【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 8位的 CPU，它是由運(yùn)算器和控制器組成 [13]。 A．運(yùn)算器 運(yùn)算器主要包括算術(shù)、邏輯運(yùn)算部件 ALU、累加器 ACC、寄存器 B、暫存器 YMP YMP程序狀態(tài)寄存器 PSW、布爾處理器及十進(jìn)制調(diào)整電路等。 運(yùn)算器主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和位變量處理等。 B．控制器 控制器包括 時(shí)鐘發(fā)生器、定時(shí)控制邏輯、指令寄存器指令譯碼器、程序計(jì)數(shù)器 PC、程序地址寄存器、數(shù)據(jù)指針寄存器 DPTR 和堆棧指針 SP 等。 控制器是用來(lái)統(tǒng)一指揮和控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行工作的部件。它的功能是從程序存儲(chǔ)器中提取指令，送到指令寄存器，再進(jìn)入指令譯碼器進(jìn)行譯碼，并通過(guò)定時(shí)和控制電路，在規(guī)定的時(shí)刻發(fā)出各種操作所需要的全部?jī)?nèi)部控制信息及 CPU 外部所需要的控制信號(hào)，如 ALE、PSEN、 RD、 WR 等，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的各種操作。 存儲(chǔ)器 A．程序存儲(chǔ)器 程序存儲(chǔ)器用于存放編好的程序、表格和常數(shù)。 CPU 的控制器專門提 供一個(gè)控制信號(hào) EA來(lái)區(qū)分內(nèi)部 ROM 和外部 ROM 的公用地址區(qū)：當(dāng) EA 為無(wú)效電平時(shí)，單片機(jī)從片內(nèi) ROM 的2KB 存儲(chǔ)器取指令，而當(dāng)指令超過(guò) 07FFH 后，就自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外 ROM 取指令；當(dāng) EA為有效電平時(shí)， CPU 只從片外 ROM 取指令。 在程序存儲(chǔ)器中，有 6個(gè)單元具有特殊存儲(chǔ)功能。 0000H— 0002H：是所有執(zhí)行程序的入口地址， 2051 單片機(jī)復(fù)位后， CPU 總是從 0000H 單元開(kāi)始執(zhí)行程序。 0003H：外部中斷 0入口。 000BH：定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0溢出中斷入口。 0013H：外部中斷 1入口。 001BH：定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1溢出中斷入口。 0023H：串行口中斷入口。 使用時(shí)，通常在這些入口地址處存放一條絕對(duì)跳轉(zhuǎn)指令，使程序跳轉(zhuǎn)到用戶安排的中斷程序起始地址，或者從 0000H 起始地址跳轉(zhuǎn)到用戶設(shè)計(jì)的初始程序上。 B．?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的 8位地址共可尋址 256B 單元， 2051 單片機(jī)將其分為兩個(gè)區(qū)： 00H— FFH的 128B 單元為片內(nèi) RAM 區(qū)，可以讀、寫任何數(shù)據(jù)； 80H— FFH 的高 128B 單元為專用寄存器區(qū)。在低 128B 的內(nèi)部 RAM 中，前 32 個(gè)單元（地址為 00H— 1FH）為通用工作寄存器區(qū)，共分為四組（寄存器 0 組、 1組、 2組、 3 組），每組 8個(gè)工作寄存器由 R0— R7 組成，共占 32個(gè) 單元。選用哪一組由程序狀態(tài)字 PSW 中的 RS RS0 這兩位的設(shè)置決定，若程序并不需要四個(gè) 4組工作寄存器，那么剩下的工作寄存器可作一般的存儲(chǔ)器來(lái)使用。CPU 在復(fù)位時(shí)自動(dòng)選中 0組 20H— 2FH 的 16 個(gè)單元為位尋址區(qū)，每個(gè)單元 8 位，共 128位。其位尋址范圍為 00H— 7FH。位尋址區(qū)的每一位都可當(dāng)作軟件觸發(fā)器，由程序直接進(jìn)行處理。程序中通常把各種程序狀態(tài)標(biāo)志、位控變量設(shè)在位尋址區(qū)。同樣，位尋址區(qū)的RAM 單元也可作為一般的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器按字節(jié)單元使用。 3．特殊功 能寄存器 A．累加器 A 累加器 A是一個(gè)最常用的 8位特殊功能寄存器，它既可用于存放操作數(shù)， 也可用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果。大部分單操作數(shù)指令的操作數(shù)就取自累加器。用 ACC 表示 A的符號(hào)地址。 B．寄存器 B 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。乘法運(yùn)算時(shí)， B 中存放乘法，乘法操作后，乘積的高 8位又存于 B 中；除法運(yùn)算時(shí)， B中存放除數(shù)，出發(fā)操作后， B 中又存放余數(shù)。在其他指令中，寄存器 B 可作為一般的寄存器使用，用于暫存數(shù)據(jù) [14]。 （二） 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 主要特性 (1)AT89C2051 單片機(jī)有兩個(gè) 可編程的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 —— 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0與定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1，可有程序選擇作為定時(shí)器用或作為計(jì)數(shù)器用，定時(shí)時(shí)間或記數(shù)值也可由程序設(shè)定。 (2)每一個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器具有 4 種工作方式，可用程序選擇。 (3)任一定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器在定時(shí)時(shí)間到或記數(shù)值到時(shí)，可有程序安排產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)或不產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào) [15]。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0和 1的控制和狀態(tài)寄存器 特殊功能寄存器 TMOD 和 TCON 分別是定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 和 1 的控制和狀態(tài)寄存器，用于控制和確定各定時(shí) /計(jì)數(shù)器的功能和工作模式。 1．模式控制寄存器 TMOD TMOD 用于 控制 T0 和 T1 的工作方式和 4 種工作模式。其中低 4 位用于控制 T0，高 4位用于控制 T1。其格式如表 ： 表 31 T/C 的方式控制寄存器 TMOD GATE C/T非 M1 M0 GATE C/T非 M1 M0 GATE 位：門控位。 當(dāng) GATE=1 時(shí)，只有 INTO 非或 INT1 非引腳為高電平且 TR0 或 TR1 置 1時(shí)，相應(yīng)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器才被選通工作；當(dāng) GATE=0，則只要 TR0 和 TR1 置 1，定時(shí) /計(jì)數(shù)器就被選通，而不管 INT0 非或 INT1 非的電平是高還是低 C/T 非位：計(jì)數(shù) /定時(shí)功能選擇位。 C/T 非 =0，設(shè)置為定時(shí)器方式，計(jì)數(shù)器的輸入是內(nèi)部時(shí)鐘脈沖，其周期等于機(jī)器周期。 C/T 非 =1，設(shè)置為計(jì)數(shù)器方式，計(jì)數(shù)器的輸入來(lái)自 T0（ ）或 T1（ ）端的外部脈沖。 M M0 位：工作模式選擇位。 2 位可形成 4中編碼，對(duì)應(yīng) 4 種工作模式，見(jiàn)表 ： 表 32 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器工作方式 M1 M0 功 能 描 述 00 方式 0： 13位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 01 方式 1： 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 10 方式 2：具有自動(dòng)重裝初值的 8 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 11 方式 3：定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0分為兩個(gè) 8 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 在此方式無(wú)實(shí)用意義 2． 控制寄存器 TCON TCON 用來(lái)控制 T0 和 T1 的啟、停，并給出相應(yīng)的控制狀態(tài)，高 4位用于控制定時(shí)器 0、1的運(yùn)行；低 4位用于控制外部中斷。格式如下表 ： 表 33 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器控制寄存器 TCON TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 TF1：定時(shí)器 1溢出標(biāo)志。 當(dāng)定時(shí)器 1溢出時(shí)，由硬件置 1。使用查詢方式時(shí)，此位做狀態(tài)位供查詢，查詢有效后需由軟件清零；使用中斷方式時(shí)，此位做中斷申請(qǐng)標(biāo)志，進(jìn)入中斷服務(wù)后 被硬件自動(dòng)清零。 TR1 位：定時(shí)器 1 運(yùn)行控制位。 該位靠軟件置位或清零，置位時(shí)，定時(shí) /計(jì)數(shù)器接通工作，清零時(shí)，停止工作。 TF0 位：定時(shí)器溢出標(biāo)志位，其功能和操作情況類同于 TF1。 TR0 位：定時(shí)器 0 運(yùn)行控制位，其功能和操作類同于 TR1。 IE 位：外部中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。 當(dāng) CPU采樣到 INT0 非（或 INT1 非）端出現(xiàn)有效中斷請(qǐng)求時(shí)， IE0（或 IE1）由硬件置 1，中斷響應(yīng)完成后轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)時(shí)，再由硬件自動(dòng)清零。 IT 位：外部中斷請(qǐng)求出發(fā)方式位。 IT0（ IT1） =1 為脈沖觸發(fā)方式，后負(fù)跳有效。 IT0（ IT1） =0 為電平觸發(fā)方式，低電平有效。 3．定時(shí) /計(jì)數(shù)器的初始化 AT89C2051 單片機(jī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器是可編程的，因此，在進(jìn)行定時(shí)或計(jì)數(shù)之前也要用程序進(jìn)行初始化。初始化一般應(yīng)包括以下幾個(gè)步驟： (1)對(duì) TMOD 寄存器賦值，以確定定時(shí)器的工作模式； (2)置定時(shí) /計(jì)數(shù)器初值，直接將初值寫入寄存器的 TH0， TL0 或 TH1， TL1； (3)根據(jù)需要，對(duì)寄存器 IE 置初值，開(kāi)放定時(shí)器中斷； (4)對(duì) TCON 寄存器中的 TR0 或 TR1 置位，啟動(dòng)定時(shí) /計(jì)數(shù)器，置位以后，計(jì)數(shù)器即按規(guī)定的工作模式和初值進(jìn)行計(jì)數(shù)或開(kāi)始定時(shí)。 在初 始化過(guò)程中，要置入定時(shí) /計(jì)數(shù)器的初值，這時(shí)要做一些計(jì)算。由于計(jì)數(shù)器是加法計(jì)數(shù)，并在溢出時(shí)申請(qǐng)中斷，因此不能直接輸入所需的計(jì)數(shù)值，而是要從計(jì)數(shù)最大值倒退回去一個(gè)計(jì)數(shù)值才是應(yīng)置入的初值。設(shè)計(jì)數(shù)器的最大值為 M（在不同的工作模式中， M可以為 8192， 65536， 256），則置入的初值可以這樣來(lái)計(jì)算。 計(jì)數(shù)方式時(shí) X=M— 記數(shù)值 定時(shí)方式時(shí) （ M— X） T=定時(shí)值 所以 X=M— 定時(shí)值 /T 式中， T 為計(jì)數(shù)周期，是單片機(jī)的機(jī)器周期 [13]。 T0和 T1 的 4 種工作方式 方式 0： 13 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器， TL1（或 TL0）的低 5 位和 TH1（或 TH0）的 8 位構(gòu)成， TL中的高 3 位棄之未用。當(dāng) TL 的低 5 位記數(shù)溢出時(shí)，向 TH 進(jìn)位，而全部 13 位計(jì)數(shù)器溢出時(shí)使計(jì)數(shù)器回零，并使溢出標(biāo)志TF置1，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。 方式 1： 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，其邏輯電路和工作情況與方式 0 幾乎完全相同，唯一的差別就是方式 1中 TL的高 3 位也參與了計(jì)數(shù)。 方式 2：把 TL 配置成一個(gè)可以自動(dòng)重裝載的 8位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 方式 3：僅對(duì) T0有意義，將 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器分成兩個(gè)互相獨(dú) 立的 8 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 TL和 TH， （三） 獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu) 獨(dú)立式按鍵是指直接用 I/O線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，每個(gè)獨(dú)立式按鍵占有一根 I/O口線，每根 I/O 口線上的按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)影響其他 I/O 口線的工作狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但I(xiàn)/O 口線浪費(fèi)較大 [16]。 獨(dú)立式按鍵配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，上拉電阻保證了按鍵斷開(kāi)時(shí)， I/O 口線有確定的高電平，其電路原理圖圖 （四） 低功耗控制電路 低功耗的實(shí)現(xiàn)方法 AT89C2051 單片機(jī)的 CPU 有兩種節(jié)電工作方 式即空閑方式和掉電方式，遙控器采用了空閑節(jié)電方式。當(dāng) CPU 執(zhí)行完 IDL=1（ =1）指令后 ,系統(tǒng)進(jìn)入空閑工作方式 ，這時(shí)內(nèi)部時(shí)鐘不向 CPU提供，而只供給中斷、串行口、定時(shí)器部分。遙控器退出低功耗空閑方式電路由與門來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)有鍵按下時(shí)，由與門觸發(fā)外部中斷 1發(fā)生中斷，單片機(jī)退 圖 32 獨(dú)立式按鍵電路 出空閑工作方式，進(jìn)入鍵盤和紅外發(fā)射程序，結(jié)束后又進(jìn)入低功耗空閑方式待機(jī)。使用過(guò)程中單片機(jī)基本上都處于空閑工作方式，功耗相當(dāng)?shù)?，從而為使用電池電源提供保障? 掉電保護(hù)和低功耗的設(shè)計(jì) 掉電保護(hù) 在單片機(jī)工作時(shí)，供電電源如果發(fā)生停 電或瞬間停電，將會(huì)使單片機(jī)停止工作。待電源恢復(fù)時(shí)，單片機(jī)重新進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，停電前 RAM 中的數(shù)據(jù)全部丟失，這種現(xiàn)象對(duì)于一些重要的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是不允許的。在這種情況下，需要進(jìn)行掉電保護(hù)處理。掉電保護(hù)具體操作過(guò)程如下。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的電壓檢測(cè)電路檢測(cè)到電源電壓下降時(shí)，觸發(fā)外部中斷（ INT0 或INT1），在中斷服務(wù)子程序中將外部 RAM 中的有用數(shù)據(jù)送入內(nèi)部 RAM 保存。因單片機(jī)電源入口的濾波電容的儲(chǔ)能作用，可以有足夠的時(shí)間來(lái)完成中斷操作。備用電源自切換電路屬于單片機(jī)內(nèi)部電路。它由兩個(gè)二極管組成，當(dāng)電源電壓高于 VPD 引腳的備用電源電壓時(shí)， VD1 導(dǎo)通， VD2 截止，單片機(jī)由電源供電；當(dāng)電源電壓降到比備用電源電壓低時(shí)，二極管 VD1截止， VD2 導(dǎo)通，單片機(jī)由備用電源供電 [15]。 備用電源只為單片機(jī)內(nèi)部 RAM 和專用寄存器提供維持電流，這時(shí)單片機(jī)外部的全部電路因停電而停止工作，時(shí)鐘電路也停止工作， CPU 因無(wú)時(shí)鐘也不工作。 當(dāng)電源恢復(fù)時(shí)，備用電源還會(huì)繼續(xù)供電一段時(shí)間，大約 10ms，以確保外部電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在結(jié)束掉電保護(hù)狀態(tài)時(shí)，首要的工作是將被保護(hù)的數(shù)據(jù)從內(nèi)部 RAM 中恢復(fù)過(guò)來(lái)。 當(dāng)用戶檢測(cè)到一個(gè)掉電保護(hù)電路時(shí)，立即通過(guò)外部中斷輸入線 INT0 來(lái)中斷單片機(jī)現(xiàn)行操作。外部中斷 0 服務(wù)程序?qū)⒂嘘P(guān)數(shù)據(jù)信息送入片內(nèi) RAM 保存，然后向 寫入 0， 輸出的這個(gè)低電平觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路 MC755。它輸出的脈寬取決于 R、 C 的數(shù)值及 VCC是否以掉電。如果當(dāng)單穩(wěn)態(tài)定時(shí)輸出后，若 VCC 仍然存在，這是一個(gè)假掉電報(bào)警，并從復(fù)位開(kāi)始重新操作；若 VCC 已掉電，則斷電期間由單穩(wěn)態(tài)電路給 RESET/VPD 供電，維持片內(nèi) RAM 處于“餓電流”供電狀態(tài)保存信息，一直維持到 VCC 恢復(fù)為止。 80C51 的掉電保護(hù)過(guò)程則不同。 當(dāng)電壓檢測(cè)電路檢測(cè)到電源電壓降低時(shí)，也觸發(fā)外部中斷，在中斷服務(wù)子程序中，除了要將外部 RAM 中的有用數(shù)據(jù)保存以外，還要將特殊功能寄存器的有用內(nèi)容保護(hù)起來(lái)，然后對(duì)電源控制寄存器 PCON 進(jìn)行設(shè)置。 PCON 寄存器的各位定義如表 。 表 34 電源控制寄存器 PCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SMOD — — — GF1 GF0 PD IDL 其中， SMOD 是波特率倍增位，在串行通信中使用。 GF GF0： 通用標(biāo)志，由軟件置位、復(fù)位。 PD：掉 電方式控制位， PD=1， 則進(jìn)入掉電方式。