【文章內容簡介】 ORT 0 DRIVERS PORT 2 LATCH PORT 0 LATCH RAM RAM AODR REGSTER PROGRAM ADDRESS REGISTER DPTR PROGRAM COUNTER PC INCREMENTER BUFFER 7 MCS51 的引腳描述 圖 2－ 2顯示的是主流 MCS51單片機的引腳配置圖。引腳可分為以下四類： 1．主電源引腳 VCC和 VSS 2．外接晶振引腳 XTAL1和 XTAL2 3．控制或其他電源復用引腳 RST/VPD、 ALE/、和 /VPP 4．輸入 /輸出引腳 P0、 P P P3（共 32根） 圖 23 MCS51單片機的引腳配置 圖 存儲器配置 MCS51的存儲器采用哈佛結構，即程序存儲器和數(shù)據存儲器的尋址空間是分開的，對 51系列而言，有四個物理上相互獨立的存儲器空間，即內外程序存儲器，內外數(shù)據存儲器。 物理上分為： 4個空間，即片內 ROM、片外 ROM、片內 RAM、片外 RAM 邏輯上分為： 3個空間， 即程序內存（片內、外）統(tǒng)一編址 數(shù)據存儲器（片內） 數(shù)據存儲器（片外） 8 （ 1） .程序存儲器 一個微處理器能夠聰明地執(zhí)行某種任務，除了它們強大的硬件外，還需要運行的軟件，其實微處理器并不聰明，它們只是完全按照人們預先編寫的程序而執(zhí)行。那么設計人員編寫的程序就存放在微 處理器的程序存儲器中，俗稱只讀程序存儲器（ ROM）。 MCS51具有 64KB程序存儲器尋址空間，它是用于存放用戶程序、數(shù)據和表格等信息。 51片內有 4KB的程序存儲單元，其地址為 0000H— 0FFFH，單片機啟動復位后，程序計數(shù)器的內容為0000H，所以系統(tǒng)將從 0000H單元開始執(zhí)行程序。但在程序存儲中有些特殊的單元，這在使用中應加以注意：其中一組特殊是 0000H— 0002H單元，系統(tǒng)復位后， PC為 0000H，單片機 從 0000H單元開始執(zhí)行程序，如果程序不是從 0000H單元開始，則應在這三個單元中存放一條無 條件轉移指令，讓 CPU直接去執(zhí)行用戶指定的程序。另一組特殊單元是 0003H— 002AH，這 40個單元各有用途，它們被均勻地分為五段，它們的定義如下： 0003H— 000AH外部中斷 0中斷地址區(qū)。 000BH— 0012H定時 /計數(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 /計數(shù)器 1中斷地址區(qū)。 0023H— 002AH串行中斷地址區(qū)。 可見以上的 40個單元是專門用于存放中斷處理程序的地址單元，中斷響應 后，按中斷的類型，自動轉到各自的中斷區(qū)去執(zhí)行程序。因此以上地址 單元不能用于存放程序的其他內容，只能存放中斷服務程序。但是通常情況下，每段只有 8個地址單元是不能存下完整的中斷服務程序的，因而一般也在中斷響應的地址區(qū)安放一條無條件轉移指令，指向程序存儲器的其它真正存放中斷服務程序的空間去執(zhí)行 ,這樣中斷響應后， CPU讀到這條轉移指令，便轉向其他地方去繼續(xù)執(zhí)行中斷服務程序。 （ 2） .數(shù)據存儲器 數(shù)據存儲器也稱為隨機存取數(shù)據存儲器。 MCS51單片機的數(shù)據存儲器在物 理上和邏輯上都分為兩個地址空間，一個是內部數(shù)據存儲區(qū)和一個外部數(shù)據存儲區(qū)。 MCS51內部 RAM有 128或 256個字節(jié)的用戶數(shù)據存儲（不同的型號有分別），它們是用于存放執(zhí)行的中間結果和過程數(shù)據的。 MCS51的數(shù)據存儲器均可讀寫，部分單元還可以位尋址。一般的 51單片機內部 RAM共有 256個單元，這 256個單元共分為兩部分。其一是地址從 00H— 7FH單元（共128個字節(jié)）為用戶數(shù)據 RAM。從 80H— FFH地址單元（也是 128個字節(jié)）為特殊寄存器（ SFR）單元。從下圖中可清楚地看出它們的結構分布。 9 特殊功能寄存器區(qū)（ SFR） 數(shù)據緩沖區(qū)堆棧區(qū)工作單元 位尋址區(qū) 3 區(qū) 2 區(qū) 1 區(qū) 0 區(qū) 24 內部 RAM分配圖 在 00H— 1FH共 32個單元中被均勻地分為四塊，每塊包含八個 8位寄存器， 均以 R0— R7來命名，我們常稱這些寄存器為通用寄存器。 CPU只要定義這個寄存的 PSW的第 3和第 4位（ RS0和 RS1），即可選中這四組通用寄存器。對應的編碼關系如圖表 2－ 1所示。 表 21 PSW與工作寄存器關系 (RS!) (RS0) 工作寄存器區(qū) 0 0 0區(qū) 00H— 07H 0 1 1區(qū) 08H— 0FH 1 0 2區(qū) 10H— 17H 1 1 3區(qū) 18H— 1FH 特殊 功能寄存器（ SFR）也稱為專用寄存器，特殊功能寄存器反映了 MCS51 單片機的運行狀態(tài)。 [9]很多功能也通過特殊功能寄存器來定義和控制程序的執(zhí)行。 MCS51有 21個特殊功能寄存器，它們被離散地分布在內部 RAM的 80H— FFH地址中，這些寄存器的功能已作了專門的規(guī)定，所以用戶不能修改其結構。內部 RAM的 20H— 2FH單元為位尋址區(qū)，既可作為一般單元用字節(jié)尋址，也可對它們的位進行尋址。位尋址區(qū)共有 16個字節(jié)， 128個位，位地址為 00H— 7FH。 CPU能直接尋址這些位，執(zhí)行例如置“ 1”、清“ 0”、只能字節(jié)尋址 可字節(jié)尋址 亦可 位尋址 全部可位尋址 共 16 個字節(jié) 128 位 4 組通用寄存器 R0R7 也可作 RAM 使用， R0、 R1 亦可位尋址 FFH 80H 7FH 20H 2FH 00H 20H 1FH 10 求“反”、 轉移，傳送和邏輯等操作。我們常稱 MCS51具有布爾處理功能，布爾處理的存儲空間指的就是這些為尋址區(qū)。 輸入 /輸出端口 MCS51單片機有 4個雙向并行的 8位 I/O口 P0～ P3， P0口為三態(tài)雙向口， 可驅動 8個 TTL電路， P P P3口為準雙向口，其負載能力為 4個 TTL電路。 ～ （ 39～ 32腳）： 8位漏極開路的三態(tài)雙向輸入 /輸出口?？勺鳛橐话愕?I/O口使用，也可作為數(shù)據線、地址線使用。 ～ （ 1～ 8腳）： 8位帶有內部上拉電阻的準雙向輸入 /輸出口。 P1口通常作為通用 I/O口使用。作為輸出口時，由于電路內部已經帶上拉電阻，因此 P1 P2 S1 P2 指令周期機器周期 S2S3 S4 S5 S6 S1 S2 S3 S4S5 S6 P1 P2 P1 P2 P1P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2XTAL2 (OSC) 振蕩周期 時鐘周期 無需外接上拉電阻；作為輸入口時，也需先向鎖存器寫入“ 1”。是一個標準的 I/O口。本次項目中就是利用他們進行模擬串行通信。 ～ （ 21～28腳）： 8位帶有內部上拉電阻 的準雙向輸入 /輸出口。 P2口可作為通用 I/O口使用，也可作為高位地址線使用的。 ～ （ 10～ 17腳）： 8位帶有內部上拉電阻的準雙向輸入 /輸出口。 P3口可作為通用 I/O口使用，也可作為第二功能需要來用的。對于 P3口，實際上，都是先按需要選取第二功能，多余的再作為輸入輸出口使用 定時器 /計數(shù)器 MCS51的單片機內有兩個 16位可編程的定時 /計數(shù)器，它們具有四種工作方式，其控制字和狀態(tài)均在相應的特殊功能寄存器中，通過對控制寄存器的編程，就可方便地選擇適當?shù)墓ぷ鞣绞?。定時器在本次項目中需要 用到地方較多。 MCS51單片機內部的定時 /計數(shù)器的結構如圖所示： 11 圖 25 MCS51單片機定時 /計數(shù)器結構圖 定時器 T0由特殊功能寄存器 TL0（低 8位）和 TH0（高 8位）構成，定時 器 T1由特殊功能寄存器 TL1（低 8位）和 TH1（高 8位）構成。特殊功能寄存器 TMOD控制定時寄存器的工作方式， TCON則用于控制定時器 T0和 T1的啟動和停止計數(shù)，同時管理定時器 T0和 T1的溢出標志等。程序開始時需對TL0、 TH0、 TL1和 TH1進行初始化編程，以定義它們的工作方式和控制 T0和 T1的計數(shù)。 TMOD和 TCON這兩個特殊功能寄存器的格式參見下表： 表 22 定時 /計數(shù)器的方式控制字 TMOD D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 TI方式字段 TO方式字段 表 23 定時器控制寄存器 TCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 MCS51的定時 /計數(shù)器共有四種工作方式，我們將逐個了解下，并著重介紹 本次項目采用的工作方式 2。工作方式 0：定時 /計數(shù)器 0的工作方式 0是 13位計數(shù)結構的工作方式，其計數(shù)器由 TH的全部 8位和 TL的低 5位構成， TL的高3位沒有使用。定時時間的計算公式為： (213— 計數(shù)初值 )179。晶振周期179。 12或 (213— 計數(shù)初值 )179。機器周期，其時間單位與晶振周期或機器周期相同。 工作方式 1：方式 0和方式 1的區(qū)別僅在于計數(shù)器的位數(shù)不同，方式 0為 13位，而方式 1則為 16位，由 TH0作為高 8位， TL0為低 8位，定時時間的計算公式為：（ 216－計數(shù)初值）179。晶振周期179。 12或（ 216— 計數(shù)初值）179。機器周期。 12 工作方式 2：當 M1M0=10時 ,定時 /計數(shù)器處于工作方 式 電路如圖 2－ 5所示。我們以定時 /計數(shù)器 0為例 ,定時 /計數(shù)器 1與之完全一致 圖 26 定時 /計數(shù)器工作方式 2等效電路 工作方式 0和工作方式 1的最大特點就是計數(shù)溢出后，計數(shù)器為全 0，因而 循環(huán)定時或循環(huán)計數(shù)應用時就存在反復設置初值的問題，這給程序設計帶來許多不便，同時也會影響計時精度，工作方式 2就針對這個問題而設置，它具有自動重裝載功能，即自動加載計數(shù)初值，所以也有的文獻稱之為自動重加載工作方式。在這種工作方式中， 16位計數(shù)器分為兩部分，即以 TL0為計數(shù)器，以 TH0作為預置寄存器，初 始化時把計數(shù)初值分別加載至 TL0和TH0中，當計數(shù)溢出時，不再象方式 0和方式 1那樣需要“人工干預”，由軟件重新賦值，而是由預置寄存器 TH以硬件方法自動給計數(shù)器 TL0重新加載。但這種方式也有其不利的一面，就是這樣一來的計數(shù)結構只有 8位，計數(shù)值有限，最大只能到 255。所以這種工作方式很適合于那些重復計數(shù)的應用場合。例如我們可以通過這樣的計數(shù)方式產生中斷，從而產生一個固定頻率的脈沖。也可以當作串行數(shù)據通信的波特率發(fā)送器使用。本次項目中的波特率就采用 T1的方式二產生。工作方式 3：在工作方式 3模式下，定時 /計數(shù)器 0被 拆成兩個獨立的 8位計數(shù)器 TL0和 TH0。其中 TL0既可以作計數(shù)器使用，也可以作為定時器使用，定時 /計數(shù)器 0的各控制位和引腳信號全歸它使用。其功能和操作與方式 0或方式 1完全相同。 TH0就沒有那么多“資源”可利用了，只能作為簡單的定時器使用，而且由于定時 /計數(shù)器 0的控制位已被 TL0占用，因此只能借用定時 /計數(shù)器 1的控制位 TR1和 TF1，也就是以計數(shù)溢出去置位 TF1， TR1則負責控制 TH0定時的啟動和停止。 串行接口 13 MCS51單片機內部有一個全雙工的串行通信口，即串行接收和發(fā)送緩沖器（ SBUF）， 這兩個在物理上獨立的接收發(fā)送器，既可以接收數(shù)據也可以發(fā)送數(shù)據。但接收緩沖器只能讀出不能寫入，而發(fā)送緩沖器則只能寫入不能讀出，它們的地址為 99H。這個通信口既可以用于網絡通信，亦可實現(xiàn)串行異步通信，還可以構成同步移位寄存器使用。如果在串行口的輸入輸出引腳上加上電平轉換器，就可方便地構成標準的 RS232接口。常用于數(shù)據通信的傳輸方式有單工、半雙工、全雙工和多工方式。 中斷 單片機中 CPU只有一個，但在同一時間內可能會面臨著處理很多任務的情況，如運行主程序、數(shù)據的輸入和輸出，定時和計數(shù)時間已到要處理 、可能還有一些外部的更重要的中斷請求（如超溫超壓）要先處理。此時也得象人的思維一樣停下某一樣（或幾樣）工作先去完成一些緊急任務的中斷方法。這樣的處理方法上升到計算機理論，就是一個資源面對多項任務的處理方式。由于資源有限，面對多項任務同時要處理時，就會出現(xiàn)資源競爭的現(xiàn)象。中斷技術就是為了解決資源競爭的一個可行的方法，采用中斷技術可使多項任務共享一個資源。 MCS51提供了 5個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級控制，可實現(xiàn)兩個中斷服務嵌套。 [11]當 CPU支持中斷屏蔽指令后，可將一部分或所有的中斷關斷，只有打開相應的中斷控 制位后，方可接收相應的中斷請求。程序設置中斷的允許或屏蔽，也可設置中斷的優(yōu)先級。 14 圖 27 MCS51中斷系統(tǒng)結構 等 CPU響應中斷請求后，就立即轉入執(zhí)行中斷服務程序。不同的中斷源、 不同的中斷要求有