元為1

;

比較跳躍指令CJNE若暫存器與參數(shù)值比較不相等實則跳躍

;

位元為1時清除並跳躍指令JBC若暫存器位元為1則清除並跳躍

;

;

動作:P0.0之LED閃爍20Hz,秒分時以十進制二進位法顯示

;

說明:利用Timer0做0.05秒計時,並為求執(zhí)行時間控制,進位累加.

;

顯示秒.顯示分與顯示時分四次迴路執(zhí)行,以求可分別在0.05秒內(nèi)

;

執(zhí)行完畢

;

ORG00H

JMPSTART

ORG30H

MOVSP,#30H

;將堆疊指標(biāo)重新指向

START:

MOVTMOD,#01

;設(shè)定16位元計時模式

MOVP0,#0

;將埠0設(shè)定為全滅

MOVR6,#0

;頻率記數(shù)初值設(shè)定為0

MOVR0,#0

;時R2分R1秒R0初值設(shè)定為0

MOVR1,#0

MOVR2,#0

LOOP:

MOVTL0,#<(65536-46079)

;儲存16位元之低8位元

MOVTH0,#>(65536-46079)

;儲存16位元之高8位元

SETBTR0

;啟動計時

CJNER6,#20,SHOW

MOVR6,#0

SECINCR0

CJNER0,#60,WAIT

MOVR0,#0

INCR1

CJNER1,#60,WAIT

MOVR1,#0

INCR2

CJNER2,#12,WAIT

MOVR2,#0

JMPWAIT

SHOW:

CJNER6,#10,SHOW1

MOVA,R0

CALLBCD

;呼叫轉(zhuǎn)換為二進位時進制副程式

MOVP1,A

SHOW1:

CJNER6,#11,SHOW2

MOVA,R1

CALLBCD

;呼叫轉(zhuǎn)換為二進位時進制副程式

MOVP2,A

SHOW2:

CJNER6,#12,WAIT

MOVA,R2

CALLBCD

;呼叫轉(zhuǎn)換為二進位時進制副程式

MOVP3,A

WAIT:

JBCTF0,OVERFLOW

;測試是否計時完畢產(chǎn)生溢位

JMPWAIT