【文章內(nèi)容簡介】 GATC/TM1M0 (89H) TCON8F8E8D8C8B8A8988 88HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0PCONSMO/////// (87H)DPH (83H) DPL (82H) SP (81H) P08786858483828180 80HMCS51的程序存儲(chǔ)器中有些單元具有特殊功能，使用時(shí)應(yīng)予以注意。其中一組特殊單元是0000H～0002H。系統(tǒng)復(fù)位后，（PC）=0000H，單片機(jī)從0000H單元開始取指令執(zhí)行程序。如果程序不從0000H單元開始，應(yīng)在這三個(gè)單元中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便直接轉(zhuǎn)去執(zhí)行指定的程序。還有一組特殊單元是0003H～002AH。共40個(gè)單元，這40個(gè)單元被均勻地分為五段，作為五個(gè)中斷源的中斷地址區(qū)。其中：0003H～000AH 外部中斷0中斷地址區(qū)000BH～0012H 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0中斷地址區(qū)0013H～001AH 外部中斷1中斷地址區(qū)001BH～0022H 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1中斷地址區(qū)0023H～002AH 串行中斷地址區(qū)中斷響應(yīng)后，按中斷種類，自動(dòng)轉(zhuǎn)到各中斷區(qū)的首地址去執(zhí)行程序。因此在中斷地址區(qū)中理應(yīng)存放中斷服務(wù)程序。但通常情況下，8個(gè)單元難以存下一個(gè)完整的中斷服務(wù)程序，因此通常也是從中斷地址區(qū)首地址開始存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便中斷響應(yīng)后，通過中斷地址區(qū)，再轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序的實(shí)際入口地址去。1．1．2．6 并行輸入/輸出口電路結(jié)構(gòu)單片機(jī)芯片內(nèi)還有一項(xiàng)主要內(nèi)容就是并行I/O口。MCS51共有四個(gè)8位的并行I/O口，分別記作P0、PPP3。每個(gè)口都包含一個(gè)鎖存器，一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。實(shí)際上它們已被歸入專用寄存器之列，并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。在訪問片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，低8位地址和數(shù)據(jù)由P0口分時(shí)傳送，高8位地址由P2口傳送。在無片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，這4個(gè)口的每一位均可作為雙向的I/O端口使用。MCS51單片機(jī)的四個(gè)I/O口都是8位雙向口，這些口在結(jié)構(gòu)和特性上是基本相同的，但又各具特點(diǎn)，以下分別介紹。1. P0口。 P0口某位結(jié)構(gòu)由圖可見，電路中包含有1個(gè)數(shù)據(jù)輸出鎖存器、2個(gè)三態(tài)數(shù)據(jù)輸入緩沖器、1個(gè)數(shù)據(jù)輸出的驅(qū)動(dòng)電路和1個(gè)輸出控制電路。當(dāng)對(duì)P0口進(jìn)行寫操作時(shí)，由鎖存器和驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成數(shù)據(jù)輸出通路。由于通路中已有輸出鎖存器，因此數(shù)據(jù)輸出時(shí)可以與外設(shè)直接連接，而不需再加數(shù)據(jù)鎖存電路?？紤]到P0口既可以作為通用的I/O口進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入輸出，也可以作為單片機(jī)系統(tǒng)的地址/數(shù)據(jù)線使用。為此在P0口的電路中有一個(gè)多路轉(zhuǎn)接電路MUX。在控制信號(hào)的作用下，多路轉(zhuǎn)接電路可以分別接通鎖存器輸出或地址/數(shù)據(jù)線。當(dāng)作為通用的I/O口使用時(shí)，內(nèi)部的控制信號(hào)為低電平，封鎖與門將輸出驅(qū)動(dòng)電路的上拉場效應(yīng)管（FET）截止，同時(shí)使多路轉(zhuǎn)接電路MUX接通鎖存器Q端的輸出通路。當(dāng)P0口作為輸出口使用時(shí)，內(nèi)部的寫脈沖加在D觸發(fā)器的CP端，數(shù)據(jù)寫入鎖存器，并向端口引腳輸出。當(dāng)P0口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)區(qū)分讀引腳和讀端口兩種情況。為此在口電路中有兩個(gè)用于讀入驅(qū)動(dòng)的三態(tài)緩沖器。所謂讀引腳就是讀芯片引腳的數(shù)據(jù)，這時(shí)使用下方的數(shù)據(jù)緩沖器，由“讀引腳”信號(hào)把緩沖器打開，把端口引腳上的數(shù)據(jù)從緩沖器通過內(nèi)部總線讀進(jìn)來。使用傳送指令（MOV）進(jìn)行讀口操作都是屬于這種情況。而讀端口則是指通過上面的緩沖器讀鎖存器Q端的狀態(tài)。在端口已處于輸出狀態(tài)的情況下，本來Q端與引腳的信號(hào)是一致的，這樣安排的目的是為了適應(yīng)對(duì)口進(jìn)行“讀修改寫”操作指令的需要。例如“ANL P0，A”就是屬于這類指令，執(zhí)行時(shí)先讀入P0口鎖存器中的數(shù)據(jù)。然后與A的內(nèi)容進(jìn)行邏輯與，再把結(jié)果送回P0口。對(duì)于這類“讀修改寫”指令，不直接讀引腳而讀鎖存器是為了避免可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。因?yàn)樵诙丝谝烟幱谳敵鰻顟B(tài)的情況下，如果端口的負(fù)載恰是一個(gè)晶體管的基極，導(dǎo)通了的PN結(jié)會(huì)把端口引腳的高電平拉低，這樣直接引腳就會(huì)把本來的“1”誤讀為“0”。但若從鎖存器Q端讀，就能避免這樣的錯(cuò)誤，得到正確的數(shù)據(jù)。但要注意，當(dāng)P0口進(jìn)行一般的I/O輸出時(shí)，由于輸出電路是漏極開路電路，必須外接上拉電阻才能有高電平輸出；當(dāng)P0口進(jìn)行一般的I/O輸入時(shí)，必須先向電路中的鎖存器寫入“1”，使FET截止，以避免鎖存器為“0”狀態(tài)時(shí)對(duì)引腳讀入的干擾。在實(shí)際應(yīng)用中，P0口絕大多數(shù)情況下都是作為單片機(jī)系統(tǒng)的地址/數(shù)據(jù)線使用，這要比作一般I/O口應(yīng)用簡單。當(dāng)輸出地址或數(shù)據(jù)時(shí)，由內(nèi)部發(fā)出控制信號(hào)，打開上面的與門，并使多路轉(zhuǎn)接電路MUX處于內(nèi)部地址/,形成推拉式電路結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)信號(hào)則直接從引腳通過輸入緩沖器進(jìn)入內(nèi)部總線.2. P1口。因?yàn)镻1口通常是作為通用I/O口使用的,；其次是電路的內(nèi)部有上拉電阻，與場效應(yīng)管共同組成輸出驅(qū)動(dòng)電路。為此P1口作為輸出口使用時(shí),已能向外提供推拉電流負(fù)載,，同樣也需先向其鎖存器寫“1”，使輸出驅(qū)動(dòng)電路的FET截止。 P1口某位結(jié)構(gòu)3. P2口。 P2口某位結(jié)構(gòu)圖P2口電路中比P1口多了一個(gè)多路轉(zhuǎn)接電路MUX，這又正好與P0口一樣。P2口可以作為通用I/O口使用。這時(shí)多路轉(zhuǎn)接開頭倒向鎖存器Q端。但通常應(yīng)用情況下，P2口是作為高位地址線使用，此時(shí)多路轉(zhuǎn)接開頭應(yīng)倒向相反方向。4. P3口。 P3口某位結(jié)構(gòu)P3口的特點(diǎn)在于為適應(yīng)引腳信號(hào)第二功能的需要，增加了第二功能控制邏輯。由于第二功能信號(hào)有輸入和輸出兩類，因此分兩種情況說明。對(duì)于第二功能為輸出的信號(hào)引腳，當(dāng)作為I/O使用時(shí)，第二功能信號(hào)引線應(yīng)保持高電平，與非門開通，以維持從鎖存器到輸出端數(shù)據(jù)輸出通路的暢通。當(dāng)輸出第二功能信號(hào)時(shí)，該位的鎖存器應(yīng)置“1”，使與非門對(duì)第二功能信號(hào)的輸出是暢通的，從而實(shí)現(xiàn)第二功能信號(hào)的輸出。對(duì)于第二功能為輸入的信號(hào)引腳，在口線的輸入通路上增加了一個(gè)緩沖器，輸入的第二功能信號(hào)就從這個(gè)緩沖器的輸出端取得。而作為I/O使用的數(shù)據(jù)輸入，仍取自三態(tài)緩沖器的輸出端。不管是作為輸入口使用還是第二功能信號(hào)輸入，輸出電路中的鎖存器輸出和第二功能輸出信號(hào)線都應(yīng)保持高電平。1．1．2．7　時(shí)鐘電路與復(fù)位電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各地信號(hào)之間的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就如一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。1. 時(shí)鐘電路與時(shí)序1）時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生在MCS51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益相反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2 。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機(jī)的時(shí)鐘電路。 時(shí)鐘振蕩電路時(shí)鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后，才成為單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。請讀者特別注意時(shí)鐘脈沖與振蕩脈沖之間的二分頻關(guān)系，否則會(huì)造成概念上的錯(cuò)誤。一般電容C1和C2取30pF左右，～12 MHZ 。晶體振蕩頻率高, 則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高, 單片機(jī)運(yùn)行速度也就快。MCS51在通常應(yīng)用情況下，使用振蕩頻率為的6MHZ或12MHZ。２）引入外部脈沖信號(hào)在由多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，為了各單片機(jī)之間時(shí)鐘信號(hào)的同步，應(yīng)當(dāng)引入唯一的公用外部脈沖信號(hào)作為各單片機(jī)的振蕩脈沖。這時(shí)外部的脈沖信號(hào)是經(jīng)XTAL2引腳注入。 外部時(shí)鐘源接法3）時(shí)序時(shí)序是用定時(shí)單位來說明的。MCS51的時(shí)序定時(shí)單位共有4個(gè)，從小到大依次是：節(jié)拍、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期。下面分別加以說明。（1）節(jié)拍與狀態(tài)把振蕩脈沖的周期定義為拍節(jié)（用P表示）。振蕩脈沖經(jīng)過二分頻后，就是單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)的周期定義為狀態(tài)（用S表示）。這樣，一個(gè)狀態(tài)就包含兩個(gè)拍節(jié)，具前半周期對(duì)應(yīng)的拍節(jié)叫拍節(jié)1（P1），后半周期對(duì)應(yīng)的拍節(jié)2(P2).（2）機(jī)器周期MCS51采用定時(shí)控制方式, 因此它有固定的機(jī)器周期. 規(guī)定一個(gè)機(jī)器周期的寬度為6個(gè)狀態(tài), 并依次表示為S1～S6. 由于一個(gè)狀態(tài)又包括兩個(gè)節(jié)拍, 因此一個(gè)機(jī)器周期總共有12個(gè)節(jié)拍, 分別記作S1 P1S1 P2 。 S6P2. 由于一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩脈沖周期, 因此機(jī)器周期就是振蕩脈沖的十二分頻.當(dāng)振蕩脈沖頻率為12 MHZ時(shí), 一個(gè)機(jī)器周期為1us。當(dāng)振蕩脈沖頻率為6 MHZ時(shí), 一個(gè)機(jī)器周期為2 us。（3）指令周期指令周期是最大的時(shí)序定時(shí)單位, 執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間稱之為指令周期。它一般由若干個(gè)機(jī)器周期組成。不同的指令，所需要的機(jī)器周期數(shù)也不相同。通常，包含一個(gè)機(jī)器周期的指令稱為單周期指令，包含二個(gè)機(jī)器周期的指令稱為雙周期指令，等等。 指令的運(yùn)算速度和指令所包含的機(jī)器周期有關(guān)，機(jī)器周期數(shù)越少的指令執(zhí)行速度越快。MCS51 單片機(jī)通?？梢苑譃閱沃芷谥噶?、雙周期指令和四周期指令等三種。四周期指令只有乘法和除法指令兩條，其余均為單周期和雙周期指令。單片機(jī)執(zhí)行任何一條指令時(shí)都可以分為取指令階段和執(zhí)行指令階段。MCS51的取指/。 MCS51 單片機(jī)的取指/執(zhí)行時(shí)序由圖可見，ALE引腳上出現(xiàn)的信號(hào)是周期性的，在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次出現(xiàn)高電平。第一次出現(xiàn)在S1P2和S2P1期間，第二次出現(xiàn)在S4P2和S5P1期間。ALE信號(hào)每出現(xiàn)一次，CPU就進(jìn)行一次取指操作，但由于不同指令的字節(jié)數(shù)和機(jī)器周期數(shù)不同，因此取指令操作也隨指令不同而有小的差異。按照指令字節(jié)數(shù)和機(jī)器周期數(shù)，8051的111條指令可分為六類，分別是：單字節(jié)單周期指令、單字節(jié)雙周期指令、單字節(jié)四周期指令、雙字節(jié)單周期指令、雙字節(jié)雙周期指令、三字節(jié)雙周期指令，可以參見附錄三。（a）（b）所示分別給出了單字節(jié)單周期和雙字節(jié)單周期指令的時(shí)序。單周期指令的執(zhí)行始于S1P2，這時(shí)操作碼被鎖存到指令寄存器內(nèi)。若是雙字節(jié)則在同一機(jī)器周期的S4讀第二字節(jié)。若是單字節(jié)指令，則在S4仍有讀出操作，但被讀入的字節(jié)無效，且程序計(jì)數(shù)器PC并不增量。（c）給出了單字節(jié)雙周期指令的時(shí)序，兩個(gè)機(jī)器周期內(nèi)進(jìn)行4次讀操作碼操作。因?yàn)槭菃巫止?jié)指令，后三次讀操作都是無效的。2．單片機(jī)的復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后PC=0000H，使單片機(jī)從第一個(gè)單元取指令，實(shí)訓(xùn)中已經(jīng)看出。無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。所以我們必須弄清楚MCS51型單片機(jī)復(fù)位的條件、復(fù)位電路和復(fù)位后狀態(tài)。單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使RST/VPD 或RST引腳（9）加上持續(xù)二個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)振蕩周期）的高電平。例如：若時(shí)鐘頻率為12MHZ，每機(jī)器周期為1us，則只需2us以上時(shí)間的高電平。在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。（a）（b）所示。（a） 上電復(fù)位電路 （b） 按鍵復(fù)位電路 單片機(jī)常見的復(fù)位電路（a）為上電復(fù)位電路，它是利用電容充電來實(shí)現(xiàn)的。在接電瞬間，RST端的電位與VCC相同，隨著充電電流的減少，RST的電位逐漸下降。只要保證RST為高電平的時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期，便能正常復(fù)位。（b）為按鍵復(fù)位電路。該電路除具有上電復(fù)位功能外，若要復(fù)位，（b）中的RESET鍵，此時(shí)電源VCC經(jīng)電阻RR2分壓，在RST端產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位高電平。附錄中的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)就是采用該電路。單片機(jī)復(fù)位期間不產(chǎn)生ALE和信號(hào)，即ALE=1和=1。這表明單片機(jī)復(fù)位期間不會(huì)有任何取指操作。復(fù)位后，內(nèi)部各專用寄存器狀態(tài)如下：PC： 0000H TMOD： 00HACC： 00H TCON： 00HB： 00H TH0： 00HPSW： 00H TL0： 00HSP： 07H TH1： 00HDPTR： 0000H TL1： 00HP0~P3： FFH SCON： 00HIP： ***00000B SBUF： 不定IE： 0**00000B PCON： 0***0000B其中*表示無關(guān)位。請注意：（1）復(fù)位后PC值為0000H，表明復(fù)位后程序從0000H開始執(zhí)行，這一點(diǎn)在實(shí)訓(xùn)中已介紹。（2）SP值為07H，表明堆棧底部在07H。一般需重新設(shè)置SP值。（3）P0~P3 口值為FFH。P0~P3口用作輸入口時(shí)，必須先寫入“1”。單片機(jī)在復(fù)位后，已使P0~P3口每一端線為“1”，為這些端線用作輸入口做好了準(zhǔn)備。1． 單片機(jī)的工作過程單片機(jī)的工作過程實(shí)質(zhì)上是執(zhí)行用戶編制程序的過程,一般程序的機(jī)器碼都已固化到存儲(chǔ)器中，例如實(shí)訓(xùn)1中的步驟2），因此開機(jī)復(fù)位后，就可以執(zhí)行指令。執(zhí)行指令又是取指令和執(zhí)行指令的周而復(fù)始的過程。假設(shè)機(jī)器碼74H、E0H 已存在0000H開始的單元中，表示把E0H這個(gè)值送入A累加器。下面我們來說明單片機(jī)的工作過程。接通電源開機(jī)后