單片機培訓馬培訓資料

單片機概述,SoC和51

本講座包括如下三部分內(nèi)容:單片機概述SOC和51初學單片機幾個不易掌握的概念單片機概述這一部分包括以下內(nèi)容:單片機概念MCS51單片機和8051、8031、89C51等的關(guān)系CISC與RISC單片機概述一.何謂單片機一臺能夠工作的計算機要有這樣幾個部份構(gòu)成：CPU（進行運算、控制）、RAM（數(shù)據(jù)存儲）、ROM（程序存儲）、輸入/輸出設(shè)備（例如：串行口、并行輸出口等）。在個人計算機上這些部份被分成若干塊芯片，安裝一個稱之為主板的印刷線路板上。而在單片機中，這些部份，全部被做到一塊集成電路芯片中了，所以就稱為單片（單芯片）機，而且有一些單片機中除了上述部份外，還集成了其它部份如A/D，D/A等。天！PC中的CPU一塊就要賣幾千塊錢，這么多東西做在一起，還不得買個天價！再說這塊芯片也得非常大了。計算機的場合都要求計算機有很高的性能，一個控制電冰箱溫度的計算機難道要用PIII？應用的關(guān)鍵是看是否夠用，是否有很好的性能價格比。所以8051出來十多年，依然沒有被淘汰，還在不斷的發(fā)展中。

單片機概述二、MCS51單片機和8051、8031、89C51等的關(guān)系我們平常老是講8051，又有什么8031，現(xiàn)在又有89C51，它們之間究竟是什么關(guān)系?MCS51是指由美國INTEL公司（對了，就是大名鼎鼎的INTEL）生產(chǎn)的一系列單片機的總稱，這一系列單片機包括了好些品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機都是在8051的基礎(chǔ)上進行功能的增、減、改變而來的，所以人們習慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機，而8031是前些年在我國最流行的單片機，所以很多場合會看到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，當然，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求，其中89C51就是這幾年在我國非常流行的單片機，它是由美國ATMEL公司開發(fā)生產(chǎn)的。以后我們將用89C51來完成一系列的實驗。單片機概述三.CISC與RISCCISC，ComplexInstructionSetComputer，復雜指令系統(tǒng)計算機。RISC，ReducedInstructionSetComputer，精簡指令系統(tǒng)計算機。雖然這兩個名詞是針對計算機的，但下文我們?nèi)匀恢粚χ噶罴M行研究。（１）CISC的產(chǎn)生、發(fā)展和現(xiàn)狀一開始，計算機的指令系統(tǒng)只有很少一些基本指令，而其他的復雜指令全靠軟件編譯時通過簡單指令的組合來實現(xiàn)。舉個最簡單的例子，一個a乘以b的操作就可以轉(zhuǎn)換為a個b相加來做，這樣就用不著乘法指令了。

當然，最早的指令系統(tǒng)就已經(jīng)有乘法指令了，這是為什么呢？因為用硬件實現(xiàn)乘法比加法組合來得快得多。由于那時的計算機部件相當昂貴，而且速度很慢，為了提高速度，越來越多的復雜指令被加入了指令系統(tǒng)中。但是，很快又有一個問題：一個指令系統(tǒng)的指令數(shù)是受指令操作碼的位數(shù)所限制的，如果操作碼為8位，那么指令數(shù)最多為256條（2的8次方）。

那么怎么辦呢？指令的寬度是很難增加的，聰明的設(shè)計師們又想出了一種方案：操作碼擴展。前面說過，操作碼的后面跟的是地址碼，而有些指令是用不著地址碼或只用少量的地址碼的。那么，就可以把操作碼擴展到這些位置。舉個簡單的例子，如果一個指令系統(tǒng)的操作碼為2位，那么可以有00、01、10、11四條不同的指令。現(xiàn)在把11作為保留，把操作碼擴展到4位，那么就可以有00、01、10、1100、1101、1110、1111七條指令。其中1100、1101、1110、1111這四條指令的地址碼必須少兩位。然后，為了達到操作碼擴展的先決條件：減少地址碼，設(shè)計師們又動足了腦筋，發(fā)明了各種各樣的尋址方式，如基址尋址、相對尋址等，用以最大限度的壓縮地址碼長度，為操作碼留出空間。就這樣，慢慢地，CISC指令系統(tǒng)就形成了，大量的復雜指令、可變的指令長度、多種的尋址方式是CISC的特點，也是CISC的缺點：因為這些都大大增加了解碼的難度，而在現(xiàn)在的高速硬件發(fā)展下，復雜指令所帶來的速度提升早已不及在解碼上浪費點的時間。除了個人PC市場還在用x86指令集外，服務(wù)器以及更大的系統(tǒng)都早已不用CISC了。x86仍然存在的唯一理由就是為了兼容大量的x86平臺上的軟件。（２）RISC的產(chǎn)生、發(fā)展和現(xiàn)狀1975年，IBM的設(shè)計師JohnCocke研究了當時的IBM370CISC系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)其中占總指令數(shù)僅20%的簡單指令卻在程序調(diào)用中占了80%，而占指令數(shù)80%的復雜指令卻只有20%的機會用到。由此，他提出了RISC的概念。事實證明，RISC是成功的。80年代末，各公司的RISCCPU如雨后春筍般大量出現(xiàn)，占據(jù)了大量的市場。到了90年代，x86的CPU如pentium和k5也開始使用先進的RISC核心。RISC的最大特點是指令長度固定，指令格式種類少，尋址方式種類少，大多數(shù)是簡單指令且都能在一個時鐘周期內(nèi)完成，易于設(shè)計超標量與流水線，寄存器數(shù)量多，大量操作在寄存器之間進行。由于下文所講的CPU核心大部分是講RISC核心，所以這里就不多介紹了，對于RISC核心的設(shè)計下面會詳細談到。

RISC目前正如日中天，Intel的Itanium也將最終拋棄x86而轉(zhuǎn)向RISC結(jié)構(gòu)。SoC和51系列一.SOC由于集成規(guī)模的擴大，原先由許多IC組成的電子系統(tǒng)有可能集成在一個單片上，構(gòu)成所謂系統(tǒng)芯片（SystemOnChip，簡稱SOC）。系統(tǒng)芯片與集成電路（IC）相比，不再是一種功能單一的單元電路，而是將信號采集、處理和輸出等完整的系統(tǒng)集成在一起，成為一個有某種應用目的的電子系統(tǒng)單片。電子系統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計方法是在PCB（PrintedCircuitBoard）級完成的。系統(tǒng)設(shè)計人員利用各IC制造商生產(chǎn)的通用集成電路，在PCB上構(gòu)成系統(tǒng)，系統(tǒng)的調(diào)試也在PCB上進行。這種開發(fā)設(shè)計方法要求設(shè)計者具有豐富的硬件知識和調(diào)試能力，產(chǎn)品開發(fā)周期長，投資較大，涉及修改困難。此外，由于PCB連線的延時、空間尺度、重量和可靠性等制約，整機性能受到很大限制。如果能將整個系統(tǒng)最終集成在一個單片上，無疑對于提高產(chǎn)品性能、縮小產(chǎn)品體積具有極大幫助。因而，SOC是電子系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計的合理選擇。微電子技術(shù)的近期發(fā)展成果，為SOC的實現(xiàn)提供了多種途徑。對于經(jīng)過驗證而又具有批量的系統(tǒng)芯片，可以做成專用集成電路（ApplicationSpecificIntegratedCircuit,簡稱ASIC）大量生產(chǎn)。而對于一些僅小批量應用或出于開發(fā)階段的SOC，若馬上投入流片生產(chǎn)，需要投入較多的資金，承擔較大的試制風險。近十幾年發(fā)展起來的高密度可編程邏輯器件（DensityProgrammableLogicDevice,簡稱HDPLD），則提供了另一種實現(xiàn)途徑?？删幊踢壿嬈骷≒LD）是一種由IC制造商大批量定型生產(chǎn)的半定制產(chǎn)品，器件內(nèi)部的邏輯功能由戶設(shè)計和制造，是一種價格低廉、而硬件功能可多次編程重構(gòu)的器件?？删幊踢壿嬈骷某霈F(xiàn)，使得系統(tǒng)設(shè)計人員有可能在不改變系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的前提下，修改完善甚至重新設(shè)計系統(tǒng)的硬件功能，使電子系統(tǒng)的硬件具有了“柔性”，極大地改變了硬件的剛性結(jié)構(gòu)狀態(tài)，甚至可以使電子系統(tǒng)的硬件功能狀態(tài)調(diào)整，以適應外界使用環(huán)境的變化?？删幊踢壿嬈骷a(chǎn)生于20世紀70年代，其出現(xiàn)的最初目的是為了用較少的PLD品種替代種類繁多的各式中小規(guī)模邏輯電路。在30多年的發(fā)展過程中，PLD的結(jié)構(gòu)、工藝、功耗和工作速度等性能都得到了重大改進。尤其是在20世紀80年代，出現(xiàn)了HDPLD，可編程邏輯器件的單片集成度由原來的數(shù)百到數(shù)千門，發(fā)展到數(shù)萬、數(shù)十萬甚至數(shù)百萬門，芯片的I/O引腳也有20~24腳發(fā)展到400~1000個引腳，為用戶提供了大量的可編程邏輯資源和觸發(fā)器，可以實現(xiàn)各種邏輯功能（包括組合邏輯和時序邏輯），有的PLD制造商還推出了嵌入系統(tǒng)級功能模塊的核，使之具有強大功能。因此，完全可能將一個電子系統(tǒng)集成在一個HDPLD單片上，為SOC的實現(xiàn)提供了一種簡單易行而又成本低廉的手段，極大地促進了SOC的發(fā)展。SOC的設(shè)計理念與傳統(tǒng)IC不同。SOC把系統(tǒng)的處理機制、模型算法、芯片結(jié)構(gòu)、各層次電路直到器件的設(shè)計緊密結(jié)合，在一個或若干個單片上完成整個系統(tǒng)的功能。與普通IC的設(shè)計不同，SOC的設(shè)計以IP核為基礎(chǔ)，以硬件描述語言為系統(tǒng)功能的主要描述手段，借助于以計算機為平臺的EDA工具進行。SOC的出現(xiàn)是電子設(shè)計領(lǐng)域的一場革命。如果說在上個世紀，電子系統(tǒng)的設(shè)計主要是在PCB層次上將各種元器件合理連接，那么進入本世紀后，電子系統(tǒng)的設(shè)計將主要使以HDPLD或ASIC為物理載體的系統(tǒng)芯片的設(shè)計，它對電子信息產(chǎn)業(yè)的影響將不亞于20世紀60年代集成電路的出現(xiàn)所產(chǎn)生的影響。

二.51系列一)、單片機的外部結(jié)構(gòu)

拿到一塊芯片，想要使用它，首先必須要知道怎樣連線，我們用的一塊稱之為89C51的芯片，下面我們就看一下如何給它連線。1、

電源：這當然是必不可少的了。單片機使用的是5V電源，其中正極接40引腳，負極（地）接20引腳。2、

振蒎電路：單片機是一種時序電路，必須提供脈沖信號才能正常工作，在單片機內(nèi)部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器，接18、19腳。只要買來晶振，電容，連上就可以了，按圖1接上即可。3、

復位引腳：按圖1中畫法連好，至于復位是何含義及為何需要復位，在單片機功能中介紹。4、EA引腳：EA引腳接到正電源端。

至此，一個單片機就接好，通上電，單片機就開始工作了。

二)、

任務(wù)分析我們的第一個任務(wù)是要用單片機點亮一只發(fā)光二極管LED，顯然，這個LED必須要和單片機的某個引腳相連，否則單片機就沒法控制它了，那么和哪個引腳相連呢？單片機上除了剛才用掉的5個引腳，還有35個，我們將這個LED和1腳相連。（見圖1，其中R1是限流電阻）按照這個圖的接法，當1腳是高電平時，LED不亮，只有1腳是低電平時，LED才發(fā)亮。因此要1腳我們要能夠控制，也就是說，我們要能夠讓1引腳按要求變?yōu)楦呋虻碗娖?。即然我們要控?腳，就得給它起個名字，總不能就叫它一腳吧？叫它什么名字呢？設(shè)計51芯片的INTEL公司已經(jīng)起好了，就叫它P1.0，這是規(guī)定，不可以由我們來更改。

名字有了，我們又怎樣讓它變'高'或變'低'呢？叫人做事，說一聲就可以，這叫發(fā)布命令，要計算機做事，也得要向計算機發(fā)命令，計算機能聽得懂的命令稱之為計算機的指令。讓一個引腳輸出高電平的指令是SETB，讓一個引腳輸出低電平的指令是CLR。因此，我們要P1.0輸出高電平，只要寫SETBP1.0，要P1.0輸出低電平，只要寫CLRP1.0就可以了?，F(xiàn)在我們已經(jīng)有辦法讓計算機去將P10輸出高或低電平了，但是我們怎樣才能計算機執(zhí)行這條指令呢？總不能也對計算機也說一聲了事吧。要解決這個問題，還得有幾步要走。第一，計算機看不懂SETBCLR之類的指令，我們得把指令翻譯成計算機能懂的方式，再讓計算機去讀。計算機能懂什么呢？它只懂一樣東西——數(shù)字。因此我們得把SETBP1.0變?yōu)椋―2H,90H），把CLRP1.0變?yōu)?/p>

（C2H,90H），至于為什么是這兩個數(shù)字，這也是由51芯片的設(shè)計者--INTEL規(guī)定的，我們不去研究。第二步，在得到這兩個數(shù)字后，怎樣讓這兩個數(shù)字進入單片機的內(nèi)部呢？這要借助于一個硬件工具"編程器"。我們將編程器與電腦連好，運行編程器的軟件，然后在編緝區(qū)內(nèi)寫入（D2H,90H）見圖2，寫入……好，拿下片子，把片子插入做好的電路板，接通電源……什么?燈不亮？這就對了，因為我們寫進去的指令就是讓圖2P10輸出高電平，燈當然不亮，要是亮就錯了?，F(xiàn)在我們再撥下這塊芯片，重新放回到編程器上，將編緝區(qū)的內(nèi)容改為（C2H,90H），也就是CLRP1.0，寫片，拿下片子，把片子插進電路板，接電，好，燈亮了。因為我們寫入的（）就是讓P10輸出低電平的指令。這樣我們看到，硬件電路的連線沒有做任何改變，只要改變寫入單片機中的內(nèi)容，就可以改變電路的輸出效果。三)、單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析

我們來思考一個問題，當我們在編程器中把一條指令寫進單片機內(nèi)部，然后取下單片機，單片機就可以執(zhí)行這條指令，那么這條指令一定保存在單片機的某個地方，并且這個地方在單片機掉電后依然可以保持這條指令不會丟失，這是個什么地方呢？這個地方就是單片機內(nèi)部的只讀存儲器即ROM（READONLYMEMORY）。為什么稱它為只讀存儲器呢？剛才我們不是明明把兩個數(shù)字寫進去了嗎？原來在89C51中的ROM是一種電可擦除的ROM，稱為FLASHROM，剛才我們是用的編程器，在特殊的條件下由外部設(shè)備對ROM進行寫的操作，在單片機正常工作條件下，只能從那面讀，不能把數(shù)據(jù)寫進去，所以我們還是把它稱為ROM。

四)、程序的完善上一次我們的程序?qū)嵲谑菦]什么用，要燈亮還要重寫一下片子，下面我們要讓燈不斷地閃爍，這就有一定的實用價值了，比如可以把它當成汽車上的一個信號燈用了。怎樣才能讓燈不斷地閃爍呢？實際上就是要燈亮一段時間，再滅一段時間，也就是說要P10不斷地輸出高和低電平。怎樣實現(xiàn)這個要求呢？請考慮用下面的指令是否可行：

SETBP10CLRP10……這是不行的，有兩個問題，第一，計算機執(zhí)行指令的時間很快，執(zhí)行完SETBP10后，燈是滅了，但在極短時間（微秒級）后，計算機又執(zhí)行了CLRP10指令，燈又亮了，所以根本分辨不出燈曾滅過。第二，在執(zhí)行完CLRP10后，不會再去執(zhí)行SETBP10指令，所以以后再也沒有機會讓滅了。

為了解決這兩個問題，我們可以做如下設(shè)想，第一，在執(zhí)行完SETBP10后，延時一段時間（幾秒或零點幾秒）再執(zhí)行第二條指令，就可以分辨出燈曾滅過了。第二在執(zhí)行完第二條指令后，讓計算機再去執(zhí)行第一條指令，不斷地在原地兜圈，我們稱之為"循環(huán)"，這樣就可以完成任務(wù)了。

以下先給出程序（后面括號中的數(shù)字是為了便于講解而寫的，實際不用輸入）：

；主程序：LOOP：SETBP10；（１）

LCALLDELAY；（２）

CLRP10；（３）

LCALLDELAY；（４）

AJMPLOOP；（５）；以下子程序DELAY：MOVR7，#250；（６）D1：MOVR6，#250；（７）D2：DJNZR6，D2；（８）

DJNZR7，D1；（９）

RET；（１０）

END；（１１）按上面的設(shè)想分析一下前面的五條指令。第一條是讓燈滅，第二條應當是延時，第三條是讓燈亮，第四條和第二條一模一樣，也是延時，第五條應當是轉(zhuǎn)去執(zhí)行第一條指令。第二和第四條實現(xiàn)的原理稍后談，先看第五條，LJMP是一條指令，意思是轉(zhuǎn)移，往什么地方轉(zhuǎn)移呢？后面跟的是LOOP，看一下，什么地方還有LOOP，對了，在第一條指令的前面有一個LOOP，所以很直觀地，我們可以認識到，它要轉(zhuǎn)到第一條指令處。這個第一條指令前面的LOOP被稱之為標號，它的用途就是給這一行起一個名字，便于使用。是否一定要給它起名叫LOOP呢？當然不是，起什么名字，完全由編程序的人決定，可以稱它為A，X等等，當然，這時，第五條指令LJMP后面的名字也得跟著改了。

第二條和第四條指令的用途是延時，它是怎樣實現(xiàn)的呢？指令的形式是LCALL，這條指令稱為調(diào)用子程序指令，看一下指令后面跟的是什么，DELAY，找一下DELAY，在第六條指令的前面，顯然，這也是一個標號。這條指令的作用是這樣的：當執(zhí)行LCALL指令時，程序就轉(zhuǎn)到LCALL后面的標號所標定的程序處執(zhí)行，如果在執(zhí)行指令的過程中遇到RET指令，則程序就返回到LCALL指令的下面的一條指令繼續(xù)執(zhí)行，從第六行開始的指令中，可以看到確實有RET指令。在執(zhí)行第二條指令后，將轉(zhuǎn)去執(zhí)行第６條指令，而在執(zhí)行完６，７，８，９條指令后將遇到第１０條令：RET，執(zhí)行該條指令后，程序?qū)⒒貋韴?zhí)行第三條指令，即將P10清零，使燈亮，然后又是第四條指令，執(zhí)行第四條指令就是轉(zhuǎn)去執(zhí)行第6，7，8，9，10條指令，然后回來執(zhí)行第5條指令，第5條指令就是讓程序回到第1條開始執(zhí)行，如此周而復始，燈就在不斷地亮、滅了。

在標號DELAY標志的這一行到RET這一行中的所有程序，這是一段延時程序，大概延時零點幾秒，至于具體的時間，以后我們再學習如何計算。

程序的最后一行是END，這不是一條指令，它只是告訴我們程序到此結(jié)束，它被稱為"偽指令"。五).延時程序分析為了知道延時程序是如何工作的，我們必需首先了解延時程序中出現(xiàn)的一些符號，

就從R1開始，R1被稱之為工作寄存器。什么是工作寄存器呢？讓我們從現(xiàn)實生活中來找找答案。如果出一道數(shù)學題：123+567，讓你回答結(jié)果是多少，你會馬上答出是690，再看下面一道題：123+567+562，要讓你要上回答，就不這么容易了吧？我們會怎樣做呢？如果有張紙，就容易了，我們先算出123+567=690，把690寫在紙上，然后再算690+562得到結(jié)果是1552。這其中1552是我們想要的結(jié)果，而690并非我們所要的結(jié)果，但是為了得到最終結(jié)果，我們又不得不先算出690，并記下來，這其實是一個中間結(jié)果，計算機中做運算和這個類似，為了要得到最終結(jié)果，往往要做很多步的中間結(jié)果，這些中間結(jié)果要有個地方放才行，把它們放哪呢？放在前面提到過的ROM中可以嗎？顯然不行，因為計算機要將結(jié)果寫進去，而ROM是不可以寫的，所以在單片機中另有一個區(qū)域稱為RAM區(qū)（RAM是隨機存取存儲器的英文縮寫），它可以將數(shù)據(jù)寫進去。特別地，在MCS-51單片機中，將RAM中分出一塊區(qū)域，稱為工作寄存器區(qū)。

我們已經(jīng)知道，程序中的符號R7、R6是代表了一個個的RAM單元，是用來放一些數(shù)據(jù)的，下面我們再來看一下其它符號的含義。DELAY：MOVR7，#250

；（６）D1：MOVR6，#250；（７）

D2：DJNZR6，D2；（８）DJNZR7，D1；（９）

RET；（１０）

1.

MOV：這是一條指令，意思是傳遞數(shù)據(jù)。說到傳遞，我們都很清楚，傳東西要從一個人的手上傳到另一個人的手上，也就是說要有一個接受者，一個傳遞者和一樣東西。從指令MOVR7，#250中來分析，R7是一個接受者，250是被傳遞的數(shù)，傳遞者在這條指令中被省略了（注意：并不是每一條傳遞指令都會省的，事實上大部份數(shù)據(jù)傳遞指令都會有傳遞者）。它的意義也很明顯：將數(shù)據(jù)250送到R7中去，因此執(zhí)行完這條指令后，R7單元中的值就應當是250。在250前面有個#號，這又是什么意思呢？這個#就是用來說明250就是一個被傳遞的東西本身，而不是傳遞者。那么MOVR6，#250是什么意思，應當不用分析了吧。

2.

DJNZ：這是另一條指令，我們來看一下這條指令后面跟著的兩個東西，一個是R6，一個是D2，R6我們當然已知是什么了，查一下D2是什么。D2在本行的前面，我們已學過，這稱之為標號。標號的用途是什么呢？就是給本行起一個名字。DJNZ指令的執(zhí)行過程是這樣的，它將其后面的第一個參數(shù)中的值減1，然后看一下，這個值是否等于0，如果等于0，就往下執(zhí)行，如果不等于0，就轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)到什么地方去呢？可能大家已猜到了，轉(zhuǎn)到第二個參數(shù)所指定的地方去（請大家用自已的話講一下這條語句是怎樣執(zhí)行的）。本條指令的最終執(zhí)行結(jié)果就是，在原地轉(zhuǎn)圈250次。

3.

執(zhí)行完了DJNZR6，D2之后（也就是R6的值等于0之后），就會去執(zhí)行下面一行，也就是DJNZR7，D1，請大家自行分析一下這句話執(zhí)行的結(jié)果。（轉(zhuǎn)去執(zhí)行MOVR6，#250，同時R7中的值減1），最終DJNZR6，D2這句話將被執(zhí)行250*250=62500次，執(zhí)行這么多次同一條指令干嗎？就是為了延時。

一個問題：如果在R6中放入0，會有什么樣的結(jié)果。

六)、時序分析：前面我們介紹了延時程序，但這還不完善，因為，我們只知道DJNZR6，D2這句話會被執(zhí)行62500次，但是執(zhí)行這么多次需要多長時間呢？是否滿足我們的要求呢？我們還不知道，所以下面要來解決這個問題。先提一個問題：我們學校里什么是最重要的。（鈴聲）校長可以出差，老師可以休息，但學校一日無鈴聲必定大亂。整個學校就是在鈴聲的統(tǒng)一指揮下，步調(diào)一致，統(tǒng)一協(xié)調(diào)地工作著。這個鈴是按一定的時間安排來響的，我們可以稱之為“時序��時間的順序”。一個由人組成的單位尚且要有一定的時序，計算機當然更要有嚴格的時序。事實上，計算機更象一個大鐘，什么時候分針動，什么時候秒針動，什么時候時針動，都有嚴格的規(guī)定，一點也不能亂。計算機要完成的事更復雜，所以它的時序也更復雜。我們已知，計算機工作時，是一條一條地從ROM中取指令，然后一步一步地執(zhí)行，我們規(guī)定：計算機訪問一次存儲器的時間，稱之為一個機器周期。這是一個時間基準，好象我們?nèi)擞谩懊搿弊鳛槲覀兊臅r間基準一樣，為什么不干脆用“秒”，多好，很習慣，學下去我們就會知道用“秒”反而不習慣。一個機器周期包括12個時鐘周期。下面讓我們算一下一個機器周期是多長時間吧。設(shè)一個單片機工作于12M晶振，它的時鐘周期是1/12（微秒）。它的一個機器周期是12*（1/12）也就是1微秒。（請計算一個工作于6M晶振的單片機，它的機器周期是多少）。MCS-51單片機的所有指令中，有一些完成得比較快，只要一個機器周期就行了，有一些完成得比較慢，得要2個機器周期，還有兩條指令要4個機器周期才行。這也不難再解，不是嗎？我讓你掃地的執(zhí)行要完成總得比要你完成擦黑板的指令時間要長。為了恒量指令執(zhí)行時間的長短，又引入一個新的概念：指令周期。所謂指令周期就是指執(zhí)行一條指令的時間。INTEL對每一條指令都給出了它的指令周期數(shù)，這些數(shù)據(jù)，大部份不需要我們?nèi)ビ洃?，但是有一些指令是需要記住的，如DJNZ指令是雙周期指令。下面讓我們來計算剛才的延時。首先必須要知道晶振的頻率，我們設(shè)所用晶振為12M，則一個機器周期就是1微秒。而DJNZ指令是雙周期指令，所以執(zhí)行一次要2個微秒。一共執(zhí)行62500次，正好125000微秒，也就是125毫秒。練習：設(shè)計一個延時100毫秒的延時程序。要點分析：1、一個單元中的數(shù)是否可以超過255。2、如何分配兩個數(shù)。七)、復位電路任何單片機在工作之前都要有個復位的過程，復位是什么意思呢？它就象是我們上課之前打的預備鈴。預備鈴一響，大家就自動地從操場、其它地方進入教室了，在這一段時間里，是沒有老師干預的，對單片機來說，是程序還沒有開始執(zhí)行，是在做準備工作。顯然，準備工作不需要太長的時間，復位只需要5ms的時間就可以了。如何進行復位呢？只要在單片機的RST引腳上加上高電平，就可以了，按上面所說，時間不少于5ms。為了達到這個要求，可以用很多種方法，這里提供一種供參考，見圖1。實際上，我們在上一次實驗的圖中已見到過了。這種復位電路的工作原理是：通電時，電容兩端相當于是短路，于是RST引腳上為高電平，然后電源通過電阻對電容充電，RST端電壓慢慢下降，降到一定程序，即為低電平，單片機開始正常工作。

八).第三個實驗

上兩次我們做過兩個實驗，都是讓P1.0這個引腳使燈亮，我們可以設(shè)想：既然P1.0可以讓燈亮，那么其它的引腳可不可以呢？看一下圖1，它是8031單片機引腳的說明，在P1.0旁邊有P1.1，P1.2….P1.7，它們是否都可以讓燈亮呢？除了以P1開頭的外，還有以P0，P2，P3開頭的，數(shù)一下，一共是32個引腳，前面我們以學過7個引腳，加上這32個這39個了。它們都以P字開頭，只是后面的數(shù)字不一樣，它們是否有什么聯(lián)系呢？它們能不能都讓燈亮呢？在我們的實驗板上，除了P10之外，還有P11��P17都與LED相連，下面讓我們來做一個實驗，程序如下：MAIN：MOVP1，#0FFHLCALLDELAYMOVP1，#00HLCALLDELAYLJMPMAINDELAY：MOVR7，#250D1：MOVR6，#250D2：DJNZR6，D2DJNZR7，D1RETEND將這段程序轉(zhuǎn)為機器碼，用編程器寫入芯片中，結(jié)果如何？通電以后我們可以看到8只。LED全部在閃動。因此，P10��P17是全部可以點亮燈的。事實上，凡以P開頭的這32個引腳都是可以點亮燈的，也就是說：這32個引腳都可以作為輸出使用，如果不用來點亮LED，可以用來控制繼電器，可以用來控制其它的執(zhí)行機構(gòu)。程序分析：這段程序和前面做過的程序比較，只有兩處不一樣：第一句：原來是SETBP1.0，現(xiàn)在改為MOVP1，#0FFH，第三句：原來是CLRP1.0，現(xiàn)在改為MOVP1.0，#00H。從中可以看出，P1是P1.0��P1.7的全體的代表，一個P1就表示了所有的這八個管腳了。當然用的指令也不一樣了，是用MOV指令。為什么用這條指令？看圖2，我們把P1作為一個整體，就把它當作是一個存儲器的單元，對一個單元送進一個數(shù)可以用MOV指令。九)、第四個實驗除了可以作為輸出外，這32個引腳還可以做什么呢？下面再來做一個實驗，程序如下：MAIN：MOVP3，#0FFHLOOP：MOVA，P3MOVP1，ALJMPLOOP先看一下實驗的結(jié)果：所有燈全部不亮，然后我按下一個按鈕，第（）個燈亮了，再按下另一個按鈕，第（）個燈亮了，松開按鈕燈就滅了。從這個實驗現(xiàn)象結(jié)合電路來分析一下程序。

從硬件電路的連線可以看出，有四個按鈕被接入到P3口的P32，P33，P34，P35。第一條指令的用途我們可以猜到：使P3口全部為高電平。第二條指令是MOVA，P3，其中MOV已經(jīng)見，是送數(shù)的意思，這條指令的意思就是將P3口的數(shù)送到A中去，我們可以把A當成是一個中間單元（看圖3），第三句話是將A中的數(shù)又送到P1口去，第四句話是循環(huán)，就是不斷地重復這個過程，這我們已見過。當我們按下第一個按鈕時，第（3）只燈亮了，所以P12口應當輸出是低電平，為什么P12口會輸出低電平呢？我們看一下有什么被送到了P1口，只有從P3口進來的數(shù)送到A，又被送到了P1口，所以，肯定是P3口進來的數(shù)使得P12位輸出電平的。P3口的P32位的按鈕被按下，使得P32位的電平為低，通過程序，又使P12口輸出低電平，所以P3口起來了一個輸入的作用。驗證：按第二、三、四個按鈕，同時按下2個、3個、4個按鈕都可以得到同樣的結(jié)論，所以P3口確實起到了輸入作用，這樣，我們可以看到，以P字開頭的管腳，不僅可以用作輸出，還可以用作輸入，其它的管腳是否可以呢？是的，都可以。這32個引腳就稱之為并行口，下面我們就對并行口的結(jié)構(gòu)作一個分析，看一下它是怎樣實現(xiàn)輸入和輸出的。并行口結(jié)構(gòu)分析：

1、輸出結(jié)構(gòu)先看P1口的一位的結(jié)構(gòu)示意圖（只畫出了輸出部份）：從圖中可以看出，開關(guān)的打開和合上代表了引腳輸出的高和低，如果開關(guān)合上了，則引腳輸出就是低，如果開關(guān)打開了，則輸出高電平，這個開關(guān)是由一根線來控制的，這根數(shù)據(jù)總線是出自于CPU，讓我們回想一下，數(shù)據(jù)總線是一根大家公用的線，很多的器件和它連在一起，在不同的時候，不同的器件當然需要不同的信號，如某一時刻我們讓這個引腳輸出高電平，并要求保持若干時間，在這段時間里，計算機當然在忙個不停，在與其它器件進行聯(lián)絡(luò)，這根控制線上的電平未必能保持原來的值不變，輸出就會發(fā)生變化了。怎么解決這個問題呢？我們在存儲器一節(jié)中學過，存儲器中是可以存放電荷的，我們不妨也加一個小的存儲器的單元，并在它的前面加一個開關(guān)，要讓這一位輸出時，就把開關(guān)打開，信號就進入存儲器的單元，然后馬上關(guān)閉開關(guān)，這樣這一位的狀態(tài)就被保存下來，直到下一次命令讓它把開關(guān)再打開為止。這樣就能使這一位的狀態(tài)與別的器件無關(guān)了，這么一個小單元，我們給它一個很形象的名字，稱之為“鎖存器”。2、輸入結(jié)構(gòu)這是并行口的一位的輸出結(jié)構(gòu)示意圖，再看，除了輸出之外，還有兩根線，一根從外部引腳接入，另一根從鎖存器的輸出接出，分別標明讀引腳和讀鎖存器。這兩根線是用于從外部接收信號的，為什么要兩根呢？原來，在51單片機中輸入有兩種方式，分別稱為‘讀引腳’和‘讀鎖存器’，第一種方式是將引腳作為輸入，那是真正地從外部引腳讀進輸入的值，第二種方式是該引腳處于輸出狀態(tài)時，有時需要改變這一位的狀態(tài)，則并不需要真正地讀引腳狀態(tài)，而只是讀入鎖存器的狀態(tài)，然后作某種變換后再輸出。請注意輸入結(jié)構(gòu)圖，如果將這一根引線作為輸入口使用，我們并不能保證在任何時刻都能得到正確的結(jié)果（為什么？）參考圖2輸入示意圖。接在外部的開關(guān)如果打開，則應當是輸入1，而如果閉合開關(guān)，則輸入0，但是，如果單片機內(nèi)部的開關(guān)是閉合的，那么不管外部的開關(guān)是開還是閉，單片機接受到的數(shù)據(jù)都是0?？梢姡屵@一端口作為輸入使用，要先做一個‘準備工作’，就是先讓內(nèi)部的開關(guān)斷開，也就是讓端口輸出‘1’才行。正因為要先做這么一個準備工作，所以我們稱之為“準雙向I/O口”。以上是P1口的一位的結(jié)構(gòu)，P1口其它各位的結(jié)構(gòu)與之相同，而其它三個口：P0、P2、P3則除入作為輸入輸出口之外還有其它用途，所以結(jié)構(gòu)要稍復雜一些，但其用于輸入、輸出的結(jié)構(gòu)是相同的?？磮D（）。對我們來說，這些附加的功能不必由我們來控制，所以我們就不去關(guān)心它了。初學單片機幾個不易掌握的概念

隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，計算機已深入地滲透到我們的生活中，許多電子愛好者開始學習單片機知識，但單片機的內(nèi)容比較抽象，相對電子愛好者已熟悉的模擬電路、數(shù)字電路，單片機中有一些新的概念，這些概念非?；疽灾劣谝话阕髡卟恍既フ劊滩淖匀灰膊粫苌钊氲刂v解這些概念，但這些內(nèi)容又是學習中必須要理解的，下面就結(jié)合本人的學習經(jīng)驗，對這些最基本概念作一說明，希望對自學者有所幫助。

幾個不易掌握的概念

1、總線：我們知道，一個電路總是由元器件通過電線連接而成的，在模擬電路中，連線并不成為一個問題，因為各器件間一般是串行關(guān)系，各器件之間的連線并不很多，但計算機電路卻不一樣，它是以微處理器為核心，各器件都要與微處理器相連，各器件之間的工作必須相互協(xié)調(diào)，所以就需要的連線就很多了，如果仍如同模擬電路一樣，在各微處理器和各器件間單獨連線，則線的數(shù)量將多得驚人，所以在微處理機中引入了總線的概念，各個器件共同享用連線，所有器件的8根數(shù)據(jù)線全部接到8根公用的線上，即相當于各個器件并聯(lián)起來，但僅這樣還不行，如果有兩個器件同時送出數(shù)據(jù)，一個為0，一個為1，那么，接收方接收到的究竟是什么呢？這種情況是不允許的，所以要通過控制線進行控制，使器件分時工作，任何時候只能有一個器件發(fā)送數(shù)據(jù)（可以有多個器件同時接收）。器件的數(shù)據(jù)線也就被稱為數(shù)據(jù)總線，器件所有的控制線被稱為控制總線。在單片機內(nèi)部或者外部存儲器及其它器件中有存儲單元，這些存儲單元要被分配地址，才能使用，分配地址當然也是以電信號的形式給出的，由于存儲單元比較多，所以，用于地址分配的線也較多，這些線被稱為地址總線

2、數(shù)據(jù)、地址、指令：之所以將這三者放在一起，是因為這三者的本質(zhì)都是一樣的──數(shù)字，或者說都是一串‘0’和‘1’組成的序列。換言之，地址、指令也都是數(shù)據(jù)。指令：由單片機芯片的設(shè)計者規(guī)定的一種數(shù)字，它與我們常用的指令助記符有著嚴格的一一對應關(guān)系，不可以由單片機的開發(fā)者更改。地址：是尋找單片機內(nèi)部、外部的存儲單元、輸入輸出口的依據(jù)，內(nèi)部單元的地址值已由芯片設(shè)計者規(guī)定好，不可更改，外部的單元可以由單片機開發(fā)者自行決定，但有一些地址單元是一定要有的（詳見程序的執(zhí)行過程）。數(shù)據(jù)：這是由微處理機處理的對象，在各種不同的應用電路中各不相同，一般而言，被處理的數(shù)據(jù)可能有這么幾種情況：1)·地址（如MOVDPTR，#1000H），即地址1000H送入DPTR。2)·方式字或控制字（如MOVTMOD，#3），3即是控制字。3)·常數(shù)（如MOVTH0，#10H）10H即定時常數(shù)。4)·實際輸出值（如P1口接彩燈，要燈全亮，則執(zhí)行指令：MOVP1，#0FFH，要燈全暗，則執(zhí)行指令：MOVP1，#00H）這里0FFH和00H都是實際輸出值。又如用于LED的字形碼，也是實際輸出的值。理解了地址、指令的本質(zhì)，就不難理解程序運行過程中為什么會跑飛，會把數(shù)據(jù)當成指令來執(zhí)行了。3、P0口、P2口和P3的第二功能用法

初學時往往對P0口、P2口和P3口的第二功能用法迷惑不解，認為第二功能和原功能之間要有一個切換的過程，或者說要有一條指令，事實上，各端口的第二功能完全是自動的，不需要用指令來轉(zhuǎn)換。如P3.6、P3.7分別是WR、RD信號，當微片理機外接RAM或有外部I/O口時，它們被用作第二功能，不能作為通用I/O口使用，只要一微處理機一執(zhí)行到MOVX指令，就會有相應的信號從P3.6或P3.7送出，不需要事先用指令說明。事實上‘不能作為通用I/O口使用’也并不是‘不能’而是（使用者）‘不會’將其作為通用I/O口使用。你完全可以在指令中按排一條SETBP3.7的指令，并且當單片機執(zhí)行到這條指令時，也會使P3.7變?yōu)楦唠娖?，但使用者不會這么去做，因為這通常這會導致系統(tǒng)的崩潰（即死機）。

4、程序的執(zhí)行過程

單片機在通電復位后8051內(nèi)的程序計數(shù)器（PC）中的值為‘0000’，所以程序總是從‘0000’單元開始執(zhí)行，也就是說：在系統(tǒng)的ROM中一定要存在‘0000’這個單元，并且在‘0000’單元中存放的一定是一條指令。5、堆棧

堆棧是一個區(qū)域，是用來存放數(shù)據(jù)的，這個區(qū)域本身沒有任何特殊之處，就是內(nèi)部RAM的一部份，特殊的是它存放和取用數(shù)據(jù)的方式，即所謂的‘先進后出，后進先出’，并且堆棧有特殊的數(shù)據(jù)傳輸指令，即‘PUSH’和‘POP’，有一個特殊的專為其服務(wù)的單元，即堆棧指針SP，每當執(zhí)一次PUSH指令時，SP就（在原來值的基礎(chǔ)上）自動加1，每當執(zhí)行一次POP指令，SP就（在原來值的基礎(chǔ)上）自動減1。由于SP中的值可以用指令加以改變，所以只要在程序開始階段更改了SP的值，就可以把堆棧設(shè)置在規(guī)定的內(nèi)存單元中，如在程序開始