單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

第1章單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.18051單片機(jī)的特點(diǎn)1.28051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.38051的系統(tǒng)擴(kuò)展1.18051單片機(jī)的特點(diǎn)一、單片機(jī)的概念

將組成微型計(jì)算機(jī)的各功能部件：

中央處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口電路及定時(shí)/計(jì)數(shù)器等制作在一塊集成電路芯片中從而構(gòu)成完整的微型計(jì)算機(jī)－故稱作單晶片微型計(jì)算機(jī)，簡稱單片機(jī)（Singlechipmicrocomputer)?；蚍Q微控制器(MCU:Microcontroller)可分為三個(gè)主要階段：1、單芯片微機(jī)形成階段

1976年，Intel公司推出了MCS-48系列單片機(jī)。8位CPU、1K字節(jié)ROM、64字節(jié)RAM、27根I/O線和1個(gè)8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。特點(diǎn)是：存儲(chǔ)器容量較小，尋址范圍?。ú淮笥?K），無串行接口，指令系統(tǒng)功能不強(qiáng)。二、單片機(jī)的發(fā)展歷史2、性能完善提高階段

1980年，Intel公司推出了MCS-51系列單片機(jī)：8位CPU、4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、4個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍64K，并有控制功能較強(qiáng)的布爾處理器。特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點(diǎn)進(jìn)一步突出?，F(xiàn)在，MCS-51已成為公認(rèn)的單片機(jī)經(jīng)典機(jī)種。3、微控制器化階段

1982年，Intel推出MCS-96系列單片機(jī)。芯片內(nèi)集成：16位CPU、8K字節(jié)ROM、232字節(jié)RAM、5個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍64K。片上還有8路10位ADC、1路PWM輸出及高速I/O部件等。特點(diǎn)是：片內(nèi)面向測控系統(tǒng)外圍電路增強(qiáng)，使單片機(jī)可以方便靈活地用于復(fù)雜的自動(dòng)測控系統(tǒng)及設(shè)備?！拔⒖刂破鳌钡姆Q謂更能反應(yīng)單片機(jī)的本質(zhì)。4、單片機(jī)的發(fā)展趨勢（1）低功耗CMOS化

80C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)和CHMOS(互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場合。（2）微型單片化

要求體積小、重量輕、具有多種封裝形式，其中SMD(表面封裝)越來越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。（3）主流與多品種共存

在一定的時(shí)期內(nèi)，以C8051為核心的單片機(jī)占據(jù)半壁江山，各品種單片機(jī)陸續(xù)侵占市場的情形將得以延續(xù)，將不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)，相輔相成、共同發(fā)展的道路。三、單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡介時(shí)鐘電路SFR和RAM

ROMCPU定時(shí)/計(jì)數(shù)器并行端口中斷系統(tǒng)串行端口系統(tǒng)總線時(shí)鐘源T0T1P0

P1

P2

P3TXDRXD

INT0INT11、中央處理器CPU

CPU（CentralProcessingUnit）是計(jì)算機(jī)的核心部件,它由運(yùn)算器和控制器組成,完成計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和控制功能。

運(yùn)算器又稱算術(shù)邏輯部件（ALU,AithmctiealLogicUnit）,主要完成對數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算?？刂破鳎–ontroller）是整個(gè)計(jì)算機(jī)的指揮中心,它負(fù)責(zé)從內(nèi)部存儲(chǔ)器中取出指令并對指令進(jìn)行分析、判斷,并根據(jù)指令發(fā)出控制信號(hào),使計(jì)算機(jī)的有關(guān)部件及設(shè)備有條不紊地協(xié)調(diào)工作,保證計(jì)算機(jī)能自動(dòng)、連續(xù)地運(yùn)行。2、存儲(chǔ)器M

存儲(chǔ)器（Memory）是具有記憶功能的部件,用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序。存儲(chǔ)器根據(jù)其位置不同可分為兩類:內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器。內(nèi)存儲(chǔ)器（簡稱內(nèi)存）和CPU直接相連,存放當(dāng)前要運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù),故也稱主存儲(chǔ)器（簡稱主存）。3、輸入/輸出接口（I/O接口）輸入/輸出（I/O）接口由大規(guī)模集成電路組成的I/O器件構(gòu)成,用來連接主機(jī)和相應(yīng)的I/O設(shè)備（如:鍵盤、顯示器、打印機(jī)等）,使得這些設(shè)備和主機(jī)之間傳送的數(shù)據(jù)、信息在形式上和速度上都能匹配。不同的I/O設(shè)備必須配置與其相適應(yīng)的I/O接口。8位的CPU，片內(nèi)有振蕩器和時(shí)鐘電路,工作頻率為

1～12MHz（Atmel89Cxx為0～24MHz）片內(nèi)有128/256字節(jié)RAM片內(nèi)有0K/4K/8K等字節(jié)程序存儲(chǔ)器ROM可尋址片外64K字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM可尋址片外64K字節(jié)程序存儲(chǔ)器ROM4個(gè)8位的并行I/O口（PIO）1個(gè)全雙工串行口（SIO/UART）2/3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（TIMER/COUNTER）可處理5/6個(gè)中斷源，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)內(nèi)置1個(gè)布爾處理器和1個(gè)布爾累加器（Cy）MCS-51指令集含111條指令4、MCS-51單片機(jī)基本特性四、典型的單片機(jī)產(chǎn)品四位機(jī)（中穎）八位機(jī)MCS-51系列MC68系列PIC16系列AVR系列16位機(jī)MSP430系列PIC24系列32位機(jī)ARMMIPS1、MCS-51系列Intel公司的高性能8位單片機(jī)，該系列機(jī)有8051、8031、8751。80C51系列是其兼容性單片機(jī)，與8051系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，但采用CMOS工藝，對8051做了一些擴(kuò)充，更有特點(diǎn)，功能更強(qiáng)。MCS51單片機(jī)和8051、8031、89C51等的關(guān)系

這一系列單片機(jī)包括了好些品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減、改變而來的，所以人們習(xí)慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機(jī)，而8031是前些年在我國最流行的單片機(jī)，所以很多場合會(huì)看到8031的名稱。

INTEL公司將MCS51的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051為核心的單片機(jī)，當(dāng)然，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求。

*ATMEL公司帶Flash存儲(chǔ)器技術(shù)的AT89系列*華邦公司的W78C51、W77C51高速低價(jià)系列

*ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列

*LG公司的GMS90/97低壓高速系列

*Maxim公司的DS89C420高速(50MIPS)系列

*Cygnal公司的C8051F系列高速SOC單片機(jī)*宏晶公司的STC系列單片機(jī)*Philips公司的80C51、80C552系列80C51系列單片機(jī)兼容的主要產(chǎn)品2、MC68系列Motorola公司的8位單片機(jī)M6801M6804MC6805MC68HC05MC68HC11速度更快，功耗更低、功能更強(qiáng)約占8位機(jī)市場的30%份額3、PIC系列美國Microchip公司生產(chǎn)，價(jià)格低、體積小、速度高、功耗低、C語言編程、程序保密性強(qiáng)、開發(fā)方便，率先采用RISC（精簡指令集），現(xiàn)已成為嵌入式單片機(jī)的主流產(chǎn)品之一。4、AVR系列美國ATMEL公司推出的全新配置精簡指令集（RISC）的單片機(jī)系列。高速度、高保密性、低功耗。片內(nèi)程序存儲(chǔ)器采用Flash大多數(shù)指令僅用1個(gè)晶振周期采用C語言編程CMOS工藝生產(chǎn)ATMEL公司的單片機(jī)可分為AT89、AT90、AT91和智能IC卡等系列，AT90系列屬于增強(qiáng)型RISC內(nèi)載Flash新型嵌入式8位單片機(jī)，通常簡稱為AVR單片機(jī)。5、MSP430系列TI（德州儀器）公司推出的新型高性能單片機(jī)。16位精簡指令結(jié)構(gòu)可確保運(yùn)行速度、帶FLASH的微控制器可將功耗降低5倍、具有多種省電模式、型號(hào)相當(dāng)豐富。五、單片機(jī)的應(yīng)用和應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1、單片機(jī)的應(yīng)用

單片機(jī)用于各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能化，同時(shí)還簡化了儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，從而可以方便地完成儀器儀表產(chǎn)品的升級(jí)換代。如各種智能電氣測量儀表、智能傳感器等?！糁悄軆x器儀表

交直流電壓電流表數(shù)字式測角儀

機(jī)電一體化產(chǎn)品是集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的各種機(jī)電產(chǎn)品。單片機(jī)在機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產(chǎn)品如機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)包裝機(jī)、點(diǎn)鈔機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等?！魴C(jī)電一體化產(chǎn)品數(shù)控車床數(shù)控線切割機(jī)床◆實(shí)時(shí)工業(yè)控制單片機(jī)還可以用于各種物理量的采集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)的采集和控制均可以利用單片機(jī)方便地實(shí)現(xiàn)。在這類系統(tǒng)中，利用單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器，可以根據(jù)被控對象的不同特征采用不同的智能算法，實(shí)現(xiàn)期望的控制指標(biāo)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。典型應(yīng)用如電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動(dòng)生產(chǎn)線等。

◆分布式系統(tǒng)的前端模塊

在較復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用分布式測控系統(tǒng)完成大量的分布參數(shù)的采集。在這類系統(tǒng)中，采用單片機(jī)作為分布式系統(tǒng)的前端采集模塊，系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠，數(shù)據(jù)采集方便靈活，成本低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)?！艏矣秒娖骷矣秒娖魇菃纹瑱C(jī)的又一重要應(yīng)用領(lǐng)域，前景十分廣闊。如空調(diào)器、電冰箱、洗衣機(jī)、電飯煲、高檔洗浴設(shè)備、高檔玩具等。2、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)3、單片機(jī)的開發(fā)思路確定任務(wù)、技術(shù)指標(biāo)選擇機(jī)型、劃分軟硬件功能

設(shè)計(jì)硬件電路

軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

搭電路

確定算法、框圖

加工組裝樣機(jī)

編寫程序

樣機(jī)靜態(tài)測試

編譯程序、軟件調(diào)試聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試 測試樣機(jī)硬件 測試程序 測試系統(tǒng)性能 程序固化到EPROM1.28051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.2.1中央處理器1.2.2存儲(chǔ)器的組織1.2.3片內(nèi)并行接口1.2.48051內(nèi)部資源1.2.58051的芯片引腳1.2.6單片機(jī)的工作方式1.2.1中央處理器（CPU）1、以ALU為中心的運(yùn)算器

CPU（CentralProcessingUnit）是計(jì)算機(jī)的核心部件,它由運(yùn)算器和控制器組成,還包括一些特殊功能寄存器完成計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和控制功能。運(yùn)算器又稱算術(shù)邏輯部件（ALU,AithmctiealLogicUnit）,主要完成對數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。運(yùn)算器相關(guān)的寄存器：ACC—累加器B—寄存器TEMP—暫存器PSW—程序狀態(tài)字寄存器PSW—程序狀態(tài)字寄存器▼CY(PSW.7)進(jìn)位/借位標(biāo)志位。若ACC在運(yùn)算過程中發(fā)生了進(jìn)位或借位，則CY=1；否則=0。它也是布爾處理器的位累加器，可用于布爾操作。▼AC(PSW.6)半進(jìn)位/借位標(biāo)志位。若ACC在運(yùn)算過程中，D3位向D4位發(fā)生了進(jìn)位或借位，則CY=1,否則=0。機(jī)器在執(zhí)行“DAA”指令時(shí)自動(dòng)要判斷這一位，我們可以暫時(shí)不關(guān)心它。▼F0

(PSW.5)可由用戶定義的標(biāo)志位。CYACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0PSW.6PSW.5▼RS1(PSW.4)、RS0(PSW.3)工作寄存器組選擇位。RS1，RS0=01

則選擇了工作寄存器組

1區(qū)R0～R7分別代表08H～0FH單元。RS1，RS0=10

則選擇了工作寄存器組

2區(qū)

R0～R7分別代表10H～17H單元。RS1，RS0=11

則選擇了工作寄存器組

3區(qū)R0～R7分別代表18H～1FH單元。RS1，RS0=00

則選擇了工作寄存器組

0區(qū)R0～R7分別代表00H～07H單元。CYACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0PSW.6PSW.5▼OV(PSW.2)溢出標(biāo)志位。

OV=1時(shí)特指累加器在進(jìn)行帶符號(hào)數(shù)(-128—+127)運(yùn)算時(shí)出錯(cuò)（超出范圍）；OV=0時(shí)未出錯(cuò)。▼PSW.1

未定義。▼P(PSW.0)奇偶標(biāo)志位。

P=1表示累加器中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)

P=0表示累加器中“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)

CPU隨時(shí)監(jiān)視著ACC中的“1”的個(gè)數(shù),并反映在PSW中CYACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0PSW.6PSW.52、控制器、時(shí)鐘電路和基本時(shí)序周期控制器（Controller）主要包括定時(shí)和控制邏輯、指令寄存器、譯碼器、地址指針DPTR和程序計(jì)數(shù)器PC等?？刂破魇钦麄€(gè)計(jì)算機(jī)的指揮中心,它負(fù)責(zé)從內(nèi)部存儲(chǔ)器中取出指令并對指令進(jìn)行分析、判斷,并根據(jù)指令發(fā)出控制信號(hào),使計(jì)算機(jī)的有關(guān)部件及設(shè)備有條不紊地協(xié)調(diào)工作,保證計(jì)算機(jī)能自動(dòng)、連續(xù)地運(yùn)行。

（1）8051的時(shí)鐘30±10pfx21～12MHz（MCS-51）

4～24MHz（Atmel-89C）XTAL1XTAL2也可以由XTAL1端接入外部時(shí)鐘，此時(shí)應(yīng)將XTAL2接地：XTAL2XTAL1外部時(shí)鐘通常外接一個(gè)晶振兩個(gè)電容時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。（2）8051的基本時(shí)序周期

CPU的工作是不斷地取指令和執(zhí)行指令，以完成數(shù)據(jù)的處理、傳送和輸入輸出等操作。

CPU的工作總是按照一定的時(shí)鐘節(jié)拍與時(shí)序進(jìn)行。

CPU執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間－指令周期；不同的指令其指令周期是不一樣的。振蕩周期：Tc=晶振頻率fosc（或外加頻率）的倒數(shù)狀態(tài)周期：Ts=2個(gè)時(shí)鐘周期(Tc)（很少用到此概念）機(jī)器周期：Tm=6個(gè)狀態(tài)周期(Ts)=12個(gè)振蕩周期(Tc)指令周期:Ti:執(zhí)行一條指令所需的機(jī)器周期(Tm)數(shù)P1P2S1振蕩周期狀態(tài)周期機(jī)器周期機(jī)器周期指令周期S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2牢牢記?。赫袷幹芷?晶振頻率fosc的倒數(shù)；

1個(gè)機(jī)器周期=12個(gè)振蕩周期；

1個(gè)指令周期=1、2、4個(gè)機(jī)器周期。（3）8051的指令部件程序計(jì)數(shù)器PC：是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，其內(nèi)容是下一條待執(zhí)行指令的地址，尋址范圍是64KB。指令寄存器IR：是用來存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令。指令譯碼器ID：是對存放在IR中的指令操作碼進(jìn)行解釋，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)。數(shù)據(jù)指針DPTR：是一個(gè)16位的寄存器，可以用來尋址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，也可以尋址外部程序存儲(chǔ)空間，尋址范圍是64KB

。1.2.2存儲(chǔ)器的組織1、8051單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)哈佛結(jié)構(gòu)單片機(jī)：指令寄存器IR：程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是分開的，并且有各自的尋址機(jī)構(gòu)和尋址方式。在物理上有四個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、片外程序存儲(chǔ)器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。8051單片機(jī)片內(nèi)具有256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM和4KB的程序存儲(chǔ)器ROM。并且可以在片外擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，具有64KB的尋址空間。在8051單片機(jī)存儲(chǔ)器的組織結(jié)構(gòu)。00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作寄存器區(qū)外部RAMSFR分布在80H-FFH其中92個(gè)位可位尋址0000HFFFFH程序存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)外部ROM內(nèi)部ROM(EA=1)外部ROM(EA=0)0000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)8051通過不同的信號(hào)來選通ROM和RAM。訪問ROM時(shí)用選通信號(hào)/PSEN.讀寫RAM時(shí)用讀寫信號(hào)/RD、/WR.2、8051單片機(jī)程序存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)外部ROM內(nèi)部ROM(EA=1)外部ROM(EA=0)0000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFH（1）具有64KB的尋址空間。（2）低地址的4KB的片內(nèi)外尋址空間重疊。由EA信號(hào)區(qū)分。（3）某些空間留給系統(tǒng)使用：0000H-0002H:是所有程序的入口0003H-002AH:是中斷程序的入口3、8051單片機(jī)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM區(qū)普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作寄存器區(qū)SFR分布在80H-FFH其中92個(gè)位可位尋址80HFFH所有的RAM區(qū)(包括位尋址區(qū)、工作寄存器區(qū)）都可以用于存放數(shù)據(jù)，故也稱為數(shù)據(jù)緩存寄存器89C51

128字節(jié)（1）工作寄存器區(qū)00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM區(qū)普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作寄存器區(qū)R0R2R1R3R4R5R6R707H02H01H00H06H04H05H03H08H1FH工作寄存器區(qū)3工作寄存器區(qū)2工作寄存器區(qū)1工作寄存器區(qū)00FH10H17H18H片內(nèi)RAM前32個(gè)單元是工作寄存器區(qū)

(00H—1FH)（2）可位尋址區(qū)00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM區(qū)普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作寄存器區(qū)27H22H21H20H26H24H25H23H28H2FH單元地址07060504030201000F0E0D0C0B0A090817161514131211101F1E1D1C1B1A191827262524232221202F2E2D2C2B2A292837363534333231303F3E3D3C3B3A393847464544434241407F7E7D7C7B7A7978位地址總共128個(gè)可按位尋址的位片內(nèi)RAM中有128個(gè)可按位尋址的位。位地址:00H—7FH

分布在:20H—2FH單元（3）一般RAM區(qū)89C51片內(nèi)RAM

128字節(jié)（00H—7FH）89C52片內(nèi)RAM

256字節(jié)（00H—0FFH）00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM區(qū)普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作寄存器區(qū)SFR分布在80H-FFH其中92個(gè)位可位尋址80HFFH89C51

128字節(jié)89C52256字節(jié)只能直接尋址只能寄存器間接尋址（4）特殊功能寄存器SFR標(biāo)識(shí)符號(hào)地址寄存器名稱標(biāo)識(shí)符號(hào)地址寄存器名稱ACC0E0H累加器PCON87H電源控制及波特率選擇寄存器B0F0HB寄存器SCON98H串行口控制寄存器PSW0D0H程序狀態(tài)字SBUF99H串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器SP81H堆棧指針TCON88H定時(shí)控制寄存器DPTR82H,83H數(shù)據(jù)指針（16位）含DPL和DPHTMOD89H定時(shí)器方式選擇寄存器IE0A8H中斷允許控制寄存器TL08AH定時(shí)器0低8位IP0B8H中斷優(yōu)先控制寄存器TH08CH定時(shí)器0高8位P080HI/O口0寄存器TL18BH定時(shí)器1低8位P190HI/O口1寄存器TH18DH定時(shí)器1高8位P20A0HI/O口2寄存器P30B0HI/O口3寄存器（5）堆棧概念：片內(nèi)RAM中，常常要指定一個(gè)專門的區(qū)域來存放某些特別的數(shù)據(jù),它遵循先進(jìn)后出和后進(jìn)先出的原則,這個(gè)RAM區(qū)叫堆棧。功用：1）子程序調(diào)用和中斷服務(wù)時(shí)CPU自動(dòng)將當(dāng)前PC值壓棧保存，返回時(shí)自動(dòng)將PC值彈棧。2）保護(hù)現(xiàn)場/恢復(fù)現(xiàn)場3）數(shù)據(jù)傳輸00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM區(qū)普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作寄存器區(qū)

SP棧頂下一個(gè)進(jìn)棧的數(shù)據(jù)將存在此數(shù)據(jù)進(jìn)棧已經(jīng)進(jìn)棧的數(shù)據(jù)存放在此初始SP數(shù)據(jù)進(jìn)棧時(shí)：首先SP+1指向08H單元，第一個(gè)放進(jìn)堆棧的數(shù)據(jù)將放進(jìn)08H單元，然后SP再自動(dòng)增1，仍指著棧頂……堆棧區(qū)由特殊功能寄存器堆棧指針SP管理。堆棧區(qū)可以安排在RAM區(qū)任意位置，一般不安排在工作寄存器區(qū)和可按位尋址的RAM區(qū)，通常放在RAM區(qū)的靠后的位置。復(fù)位后SP=07H。堆棧的管理和操作方式：從堆棧取出數(shù)據(jù)時(shí)：取出的數(shù)據(jù)是最近放進(jìn)去的一個(gè)數(shù)據(jù)，也就是當(dāng)前棧頂?shù)臄?shù)據(jù)。然后SP再自動(dòng)減1，仍指著棧頂……00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM區(qū)普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作寄存器區(qū)SP-1指向新的棧頂,也就是下一個(gè)將要出棧的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)出棧初始SP4、8051單片機(jī)的部分特殊功能寄存器介紹▼特殊功能寄存器SFR（專用寄存器）專用于控制、選擇、管理、存放單片機(jī)內(nèi)部各部分的工作方式、條件、狀態(tài)、結(jié)果的寄存器。▼不同的SFR管理不同的硬件模塊，負(fù)責(zé)不同的功能——各司其職換言之：要讓單片機(jī)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能，必須有相應(yīng)的硬件和軟件，而軟件中最重要的一項(xiàng)工作就是對SFR寫命令（要求）。程序計(jì)數(shù)器PC（ProgramCounter）PC

不是一個(gè)特殊功能寄存器SFR，但其作用又十分重要和特殊!!!特點(diǎn)：▼它是16位的按機(jī)器周期自動(dòng)增1計(jì)數(shù)器▼一切分支/跳轉(zhuǎn)/調(diào)用/中斷/復(fù)位

等操作的本質(zhì)就是:改變PC值▼總指向下一條指令所在首地址(當(dāng)前PC值)（1）特殊功能寄存器(PC)已知的P0、P1、P2、P3等四個(gè)8位I/O口分別由名為P0、P1、P2、P3四個(gè)SFR代表。堆棧指針寄存器SP（StackPointer):總是指向棧頂,壓棧時(shí)先(SP)+1然后數(shù)據(jù)進(jìn)棧；彈棧時(shí)數(shù)據(jù)先出棧然后(SP)-1。累加器ACC:一個(gè)被眾多指令用得最頻繁的特殊功能寄存器(如：運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸…)。副累加器

B:一個(gè)經(jīng)常與

ACC

配合在一起使用的特殊功能寄存器(如：乘法、除法)，此外，它也經(jīng)常當(dāng)作普通寄存器使用。（2）特殊功能寄存器(P0—P3,SP,A,B)（3）PC與SFR復(fù)位狀態(tài)表寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTCON00HA00HT2CON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0－P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUFXXHIE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H1.2.3片內(nèi)并行接口

8051具有四個(gè)8位的并行接口分別是：P0、P1、P2、P3。每個(gè)口主要由三個(gè)部分構(gòu)成:端口鎖存器、輸入緩沖器、輸出驅(qū)動(dòng)器。每個(gè)口都是雙向通道，每一條I/O線都能獨(dú)立用作輸入或輸出；作輸出時(shí)數(shù)據(jù)可以鎖存，作輸入時(shí)數(shù)據(jù)可以緩沖。

P0、P2、P3口還具有第二功能。1、并行口的基本輸入輸出方式及特點(diǎn)（以P1口為例）21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線Vcc引腳P1.X內(nèi)部上拉電阻口鎖存器輸入緩沖器輸出驅(qū)動(dòng)器（1）P1口其中一位的邏輯結(jié)構(gòu)（2）P1口的輸出操作21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線Vcc引腳P1.X內(nèi)部上拉電阻110截止=1輸出數(shù)據(jù)=1時(shí)21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線Vcc引腳P1.X內(nèi)部上拉電阻001=0導(dǎo)通輸出數(shù)據(jù)=0時(shí)（3）P1口的輸入操作并行口作為口使用時(shí)，有兩種方式：讀端口、讀引腳。讀端口：并不是從芯片外部讀入數(shù)據(jù)，而只是把端口寄存器中的內(nèi)容讀到內(nèi)部總線。先將P1口的數(shù)據(jù)讀入CPU，在ALU中進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再送回P1。讀－修改－寫操作讀引腳：正真把芯片外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。先向P1口鎖存器寫入1，然后進(jìn)行讀操作；此時(shí)讀進(jìn)來的是引腳的信號(hào)。準(zhǔn)雙向I/O口21DQCK/Q讀引腳=1讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線Vcc引腳P1.X內(nèi)部上拉電阻110截止2、P0口的結(jié)構(gòu)及其第二功能21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制引腳P0.X34Vcc尋址外部程序存儲(chǔ)器時(shí)分時(shí)作為雙向8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復(fù)用口－－正真的雙向口。不接外部程序存儲(chǔ)器時(shí)可作為8位準(zhǔn)雙向I/O口使用。需外接上拉電阻。控制=0時(shí)，此腳作準(zhǔn)雙向I/O口控制=1時(shí)，此腳作地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口3、P2口的結(jié)構(gòu)及其第二功能尋址外部程序存儲(chǔ)器時(shí)輸出高8位地址；不接外部程序存儲(chǔ)器時(shí)可作為8位準(zhǔn)雙向I/O口使用。21DQCK/Q讀引腳=0讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址高8位控制引腳P2.X110截止3內(nèi)部上拉電阻11Vcc=1=0控制=0時(shí)，此腳作通用I/O口控制=1時(shí)，此腳作高8位地址A8—A15輸出口：4、P3口的結(jié)構(gòu)及其第二功能21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線第二功能輸出‘1’引腳P3.X3內(nèi)部上拉電阻Vcc第二功能輸入4RD:

讀外設(shè)控制信號(hào)輸出端P3.7WR:

寫外設(shè)控制信號(hào)輸出端P3.6T1:外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端1P3.5T0:外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端0P3.4INT1:

外部中斷申請輸入端1P3.3INT0:

外部中斷申請輸入端0P3.2TxD:

串行口發(fā)送數(shù)據(jù)輸出端P3.1RxD:

串行口接收數(shù)據(jù)輸入端P3.0第二功能

引腳（1）P3口第二功能表第二功能輸出時(shí)，內(nèi)部自動(dòng)D=121DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線第二功能輸出（WR，RD，TxD）引腳P3.X3內(nèi)部上拉電阻Vcc4111反相器（2）P3口第二功能輸出（3）P3口第二功能輸入第二功能輸入時(shí)，信號(hào)經(jīng)緩沖器4直接進(jìn)入內(nèi)總線21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線此端自動(dòng)＝1引腳P3.X3內(nèi)部上拉電阻Vcc

第二功能輸入（RxD，T0，T1，INT0，INT1）41110截止5、并行口的驅(qū)動(dòng)能力P0口每一個(gè)I/O口可以輸出驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL輸入端，P1~P3口則可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL輸入端。1.2.48051內(nèi)部資源

1、串行口SBUF（發(fā)）SBUF（收）發(fā)送控制器TI接收控制器RI移位寄存器波特率發(fā)生器T11A累加器(門)移位寄存器RxDTxD去申請中斷引腳引腳CPU內(nèi)部2、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

——(52系列有3個(gè)16位Timer)定時(shí)器:對片內(nèi)機(jī)器時(shí)鐘(周期方波)進(jìn)行計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器:對Tx引腳輸入的負(fù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)與Timer工作有關(guān)的特殊功能寄存器：

TCON、TMOD、THx

和TLx+1計(jì)數(shù)器溢出中斷脈沖控制開關(guān)3、中斷系統(tǒng)（1）中斷的基本概念所謂中斷是指CPU對系統(tǒng)中或系統(tǒng)外發(fā)生的某個(gè)事件的一種響應(yīng)過程，即CPU暫時(shí)停止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，而自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行預(yù)先安排好的處理該事件的服務(wù)子程序。當(dāng)處理結(jié)束后，再返回到被暫停程序的斷點(diǎn)處，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。實(shí)現(xiàn)這種中斷功能的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)稱為中斷系統(tǒng)。（2）8051中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.2.58051的芯片引腳MCS-51單片機(jī)40腳Vcc,GND

2XTAL1,XTAL2

2RESET

1EA/Vpp

1ALE/PROG

1PSEN

1P0.0—P0.78P1.0—P1.78P2.0—P2.78P3.0—P3.78Vcc,GND:

正電源端與接地端（+5V/3.3V/2.7V)不同的單片機(jī)可以允許不同的工作電壓，不同的單片機(jī)表現(xiàn)出的功耗也不同。XTAL1,XTAL2:

片內(nèi)振蕩電路輸入/輸出端。RESET:

復(fù)位端（正脈沖有效，寬度

2個(gè)機(jī)器周期）EA/Vpp:

尋址外部ROM控制端/編程電源輸入端。

片內(nèi)無ROM時(shí)必須接地；

片內(nèi)有ROM時(shí)并應(yīng)用時(shí)應(yīng)當(dāng)接高電平；

對片內(nèi)ROM編程時(shí)編程正電源加到此端。ALE/PROG:

地址鎖存允許/編程脈沖輸入端。

P0口尋址外部低8位地址時(shí)接外部鎖存器G端；

ALE端平時(shí)會(huì)輸出周期正脈沖：f

fosc/6；

對片內(nèi)ROM編程時(shí)編程脈沖由此端加入。PSEN：尋址外部程序存儲(chǔ)器時(shí)選通外部EPROM的

讀控制端（OE）低有效。1.2.6單片機(jī)的工作方式單片機(jī)的工作方式包括：復(fù)位方式、程序執(zhí)行方式、單步執(zhí)行方式、低功耗操作方式、EPROM編程和校驗(yàn)方式。1、復(fù)位方式復(fù)位使單片機(jī)進(jìn)入某種確定的初始狀態(tài)：

▼PC值歸零（0000H）；▼各個(gè)SFR被賦予初始值：

P0～P3=0FFH，Acc=0，B=0，TH0=0，TL0=0，TH1=0，TL0=0，SP=7，PSW=0……▼退出處于節(jié)電工作方式的停頓狀態(tài)、退出一切程序進(jìn)程、退出程序的死循環(huán)，從頭開始。+5V10uF10KVccRSTGND上電復(fù)位10uF10KVccRSTGND手動(dòng)&上電復(fù)位1K+5VRESET:

復(fù)位端（正脈沖有效，寬度

2個(gè)機(jī)器周期）8051的復(fù)位操作不影響內(nèi)部RAM的內(nèi)容。2、程序執(zhí)行方式程序執(zhí)行方式單片機(jī)的基本工作方式。由于復(fù)位以后PC＝0000H，所以程序總是從地址0000H開始執(zhí)行。3、單步執(zhí)行方式

單步執(zhí)行方式是使程序的執(zhí)行處于外加脈沖的控制下，一條指令一條指令的執(zhí)行。通常用于程序的調(diào)試。4、低功耗操作方式CMOS單片機(jī)有兩種低功耗操作方式：節(jié)電方式和掉電方式。節(jié)電方式：CPU停止工作，RAM、定時(shí)器、串口、中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式：僅給片內(nèi)RAM供電，片內(nèi)所有其他電路均不工作。（2）節(jié)電方式（1）低功耗操作的控制方式

由單片機(jī)內(nèi)部的特殊功能寄存器PCON中的相關(guān)位實(shí)現(xiàn)低功耗工作方式的控制。IDL(PCON.0):節(jié)電方式位。IDL＝1時(shí)激活節(jié)電工作方式。PD(PCON.1):掉電方式位。PD＝1時(shí)激活掉電工作方式。GF0(PCON.2):GF1(PCON.3):進(jìn)入節(jié)電方式的方法：由執(zhí)行一條令I(lǐng)DL＝1指令。節(jié)電方式單片機(jī)的狀態(tài)：CPU停止工作。CPU的工作狀態(tài)被保留，SP、PSW、ACC、通用寄存器值保留。RAM、定時(shí)器、串口、中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。節(jié)電方式單片機(jī)的工作電流變化：在電源電壓為5V情況下，工作電流由正常工作時(shí)的24mA降為3.7mA。退出節(jié)電方式的途徑：在任一中斷被激活，此時(shí)IDL位被清零，節(jié)電狀態(tài)結(jié)束。硬件復(fù)位，復(fù)位后PCON中的各位均被清零。（3）掉電方式進(jìn)入掉電方式的方法：由執(zhí)行一條令PD＝1指令。掉電方式單片機(jī)的狀態(tài)：片內(nèi)振蕩器停止工作，CPU停止工作。SP、PSW、ACC、通用寄存器值被破壞。RAM內(nèi)容被保持。掉電方式單片機(jī)的工作電流變化：在電源電壓可以降到2V，工作電流為50uA。退出掉電方式的途徑：硬件復(fù)位。在電源電壓恢復(fù)到5V后，進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位時(shí)間需10ms。1.38051的系統(tǒng)擴(kuò)展1.3.1外部總線的擴(kuò)展1.3.2外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展1.3.3外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展1.3.1外部總線的擴(kuò)展系統(tǒng)擴(kuò)展的基本方法：一般來講，所有與計(jì)算機(jī)擴(kuò)展連接芯片的外部引腳線都可以歸屬為三總線結(jié)構(gòu)。擴(kuò)展連接的一般方法實(shí)際上是三總線對接。MCS–51單片機(jī)的三總線結(jié)構(gòu)形式地址鎖存器的引腳和接口1.3.2外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展1、外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展性能程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展空間大小為64KB，地址為（0000H－FFFFH）；并聯(lián)掛接在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和地址總線。

MOVC指令操作擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器的地址指針是：程序計(jì)數(shù)器PC和數(shù)據(jù)指針DPTR。擴(kuò)展的外部程序存儲(chǔ)器通常是EEPROM。2、外部程序存儲(chǔ)器的操作時(shí)序3、外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法（1）單片機(jī)與外部程序存儲(chǔ)器的一般連線（2）FLASH存儲(chǔ)器

Flash存儲(chǔ)器是Intel公司于1988年推出的一種新型半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，具有非揮發(fā)存儲(chǔ)特性，可作為新一代可編程只讀存儲(chǔ)器。特點(diǎn)：集成度高(構(gòu)成基本存儲(chǔ)單元只需一個(gè)MOS管)

讀取速度快單一供電再編程次數(shù)多Intel公司推出的28F系列(如28F020為256

K×8位)和Atmel公司推出的AT29系列都是影響較大的Flash存儲(chǔ)器。（3）FLASH存儲(chǔ)器的編程方法

Flash存儲(chǔ)器的擦除和編程都是通過對芯片內(nèi)部寄存器寫命令字進(jìn)行。（4）FLASH存儲(chǔ)器的擴(kuò)展32k×8EPROM讀取時(shí)間僅為70ns，寫入10ms/頁單一+5V電源，低功耗：待機(jī)為300uA，工作50mA，10000次擦寫次數(shù)。輸入輸出全兼容CMOS和TTL電路。

AT29C256Flash存儲(chǔ)器1.3.3外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展1、外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展性能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間大小為64KB，地址為（0000H－FFFFH）；并聯(lián)掛接在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和地址總線。

MOVX指令操作讀寫控制信號(hào)為/WR

和

/RD擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址指針是：數(shù)據(jù)指針DPTR。2、外部程序存儲(chǔ)器的操作時(shí)序PCH輸出DPH輸出PCL輸出指令輸入數(shù)據(jù)地址輸出數(shù)據(jù)輸入PCL輸出PCH輸出指令輸入3、外部程序存儲(chǔ)器的