【文章內(nèi)容簡介】 位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。當 P3 口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故 。 P3 口也可作為 AT89S51的一些特殊功能口，如下表所示： P3 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0外部輸入） T1（記時器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許 端 的輸出電平用于鎖存地址的地 址 字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩 器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 13 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號 端 。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當 /EA 保持低電 平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 主要特性 ： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 振蕩器特性 （ 1） 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。有余輸入至內(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。 14 （ 2） 芯片擦除 整個 EPROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫 “1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51 設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。 AT89S51 單片機的工作周期 單片機有了硬件和軟件就可以在控制器發(fā)出的控制信號作用下有條不紊地工作，控制信號必須定時發(fā)出，為了定時計算機內(nèi)部必須有一個準確的定時脈沖。這種定時脈沖是由晶體振蕩器產(chǎn)生的，并組成下面幾種工作周期，如 圖 36 所示。 這種定時脈沖是由晶體振蕩器產(chǎn)生的，并組成下面幾種工作周期，如圖 所示。 圖 36 振蕩周期、狀態(tài)周期、機器周期和指令周期 振蕩周期 ：是指為單片機提供時鐘脈沖信號的振蕩源的周期。 即由單片機的晶 15 體振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖的周期。 狀態(tài)周期 ：每個狀態(tài)周期為振蕩周期 的 2 倍 , 是振蕩周期經(jīng)二分頻后得到的。 在一個狀態(tài)周期中有兩個時鐘脈沖，通常稱它為 P P2。 機器周期 ：一個機器周期包含 6 個狀態(tài)周期 S1~S6, 也就是 12 個振蕩周期。 在一個機器周期內(nèi) , CPU可以完成一個獨立的操作。 指令周期 ：它是指 CPU完成一條操作所需的全部時間。 控制部件是單片機的神經(jīng)中樞，以主振頻率為基準（主振周期即為振蕩周期），控制器控制 CPU 的時序，對指令進行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號，它將各個硬件環(huán)節(jié)組織在一起。 一般情況下，算術(shù)邏輯操作發(fā)生在時相 P1 期間，而內(nèi)部寄存器之間 的傳送發(fā)生在時相 P2 期間，這些內(nèi)部時鐘信號無法從外部觀察，故用 XTAL2 引腳振蕩信號作參考。 AT89S51 單片機的工作過程和工作方式 單片機工作過程遵循 現(xiàn)代計算機的工作原理（馮 諾依曼原理），即程序存儲和程序控制。存儲程序是指人們必須事先把計算機的執(zhí)行步驟序列（即程序）及運行中所需的數(shù)據(jù) , 通過一定的方式輸入并存儲在計算機的存儲器中。程序控制是指計算機能自動地逐一取出程序中的指令，加以分析并執(zhí)行規(guī)定的操作。 單片機的工作方式有：復位、程序執(zhí)行、掉電保護和低功耗、編程、校驗與加密等方式。 1．復 位方式 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)的操作稱為復位。復位方式是單片機的初始化操作。單片機除了正常的初始化外，當程序運行出錯或由于操作錯誤而使系統(tǒng)處于死循環(huán)時，也需要按復位鍵重啟機器。 MCS—51 單片機復位后 , 程序計數(shù)器 PC 和特殊功能寄存器復位的狀態(tài)如 圖 37 所示。 復位不影響片內(nèi)RAM 存放的內(nèi)容 , 而 ALE 在復位期間將輸出高電平。由 圖 37 可以看出，復位后： (1)（ PC） =0000H 表示復位后程序的入口地址為 0000H，即單片機復位后從0000H 單元開始執(zhí)行程序； (2)（ PSW） =00H， 其中 RS1()=0， RS0()=0，表示復位后單片機選擇工作寄存器 0 組； (3)（ SP） =07H 表示復位后堆棧在片內(nèi) RAM 的 08H 單元處建立； (4) P0 口～ P3 口鎖存器為全 1 狀態(tài)，說明復位后這些并行接口可以直接作輸入口，無須向端口寫 1。 16 定時器 /計數(shù)器、串行口、中斷系統(tǒng)等特殊功能寄存器復位后的狀態(tài)對各功能部件工作狀態(tài)的影響。 能部件工作狀態(tài)的影響。 圖 37 PC 與 SFR 復位狀態(tài)表 單片機在時鐘電路工作以后 , 在 RST/VPD端持續(xù)給出 2個機器周期的高電 平時就可以完成復位操作。例如使用晶振頻率為 12MHz 時，則復位信號持續(xù)時間應不小于 2us。 復位方法一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位以及 “看門狗 ”復位三種類型。前兩種見 圖 38 所示。 “看門狗 ”電路則是一種集成有單片機的電源監(jiān)測、按鍵復位以及對程序運行進行監(jiān)控，防止程序 “跑飛 ”而出現(xiàn)死機而設計的電路。 圖 38 （ a）上電復位電路 。 （ b）上電 /外部復位電路 2．程序執(zhí)行方式 程序執(zhí)行方式是單片機的基本工作方式。由于復位后 PC=0000H，因此程序執(zhí)行總是從地址 0000H 開始，為此就得在 0000H 處開始的存儲單元安放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便跳轉(zhuǎn)到實際程序的入口去執(zhí)行。 3．待機方式 待機方式也稱空閑方式，是一種節(jié)電工作方式。在待機工作方式中，振蕩器保持工作，時鐘脈沖繼續(xù)輸出到中斷、串行口、定時器等功能部件，使它們繼續(xù)工作，但時鐘脈沖不再送到 CPU，因而 CPU停止工作。 4．掉電方式 17 掉電方式，也被稱為停機方式。在掉電方式中，振蕩器工作停止，單片機內(nèi)部所有功能部件停止工作。它同樣是一種為降低功耗而設計的節(jié)電工作方式。 待機方式和掉電方式都是為了進一步降低功耗而設計的節(jié)電工作方式，它們特別適合于電源 功耗要求很低的應用場合。這類系統(tǒng)往往是直流供電或停電時依靠備用電源供電，以維持系統(tǒng)的持續(xù)工作。 CHMOS 型單片機的節(jié)電方式是由特殊功能寄存器 PCON 控制，其具體使用可參考相關(guān)書籍和手冊。空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài) 如下 圖 39 所示： 圖 39 空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài) 5. 編程和校驗方式 對于內(nèi)部集成有 EPROM 可以進入編程或校驗方式。 （ 1）內(nèi)部 EPROM 編程 編程時，時鐘頻率應定在 36MHz 的范圍內(nèi)，其余各有關(guān)引腳的接法和用法如下： P1 口和 P2 口的 ~ 為 EPROM 的 4k 地址輸入， P1 為 8 位地址； ~ 以及 PSEN 應為低電平； P0 口為編程數(shù)據(jù)輸入； 和 RST 應為高電平； RST 的高電平可為 ，其余的都以 TTL 的高低電平為準； EA/VPP 端加 +21V 的編程脈沖，此電壓要求穩(wěn)定，不能大于 ，否則會損壞 EPROM 在出現(xiàn)正脈沖期間， ALE/PROG 端加上 50ms 的負脈，完成一次寫入。 （ 2） EPROM 程序校驗 在程序的保險位未設置前，無論在寫入的當時或?qū)懭胍院?，均可將片上程序存貯器的內(nèi)容讀出進行檢驗，在讀出時， 除 腳保持為 TTL 低電平之外，其他引腳與寫入 EPROM 的連接方式相同。要讀出的程序存貯器單元地址由 P1 口和 P2 口的 ~ 送入， P2 口 的其他引腳及 PSEN 保持低電平， ALE、 EA 和 RST 接高電平，檢驗的單元內(nèi)容由 P0 口送出。在檢驗操作時，需在 P0 的各位外部加上電阻10k?。 18 （ 3）程序存貯器的保險位 AT89S51 內(nèi)部有一個保險位，亦稱保密位，一旦將該位寫入便建立了保險，就可禁止任何外部方法對片內(nèi)程序存貯器進行讀寫。將保險位寫入以建立保險位的過程與正常寫入的過程相似，僅只 腳要加 TTL 高電平 而不是像正常寫入時加低電平，而 P0、 P1 和 P2 的 ~ 的狀態(tài)隨意，加上編程脈沖后就可使保險位寫入。 保險位一旦寫入，內(nèi)部程序存貯器便不能再被寫入和讀出校驗，而且也不能執(zhí)行外部存貯器的程序。只有將 EPROM 全部擦除時，保險位才能被一起擦除，也才可以再次寫入。 通過以上對單片機硬件系統(tǒng)的簡單介紹，應該已經(jīng)掌握了單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作的原理和過程，但是單片機要實現(xiàn)它的強大控制功能特性，只有硬件是不能工作的，還必須依靠它的指令才能發(fā)揮單片機的強大作用。下面介紹單片機的指令系統(tǒng)。 AT89S51 的指令系 統(tǒng) 指令是規(guī)定計算機進行某種操作的命令，一條指令只能完成有限的的功能，為使計算機完成一定的或復雜的功能就需要一系列指令。計算機能夠執(zhí)行的各種指令的集合稱為指令系統(tǒng)。單片機的主要功能也是有指令系統(tǒng)體現(xiàn)的。 機器指令通常由兩部分組成，即操作碼和操作數(shù)（或操作數(shù)地址）。操作碼用于規(guī)定指令的操作功能，如加、減、乘、除等。操作數(shù)是指參與操作的數(shù)據(jù)，它可能是一個具體的數(shù)據(jù)，也可能是地址或符號。 匯編指令由操作碼或偽操作碼、目的操作數(shù)和源操作數(shù)構(gòu)成，標準書寫格式如下： [標號： ] 操作碼 /偽操作碼 [操作數(shù) ] [；注釋 ] （ 1） [ ]表示該項為可選項。 （ 2）標號：又稱指令地址符號。它是用戶設定的符號，代表著該指令所在的地址。 （ 3）操作碼 /偽操作碼：是英文縮寫的指令助記符。它規(guī)定了指令的操作功能，它所對應的匯編語句稱為指令性語句，在匯編后有具體的目標代碼。而偽操作碼說明匯編程序如何完成匯編工作，任何一條指令都必須有操作碼或偽操作碼，不得省略。 （ 4）操作數(shù) ：是指參加操作的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)所在的地址。在指令系統(tǒng)中，操 19 作數(shù)可以是 1 個、 2 個或 3 個，也可以沒有。不同功能的指 令，操作數(shù)作用不同。例如，傳送指令多數(shù)有兩個操作數(shù)，寫在左邊的稱為目的操作數(shù)（表示操作結(jié)果存放的單元地址），寫在右邊的稱為元操作數(shù)（支出操作數(shù)的來源）。例如，一條傳送指令的書寫格式為： MOV A ， 10 H ；表示將 10 H 存儲單元的內(nèi)容送到累加器 A中。 操