《微機(jī)原理與應(yīng)用》全套教學(xué)課件

11.1微機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用學(xué)習(xí)內(nèi)容：電子計(jì)算機(jī)發(fā)展史目標(biāo)：掌握電子計(jì)算機(jī)發(fā)展的兩個(gè)分支與應(yīng)用第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)第1章微機(jī)技術(shù)概論全套可編輯PPT課件1.1.1微機(jī)技術(shù)的兩大分支21.1微機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用個(gè)人電腦：服務(wù)器：第1章微機(jī)技術(shù)概論1.1.1微機(jī)技術(shù)的兩大分支31.1微機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生于1946年，近70年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)翻天覆地變化，同時(shí)隨著社會(huì)需求增長(zhǎng)和發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了飛躍的發(fā)展，產(chǎn)生了兩大發(fā)展分支。第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)“電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)”：長(zhǎng)30.5米，寬1米，占地面積170m2，30個(gè)操作臺(tái)，重30噸，17840支電子管，6000多個(gè)開(kāi)關(guān)，造價(jià)48.7萬(wàn)美元。每秒運(yùn)行5000次加法或400次乘法，是繼電器計(jì)算機(jī)的1000倍，手工計(jì)算的20萬(wàn)倍。計(jì)算一個(gè)算術(shù)題只要2分鐘，但為此付出的準(zhǔn)備工作卻要2天。第1章微機(jī)技術(shù)概論1.1.1微機(jī)技術(shù)的兩大分支41.1微機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用1.兩大分支通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（generalcomputer）：獨(dú)立形態(tài)、通用的微型計(jì)算機(jī)。典型代表：個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC機(jī)）。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（embeddedcomputer）：嵌入到對(duì)象體系中，實(shí)現(xiàn)對(duì)象體系智能化控制的微型計(jì)算機(jī)。第1章微機(jī)技術(shù)概論1.1.1微機(jī)技術(shù)的兩大分支51.1微機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用2.兩大分支的發(fā)展方向通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：主要用途是科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)分析、圖像處理、模擬仿真、人工智能、多媒體等。發(fā)展方向和動(dòng)力是滿(mǎn)足人類(lèi)無(wú)止境的高速、海量數(shù)值運(yùn)算和處理的需求；要不斷增強(qiáng)計(jì)算機(jī)的處理能力、速度。（由單核到多核）嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：以面向?qū)ο蟮臏y(cè)量、控制為目的，發(fā)展方向和動(dòng)力是滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的各領(lǐng)域測(cè)控和應(yīng)用需求；不斷增強(qiáng)測(cè)量控制能力，降低功耗和成本、減小體積，改善開(kāi)發(fā)環(huán)境等。第1章微機(jī)技術(shù)概論61.1微機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用學(xué)習(xí)內(nèi)容：通用計(jì)算機(jī)的組成目的：掌握各個(gè)重要組成部分第1章微機(jī)技術(shù)概論1.1.2通用微型計(jì)算機(jī)71.1微機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用1.通用微型計(jì)算機(jī)的組成第1章微機(jī)技術(shù)概論1.1.2通用微型計(jì)算機(jī)81.1微機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用2.通用微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程性能指標(biāo)方面：中央處理器（CPU）：4

位

8

位

16

位32

位64

位

半導(dǎo)體工藝：

PMOS

NMOS

HMOS

和CMOS（數(shù)字電路）

指令：20多條

70多條

幾百條

更多的指令運(yùn)算速度：小于1

MIPS

1-10MIPS

上百到千

600MIPS……..（MIPS：百萬(wàn)條指令/秒

）集成度：幾千個(gè)

幾萬(wàn)個(gè)

幾百萬(wàn)個(gè)

幾千萬(wàn)個(gè)…..

（晶體管

/

片）（最早的30t到現(xiàn)在的幾千克）第1章微機(jī)技術(shù)概論1.1.2通用微型計(jì)算機(jī)91.1微機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用目前微型計(jì)算機(jī)產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期，通常只有0.5-1年。每年的新款計(jì)算機(jī)性能有大的提升，價(jià)格卻下降其它方面：采用超標(biāo)量指令流水線結(jié)構(gòu)，勝任多任務(wù)、多用戶(hù)的作業(yè)。

MMX

（

Multi

Media

eXtended

）微處理器的出現(xiàn)，使微機(jī)的發(fā)展在網(wǎng)絡(luò)化、多媒體化和智能化等方面跨上了更高的臺(tái)階。多核、大容量計(jì)算機(jī)等，使微型計(jì)算機(jī)的速度越來(lái)越快、存儲(chǔ)容量越來(lái)越大、功能越來(lái)越強(qiáng)。（Intel公司的cpu，從奔騰到酷睿，從單核到多核。硬盤(pán)從機(jī)械硬盤(pán)到固態(tài)硬盤(pán)，存取速度明顯提升）第1章微機(jī)技術(shù)概論學(xué)習(xí)內(nèi)容：嵌入式系統(tǒng)與微控制器的發(fā)展

目標(biāo)：掌握嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)1.1.3微處理器、嵌入式系統(tǒng)與微控制器111.1微機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用1.微處理器、嵌入式系統(tǒng)、微控制器微處理器（MicroProcessor，MP或μP），也稱(chēng)為中央處理器（CPU，CentralProcessingUnit）：

是計(jì)算機(jī)的核心，完成取指令、解析指令、執(zhí)行指令以及與外界存儲(chǔ)器和邏輯部件交換信息，處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)。嵌入式系統(tǒng)（EembeddedSystem），也稱(chēng)為單片微型計(jì)算機(jī)（SCMP，SingleChipMicrocomPuter）：（CPU+存儲(chǔ)器+I/O接口）

集成在一塊芯片

嵌入到對(duì)象體系中，實(shí)現(xiàn)嵌入對(duì)象智能化的計(jì)算機(jī)。第1章微機(jī)技術(shù)概論1.1.3微處理器、嵌入式系統(tǒng)與微控制器121.1微機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用1.微處理器、嵌入式系統(tǒng)、微控制器微控制器（MicrocontrollerUnit，MCU）：

面向測(cè)控領(lǐng)域應(yīng)用的單片微型計(jì)算機(jī)，也是使用最廣泛的嵌入式系統(tǒng)。微控制器除微型計(jì)算機(jī)的主要部件外，還具有豐富的外圍電路，如A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、高速I(mǎi)/O接口、PWM等，以及與外部通信或電路擴(kuò)展需要的串行總線與接口等。

作為控制目的的單片微型計(jì)算機(jī)，因此國(guó)際上通行稱(chēng)為“微控制器”（MCU）。第1章微機(jī)技術(shù)概論1.1.3微處理器、嵌入式系統(tǒng)與微控制器131.1微機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用計(jì)算機(jī)芯片化（單片微型計(jì)算機(jī)）

增加測(cè)量與控制功能（微控制器）

最大化電路集成（片上系統(tǒng)）兩種常用的嵌入式系統(tǒng)：8位微控制器：是一種使用最為廣泛的嵌入式系統(tǒng)，通常是指不需要操作系統(tǒng)、能夠滿(mǎn)足嵌入對(duì)象測(cè)控要求的8位微控制器。（51系列）8位微控制器，價(jià)格便宜，內(nèi)核小巧，技術(shù)成熟，能夠滿(mǎn)足計(jì)算要求不是很高的實(shí)際測(cè)控系統(tǒng)的要求。第1章微機(jī)技術(shù)概論2.嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展1.1.3微處理器、嵌入式系統(tǒng)與微控制器141.1微機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用兩種常用的嵌入式系統(tǒng)：32位微處理器：通常需要具有小型、用戶(hù)可裁剪的操作系統(tǒng)（如linix、wince、usDOS等），如ARM、MIPS，PowerPC等。32位ARM微處理器是目前世界上應(yīng)用最多的32位嵌入式處理器。ARM有更強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力，并具有低成本、高性能、低耗電等特點(diǎn)，大量應(yīng)用于消費(fèi)性電子產(chǎn)品、測(cè)試儀器、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。2.嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展第1章微機(jī)技術(shù)概論1.1.4微控制器的發(fā)展歷程與應(yīng)用151.1微機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用1.微控制器的發(fā)展第一階段：?jiǎn)涡酒剿麟A段。70年代的初，Intel公司在4位單片機(jī)的基礎(chǔ)上，不斷優(yōu)化完善推出了典型產(chǎn)品MCS-51單片機(jī)系列。Motorola公司的M68系列。第二階段：向微控制器發(fā)展的階段。擴(kuò)展為測(cè)控系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突出其智能化控制能力。第三階段：全面發(fā)展階段。由于Flash存儲(chǔ)器的普遍應(yīng)用以及低功耗技術(shù)的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)高速、低功耗、強(qiáng)運(yùn)算能力、多功能集成的8位、16位、32位微控制器，以及功能全面的片上系統(tǒng)（SOC）。2.微控制器的應(yīng)用：智能儀器儀表、集成智能傳感器；工業(yè)自動(dòng)化測(cè)控；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備；日常生活與家用電器；電腦與辦公自動(dòng)化；汽車(chē)與航空航天電子系統(tǒng)等。第1章微機(jī)技術(shù)概論161.3微控制器的典型結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)內(nèi)容：微控制器的組成目標(biāo)：掌握各組成部分的特點(diǎn)與連接關(guān)系第1章微機(jī)技術(shù)概論1.3.0典型微控制器的組成171.3微控制器的典型結(jié)構(gòu)典型的微控制器組成：專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的CPU系統(tǒng)、CPU外圍單元、基本功能單元、外圍擴(kuò)展單元。總線控制邏輯CPU時(shí)鐘、復(fù)位CPU外圍單元程序存儲(chǔ)器ROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM輸入/輸出口I/O操作管理寄存器SFRCPU系統(tǒng)基本功能單元中斷系統(tǒng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器串行通信接口外圍擴(kuò)展單元典型的微控制器組成結(jié)構(gòu)第1章微機(jī)技術(shù)概論1.3.1CPU系統(tǒng)181.3微控制器的典型結(jié)構(gòu)CPU系統(tǒng)包含CPU、時(shí)鐘系統(tǒng)、復(fù)位電路和總線控制邏輯。CPU：它是按照面向測(cè)控對(duì)象、嵌入式應(yīng)用和單芯片結(jié)構(gòu)要求，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的要保證有突出的控制功能。時(shí)鐘系統(tǒng)：滿(mǎn)足CPU及片內(nèi)各單元電路對(duì)時(shí)鐘的要求。復(fù)位電路：能滿(mǎn)足上電復(fù)位、信號(hào)復(fù)位的最簡(jiǎn)化電路?？偩€控制邏輯：要滿(mǎn)足CPU對(duì)內(nèi)部總線和外部總線的控制。

內(nèi)部總線控制用以實(shí)現(xiàn)片內(nèi)各單元電路的協(xié)調(diào)操作；外部總線控制用于微控制器外圍擴(kuò)展時(shí)的操作管理。第1章微機(jī)技術(shù)概論1.3.2CPU外圍電路191.3微控制器的典型結(jié)構(gòu)CPU外圍電路包含ROM、RAM、I/O端口、特殊功能寄存器SFR。1.程序存儲(chǔ)器ROM（ReadOnlyMemory）只讀半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，用于固化微控制器的應(yīng)用程序代碼、字庫(kù)及表格、常數(shù)。種類(lèi)：PROM

（ProgrammableROM）；OTPROM

（OneTimeProgrammableReadOnlyMemory）；EPROM（ErasableProgrammableReadOnlyMemory）；EEPROM（ElectricallyErasableProgrammableReadOnlyMemory）；FLASHmemory：閃存。集成度高、容量大、成本低、壽命長(zhǎng)（使用次數(shù)有幾十萬(wàn)次、百萬(wàn)次等）。

采用工作電源即可實(shí)現(xiàn)芯片擦除和程序?qū)懭耄蓪?shí)現(xiàn)微控制器的“在系統(tǒng)編程”，目前微控制器均采用FLASH為程序存貯器。第1章微機(jī)技術(shù)概論1.3.2CPU外圍電路201.3微控制器的典型結(jié)構(gòu)2.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM可隨時(shí)讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，斷電后存儲(chǔ)的信息將全部丟失，一般用來(lái)存放采集的數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。DRAM（DynamicRAM）：動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。集成度高和成本低，需要復(fù)雜的刷新電路。用于通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。SRAM（StaticRAM）：靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。訪問(wèn)速度快、存取簡(jiǎn)單，但成本高、相對(duì)DRAM容量較小。SRAM是微控制器最常用的內(nèi)存。種類(lèi)：第1章微機(jī)技術(shù)概論1.3.2CPU外圍電路211.3微控制器的典型結(jié)構(gòu)3.輸入輸出接口I/O（Input/Outputinterface）連接外部的輸入/輸出設(shè)備、測(cè)量與控制對(duì)象。微控制器的I/O接口通過(guò)芯片引腳引出，為了減少引腳數(shù)量，微控制器的I/O接口大都有復(fù)用功能。4.特殊功能寄存器SFRSFR是管理與控制微控制器內(nèi)部I/O端口、基本功能單元、擴(kuò)展功能單元運(yùn)行的寄存器。通過(guò)對(duì)SFR的編程，實(shí)現(xiàn)的方式設(shè)置、啟動(dòng)運(yùn)行和狀態(tài)讀取等。第1章微機(jī)技術(shù)概論1.3.3其他功能單元221.3微控制器的典型結(jié)構(gòu)1.基本功能單元滿(mǎn)足微控制器測(cè)控功能要求的基本外圍電路，包括定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串行通信接口等。

CPU系統(tǒng)+CPU外圍單元+基本功能單元

微控制器基核2.外圍擴(kuò)展單元

滿(mǎn)足不同嵌入式應(yīng)用需求而添加的外圍擴(kuò)展電路。如滿(mǎn)足數(shù)據(jù)采集要求而擴(kuò)展的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，滿(mǎn)足伺服驅(qū)動(dòng)控制的脈沖寬度調(diào)制（PWM）電路和滿(mǎn)足程序可靠運(yùn)行的監(jiān)視定時(shí)器WDT等等。微控制器基核+外圍擴(kuò)展單元

多種型號(hào)、多種功能的微控制器第1章微機(jī)技術(shù)概論1.3.3其他功能單元231.3微控制器的典型結(jié)構(gòu)CPU系統(tǒng)+CPU外圍單元+基本功能單元

微控制器基核CPU時(shí)鐘ROMRAM定時(shí)器中斷I/O外設(shè)復(fù)位數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線............第1章微機(jī)技術(shù)概論241.3微控制器的典型結(jié)構(gòu)3.內(nèi)部總線微控制器內(nèi)部CPU與各功能模塊之間傳送信息的公共通信通道。分為數(shù)據(jù)總線DB（DataBus）、地址總線AB（AddressBus）和控制總線CB（ControlBus）。數(shù)據(jù)總線：雙向，用于傳送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)CPU與存貯器、I/O接口、各功能模塊之間的信息交換，其方向取決于是讀操作還是寫(xiě)操作。地址總線：?jiǎn)蜗?，由CPU發(fā)出地址信息，用來(lái)訪問(wèn)存貯器和I/O接口。地址總線的位數(shù)決定CPU可直接尋址的內(nèi)存空間大小，如地址總線為16位，則其最大可尋址空間為2^16=64KB；若地址總線為n位，則可尋址空間為2^n字節(jié)?？刂瓶偩€：?jiǎn)蜗?，傳送控制或時(shí)序信號(hào)。如讀/寫(xiě)信號(hào)、中斷申請(qǐng)信號(hào)、復(fù)位信號(hào)等。每個(gè)信號(hào)都有自己的功能，控制著微控制器有序的運(yùn)用工作。1.3.3其他功能單元第1章微機(jī)技術(shù)概論存儲(chǔ)器概述25相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)2.存儲(chǔ)單元和地址

在8位微控制器機(jī)中，由于是8位CPU，即其字長(zhǎng)是8位，因此通常選用8位存儲(chǔ)單元為的存儲(chǔ)器，則一個(gè)存儲(chǔ)單元存放一個(gè)8位二進(jìn)制信息，即一個(gè)字節(jié)信息。為了能夠區(qū)分存儲(chǔ)器中幾K、幾十K、幾M個(gè)存儲(chǔ)單元，保證微控制器正確地對(duì)各單元進(jìn)行寫(xiě)入和讀出操作，必須給每個(gè)存儲(chǔ)單元一個(gè)唯一的固定編號(hào)，這個(gè)編號(hào)稱(chēng)為存儲(chǔ)單元的地址。第1章微機(jī)技術(shù)概論存儲(chǔ)器概述26相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)當(dāng)?shù)刂肪€=3條時(shí)，譯碼器可輸出23＝8個(gè)選通信號(hào)；當(dāng)?shù)刂肪€=8根時(shí)，譯碼器可輸出28＝256個(gè)選通信號(hào)；當(dāng)?shù)刂肪€=16根，譯碼器可輸出216＝65536個(gè)選通信號(hào)，則16根地址線的微控制器，其最大尋址范圍為64K。對(duì)于具有n根地址線的存儲(chǔ)芯片，有2n個(gè)存儲(chǔ)單元；具有n根地址線的微控制器，其尋址空間為2n個(gè)存儲(chǔ)單元。存儲(chǔ)器中的譯碼電路用于產(chǎn)生各存儲(chǔ)單元的選通信號(hào)。譯碼器的輸入是存儲(chǔ)器的地址引腳，應(yīng)連接到微控制器的地址線。

A2A1A0譯碼器07H06H05H04H03H02H01H00H存儲(chǔ)器芯片的地址線位數(shù)決定其容量；微控制器的地址線數(shù)量決定其尋址能力。第1章微機(jī)技術(shù)概論2.存儲(chǔ)單元和地址存儲(chǔ)器概述27相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)存儲(chǔ)單元地址與該存儲(chǔ)單元的內(nèi)容含義是不同的。存儲(chǔ)單元如同一個(gè)旅館中的每個(gè)房間；存儲(chǔ)單元地址則相當(dāng)于每個(gè)房間的房號(hào)；存儲(chǔ)單元內(nèi)容（二進(jìn)制代碼）就是這個(gè)房間中的房客。程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址內(nèi)容地址內(nèi)容00000202063A0001000207440002300208C0存儲(chǔ)器地址和內(nèi)容

2.存儲(chǔ)單元和地址第1章微機(jī)技術(shù)概論281.3微控制器的典型結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)內(nèi)容：微控制器的性能目標(biāo)：掌握衡量微控制器性能的幾個(gè)指標(biāo)第1章微機(jī)技術(shù)概論1.4.1微控制器的性能291.4微控制器的性能及發(fā)展趨勢(shì)CPU主頻：CPU內(nèi)核工作的時(shí)鐘頻率（CPUClockSpeed），反映了CPU的運(yùn)行速度。通常用單位時(shí)間執(zhí)行指令數(shù)（如MIPS，百萬(wàn)條指令每秒）來(lái)表示CPU的運(yùn)行速度。（通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）CPU字長(zhǎng)：指CPU一次能并行處理的二進(jìn)制位數(shù)，也是內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的位數(shù)。如8位數(shù)據(jù)的CPU叫8位CPU（51系列），32位CPU具有32條數(shù)據(jù)總線。存儲(chǔ)容量：反映ROM、RAM的片內(nèi)容量，即微控制器的尋址能力。I/O端口：主要是指片內(nèi)并行接口的數(shù)量，以及端口的特性。微控制器的性能-1第1章微機(jī)技術(shù)概論1.4.1微控制器的性能301.4微控制器的性能及發(fā)展趨勢(shì)基本功能模塊：反映中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行接口（如UART、I2C、SPI）等特性和數(shù)量。外圍功能單元：反映片內(nèi)集成的外圍功能單元及性能，如ADC、DAC、PWM等。位處理器：反映微控制器的位處理能力，能夠反映MCU的控制性能。指令系統(tǒng)：反映CPU能夠識(shí)別的指令編碼和數(shù)量。微控制器的性能-2第1章微機(jī)技術(shù)概論1.4.2微控制器的發(fā)展趨勢(shì)311.4微控制器的性能及發(fā)展趨勢(shì)I/O接口的串行擴(kuò)展（通用計(jì)算機(jī)用usb）I/O接口的串口擴(kuò)展成為主流。

I2C總線、SPI串行接口和1-Wire總線，得到廣泛應(yīng)用。I/O端口的電路結(jié)構(gòu)擴(kuò)展電路結(jié)構(gòu)形式：多樣化，可編程選擇，滿(mǎn)足MCU端口引腳與外部設(shè)備的適應(yīng)性連接。電氣特性分類(lèi)：推挽方式、開(kāi)漏輸出、弱上拉。高速I(mǎi)/O口I/O端口的驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)第1章微機(jī)技術(shù)概論1.I/O接口性能增強(qiáng)321.4微控制器的性能及發(fā)展趨勢(shì)低功耗：待機(jī)、掉電等多種低功耗運(yùn)行方式；功耗可精細(xì)管理；雙時(shí)鐘技術(shù)。低功耗的實(shí)現(xiàn)提高了產(chǎn)品的可靠性和抗干擾能力。工作電壓范圍寬：常用3.3-5.5V，也有2.2-6V等。更寬的工作電壓范圍有利于微控制器長(zhǎng)時(shí)間在省電模式下工作，降低功耗。高性能化：由復(fù)雜指令系統(tǒng)（CISC）向精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)（RISC）發(fā)展。指令速度已達(dá)100MIPS，并加強(qiáng)了位處理能力、中斷、復(fù)位和定時(shí)控制等功能。1.4.2微控制器的發(fā)展趨勢(shì)低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格、混合信號(hào)集成化，以及在系統(tǒng)編程和調(diào)試開(kāi)發(fā)環(huán)境的優(yōu)化。第1章微機(jī)技術(shù)概論2.性能多樣化331.4微控制器的性能及發(fā)展趨勢(shì)ISP及基于ISP的開(kāi)發(fā)環(huán)境：Flash的出現(xiàn)和發(fā)展，推動(dòng)了在系統(tǒng)編程ISP

（InSystemProgrammable）技術(shù)的發(fā)展。結(jié)合集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，方便程序的調(diào)試和下載。

混合信號(hào)集成化：集成更多的數(shù)字、模擬功能模塊，如模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、脈寬調(diào)制器、監(jiān)視定時(shí)器和液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路等。1.4.2微控制器的發(fā)展趨勢(shì)小體積、低價(jià)格：提高集成度、改變封裝、芯片引腳的復(fù)用、根據(jù)需求刪選資源做成專(zhuān)用微控制器等。2.性能多樣化第1章微機(jī)技術(shù)概論2.1.1組成結(jié)構(gòu)34第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)2.1微控制器結(jié)構(gòu)1.8051微控制器

微控制器是把微型計(jì)算機(jī)的基本功能部件集成在一個(gè)芯片上的集成電路。通常包含CPU、存儲(chǔ)器（ROM、RAM）、輸入輸出（I/O）接口、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行接口和時(shí)鐘、復(fù)位電路等。

8051系列微控制器是美國(guó)Intel公司于八十年代推出的系列產(chǎn)品。包括8031、8051，8751，8032，8052，8752等，它們都是在同一基本構(gòu)架上進(jìn)行功能或資源的增、減或改變而來(lái)的，習(xí)慣上可統(tǒng)稱(chēng)MCS-51微控制器、8051微控制器或51微控制器。2.1.1組成結(jié)構(gòu)352.1微控制器結(jié)構(gòu)微控制器組成結(jié)構(gòu)中央處理器CPU只讀存儲(chǔ)器ROM隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM并行I/O口中斷系統(tǒng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器串行口特殊功能寄存器SFR（SpecialFuntionRegister）第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)2.1.1組成結(jié)構(gòu)362.1微控制器結(jié)構(gòu)3.8051微控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)2.1.2功能特點(diǎn)372.1微控制器結(jié)構(gòu)1.8051微控制器功能模塊與特點(diǎn)-18位CPU：是微控制器的核心，包括運(yùn)算器和控制器兩大部分，主要完成運(yùn)算和控制功能。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)內(nèi)部RAM：256B的RAM，地址為00-FFH；

外部RAM：可以通過(guò)數(shù)據(jù)總線和地址總線擴(kuò)展外部RAM，最大擴(kuò)展容量為64KB，地址范圍為0000H-FFFFH。（較少使用）特殊寄存器SFR：21個(gè)，用于內(nèi)部功能部件的管理、控制和監(jiān)視。分布在80H～FFH的專(zhuān)用RAM區(qū)。內(nèi)部ROM：8KB的ROM，地址范圍為0000H-1FFFH。（增強(qiáng)型8051MCU的內(nèi)部ROM已達(dá)64KB）外部ROM：當(dāng)內(nèi)部ROM容量不夠時(shí)，8051MCU可以進(jìn)行外部擴(kuò)展，最多可以外擴(kuò)64KBROM，地址范圍為0000H-FFFFH。2.1.2功能特點(diǎn)382.1微控制器結(jié)構(gòu)

1.8051微控制器功能模塊特點(diǎn)-2第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)并行I/O口：4個(gè)8位I/O接口：P0口、P1口、P2口、P3口。中斷系統(tǒng)：具有5個(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先權(quán)。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有4種工作方式。串行接口：1個(gè)全雙工的串行口，用于微控制器與具有串行接口的外設(shè)進(jìn)行異步串行通信，也可以擴(kuò)展I/O接口布爾處理器：具有較強(qiáng)的位尋址、位處理能力。時(shí)鐘電路：產(chǎn)生微控制器工作所需要的時(shí)鐘脈沖。（需要外接晶體振蕩器和微調(diào)電容。）指令系統(tǒng)：有5大功能，111條指令。為復(fù)雜指令系統(tǒng)(CISC)。392.2微控制器工作原理學(xué)習(xí)內(nèi)容：CPU的各個(gè)部分目標(biāo)：掌握控制器和運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)2.2.1CPU的結(jié)構(gòu)和組成402.2微控制器工作原理1.CPU的組成CPU由運(yùn)算器和控制器兩大部分組成。運(yùn)算器是用來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯操作的執(zhí)行部件；控制器是用來(lái)統(tǒng)一指揮和控制微控制器工作的部件。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)2.2.1CPU的結(jié)構(gòu)和組成412.2微控制器工作原理2.控制器（指令部件、時(shí)序部件、操作控制部件）控制器是CPU的大腦中樞，處理指令的讀出、譯碼和執(zhí)行，對(duì)指令的執(zhí)行過(guò)程進(jìn)行定時(shí)控制，并根據(jù)指令含義，完成指令規(guī)定的操作。

控制器由指令部件、時(shí)序部件和操作控制部件三部分組成。

第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)指令部件由16位程序計(jì)數(shù)器PC（ProgramCounter）、指令寄存器IR（InstructionRegister）、指令譯碼器ID（InstructionDecode）等組成。程序計(jì)數(shù)器PC：16位的ROM指針，用于存放下一條取指指令的地址，尋址范圍為64K；指令寄存器IR：存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令代碼，等待譯碼；指令譯碼器ID：對(duì)當(dāng)前指令操作碼進(jìn)行解析，并通過(guò)控制電路產(chǎn)生執(zhí)行該指令需要的控制信號(hào)，完成指令規(guī)定的操作。2.2.1CPU的結(jié)構(gòu)和組成422.2微控制器工作原理2.控制器（指令部件、時(shí)序部件、操作控制部件）

時(shí)序部件時(shí)序部件由時(shí)鐘電路和脈沖分頻器組成，用于產(chǎn)生操作控制部件所需的時(shí)序信號(hào)。包括CPU工作的時(shí)鐘基準(zhǔn)（稱(chēng)為振蕩周期或時(shí)鐘周期），以及狀態(tài)周期、機(jī)器周期等信號(hào)。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)操作控制部件操作控制部件為指令譯碼器的輸出信號(hào)配上節(jié)拍電位和節(jié)拍脈沖，形成執(zhí)行指令需要的操作控制序列信號(hào)，以完成規(guī)定的操作。2.2.1CPU的結(jié)構(gòu)和組成432.2微控制器工作原理3.運(yùn)算器運(yùn)算器的任務(wù)是數(shù)據(jù)的處理和加工。運(yùn)算器由算術(shù)邏輯單元ALU、累加器Acc、暫存寄存器、程序狀態(tài)寄存器PSW、布爾處理器、BCD碼運(yùn)算調(diào)整電路等通過(guò)內(nèi)部總線連接而成。

第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)

ALU(ArithmeticlogicUnit)完成算術(shù)運(yùn)算及與、或、非、異或等邏輯操作，并通過(guò)對(duì)運(yùn)算結(jié)果的判斷，影響程序狀態(tài)寄存器PSW相關(guān)位的內(nèi)容。位處理器（布爾處理器）能直接處理位，在位邏輯和位功能上有獨(dú)到優(yōu)勢(shì)。位處理器中功能最強(qiáng)、使用最頻繁的位是C，也稱(chēng)其為位累加器。暫存寄存器用于運(yùn)算數(shù)據(jù)的暫時(shí)存放，該寄存器不能訪問(wèn)。442.2微控制器工作原理學(xué)習(xí)內(nèi)容：微控制器執(zhí)行指令的過(guò)程目標(biāo)：掌握?qǐng)?zhí)行指令的過(guò)程，以及加法、賦值、置位指令第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)2.2.2微控制器的工作過(guò)程452.2微控制器工作原理1.程序與指令程序存儲(chǔ)執(zhí)行：計(jì)算機(jī)組成原理基礎(chǔ)就是馮·諾依曼的體系結(jié)構(gòu)，其基本設(shè)計(jì)思想就是存儲(chǔ)程序和程序控制，即計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程是順序執(zhí)行程序的過(guò)程。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)指令：是微控制器指揮各功能部件工作的指示和命令。指令是一組二進(jìn)制數(shù)，其編碼格式及功能、類(lèi)別和數(shù)量因CPU的不同而不同，是芯片設(shè)計(jì)者設(shè)定的。一條指令包括兩部分內(nèi)容：操作碼：指明指令的功能（即做什么操作）；操作數(shù)：指明指令執(zhí)行的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)存放的地址（即操作對(duì)象）。程序：是完成一個(gè)特定功能的一系列指令集。微控制器工作過(guò)程的實(shí)質(zhì)就是逐條執(zhí)行程序的指令序列的過(guò)程。2.2.2微控制器的工作過(guò)程462.2微控制器工作原理2.指令樣例助記符機(jī)器碼（16進(jìn)制）機(jī)器碼（2進(jìn)制）

操作碼操作數(shù)ADDA,#68H

24

68

00100100

01101000MOVA,#15H 7415

01110100

00010101

SETB

P1.0D2901101001010010000執(zhí)行的操作是：將累加器A的內(nèi)容與立即數(shù)68H相加，并把結(jié)果放回A中。

即（A）

（A）+68。

第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)將立即數(shù)15H賦給累加器A，執(zhí)行后A中的內(nèi)容為15H；即（A）

15H將P1口的D0位即P1.0置為1，執(zhí)行后P1.0引腳變?yōu)楦唠娖?；即P1.0

12.2.2微控制器的工作過(guò)程472.2微控制器工作原理3.指令執(zhí)行過(guò)程

計(jì)算機(jī)（微控制器）每執(zhí)行一條指令，都可以分為三個(gè)階段：

取指令

分析指令

執(zhí)行指令（取指）（譯碼）（執(zhí)行）第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)（3）執(zhí)行指令：取出操作數(shù)，由控制邏輯電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，完成操作碼規(guī)定的操作。（2）分析指令：由指令譯碼器對(duì)現(xiàn)行指令進(jìn)行譯碼，分析該指令要求實(shí)現(xiàn)什么操作，如執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送，還是加、減等運(yùn)算等。（1）取指令：根據(jù)程序計(jì)數(shù)器（程序指針）PC中的值，從ROM讀出現(xiàn)行指令，送到指令寄存器IR；2.2.2微控制器的工作過(guò)程482.2微控制器工作原理4.指令執(zhí)行圖解

第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)2.2.2微控制器的工作過(guò)程492.2微控制器工作原理5.指令執(zhí)行示例

執(zhí)行MOVA,#15H的過(guò)程，機(jī)器碼為74H，15H，存放在ROM的0000H和0001H兩個(gè)單元中。

第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)50學(xué)習(xí)內(nèi)容：微控制器的ROM存儲(chǔ)器目標(biāo)：掌握ROM的地址與6個(gè)特殊單元2.3.2程序存儲(chǔ)器ROM512.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間ROM空間配置

微控制器程序存儲(chǔ)器ROM的主要功能是存放程序和數(shù)據(jù)表格等。在8051微控制器中，程序存儲(chǔ)器可以分為內(nèi)部和外部?jī)刹糠郑?/p>

內(nèi)部8K空間：0000H～1FFFH

外部64K空間：0000H～FFFFH

注意：

兩者是統(tǒng)一編址的，是一個(gè)統(tǒng)一的邏輯空間，ROM總?cè)萘?4KB第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)2.3.2程序存儲(chǔ)器ROM522.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間2.ROM的編址重疊問(wèn)題由于內(nèi)部ROM和外部ROM的低8KB空間，具有相同的地址，即存在地址重疊問(wèn)題，其解決方法是通過(guò)控制信號(hào)EA進(jìn)行兩個(gè)重疊空間的選擇，即由EA引腳所接的電平，確定低8KBROM是選用內(nèi)部還是外部。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)EA＝1：表示選用內(nèi)部ROM，CPU從內(nèi)部ROM的0000H開(kāi)始取指執(zhí)行程序；當(dāng)PC值超出內(nèi)部ROM容量（如8K的1FFFH)時(shí)，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部ROM取指。EA＝0：表示全部選用外部ROM，CPU從外部ROM的0000H開(kāi)始取指執(zhí)行程序。2.3.2程序存儲(chǔ)器ROM532.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間3.ROM的6個(gè)特殊單元8051微控制器的ROM中有6個(gè)特殊單元，被規(guī)定為特定的程序入口地址，即1個(gè)復(fù)位入口和5個(gè)中斷入口。所謂入口，是指程序一旦滿(mǎn)足條件，PC將自動(dòng)轉(zhuǎn)向這些單元執(zhí)行。名稱(chēng)入口地址

意義復(fù)位0000H系統(tǒng)復(fù)位后PC＝0000H外部中斷00003H外部中斷0響應(yīng)時(shí)程序轉(zhuǎn)向0003H定時(shí)器T0溢出000BHT0中斷響應(yīng)時(shí)程序轉(zhuǎn)向000BH外部中斷10013H外部中斷1響應(yīng)時(shí)程序轉(zhuǎn)向0013H定時(shí)器T1溢出001BHT1中斷響應(yīng)時(shí)程序轉(zhuǎn)向001BH串行口中斷0023H串行口中斷響應(yīng)時(shí)程序轉(zhuǎn)向0023H第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)54學(xué)習(xí)內(nèi)容：微控制器的RAM存儲(chǔ)器目標(biāo)：掌握RAM的工作寄存器區(qū)與位尋址區(qū)的特點(diǎn)2.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM552.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間1.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM空間配置RAM一般用于存放實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)、計(jì)算的中間結(jié)果、控制參數(shù)、需要傳送和顯示的數(shù)據(jù)等。在8051微控制器中，RAM有內(nèi)部和外部?jī)蓚€(gè)空間，目前大多8051MCU具有256B的通用內(nèi)部RAM，可以外部擴(kuò)展64KBRAM。

第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)內(nèi)部RAM：00H～FFH（256B）外部RAM：0000H～FFFFH（64KB）2.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM562.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間2.內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM

內(nèi)部RAM中，低128B（00H-7FH）是基本數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可采用直接尋址、寄存器間接尋址、位尋址等多種尋址方式；高128B（80H-FFH）是擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，只能采用寄存器間接尋址方式。內(nèi)部RAM可劃分為三塊空間:工作寄存器區(qū)位尋址區(qū)用戶(hù)RAM區(qū)（包括堆棧）第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)2.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM572.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間2.內(nèi)部RAM：工作寄存器區(qū)-1工作寄存器區(qū)位于內(nèi)部RAM的00H～1FH單元，共32字節(jié)，分成四組。每組8個(gè)字節(jié)，分別記作R0～R7。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)

工作寄存器0組，地址為00H～07H對(duì)應(yīng)：R0～R7工作寄存器1組，地址為08H～0FH對(duì)應(yīng)：R0～R7工作寄存器2組，地址為10H～17H對(duì)應(yīng)：R0～R7工作寄存器3組，地址為18H～1FH對(duì)應(yīng)：R0～R7（任一時(shí)刻，只能使用一個(gè)寄存器組；CPU復(fù)位后，默認(rèn)選擇第0組）工作寄存器區(qū)是寄存器尋址區(qū)域，對(duì)該區(qū)域操作的指令數(shù)量最多，均為單周期指令，執(zhí)行的速度最快。2.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM582.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間2.內(nèi)部RAM：工作寄存器區(qū)-2

選擇四組工作寄存器區(qū)的哪一組作為R0～R7，由PSW寄存器中的兩位RS1、RS0來(lái)確定。RS1、RS0稱(chēng)為工作寄存器組選擇位，兩位確定四種選擇。不同組別工作寄存器對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器地址第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)2.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM592.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間2.內(nèi)部RAM：工作寄存器區(qū)-3

例如:助記符機(jī)器碼指令I(lǐng)NCR70F

該指令的功能是將R7的內(nèi)容增1，此時(shí)的R7對(duì)應(yīng)于RAM的哪個(gè)單元？與此時(shí)的工作寄存器組有關(guān)。RS1RS0寄存器組R7地址指令執(zhí)行前執(zhí)行后00選用0組R7為07H單元(07H)=05H(07H)=06H11選用3組R7為1FH單元(1FH)=02H(1FH)=03H第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)2.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM602.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間2.內(nèi)部RAM：位尋址區(qū)-1

內(nèi)部RAM中的20H～2FH，共16個(gè)單元是位尋址區(qū)。共有128位，位地址為00H～7FH?？晌粚ぶ返?6B內(nèi)部RAM，既可進(jìn)行字節(jié)尋址，又可進(jìn)行位尋址。內(nèi)部通用RAM的位尋址空間第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)2.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM612.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間2.內(nèi)部RAM：位尋址區(qū)-2位尋址區(qū)中的每一位可由CPU用位操作指令，直接訪問(wèn)。常見(jiàn)的位指令有:MOVBIT,CSETBBITMOVC,BIT CLRBIT第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)

例如（基本應(yīng)用）：SETB30H;（機(jī)器碼D230）

該指令執(zhí)行后，內(nèi)部RAM的26H單元的最低位置為1。2.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM622.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間2.內(nèi)部RAM：位尋址區(qū)-3

例如（關(guān)于位累加器）:MOVC,7FH;（機(jī)器碼A27F）其功能是將內(nèi)部RAM2FH單元中的最高位的狀態(tài)(0或1)，傳送到位于PSW寄存器中的進(jìn)位位C中。位C稱(chēng)為位累加器。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)

例如（位地址與字節(jié)地址的區(qū)別）：

MOVC,7FH; A27F操作碼操作數(shù)（位地址）

MOVA,7FH;E57F操作碼操作數(shù)（字節(jié)地址）

盡管操作數(shù)都是7F，但由于一個(gè)是位地址，一是字節(jié)地址，完全可以通過(guò)操作碼加以區(qū)分，不會(huì)產(chǎn)生歧義。2.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM632.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間2.內(nèi)部RAM：用戶(hù)RAM區(qū)

用戶(hù)RAM：內(nèi)部RAM的30H～FFH，以及沒(méi)有使用的工作寄存器區(qū)和位尋址區(qū)。通常作為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和堆棧區(qū)。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)

堆棧區(qū)：堆棧是一種具有特殊用途的存儲(chǔ)區(qū)域。其作用是用于暫存數(shù)據(jù)和地址，通常在子程序和中斷服務(wù)程序中，用于保護(hù)斷點(diǎn)和保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)。其特點(diǎn)是按照“先進(jìn)后出”即“后進(jìn)先出”的原則存取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)：用來(lái)存放各種用戶(hù)數(shù)據(jù)，如AD轉(zhuǎn)換結(jié)果、鍵盤(pán)掃描碼、參數(shù)設(shè)定值、數(shù)據(jù)處理結(jié)果、顯示或通信緩沖區(qū)等等。堆棧結(jié)構(gòu)：8051微控制器的堆棧采用滿(mǎn)頂法向上生成的軟件堆棧，堆棧區(qū)必須開(kāi)辟在內(nèi)部通用RAM中。2.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM642.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間2.內(nèi)部RAM：尋址方式對(duì)于00H-7FH存儲(chǔ)空間：可運(yùn)用直接尋址和寄存器間接尋址這兩種尋址方式，對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)。對(duì)于80H-FFH存儲(chǔ)空間：則只能采用寄存器間接尋址方式進(jìn)行訪問(wèn)；對(duì)于地址范圍同為80H-FFH的特殊功能寄存器（SFR）：只能采用直接尋址方式。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)

解決2個(gè)存儲(chǔ)空間的地址重疊問(wèn)題，避免存儲(chǔ)單元訪問(wèn)的沖突，常用的辦法是：采用不同的尋址方式。2.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM652.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間3.外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址空間共64K：0000H～FFFFH；只能使用MOVX類(lèi)指令，通過(guò)累加器ACC與片外RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。指令如：MOVX@DPTR,A;

MOVX@Ri,A;

MOVXA,@DPTR;

MOVXA,@Ri;第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)

對(duì)于內(nèi)部RAM256B與外部RAM低256B的地址重疊問(wèn)題，解決辦法是：訪問(wèn)內(nèi)部、外部RAM，采用的指令不同。662.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間學(xué)習(xí)內(nèi)容：特殊功能寄存器目標(biāo)：掌握PC、A、B與PSW的功能第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)2.3.4特殊功能寄存器SFR672.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間1.SFR簡(jiǎn)介特殊功能寄存器SFR（SpecialFunctionRegister），也稱(chēng)專(zhuān)用寄存器。SFR主要用于內(nèi)部硬件功能模塊（如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口、中斷系統(tǒng)等）的管理和控制，用來(lái)存放功能模塊的控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)8051微控制器的SFR：21個(gè)SFR，離散分布于80H～FFH的專(zhuān)用寄存器區(qū)，未定義的訪問(wèn)無(wú)效。除程序計(jì)數(shù)器PC指針和R0～R7工作寄存器外，其余所有定義的寄存器都屬SFR。有些SFR可以位尋址，能位尋址的單元一定能字節(jié)尋址。2.3.4特殊功能寄存器SFR682.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間2.SFR定義與分布

序號(hào)符號(hào)名稱(chēng)和作用

地址位尋址1P0Port0并行口P080H√2SPStackPointer

堆棧指針81H

3DPLDataPointerLow

數(shù)據(jù)指針DPTR低8位82H

4DPHDataPointerHigh

數(shù)據(jù)指針DPTR高8位83H

5PCONPowerControl

電源控制寄存器87H

6TCONTimerControl

定時(shí)器控制寄存器88H√7TMODTimerMode

定時(shí)方式選擇寄存器89H

8TL0TimerLow0

定時(shí)器0低8位8AH

9TL1TimerLow1

定時(shí)器1低8位8BH

10TH0TimerHigh0

定時(shí)器0高8位8CH

11TH1TimerHigh1

定時(shí)器1高8位8DH

12P1Port1并行口P190H√13SCONSerialControl

串行口控制寄存器98H√14SBUFSerialdataBuffer

串行口數(shù)據(jù)寄存器99H

15P2Port2并行口P2A0H√16IEInterruptEnable

中斷允許寄存器A8H√17P3Port3并行口P3B0H√18IPInterruptPriority

中斷優(yōu)先級(jí)寄存器B8H√19PSWProgramStatusWord程序狀態(tài)字D0H√20AAccumulator累加器E0H√21B稱(chēng)為B的一個(gè)寄存器（乘除指令中用）F0H√第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)2.3.4特殊功能寄存器SFR692.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間3.SFR的位尋址空間

字節(jié)地址的低位為0H或8H的SFR，是可位尋址的SFR。定義了83位。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)通用RAM中的位尋址區(qū)和SFR中的位尋址區(qū)，構(gòu)成了8051微控制器的位尋址空間。2.3.4特殊功能寄存器SFR702.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間4.程序計(jì)數(shù)器PC

也稱(chēng)為程序指針，具有如下特點(diǎn)：PC是一個(gè)16位的專(zhuān)用寄存器，作為程序指針則其尋址范圍為0～64KB。PC用于存放下一條要執(zhí)行的指令地址，復(fù)位后PC的內(nèi)容為0000H，即指向ROM的0000H單元，表示CPU將從0000H取指令執(zhí)行。PC不屬于特殊功能寄存器。因此不占用SFR地址空間，是不可尋址的，在程序中不能直接訪問(wèn)。PC可以通過(guò)LJMP、SJMP等轉(zhuǎn)移指令來(lái)間接修改PC的值。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)2.3.4特殊功能寄存器SFR712.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間5.SFR-1：累加器A累加器A（或ACC）是CPU中使用最頻繁8位專(zhuān)用寄存器。

它的地址和可尋址位如下：字節(jié)地址：E0H；位地址：E0H～E7H，分別對(duì)應(yīng)ACC.7～ACC.0；位地址E7E6E5E4E3E2E1E0位符號(hào)Acc.7Acc.6Acc.5Acc.4Acc.3Acc.2Acc.1Acc.0第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)2.3.4特殊功能寄存器SFR722.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間5.SFR-2：B寄存器B寄存器是一個(gè)8位寄存器，一般用于乘除指令中：

MULAB; A*B=BA；

DIVAB; A/B=商A……余數(shù)B它的地址和可尋址位如下：字節(jié)地址：F0H;位地址：F0H～F7H；在其它情況下，B寄存器可以作為內(nèi)部RAM中的一個(gè)單元來(lái)使用。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)2.3.4特殊功能寄存器SFR732.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間5.SFR-3：程序狀態(tài)字PSW

程序狀態(tài)字PSW（ProgramStatusWord）用來(lái)存放程序狀態(tài)信息，表征指令的執(zhí)行狀態(tài)，供程序查詢(xún)和判別之用。其字節(jié)地址：D0H；對(duì)于C、AC、OV、P，根據(jù)指令執(zhí)行結(jié)果，由硬件置位或清除，稱(chēng)為狀態(tài)位。對(duì)于RS1、RS0、F1、F0，根據(jù)使用需要，用指令設(shè)定，稱(chēng)為控制位。RS1、RS0為工作寄存器組選擇位，

F1、F0有用戶(hù)自定義。位地址D7D6D5D4D3D2D1D0位符號(hào)CYACF0RS1RS0OVF1P注釋CarryAssistantCarryFlag0RegisterbankSelectorbit1RegisterbankSelectorbit0OverflowFlag1ParityFlag第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)2.3.4特殊功能寄存器SFR742.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間5.SFR-3：PSW（C、AC、F0、F1、RS1、RS0、OV、P）C（CY）：進(jìn)位標(biāo)志。在加、減法運(yùn)算時(shí)，若高位（D7）發(fā)生進(jìn)位或借位則被置1（即C=1），否則被清0（C=0）；第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)AC：輔助進(jìn)位標(biāo)志。在加、減法運(yùn)算時(shí)，若低4位向高4位發(fā)生進(jìn)位或借位則AC=1，否則AC=0；AC標(biāo)志在十進(jìn)制調(diào)整指令DAA中要用到。F0、F1：軟件標(biāo)志。由軟件置位或復(fù)位，由用戶(hù)定義使用；RS1、RS0：工作寄存器組選擇位。由軟件置位或復(fù)位，用來(lái)選擇4組工作寄存器中的一組；2.3.4特殊功能寄存器SFR752.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間5.SFR-3：PSW（C、AC、F0、F1、RS1、RS0、OV、P）

舉例（關(guān)于C、AC）如下：86H＋68H＝EEH 10000110

＋ 01101000————————11101110無(wú)進(jìn)位，無(wú)半進(jìn)位，所以，C=0，AC＝0第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)9AH＋8DH＝127H 10011010

＋ 10001101————————1,00100111

A中結(jié)果為27H，有進(jìn)位和半進(jìn)位，所以C=1，AC＝12.3.4特殊功能寄存器SFR762.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間5.SFR-3：PSW（C、AC、F0、F1、RS1、RS0、OV、P）OV：溢出標(biāo)志。對(duì)于帶符號(hào)數(shù)而言，反映運(yùn)算結(jié)果是否溢出。OV=1：溢出，表示運(yùn)算結(jié)果超出了A所能表示的帶符號(hào)數(shù)的范圍（-128～+127，即8位帶符號(hào)數(shù)的范圍）。OV=0：沒(méi)有溢出。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)對(duì)于乘法MUL，當(dāng)A、B兩個(gè)乘數(shù)的積超過(guò)255時(shí)OV置位；否則，OV＝0。對(duì)于除法DIV，若除數(shù)為0時(shí)，OV=1；否則，OV=0。2.3.4特殊功能寄存器SFR772.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間5.SFR-3：PSW（C、AC、F0、F1、RS1、RS0、OV、P）判斷OV的2種方法：方法1：對(duì)于加法運(yùn)算，當(dāng)D6、D7均向或均不向其高位（D7、Cy）進(jìn)位，則OV=0，否則OV=1；對(duì)于減法運(yùn)算，當(dāng)D6、D7均向或均不向其高位（D7、Cy）借位，則OV=0，否則OV=1。也可簡(jiǎn)單表述為：若以Ci表示位i向位i＋1的進(jìn)位或借位，當(dāng)發(fā)生進(jìn)位或借位時(shí),Ci=1,否則Ci=0。則OV=C6⊕C7，其中⊕表示異或。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)下述情況OV＝1（表示帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算結(jié)果錯(cuò)誤）：當(dāng)位6向位7有進(jìn)位(借位)，而位7不向Cy進(jìn)位(借位)時(shí)；當(dāng)位7向C進(jìn)位(借位)，而位6不向位7進(jìn)位(借位)時(shí)。其它情況下OV＝0（表示帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算結(jié)果正確）。2.3.4特殊功能寄存器SFR782.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間5.SFR-3：PSW（C、AC、F0、F1、RS1、RS0、OV、P）方法2：當(dāng)加法或減法的運(yùn)算結(jié)果超出-128~+127這個(gè)范圍時(shí)，OV=1，否則OV=0。以下2種情況表示發(fā)生了溢出：兩個(gè)正數(shù)相加，結(jié)果變成負(fù)數(shù)；兩個(gè)負(fù)數(shù)相加，結(jié)果變成正數(shù)。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)2.3.4特殊功能寄存器SFR792.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間SFR-3：PSW（C、AC、F0、F1、RS1、RS0、OV、P）例1：兩個(gè)正數(shù)相加超過(guò)了+127，產(chǎn)生了溢出，A中的和變成了負(fù)數(shù)，表示產(chǎn)生了溢出，結(jié)果是錯(cuò)誤的，OV＝1。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)例2：兩個(gè)負(fù)數(shù)求加，結(jié)果小于-128，A中的和變成了正數(shù)，表示產(chǎn)生了溢出，結(jié)果是錯(cuò)誤的，OV=1。兩種判斷方法得到的結(jié)果是一致的2.3.4特殊功能寄存器SFR802.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間5.SFR-3：PSW（C、AC、F0、F1、RS1、RS0、OV、P）P：奇偶標(biāo)志。用以表示指令操作之后，累加器A中1的個(gè)數(shù)的奇偶性。若A中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè)，則P=1；若A中“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)個(gè)，則P=0；

第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)

只要A中的數(shù)據(jù)變化，P的狀態(tài)亦隨之變化。如：

MOVA,#35H; 則P=0;ADDA,#14H; 則（A）＝49H，P=1812.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間學(xué)習(xí)內(nèi)容：堆棧與指針目標(biāo)：掌握堆棧訪問(wèn)方式，數(shù)據(jù)指針特點(diǎn)第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)2.3.4特殊功能寄存器SFR822.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間SFR-4：堆棧指針SP-1“堆?！钡母拍睿憾褩Ｊ莻€(gè)特殊的存儲(chǔ)區(qū)，主要功能是暫時(shí)存放數(shù)據(jù)和地址，通常用于保護(hù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)。堆棧有二種形式，一是向上（向高地址）生成，二是向下（向低地址）生成。

第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)

堆棧按照“先進(jìn)后出”即“后進(jìn)先出”的原則存取數(shù)據(jù)，從堆棧彈出的總是棧頂?shù)臄?shù)據(jù)，最后進(jìn)棧的數(shù)據(jù)最先被彈出。8051MCU的堆棧為滿(mǎn)頂法向上生成的軟件堆棧，其堆棧區(qū)必須開(kāi)辟在內(nèi)部通用RAM中。2.3.4特殊功能寄存器SFR832.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間SFR-4：堆棧指針2堆棧指針SP（StackPointer）：地址81H，是存放當(dāng)前堆棧棧頂?shù)刂返囊粋€(gè)8位寄存器。8051

MCU的堆棧是向上生成的：進(jìn)棧時(shí)棧頂向高地址生長(zhǎng)，SP的內(nèi)容增加；出棧時(shí)棧頂向下回落，SP的內(nèi)容減少。所以SP總是指向堆棧的棧頂。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)堆棧的設(shè)置：8051微控制器復(fù)位后，堆棧指針SP的內(nèi)容為07H，即默認(rèn)堆棧區(qū)為08H開(kāi)始向上的存儲(chǔ)區(qū)。

因?yàn)?8H-1FH單元為工作寄存器區(qū)，20H-2FH為位尋址區(qū)。通常是通過(guò)對(duì)SP賦值重新設(shè)置堆棧區(qū)域，將堆棧區(qū)設(shè)置到用戶(hù)RAM區(qū)。2.3.4特殊功能寄存器SFR842.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間SFR-4：堆棧指針SP-3堆棧的操作方式：有兩種操作方式。指令方式：使用堆棧操作指令進(jìn)行數(shù)據(jù)的“進(jìn)?！焙汀俺鰲！?，實(shí)現(xiàn)一些數(shù)據(jù)的暫存，以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)和恢復(fù)。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)自動(dòng)方式：調(diào)用子程序或響應(yīng)中斷時(shí)，CPU會(huì)自動(dòng)將返回地址或斷點(diǎn)地址，壓入堆棧保護(hù)；程序返回時(shí)，自動(dòng)將斷點(diǎn)地址彈回PC。操作由硬件自動(dòng)完成的堆棧操作指令：進(jìn)棧指令：PUSHdirect（direct范圍:00H-FFH）

出棧指令：POPdirect2.3.4特殊功能寄存器SFR852.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間SFR-4：堆棧指針SP-4第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)堆棧的操作過(guò)程：棧底=60H（第一個(gè)進(jìn)棧的數(shù)據(jù)），壓入數(shù)據(jù)，堆棧向上生長(zhǎng)，圖示棧頂是6BH，（SP）=6BH，即SP指向棧頂。壓入1個(gè)數(shù)據(jù)D0H，棧頂變?yōu)?CH，（SP）=6CH。彈出2個(gè)數(shù)據(jù)，棧頂變?yōu)?AH，（SP）也變?yōu)?AH。2.3.4特殊功能寄存器SFR862.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間5.SFR-4：堆棧指針SP-5堆棧的深度：子程序調(diào)用和中斷都允許多級(jí)嵌套，現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)需要使用堆棧，所以一定要保證堆棧有一定的深度，要避免堆棧溢出。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)

通過(guò)軟件可以對(duì)SP賦值而重新設(shè)置堆棧區(qū)域，使堆棧區(qū)設(shè)定在內(nèi)部RAM區(qū)的其它區(qū)域。設(shè)置時(shí)要注意堆棧的深度，不能超過(guò)片內(nèi)RAM空間。如設(shè)置堆棧指針（SP）＝5FH，堆棧為60H開(kāi)始向上的區(qū)域。如設(shè)置堆棧指針（SP）＝FFH，堆棧從哪里開(kāi)始？是否可以？2.3.4特殊功能寄存器SFR872.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間5.SFR-5：數(shù)據(jù)指針DPTR(DataPointer)數(shù)據(jù)指針DPTR，是一個(gè)16位的SFR。主要功能是作為外部RAM的地址指針。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)

DPTR也可以分為兩個(gè)8位寄存器使用，高8位用DPH表示，低8位用DPL表示。地址如下：DPH地址：83HDPL地址：82H2.3.4特殊功能寄存器SFR882.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與地址空間5.SFR：端口0-3及其它SFRP0、P1、P2、P3：分別是I/O端口P0～P3的鎖存器，地址分別為：80H、90H、A0H、B0H，可以位尋址。對(duì)于端口即引腳的操作實(shí)際上是對(duì)這些寄存器的操作，其端口引腳與端口寄存器的位具有映射關(guān)系。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)其它SFR：SBUF、T0、T1、IP、IE、TMOD、TCON、SCON、PCON等，結(jié)合相關(guān)章節(jié)講解。

微控制器復(fù)位后，除SP為07H，P0~P3為FFH外，其余均為0。2.1.3引腳與功能892.1微控制器結(jié)構(gòu)1.8051微控制器的引腳

40條引腳可分為4組：電源、地：2條；時(shí)鐘電路引腳：2條；控制線：4條；I/O口線：32條。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)2.1.3引腳與功能902.1微控制器結(jié)構(gòu)2.電源與時(shí)鐘（VCC，GND、XTAL1、XTAL2）

電源、地（Vcc，GND）：2條時(shí)鐘電路引腳（XTAL1、XTAL2）：2條

XTAL1：接外部晶振一端。是片內(nèi)振蕩電路反相放大器的輸入端。XTAL2：接外部晶振另一端。是片內(nèi)振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的振蕩頻率為晶振頻率。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)2.1.3引腳與功能912.1微控制器結(jié)構(gòu)3.控制引腳（ALE、PSEN、EA、RST

）ALE（AddressLatchEnable，P30）

地址鎖存允許信號(hào)輸出端。在訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器或I/O時(shí)，用于鎖存低8位地址，以實(shí)現(xiàn)低8位地址與數(shù)據(jù)的隔離。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)PSEN（ProgramStoreEnable，P29）

外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)輸出端，低電平有效。從外部ROM取指令時(shí)有效，連接到外擴(kuò)ROM芯片的輸出使能（OE）端。2.1.3引腳與功能922.1微控制器結(jié)構(gòu)3.控制引腳（

ALE、PSEN、EA、RST）EA（ExternalAccessEnable，P31）

片內(nèi)外程序存儲(chǔ)器ROM選擇信號(hào)輸入端。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)RST（Reset，P9）

復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。在此引腳施加兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可以完成復(fù)位操作。2.1.3引腳與功能932.1微控制器結(jié)構(gòu)4.I/O引腳（P0、P1、P2、P3）：32條I/O口線P0口（P0.0-P0.7）具有雙重功能的8位并行接口，引腳為P32-39。P1口（P1.0-P1.7）

單一功能8位準(zhǔn)雙向I/O口，引腳為P1-8。P2口（P2.0-P2.7）具有雙重功能的8位并行接口，引腳為P21-28。P3口（P3.0-P3.7）具有雙重功能的8位并行接口，引腳P10-17。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)942.4端口學(xué)習(xí)內(nèi)容：端口結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)目標(biāo)：掌握P0-P3的端口功能第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)952.4P0-P3端口結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)端口內(nèi)部結(jié)構(gòu)：準(zhǔn)雙向I/O口結(jié)構(gòu)P0-P3端口每一位有一個(gè)位輸出鎖存的D觸發(fā)器、輸出場(chǎng)效應(yīng)管T2；讀鎖存器數(shù)據(jù)的緩沖器BUF1，讀引腳的三態(tài)輸入緩沖器BUF2。P1口內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.4.1P0-P3端口內(nèi)部結(jié)構(gòu)輸出：輸出1或0時(shí)，端口引腳就會(huì)輸出高電平或低電平。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)輸入：即讀引腳。為正確得到引腳的狀態(tài)，T2應(yīng)截止，即端口要輸出1。若T2導(dǎo)通，引腳被鉗位在“0”狀態(tài)，無(wú)法正確讀入。2.4.2P0-P3端口功能962.4P0-P3端口結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)1.P0端口（P0.0～P0.7）P0口是一個(gè)雙功能的8位并行端口，字節(jié)地址為80H，位地址為80H-87H。第一功能：準(zhǔn)雙向I/O接口，做輸出口使用時(shí)，需要外接上拉電阻。第二功能：分時(shí)復(fù)用的8位數(shù)據(jù)線D7-D0和低8位地址線A7-A0，在擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器或I/O接口時(shí)使用。2.P1端口（P1.0～P1.7）帶有內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，無(wú)第二功能。字節(jié)地址為90H，位地址為90H-97H。3.P2端口（P2.0～P2.7）P2口是一個(gè)雙功能8位并行端口，字節(jié)地址為A0H，位地址為A0H-A7H。第一功能：準(zhǔn)雙向I/O接口，帶有內(nèi)部上拉電阻。第二功能：在擴(kuò)展外部RAM/ROM時(shí)，用作高8位地址線A15-A8。第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)972.1微控制器結(jié)構(gòu)4.P3端口（P3.0～P3.7）P3是一個(gè)多功能端口，字節(jié)地址為B0H，位地址為B0H-B7H；第一功能：準(zhǔn)雙向I/O接口，帶有內(nèi)部上拉電阻。端口引腳第二功能英文注釋P3.0RXD（串行口輸入)ReceiveeXternalDataP3.1TXD（串行口輸出）TransmittedeXternalDataP3.2INT0(外部中斷0輸入)Interrupt0P3.3

INT1(外部中斷1輸入)Interrupt1P3.4T0（定時(shí)器0計(jì)數(shù)輸入）Timer0P3.5T1（定時(shí)器1計(jì)數(shù)輸入）Timer1P3.6WR(外部RAM“寫(xiě)”選通)WriteP3.7RD(外部RAM“讀”選通）Read2.4.1P0-P3端口功能第2章8051微控制器硬件結(jié)構(gòu)第二功能：2.4.3P0-P3端口的應(yīng)用特性982.4P0-P3端口結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

P0-P3端口既有共有特征，也有差異特點(diǎn)，在使用的時(shí)候，