【文章內(nèi)容簡介】 8個RAM字節(jié)，記為R0～R7。究竟選用那一組寄存器，由前述標志寄存器中的RS1和RS0來選用。在這兩位上放入不同的二進制數(shù)，即可選用不同的寄存器組。3. 特殊功能寄存器特殊功能寄存器（SFR）的地址范圍為80H～FFH。在MCS－51中，除程序計數(shù)器PC和四個工作寄存器區(qū)外，其余21個特殊功能寄存器都在這SFR塊中。其中5個是雙字節(jié)寄存器，它們共占用了26個字節(jié)。特殊功能寄存器反映了8051的狀態(tài)，實際上是8051的狀態(tài)字及控制字寄存器。用于CPU PSW便是典型一例。這些特殊功能寄存器大體上分為兩類，一類與芯片的引腳有關，另一類作片內(nèi)功能的控制用。與芯片引腳有關的特殊功能寄存器是P0～P3，它們實際上是4個八位鎖存器（每個I/O口一個），每個鎖存器附加有相應的輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器就構成了一個并行口。MCS－51共有P0～P3四個這樣的并行口，可提供32根I/O線，每根線都是雙向的，并且大都有第二功能。三、時鐘電路和工作時序XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應不接。由于輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。四、復位方式與電路復位就是通過某種方式，使單片機內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作。MCS51單片機在時鐘電路工作以后，在RESET端持續(xù)給出2個機器周期的高電平就可以完成復位操作。復位分為上電自動復位和手動復位兩種方式。本系統(tǒng)采用上電復位方式。上電復位是在單片機接通電源時，對單片機的復位。： 在上電瞬間RST端與VCC電位相同，隨著電容上電壓 的逐漸上升，RST端電位逐漸下降。上電復位所需要的最短時間是振蕩器建立時間加2個機器周期五、中斷系統(tǒng)計算機暫時中止正在執(zhí)行的主程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務程序，并在中斷服務執(zhí)行完了之后自動回到源程序處繼續(xù)執(zhí)行。使用中斷系統(tǒng)可有效的改善計算機性能，主要表現(xiàn)如下：（1）有效的解決了快速CPU與慢速外設之間的矛盾可使CPU與外設并行工作，大大提高了工作效率。（2）可及時處理控制系統(tǒng)中許多隨機產(chǎn)生的參數(shù)和信息，即計算機有實時處理的能力，從而提高了系統(tǒng)的性能。（3）使系統(tǒng)具備了處理故障的能力，提高了系統(tǒng)的可靠性。下面說說有關中斷的優(yōu)先級及中斷的條件、過程與時間。中斷的優(yōu)先級：如果在執(zhí)行主程序時只有一個中斷請求源請求中斷，而這時CPU又是對中斷開放的那么這個中斷立即得到響應。然而由于中斷是隨機產(chǎn)生的，中斷源又不止1個，因此往往會出現(xiàn)這樣的情況：幾個中斷源同時請求中斷，或者當某一個中斷正在響應中（即正在執(zhí)行該中斷源的中斷服務程序），又有其他中斷源請求中斷，這是中斷一般會按如下原則進行處理：（1）不同級的中斷源同時請求中斷時——先高后低；（2）同級的中斷源同時申請中斷時——事先規(guī)定；（3）處理低級中斷又收到高級中斷請求時——停低轉(zhuǎn)高；（4） 處理高級中斷又收到低級中斷請求時——高不理低；MCS51單片機的中斷系統(tǒng)對優(yōu)先級的控制比較簡單，只規(guī)定了兩個中斷優(yōu)先級，對與每一個中斷源均可編程為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷。在同一個優(yōu)先級中，五個中斷優(yōu)先級的次序如下：外部中斷0（IE0）定時器/計數(shù)器T0溢出中斷(TF0)外部中斷1(IE1)定時器/計數(shù)器T1溢出中斷(TF1)串行口中斷(RI+TI)MCS51單片機中有1個中斷優(yōu)先級寄存器IP,字節(jié)地址為B8H。對于每一個中斷源，均可通過IP的設置來確定優(yōu)先等級，置1為高優(yōu)先級，反之為低。中斷的條件：單片機響應中斷的條件為中斷源有請求（中斷允許寄存器IE相應位置1），且CPU開中斷（即IE=1）。這樣，在每個機器周期內(nèi)，單片機對所有中斷源進行順序檢測，并可以在任一個周期的S6期間，找到所有有效的中斷請求，還對其優(yōu)先級進行排隊。但必須以下條件：（1）無同級或高級正在服務；（2）現(xiàn)行指令執(zhí)行到最后1個機器周期且已結束；（3）若現(xiàn)行指令為RETI或需訪問特殊功能寄存器IE或IP的指令時，執(zhí)行完該指令且緊隨其后的另一個指令也執(zhí)行完。單片機便在緊接著的下1個機器周期的S1期間響應中斷。否則，將丟棄中斷查詢的結果。中斷響應過程：單片機一旦響應中斷，首先對響應的優(yōu)先級有效觸發(fā)器置位，然后執(zhí)行1條由硬件產(chǎn)生的子程序調(diào)用指令，把斷點地址壓入堆棧，再把與中斷源相對應的中斷服務程序的入口地址送入程序計數(shù)器PC，同時清除中斷請求標志（串行口中斷和外部電平處罰中斷除外），從而程序轉(zhuǎn)移到中斷服務程序。以上功能均由系統(tǒng)完成。 由上述過程可知，MCS51單片機響應中斷后，只保護斷點而不保護現(xiàn)場（如累加器A、工作寄存器Rn以及程序狀態(tài)字PSW等），且不能清除串行口中斷標志TI和RI，也無法清除外部中斷電平觸發(fā)信號，這些在編制程序時都要加以考慮。各中斷源所對應的中斷服務程序入口地址如下：中斷源 入口地址外部中斷 0 0003H定時器T0中斷 000BH外部中斷1 0013H定時器T1中斷 001BH 串行口中斷 0023HCPU從上面相應的地址開始執(zhí)行中斷服務程序直到遇到1條RETI指令為止。RETI指令表示中斷服務程序的結束。CPU執(zhí)行該指令，一方面清除中斷響應時所置位的優(yōu)先級有效觸發(fā)器；另一方面從堆棧棧頂彈出斷點地址送入程序計數(shù)器PC，從而返回主程序。若在中斷服務程序的開始安排了保護現(xiàn)場指令（一般均為相應寄存器內(nèi)容入棧或更換工作寄存器區(qū)），則在RETI指令前應有恢復現(xiàn)場指令（相應寄存器內(nèi)容出棧或換回原工作寄存器區(qū)）。 中斷響應的時間：所謂中斷響應時間是指從中斷請求標志位到轉(zhuǎn)入中斷服務程序入口所需要的機器周期，中斷響應最短需要3個機器周期（1條長調(diào)用指令需2個機器周期，加上查詢的1個機器周期）。下面談談外部中斷及中斷請求的撤除：（1）外部中斷：MCS51單片機的中斷系統(tǒng)有2個外部中斷源，引腳信號為INT0 和INT1()。其中斷請求觸發(fā)信號有電平觸發(fā)和邊沿觸發(fā)兩種，當TCON寄存器中的IT0位和INT1位為“0”時采用電平觸發(fā)；為“1”時采用邊沿觸發(fā)。 在電平觸發(fā)方式下，單片機在每1個機器周期的S5P2期間采樣中斷輸入信號INTx的狀態(tài)，若為低電平，則可直接觸發(fā)外部中斷，這樣就使得CPU對外部的中斷申請能得以及時的響應。在這一觸發(fā)方式中，中斷源必須持續(xù)請求，一直到中斷產(chǎn)生為止。然后，在中斷服務程序返回之前，必須撤除中斷請求信號，否則機器將認為又發(fā)生1次中斷請求。所以電平觸發(fā)方式適合于外部中斷輸入為低電平，且在中斷服務程序中能清除該中斷源的申請信號的情況。（本電路就是采用這一方式） 邊沿觸發(fā)方式適用于以負脈沖形式輸入的外部中斷請求。 由于外部中斷源在每個機器周期被采樣1次，所以輸入的高電平或低電平必須保持12個振蕩周期，以保證能被采樣到。 （2）中斷請求的撤除： CPU響應中斷請求后，在中斷返回前，必須撤除請求，負責會錯誤的再一次引起中斷過程。我們在初始編程時就犯了這樣一個錯誤，認為在中斷中還可以跳出來。 單片機的應用單片機擁有體積小、重量輕、價格便宜、功耗低、控制功能強及運算速度快等優(yōu)點，所以被廣泛應用于在國民經(jīng)濟建設、軍事及家用電器等領域。按照單片機的特點，其應用可分為單機應用和多機應用兩個方面。在一個應用系統(tǒng)中，只用1片單片機稱為單機應用，這是目前應用最多的一種方式。單片機主要應用領域有：1. 測控系統(tǒng)。用單片機可以構成各種不太復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)、自適應控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，達到測量與控制的目的。如一般溫度控制、液面控制、簡單生產(chǎn)線順序控制等。2. 智能儀表。用單片機改造原有的測量、控制儀表，促進儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化、綜合化、柔性化方向發(fā)展。如：溫度、壓力、流量、濃度等的測量、顯示、控制儀表，通過采用單片機軟件編程技術，不能完全測量，而且還具有運算、誤差修正、線性化、零漂移處理、監(jiān)控功能于一體。3. 機電一體化產(chǎn)品。單片機與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品相連接，使傳統(tǒng)機械產(chǎn)品結構簡單化，控制智能化。這種新一代機電一體化產(chǎn)品如簡易數(shù)控機床、電腦繡花機、醫(yī)療器械等。4. 智能接口。在計算機控制系統(tǒng)，特別是在較大型的工業(yè)測、控制系統(tǒng)中，用單片機進行接口的控制與管理加之單片機與主機的并行工作，大大提高了系統(tǒng)的運行速度。例如：在大型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，用單片機對摸/數(shù)轉(zhuǎn)換接口進行控制不僅可提高采集速度，而且還能對數(shù)據(jù)進行預處理，如數(shù)字濾波、線性處理、誤差休整等。5. 智能民用產(chǎn)品。如在家用電腦、玩具、游戲機、聲像設備、電子稱、收銀機、辦公設備、廚房設備等許多產(chǎn)品中，單片機控制器的引入，不僅使產(chǎn)品的功能大大提高，性能得到提高，而且獲得了良好的使用效果。單片機的多機應用系統(tǒng)可分為功能集散系統(tǒng)、并行多機處理及局部網(wǎng)絡系統(tǒng)。1. 功能集散系統(tǒng)。多功能集散系統(tǒng)是為了滿足工程系統(tǒng)多種外圍功能的要求而設置的多機系統(tǒng)。例如：1個加工中心的計算機系統(tǒng)除完成機床加工運行外，還要控制對刀系統(tǒng)、坐標指示、刀庫管理、狀態(tài)監(jiān)利、伺服 驅(qū)動等結構。并行多機控制系統(tǒng)。并行多控制系統(tǒng)主要解決工程應用系統(tǒng)的快速性問題，以便構成大型實時工程應用系統(tǒng)典型的有快速并行采集數(shù)據(jù)、處理系統(tǒng)、實時圖象處理系統(tǒng)等。2. 局部網(wǎng)絡系統(tǒng)。單片機網(wǎng)絡系統(tǒng)的出現(xiàn)，使單片機進入了一個新的領域。目前單片機構成的網(wǎng)絡系統(tǒng)的主要是分布式測、控系統(tǒng)、單片機主要用 于系統(tǒng)中的通信控制，以及構成各測、控用子級系統(tǒng)。綜上所述，目前單片機已用于工業(yè)控制、機電一體化設備、儀表設備、信號設備、現(xiàn)代化兵器、交通能源、商用設備、醫(yī)療設備及家用電器等各個領域，隨著單片機性能的不斷提高，它的應用會更加廣泛。第2章 整體方案設計