【文章內(nèi)容簡介】 8位的 CPU，它是由運算器和控制器組成 [13]。 A．運算器 運算器主要包括算術(shù)、邏輯運算部件 ALU、累加器 ACC、寄存器 B、暫存器 YMP YMP程序狀態(tài)寄存器 PSW、布爾處理器及十進制調(diào)整電路等。 運算器主要用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)的算術(shù)運算、邏輯運算和位變量處理等。 B．控制器 控制器包括 時鐘發(fā)生器、定時控制邏輯、指令寄存器指令譯碼器、程序計數(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。 控制器是用來統(tǒng)一指揮和控制計算機進行工作的部件。它的功能是從程序存儲器中提取指令，送到指令寄存器，再進入指令譯碼器進行譯碼，并通過定時和控制電路，在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需要的全部內(nèi)部控制信息及 CPU 外部所需要的控制信號，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。 存儲器 A．程序存儲器 程序存儲器用于存放編好的程序、表格和常數(shù)。 CPU 的控制器專門提 供一個控制信號 EA來區(qū)分內(nèi)部 ROM 和外部 ROM 的公用地址區(qū)：當(dāng) EA 為無效電平時，單片機從片內(nèi) ROM 的2KB 存儲器取指令，而當(dāng)指令超過 07FFH 后，就自動轉(zhuǎn)向片外 ROM 取指令；當(dāng) EA為有效電平時， CPU 只從片外 ROM 取指令。 在程序存儲器中，有 6個單元具有特殊存儲功能。 0000H— 0002H：是所有執(zhí)行程序的入口地址， 2051 單片機復(fù)位后， CPU 總是從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。 0003H：外部中斷 0入口。 000BH：定時 /計數(shù)器 0溢出中斷入口。 0013H：外部中斷 1入口。 001BH：定時 /計數(shù)器 1溢出中斷入口。 0023H：串行口中斷入口。 使用時，通常在這些入口地址處存放一條絕對跳轉(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)計的初始程序上。 B．?dāng)?shù)據(jù)存儲器 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的 8位地址共可尋址 256B 單元， 2051 單片機將其分為兩個區(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個工作寄存器由 R0— R7 組成，共占 32個 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 4組工作寄存器，那么剩下的工作寄存器可作一般的存儲器來使用。CPU 在復(fù)位時自動選中 0組 20H— 2FH 的 16 個單元為位尋址區(qū)，每個單元 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，由程序直接進行處理。程序中通常把各種程序狀態(tài)標志、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的符號地址。 B．寄存器 B 寄存器 B是一個 8位寄存器，主要用于乘法和除法的運算。乘法運算時， B 中存放乘法，乘法操作后，乘積的高 8位又存于 B 中；除法運算時， 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） 定時器 /計數(shù)器 主要特性 (1)AT89C2051 單片機有兩個 可編程的定時器 /計數(shù)器 —— 定時器 /計數(shù)器 0與定時器 /計數(shù)器 1，可有程序選擇作為定時器用或作為計數(shù)器用，定時時間或記數(shù)值也可由程序設(shè)定。 (2)每一個定時器 /計數(shù)器具有 4 種工作方式，可用程序選擇。 (3)任一定時器 /計數(shù)器在定時時間到或記數(shù)值到時，可有程序安排產(chǎn)生中斷請求信號或不產(chǎn)生中斷請求信號 [15]。 定時 /計數(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 /計數(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 /計數(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，只有 INTO 非或 INT1 非引腳為高電平且 TR0 或 TR1 置 1時，相應(yīng)的定時 /計數(shù)器才被選通工作；當(dāng) GATE=0，則只要 TR0 和 TR1 置 1，定時 /計數(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：計數(shù) /定時功能選擇位。 C/T 非 =0，設(shè)置為定時器方式，計數(shù)器的輸入是內(nèi)部時鐘脈沖，其周期等于機器周期。 C/T 非 =1，設(shè)置為計數(shù)器方式，計數(shù)器的輸入來自 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，對應(yīng) 4 種工作模式，見表 ： 表 32 定時器 /計數(shù)器工作方式 M1 M0 功 能 描 述 00 方式 0： 13位定時器 /計數(shù)器 01 方式 1： 16位定時器 /計數(shù)器 10 方式 2：具有自動重裝初值的 8 位定時器 /計數(shù)器 11 方式 3：定時 /計數(shù)器 0分為兩個 8 位定時 /計數(shù)器，定時 /計數(shù)器 1 在此方式無實用意義 2． 控制寄存器 TCON TCON 用來控制 T0 和 T1 的啟、停，并給出相應(yīng)的控制狀態(tài)，高 4位用于控制定時器 0、1的運行；低 4位用于控制外部中斷。格式如下表 ： 表 33 定時器 /計數(shù)器控制寄存器 TCON TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 TF1：定時器 1溢出標志。 當(dāng)定時器 1溢出時，由硬件置 1。使用查詢方式時，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，此位做中斷申請標志，進入中斷服務(wù)后 被硬件自動清零。 TR1 位：定時器 1 運行控制位。 該位靠軟件置位或清零，置位時，定時 /計數(shù)器接通工作，清零時，停止工作。 TF0 位：定時器溢出標志位，其功能和操作情況類同于 TF1。 TR0 位：定時器 0 運行控制位，其功能和操作類同于 TR1。 IE 位：外部中斷請求標志位。 當(dāng) CPU采樣到 INT0 非（或 INT1 非）端出現(xiàn)有效中斷請求時， 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，再由硬件自動清零。 IT 位：外部中斷請求出發(fā)方式位。 IT0（ IT1） =1 為脈沖觸發(fā)方式，后負跳有效。 IT0（ IT1） =0 為電平觸發(fā)方式，低電平有效。 3．定時 /計數(shù)器的初始化 AT89C2051 單片機的定時 /計數(shù)器是可編程的，因此，在進行定時或計數(shù)之前也要用程序進行初始化。初始化一般應(yīng)包括以下幾個步驟： (1)對 TMOD 寄存器賦值，以確定定時器的工作模式； (2)置定時 /計數(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，對寄存器 IE 置初值，開放定時器中斷； (4)對 TCON 寄存器中的 TR0 或 TR1 置位，啟動定時 /計數(shù)器，置位以后，計數(shù)器即按規(guī)定的工作模式和初值進行計數(shù)或開始定時。 在初 始化過程中，要置入定時 /計數(shù)器的初值，這時要做一些計算。由于計數(shù)器是加法計數(shù)，并在溢出時申請中斷，因此不能直接輸入所需的計數(shù)值，而是要從計數(shù)最大值倒退回去一個計數(shù)值才是應(yīng)置入的初值。設(shè)計數(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計算。 計數(shù)方式時 X=M— 記數(shù)值 定時方式時 （ M— X） T=定時值 所以 X=M— 定時值 /T 式中， T 為計數(shù)周期，是單片機的機器周期 [13]。 T0和 T1 的 4 種工作方式 方式 0： 13 位定時 /計數(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，向 TH 進位，而全部 13 位計數(shù)器溢出時使計數(shù)器回零，并使溢出標志TF置1，向CPU發(fā)出中斷請求。 方式 1： 16 位定時 /計數(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 位也參與了計數(shù)。 方式 2：把 TL 配置成一個可以自動重裝載的 8位定時 /計數(shù)器 方式 3：僅對 T0有意義，將 16 位定時 /計數(shù)器分成兩個互相獨 立的 8 位定時 /計數(shù)器 TL和 TH， （三） 獨立式按鍵結(jié)構(gòu) 獨立式按鍵是指直接用 I/O線構(gòu)成的單個按鍵電路，每個獨立式按鍵占有一根 I/O口線，每根 I/O 口線上的按鍵的工作狀態(tài)不會影響其他 I/O 口線的工作狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)簡單，但I/O 口線浪費較大 [16]。 獨立式按鍵配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，上拉電阻保證了按鍵斷開時， 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 低功耗的實現(xiàn)方法 AT89C2051 單片機的 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)進入空閑工作方式 ，這時內(nèi)部時鐘不向 CPU提供，而只供給中斷、串行口、定時器部分。遙控器退出低功耗空閑方式電路由與門來實現(xiàn)。當(dāng)有鍵按下時，由與門觸發(fā)外部中斷 1發(fā)生中斷，單片機退 圖 32 獨立式按鍵電路 出空閑工作方式，進入鍵盤和紅外發(fā)射程序，結(jié)束后又進入低功耗空閑方式待機。使用過程中單片機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? 掉電保護和低功耗的設(shè)計 掉電保護 在單片機工作時，供電電源如果發(fā)生停 電或瞬間停電，將會使單片機停止工作。待電源恢復(fù)時，單片機重新進入復(fù)位狀態(tài)，停電前 RAM 中的數(shù)據(jù)全部丟失，這種現(xiàn)象對于一些重要的單片機應(yīng)用系統(tǒng)是不允許的。在這種情況下，需要進行掉電保護處理。掉電保護具體操作過程如下。 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的電壓檢測電路檢測到電源電壓下降時，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。因單片機電源入口的濾波電容的儲能作用，可以有足夠的時間來完成中斷操作。備用電源自切換電路屬于單片機內(nèi)部電路。它由兩個二極管組成，當(dāng)電源電壓高于 VPD 引腳的備用電源電壓時， VD1 導(dǎo)通， VD2 截止，單片機由電源供電；當(dāng)電源電壓降到比備用電源電壓低時，二極管 VD1截止， VD2 導(dǎo)通，單片機由備用電源供電 [15]。 備用電源只為單片機內(nèi)部 RAM 和專用寄存器提供維持電流，這時單片機外部的全部電路因停電而停止工作，時鐘電路也停止工作， CPU 因無時鐘也不工作。 當(dāng)電源恢復(fù)時，備用電源還會繼續(xù)供電一段時間，大約 10ms，以確保外部電路達到穩(wěn)定狀態(tài)。在結(jié)束掉電保護狀態(tài)時，首要的工作是將被保護的數(shù)據(jù)從內(nèi)部 RAM 中恢復(fù)過來。 當(dāng)用戶檢測到一個掉電保護電路時，立即通過外部中斷輸入線 INT0 來中斷單片機現(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)定時輸出后，若 VCC 仍然存在，這是一個假掉電報警，并從復(fù)位開始重新操作；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 的掉電保護過程則不同。 當(dāng)電壓檢測電路檢測到電源電壓降低時，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)容保護起來，然后對電源控制寄存器 PCON 進行設(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： 通用標志，由軟件置位、復(fù)位。 PD：掉 電方式控制位， PD=1， 則進入掉電方式。