【文章內(nèi)容簡介】 031芯片引腳及其功能8031芯片具有40根引腳，其引腳圖如圖32所示40根引腳按其功能可分為四類：1. 電源線2根 Vcc：編程和正常操作時的電源電壓，接+5V。Vss：地電平。2. 晶振：2根XTAL1：振蕩器的反相放大器輸入。使用外部震蕩器是必須接地。XTAL2：振蕩器的反相放大器輸出和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。當(dāng)使用外部振蕩器時用于輸入外部振蕩信號。圖32 8031芯片引腳及功能圖3. I/O口共有p0、ppp3四個8位口，32根I/O線，其功能如下：（1）～ （AD0～AD7）是I/O端口O的引腳，端口O是一個8位漏極開路的雙向I/O端口。在存取外部存儲器時，該端口分時地用作低8位的地址線和8位雙向的數(shù)據(jù)端口。（在此時內(nèi)部上拉電阻有效）（2）～端口1的引腳，是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O通道，專供用戶使用。（3）～ （A8～A15）端口2的引腳。端口2是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址A8～A15（4）～端口3的引腳。端口3是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，該口的每一位均可獨立地定義第一I/O口功能或第二I/O口功能。作為第一功能使用時，口的結(jié)構(gòu)與操作與P1口完全相同，第二功能如下示：口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） （外部中斷） （外部中斷） T0（定時器0外部輸入） T1（定時器1外部輸入） （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）由上面看出，單片機(jī)和Z—80單板機(jī)不同，不是將地址總線，數(shù)據(jù)總線和控制總線分開，而是地址線、數(shù)據(jù)線和部分控制均由I/O口完成。4．控制線（1）：程序存儲器的使能引腳，是外部程序存儲器的讀選通信號，低電平有效。從外部程序存儲器取數(shù)時，在每個機(jī)器周期內(nèi)二次有效。（2）：EA為高電平時，CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。EA為低電平時，CPU僅執(zhí)行外部程序存儲器的指令。因8031芯片沒有內(nèi)部程序存儲器，故EA必須接地。Vpp是在8751EPROM編程時+21V的編程電源輸入端。（3）：ALE是地址鎖存使能信號。作為地址鎖存允許時高電平有效。因為p0端口是分時傳送數(shù)據(jù)和8位地址。故訪問外部存儲器時，ALE信號鎖存低8位地址。即使在不訪問外部存儲器時，也以1/6振蕩頻率的固定頻率產(chǎn)生ALE，因此可以用它作為外部的時鐘信號。ALE主要是提供一個定時信號，在從外部程序存儲器取令時，把p0口的低位地址字節(jié)鎖存到外接的地址鎖存器中。（4）是復(fù)位/備用電源端。在振蕩器運行時，使RST行腳至少保持兩個機(jī)器周期位高電平，可實現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位后程序計數(shù)器清零，即程序從0000H單元開始執(zhí)行。在VCC關(guān)斷前加上VPD（掉電保護(hù)）RAM的內(nèi)容將不變。三、 8031芯片的存儲器結(jié)構(gòu)及地址分配8031芯片內(nèi)部無程序存儲器，只有256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，地址從00H~FFH。其地址分配如下圖33所示：圖33 8031芯片存儲器結(jié)構(gòu)8031芯片內(nèi)部256字節(jié)的空間被分為兩部分，其中內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）地址為00H~7FH，特殊功能寄存器（SFR）的地址為80H~FFH。在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器中的00H~1FH為四個工作寄存器區(qū)，其中：0區(qū) 00H~07H1區(qū) 08H~0FH2區(qū) 10H~17H3區(qū) 18H~1FH每個區(qū)都有8個8位寄存器R0～R7?？梢杂脕頃捍孢\算的中間結(jié)果以提高運算速度，其中的R0和R1還可以用來存放8位地址。要確定采用哪個工作寄存器區(qū)，可通過標(biāo)志寄存器PSW中的RS0、RS1輛未來指定。從20H~2FH是“位尋址”空間：在此空間中CPU既可對其執(zhí)行按字節(jié)操作，又可對其中每個單元的8位二進(jìn)制代碼執(zhí)行按位的操作。從30H~7FH是可以按字節(jié)尋址的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，在此區(qū)域中可以設(shè)置堆棧。由于8031復(fù)位后堆棧指針SP指向工作寄存器區(qū)（即SP=07H），所以必須在初始化程序中對SP設(shè)置30H以后的地址區(qū)間為初值。8031芯片內(nèi)部設(shè)有程序存儲器，且僅有128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，因而在組成控制系統(tǒng)時可根據(jù)需要擴(kuò)展外部程序存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器。由于地址線是16位的，故最多能擴(kuò)展64K程序存儲器和64K數(shù)據(jù)存儲器，其地址均為0000H~FFFFH，即程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器為獨立編址；因此EPROM和TAM的地址分配比較自由，編程時不必考慮地址沖突問題。四、 特殊功能寄存器 8031芯片內(nèi)的特殊功能（SFR）是用于對片內(nèi)各功能模塊進(jìn)行管理、監(jiān)視、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器。是一個具有特殊功能的RAM區(qū)，其地址為80H~FFH。這些特殊功能寄存器的地址分配見表31：表31特殊功能寄存器名稱及地址標(biāo)識符名稱 地址 ACC B PSW SP DPTR P0 P1P2P3 IPIETOMDTCONT2CONTH0TL0TH1TL1TH2TL2RLDHRLDLSCONSBUFPCON 累加器 B寄存器 程序狀態(tài)字堆棧指針數(shù)據(jù)指針（包括DPH和DPL）口0口1口2口3中斷優(yōu)先級控制允許中斷控制定時器/計數(shù)器方式控制定時器/計數(shù)器控制定時器/計數(shù)器2控制定時器/計數(shù)器0（高位字節(jié)）定時器/計數(shù)器0（低位字節(jié)）定時器/計數(shù)器1（高位字節(jié)）定時器/計數(shù)器1（低位字節(jié)）定時器/計數(shù)器2（高位字節(jié)）定時器/計數(shù)器2（低位字節(jié)）定時器/計數(shù)器2自動再裝載（高位字節(jié)）定時器/計數(shù)器2自動再裝載（低位字節(jié)）串行控制串行數(shù)據(jù)線控制電源控制0E0H0F0H0D0H81H83H和82H80H90H0A0H0B0H0B8H0A8H89H88H0C8H8CH8AH8DH8BH0CDH0CCH0CBH0CAH98H99H87H內(nèi)放標(biāo)志寄存器，置位或清零，表示操作結(jié)果的某些特性。加減1指令不影響這些標(biāo)志。溢出標(biāo)志OV和進(jìn)位標(biāo)志CY是兩種性質(zhì)不同的標(biāo)志。溢出是指在有正負(fù)號兩個數(shù)運算時，結(jié)果數(shù)超過+127~ 128。當(dāng)用于補(bǔ)碼運算時，因為在有符號的結(jié)果不能用8位數(shù)表示時，OV將被置位，而進(jìn)位位是指兩個數(shù)最前一位（第七位）相加（或相減）有否進(jìn)位（或借位）。P標(biāo)志表示累加器中運算結(jié)果1的個數(shù)為偶數(shù)還是奇數(shù)來決定。有關(guān)定時器/計數(shù)器和中斷系統(tǒng)的特殊功能寄存器在后面敘述。五、 MCS—51系列指令系統(tǒng)簡介在設(shè)計MCS—51系列單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件線路時，不可避免的要涉及到MCS—51系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)。下面對MCS—51系列單片機(jī)指令系統(tǒng)的尋址方式和主要指令作一簡單介紹：MCS—51系列指令系統(tǒng)共有111條基本指令，其中單字節(jié)指令49條，雙字節(jié)指令45條，三字節(jié)指令17條?！?1指令系統(tǒng)尋址方式簡介指令是由助記符來表達(dá)，助記符是由操作碼和操作數(shù)兩部分組成。其規(guī)定的格式如下：操作碼 目的操作數(shù) 源操作數(shù)操作碼反映了指令的功能，助記符代表了指令的操作對象。操作數(shù)可以是數(shù)據(jù)也可以是地址。也就是說操作數(shù)指定了參與操作的數(shù)或數(shù)所在單元的地址。而如何得到這個地址就叫尋址方式。MCS—51指令系統(tǒng)共有七種尋址方式。（1）立即尋址（2）直接尋址（3）寄存器尋址（4）J寄存器間接尋址（5）變址尋址（6）相對尋址（7）位尋址2. MCS—51系列指令系統(tǒng)主要指令簡介MCS—51系列指令系統(tǒng)111條指令可以分為五類（1） 數(shù)據(jù)傳輸類 29條（2） 算術(shù)操作類 24條（3） 邏輯操作類 24條（4） 控制程序轉(zhuǎn)移類 17條（5） 布爾變量操作類 17條在這些指令中，使用得最多的是數(shù)據(jù)傳輸類指令，這類指令又可以分成三種：（1）單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送（2）和外部RAM傳送數(shù)據(jù)（3）程序存儲器和累加器A之間數(shù)據(jù)傳送用助記符MOVC表示。六、 定時器/計數(shù)器MCS51系列單片機(jī)提供兩個16位可編程的定時器/計數(shù)器，即T0和T1。它們能用來作定時器（實際是對內(nèi)部機(jī)器周期計算）或外部時間計數(shù)器。它們具有兩種工作方式和四種模式，其工作原理如圖34所示。+12振蕩器 TFX加1計數(shù)器 TMOD 中斷 相應(yīng)位 TCON相應(yīng)位 TX端 控制信號 圖34 定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)框圖 定時/計數(shù)器的核心是一個+1計數(shù)器，加1計數(shù)器脈沖有兩個來源，一個是外部脈沖源，一個是系統(tǒng)的時鐘振蕩器。計數(shù)器對兩個脈沖源之一進(jìn)行輸入計數(shù)，每輸入一個脈沖，計數(shù)器加1，當(dāng)計數(shù)到計數(shù)器全為1時，再輸入一個脈沖就使計數(shù)器回零，同時從高位溢出一個脈沖，并使特殊寄存器TOCN中的溢出中斷標(biāo)志置1。如定時/計數(shù)器工作于定時狀態(tài)，則表示定時的時間到，若工作在計數(shù)狀態(tài)，則表示計數(shù)回零。所以加1計數(shù)器的基本功能是對是如脈沖進(jìn)行計數(shù)，至于其工作于定時還是計數(shù)狀態(tài)，則取決于外接什么樣的脈沖源。當(dāng)脈沖源為時鐘振蕩器（等間隔的脈沖序列）時，脈沖數(shù)率以脈沖間隔時間就是定時時間，因此為定時功能；當(dāng)脈沖源為間隔不等的外部脈沖發(fā)生器時，就是外部事件的計數(shù)器，此時為計數(shù)功能。用作“定時器 ”時，每個機(jī)器周期寄存器加1，因此，也可以把它看作是在累計機(jī)器周期。由于一個機(jī)器周期包括12個振蕩周期，所以，它的計數(shù)速率是振蕩頻率的1/12。用作“計數(shù)器”時，寄存器在其對應(yīng)的外輸入端T0或T1有一個“1→0”的跳變時加1。由于識別一個從 “1→0”的跳變要用兩個機(jī)器周期（24個振蕩周期）所以最快的計數(shù)速率是振蕩頻率的1/24。 七、 中斷系統(tǒng)MCS51系列單片提供5個中斷源。配備兩個中斷優(yōu)先級。兩個為輸入外部中斷請求，低電平有效，兩個為片內(nèi)定時/計數(shù)器和溢出中斷請求和；一個為片內(nèi)串行口中斷請求TI和RI。這些中斷請求源的引腳都為P3口的第二功能。對于每個中斷可編程為高優(yōu)先級或低優(yōu)先級中斷，并能實現(xiàn)二級中斷嵌套。各中斷源所對應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址和優(yōu)先級如下：中斷源入口地址優(yōu)先級0003H0000BH10013H2001BH3串行口中斷0023H4CPU從此地址開始執(zhí)行中斷服務(wù)程序，直到遇到一條RETI指令為止。8031CPU對于中斷源開放以及優(yōu)先級的控制是由特殊寄存器中的IE和IP寄存器來完成的。33 存儲器擴(kuò)展電路的設(shè)計MCS51系列單片機(jī)的特點之一是硬件設(shè)計簡單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。對于簡單的應(yīng)用場合，MCS51系列的最小系統(tǒng)用一片8031外擴(kuò)一片EPROM就能滿足功能的要求，對于復(fù)雜的應(yīng)用場合，可利用MCS51 的擴(kuò)展功能，構(gòu)成功能強(qiáng)、規(guī)模較大的系統(tǒng)。一、程序存儲器的擴(kuò)展 MCS—51的程序存儲器的尋址空間為64K字節(jié)，8031片內(nèi)不帶ROM，用作程序存儲器的器件是EPROM。１．外部程序存儲器的操作時序圖35是訪問外部程序存儲器有關(guān)的時序圖，圖35a是不訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時的時序，圖35b是訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時的時序。CPU由外部程序存儲器取指時，16位地址的低8位PCL由P0口輸出，高8位PCH由P2口輸出；而指令由P0口輸入，P0口作為分時復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線。圖35a在不訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口專用于輸出高8位地址，P2口具有輸出鎖存功能，可直接至外部存儲器的地址斷，無須再加鎖存。P0口作為分時復(fù)用的雙向總線，輸出PLC的內(nèi)容，輸入指令。在這種情況下，每一個機(jī)器周期中，允許地址鎖存信號ALE兩次有效，在ALE由高變低時，有效地址PLC出現(xiàn)在P0的總線上，低8位地址鎖存器應(yīng)在此時將低位地址鎖存起來。同時也是每個機(jī)器周期兩次有效，用于選通外部程序存儲器，使指令送到P0總線上，由CPU取入。圖35b當(dāng)系統(tǒng)中按有外部數(shù)據(jù)存儲器時，時序有些變化，在同一周期的S5狀態(tài)，AL