【正文】 指令譯碼器 ID。指令寄存器是存放指令代碼的地方。當(dāng)執(zhí)行指令時(shí)， CPU 把從程序存儲(chǔ)器中讀取的指令代碼送入指令寄存器，然后指令譯碼器譯碼后由定時(shí) 控制電路發(fā)生相應(yīng)的控制信號，最終完成指令所規(guī)定的操作。 ② 程序計(jì)數(shù)器 PC是一個(gè) 16 位的計(jì)數(shù)器。用于存放將要執(zhí)行的指令地址 ,CPU每讀取指令的一個(gè)字節(jié) PC便自動(dòng)加 1,指向本指令的下一個(gè)字節(jié)或下一條指令地址 ,PC 可以尋址 64KB 范圍 ROM。 ③ 累加器是一個(gè)最常用的 8位特殊功能寄存器 ,它可以用于存放操作數(shù) ,也沒有用于來存放運(yùn)算結(jié)果。 ④ 寄存器 B是一個(gè) 8位寄存器 ,主要用于乘法和除法的運(yùn)算 , ⑤ 狀態(tài)字寄存器 PSW是 8位寄存器 ,用于存放程序運(yùn)行狀態(tài)信息 ,其格式如下圖 所示 。 7 圖 程序狀態(tài)字 PSW CY（ ）：進(jìn)位標(biāo)志位。在進(jìn)行加法（或減法）運(yùn)算時(shí)，若運(yùn)算結(jié)果最高位有進(jìn)位或借位，則 CY 自動(dòng)置 “1” ，否則 CY 置 “0” ，在進(jìn)行布爾操作運(yùn)算時(shí)，CY（簡稱 C）作為布爾處理器。 AC()：輔助進(jìn)位標(biāo)志位。當(dāng)進(jìn)行加法或減法時(shí)，若低 4 位向高 4 位有進(jìn)位（或借位）時(shí)， AC 被置 “1” ，否則 AC 被置 “0” 。在十進(jìn)制調(diào)整指令中 AC還作為十進(jìn)制調(diào)整的判別位。 F0()：用戶標(biāo)志位。用戶可用軟件對 F0位置 “1” 或清 “0” 以決定程序的流向。 OV(())：溢出標(biāo)志位，當(dāng)運(yùn)算結(jié) 果溢出時(shí) OV 為 “1” ，否則為 “0” ，此標(biāo)志位反映了運(yùn)算結(jié)果是否溢出。 P（ ）：奇偶標(biāo)志位。 MCS51單片機(jī)采用的是偶校驗(yàn)。當(dāng)累加器 A中 “1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)， P置 “1” ，否則 P 置 “0” 。此位反映累加器 A 中內(nèi)容 “1” 的奇偶性，它常常用于機(jī)間通信。 RS1()、 RS0()：工作寄存器區(qū)選擇位。用來選擇當(dāng)前工作的寄存器區(qū)。用戶通過改變 RS1 、 RS0 的內(nèi)容來選擇當(dāng)前工作寄存器區(qū)。 ⑥ 堆棧指針 SP ⑦ 數(shù)據(jù)指針寄存器 DPTR 是一個(gè) 16 位寄存器 ,由高位字節(jié) DPH 和低位字節(jié)DPL組成 ,用 來存放 16位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址 ,以便對外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫。 ⑶ 工作寄存器 MCS51有 32個(gè)工作寄存器，分為四個(gè)區(qū)（或組）每個(gè)區(qū)為 8 個(gè)寄存器 R0、R R R R R R R7，每一時(shí)刻只有一個(gè)區(qū)工作。由 PSW 寄存器中的 RSRS0 的值來決定當(dāng)前的工作區(qū)： 當(dāng) RS1 RS0＝ 00時(shí)， 0 區(qū)為工作區(qū)， RS1 RS0＝ 01時(shí)， 1 區(qū)為工作區(qū) RS1 RS0＝ 10時(shí)， 2 區(qū)為工作區(qū) RS1 RS0＝ 11時(shí)， 3 區(qū)為工作區(qū) 這 32 個(gè)工作寄存器不但有它們的名稱和區(qū)號，而且還有地址。 00H1FH 共32個(gè)單元。 00H～ 07H 為 0區(qū)，分別對應(yīng) R0～ R7 08H～ 0FH 為 1區(qū)，分別對應(yīng) R0～ R7 10H～ 17H 為 2區(qū)，分別對應(yīng) R0～ R7 18H～ 1FH 為 3區(qū)，分別對應(yīng) R0～ R7 這 32 個(gè)單元為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（即片內(nèi) RAM）的 00H～ 1FH存貯空間，這與普通微機(jī)中的通用寄存器基本相同 ，所不同的是，普通微機(jī)的通用寄存器只有名稱，不占有 RAM 空間，因此只有名字，沒有對應(yīng)的地址；而 MCS51 單片機(jī)的工作寄存器 R0～ R7既可以用名字也可以用它的地址來表示。其中 R0、 R1 寄存器除做工作寄存器外還常做間址尋址的地址指針 ⑷單片機(jī)的輸入 /輸出端口 C51 中有 4個(gè)８位并行輸入 /輸出端口記為 P0、 P P P3共 32 根線。每個(gè)并行 I/O 口都可以用作輸入 /輸出 ,所以稱它們?yōu)殡p向 I/O 口。 ● P0 口有８位， P0 口有兩個(gè)用途 ,一是作為普通 I/O 口使用 。二是作為地址 /8 數(shù)據(jù)總線使用。 P0 口作為普通 I/O 口使 用 : 當(dāng)控制線 C=0 時(shí) , MUX 開關(guān)向下 , P0口作通用 I/O 口。這時(shí)與門輸入為 0,場效應(yīng)管 VT1 截止。 P0 口作為分時(shí)復(fù)用的地址 /數(shù)據(jù)總線 : P0口一般是作為地址 /數(shù)據(jù)總線 ,這時(shí)控制線 C=1,MUX開關(guān)向上 ,使數(shù)據(jù) /地址經(jīng)反向器與場效應(yīng)管 VT2 接通 ,當(dāng)數(shù)據(jù)輸入時(shí) ,數(shù)據(jù)信號從引腳通過輸入緩沖器 2 進(jìn)入內(nèi)部總線。 ● P1 口是一個(gè)專用的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，只具有通用輸入 /輸出口功能，每一位都能設(shè)定為輸入或輸出。 P1 口的驅(qū)動(dòng)部分與 P0 口不同 ,內(nèi)部有上拉電阻。 ● P2 口是一個(gè) 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有兩種功能。一是作 通用 I/O 口用，與P1口相同。二是作擴(kuò)展系統(tǒng)的高 8位地址總線。 ● P3 口也是一個(gè) 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，不但可以作通用 I/O 口使用，還具有第二功能。當(dāng)工作在第二功能時(shí)，每位都具有新的功能，當(dāng) P3 口作通用 I/O 口時(shí)，與 P1 口相同。 單片機(jī)的工作原理 一、 振蕩器與時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號。 AT89C51 的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有以下兩種： ⑴內(nèi)部時(shí)鐘方式 利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳 XTAL1 和引腳 XTAL2 兩端接晶體或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接 送入內(nèi)部的時(shí)鐘電路，如圖 （在圖中的外接線，上面的外接線接引腳 XTAL1，下面的外接線接引腳XTAL2）外接晶振時(shí)， C1 和 C2的值通常選擇我 30pF 左右；外接陶瓷諧振器時(shí) C1和 C2 的值大約為 47pF。 C C2 對頻率有微調(diào)作用，晶體或陶瓷諧振器的頻率范圍可在 ~12MHz 之間選擇。為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近。 圖 單片機(jī)外接振蕩電路 ⑵外部時(shí)鐘方式 此方式是利用外部振蕩脈沖接入 XTAL1 或 XTAL2。 CHMOS(互補(bǔ)金屬氧化物HMOS)是 CMOS和 HMOS(高密度溝道 MOS工藝 )的結(jié)合 ,除了保持 HMOS高速度和高密度之外 ,還有 CMOS低功耗的特點(diǎn) .兩類器件的功能是完全兼容的 ,區(qū)別在 CHMOS器件具有低功耗的特點(diǎn) .它所消耗的電流比 HMOS 器件少很多 ,主要在于其采用了兩種降低功耗的方式 :空閑方式和掉電方式 .CHMOS 器件在掉電方式 (CPU 停止工作 ,片內(nèi) RAM的數(shù)據(jù)繼續(xù)保持 )下時(shí) ,消耗的電流可低于 10μ CHMOS的器件在編號中用一個(gè) C 來加以區(qū)別 : 如 80C51,80C31 等 . 外部時(shí)鐘信號通過一個(gè) 二分頻的觸發(fā)器而成為內(nèi)部的時(shí)鐘信號，要求高、低電平9 的持續(xù)時(shí)間都大于 20ns，一般為頻率低于 12Hz 的方波。這種方式適用于多塊芯片同時(shí)工作，便于同步。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器就是上述的二分頻觸發(fā)器，它向芯片提供了一個(gè) 2節(jié)拍的時(shí)鐘信號。 根據(jù)以上兩種方式的特點(diǎn)，在次設(shè)計(jì)中從而采用了第一種方式。第一種方式比第二種更簡潔為次設(shè)計(jì)而變的簡單化。其圖 的外部電路圖。其中電容值所選用的是 30Pf，為了提高秒計(jì)時(shí)的精確度，采用12MHZ 的晶振。 二、 單片機(jī)的工作方式 單片機(jī)有三種工作方式：復(fù)位 方式、程序執(zhí)行方式以及節(jié)電工作方式。 ⑴單片機(jī)復(fù)位方式 : 單片機(jī)復(fù)位方式有上簡單復(fù)位電路和采用專用復(fù)位電路芯片構(gòu)成復(fù)位電路兩種。簡單復(fù)位電路有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。不管那種方式都要保證在 RESET 引腳上提供 10ms 以上的穩(wěn)定高電壓。本次設(shè)計(jì)中采用的是按鍵式復(fù)位電路。 ⑵程序執(zhí)行方式： （ a）連續(xù)執(zhí)行方式 （ b）單步執(zhí)行方式 ⑶節(jié)電工作方式： （ a） HMOS 單片機(jī)的掉電工作方式 （ b） CHMOS 單片機(jī)的節(jié)電工作方式 三 、單片機(jī)外部并行擴(kuò)展原理 單片微機(jī)是通過芯片的引腳進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展的。 80C51 系列帶總線的 單片微機(jī)芯片引腳可以構(gòu)成圖 8－ 1 所示的三總線結(jié)構(gòu)．即地址總線（ AB）數(shù)據(jù)總線（ DB）和控制總線（ CB）。具有總線的外部芯片都通過這三組總線進(jìn)行擴(kuò)展。 （ 1）地址總線（ AB） 地址總線由單片微機(jī) P0 口提供 低 8 位地址 A0～ A7， P2 口提供高 8 位地址A8～ A15。 P0口是地址總線低 8位和 8 位數(shù)據(jù)總線復(fù)用口，只能分時(shí)用作地址線。故 P0 口輸出的低 8位地址 A0～ A7 必須用鎖存器鎖存。 鎖存器的鎖存控制信號為單片微機(jī) ALE 引腳輸出的控制信號。在 ALE的下降沿將 P0口輸出的地址 A0～ A7 鎖存。 P0、 P2 口在系統(tǒng)擴(kuò)展 中用做地址線后便不能作為一般 I/O 口使用。由于地址總線寬度為 16 位，故可尋址范圍為 64 KB。 （ 2）數(shù)據(jù)總線（ DB） 數(shù)據(jù)總線由 P0 口提供，用 D0～ D7 表示。 P0 口為三態(tài)雙向 口為三態(tài)雙向口，是應(yīng)用系統(tǒng)中使用最為頻繁的通道。所有單片微機(jī)與外部交換的數(shù)據(jù)、指令、信息，除少數(shù)可直接通過 P1 口外，全部通過 P0 口傳送。 數(shù)據(jù)總線是并連到多個(gè)連接的外圍芯片的數(shù)據(jù)線上，而在同一時(shí)間里只能夠有一個(gè)是有效的數(shù)據(jù)傳送通道。哪個(gè)芯片的數(shù)據(jù)通道有效，則由地址線控制各個(gè)芯片的片選線來選擇。 (3)控制總線（ CB） 控制總線包括片外系統(tǒng)擴(kuò)展用控制線和片外信號對單片微機(jī)的控制線。 MCS— 51 系列中．有 5 個(gè)中斷源 (或 6 個(gè)中斷源 )，如圖所示。它們可分為 2個(gè)優(yōu)先級．其中每一個(gè)中斷源的優(yōu)先級都可以由程序排定。 5個(gè)中斷源的中斷要求是否會(huì)得到響應(yīng)，受允許中斷寄存器 IE 中各位的控制；它們的優(yōu)先級分別由中斷優(yōu)先級寄存器 IP 的各位確定；同 — 優(yōu)先級內(nèi)的各中斷源同時(shí)要求中斷時(shí)，10 還要靠內(nèi)部的查詢邏輯來確定響應(yīng)的次序，不同的中斷源有不同的中斷向量。 52子系列的中斷系統(tǒng)與此類同，只不過增加了一個(gè)中斷源。 IE (1)EA(IE． 7＞總允許位。 EA=0．禁止一切中斷。 EA＝ l，則每個(gè)中斷源是允許還是禁止，分別由各自的允許位確定。 (2)一 (IE 6)保留位。 (3)ET2(IE． 5)定時(shí)器 2 中斷允許位。 ET2＝ 0，禁止定時(shí)器 2 中斷。 (4)ES()串行口中斷允許位。 ES＝ 0，禁止串行口中斷。 (5)ETl()定時(shí)器 1 中斷允許這。 ET1＝ 0，禁止定時(shí)器 1 中斷。 (6)EXl()外部中斷 l允許位。 EX1＝ 0，禁止外部中斷 1。 (7)ET0()定時(shí)器 0 中斷允許位。 ET0＝ 0，禁止定時(shí)器 0 中斷。 (8)EX0(IE .0)外部中斷 0允許位。 EX0＝ 0，禁止外部中斷 0 IP MCS— 51的中斷分為 2個(gè)優(yōu)先級。每個(gè)中斷源的優(yōu)先級都可以通過中斷優(yōu)先級寄存器 IP 中的相應(yīng)位來設(shè)定。 其中： (1)一 ()保留位。 、 (2)一 (IP .6)保留位。 (3)PT2()定時(shí)器 2 中斷優(yōu)先級設(shè)定位。 PT2＝ l，設(shè)定為高優(yōu)先級。 (4PS()串行口中斷優(yōu)先級設(shè)定位。 PS＝ 1，設(shè)定為高優(yōu)先級 o (5)PT1()定時(shí)器 1 中斷優(yōu)先 級設(shè)定位。 PTl＝ 1．設(shè)定為高優(yōu)先級。 (6)PXl()外部中斷 1優(yōu)先級設(shè)定位。 PXl＝ 1，設(shè)定為高優(yōu)先級。 (7)PT0()定時(shí)器 0 中斷優(yōu)先級設(shè)定位。 PT0＝ 1，設(shè)定為高優(yōu)先級。 (8)PX0(1P0)外部中斷 0 優(yōu)先級設(shè)定位。 PX0＝ 1，設(shè)定為高優(yōu)先級。 靠 IP 寄存器把各中斷源的優(yōu)先級分為高低兩級。它們遵循這樣兩條基本規(guī)則： (1)低優(yōu)先級中斷可被高優(yōu)先級中斷所中斷，反之不能； (2)一種中斷 (不管是什么優(yōu)先級 )一旦得到響應(yīng)，與它同級的中斷不能再中斷它。 為了實(shí)現(xiàn)這兩 條規(guī)則，中斷系統(tǒng)內(nèi)部包含兩個(gè)不可尋址的“優(yōu)先級激活”觸發(fā)器。其中一個(gè)觸發(fā)器指示某高優(yōu)先級的中斷正在得到服務(wù)，所有后來的中斷都被阻斷。另一個(gè)觸發(fā)器指示某低優(yōu)先級的中斷正得到服務(wù)，所有同級的中斷都被阻斷，但不阻斷高優(yōu)先級的中斷。 當(dāng)同時(shí)收到幾個(gè)同一優(yōu)先級的中斷要求時(shí)，哪一個(gè)要求得到服務(wù)，取決于內(nèi)部的查詢順序，相當(dāng)于在每個(gè)優(yōu)先級內(nèi)，還同時(shí)存在另一個(gè)輔助優(yōu)先結(jié)構(gòu)。如； 中斷源 同級內(nèi)的優(yōu)先權(quán) 外部中斷 0 最高 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0溢 出 外部中斷 1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1溢出 串行口 11 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2溢出 最低 在每一機(jī)器周期中，所有中斷源都順序地被檢查一遍；這樣到任一周期的 S6狀態(tài)時(shí)，找到了所有已激活的中斷請求，并排好了優(yōu)先權(quán)。在下一機(jī)器周期的 S1狀態(tài)，只要不受阻斷就開始響應(yīng)其中最高優(yōu)先級的中斷請求。若發(fā)生下列情況，中斷響應(yīng)會(huì)受到阻斷： (1)同級或高優(yōu)先級的中斷已在進(jìn)行中； (2)正在執(zhí)行的指令，尚未完成其最后一個(gè)機(jī)器