【文章內(nèi)容簡介】 ，用于保證片內(nèi) RAM 中信息不丟失 [2]。 CPU 結(jié)構(gòu) CPU 是單片機(jī)的核心部件，它由運(yùn)算器，控制器和專用寄存器組三部分電路組成，數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)操作控制都是由 CPU 完成的，單片機(jī)主要功能指標(biāo)也是它決定的。 ALU 8751 的 ALU 是一個(gè)性能極強(qiáng)的運(yùn)算器，它可以進(jìn)行加、減、乘、除四則運(yùn)算，也可以進(jìn)行與、或、非、異或等邏輯運(yùn)算，還具有數(shù)據(jù)傳送、移位、判斷和程序轉(zhuǎn)移等功能。 8751ALU 由一個(gè)加法器、兩個(gè)八位暫存器和一個(gè)布爾處理器組成。 定 時(shí)控制部件起著控制器的作用，由定時(shí)控制邏輯、指令寄存器 IR 和振蕩器 OSC 等電路組成。指令系統(tǒng) IR 用于存放從程序寄存器中取出的指令碼，定時(shí)控制邏輯用于對 IR 中指令碼譯碼，并在 OSC 配合下產(chǎn)生指令的時(shí)序脈沖，以完成相應(yīng)指令的執(zhí)行。 專用寄存器組主要用于指示當(dāng)前要執(zhí)行指令的內(nèi)存地址、存放操作數(shù)和指示指令執(zhí)行后的狀態(tài)等等。專用寄存器組主要包括程序計(jì)數(shù)器 PC、累加器 A、程序狀態(tài)寄存器 PSW、堆棧指示器 SP、數(shù)據(jù)指針 DPTR 和通用寄存器 B 等。 ①程序計(jì)數(shù)器 PC（ Program Counter） 程序計(jì) 數(shù)器 PC 是一個(gè)二進(jìn)制 16 位的程序地址寄存器，其內(nèi)容為將要執(zhí)行的指令地址，尋址范圍達(dá) 64KB， PC 有自動加 1 功能，從而實(shí)現(xiàn)程序的順序執(zhí)沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 8 行。 8751程序計(jì)數(shù)器 PC有 16個(gè)觸發(fā)器組成，故它的編碼范圍為： 0000H—FFFFH，共 64K。也就是說， 8751對程序計(jì)數(shù)器的尋址范圍為 64KB。 ② 累加器 A（ Accumulator） 累加器 A為 8位寄存器（簡稱 A），是最常用的專用寄存器，功能較多，地位重要；它即可用于存放操作數(shù)，也可用來存放運(yùn)算的中間結(jié)果。 ③ 通用寄存器 B（ General Purpose Register） B寄存器是一個(gè) 8位寄存器，主要用語乘除運(yùn)算，乘法運(yùn)算前， B中放乘數(shù)，乘法操作后，乘積的高 8位存于 B中。除法運(yùn)算前， B中放除數(shù)，除法操作后，余數(shù)存放于 B中。此外， B寄存器也可作為一般的數(shù)據(jù)寄存器使用。 ④程序狀態(tài)字 PSW（ Program Status Word） PSW是一個(gè)八位標(biāo)志寄存器，用來存放指令執(zhí)行后的有關(guān)狀態(tài)，其中， PSW7 為最高位， PSW0為最低位。 表 31 程序狀態(tài)字 PSW PSW7 PSW6 PSW5 PSW4 PSW3 PSW2 PSW1 PSW0 Cy AC F0 RS1 RS0 OV — P Cy（ PSW7） ——進(jìn)位標(biāo)志位 Cy是 PSW中最常用的標(biāo)志位。在進(jìn)行加減運(yùn)算時(shí)，如果操作結(jié)果最高位有進(jìn)位或錯位，則 Cy有硬件置 ―1‖；否則置 ―0‖在進(jìn)行位操作時(shí)， Cy作位累加器使用，其作用相當(dāng)于字節(jié)操作的累加器 A。 AC——輔助進(jìn)位位 加減運(yùn)算中當(dāng)有低 4位向高 4位進(jìn)位或錯位時(shí)， AC由硬件置 ―1‖；否則 AC位被清 0。 F0——用戶標(biāo)志位 這是一個(gè)供用戶定義的標(biāo)志位，用戶在需要時(shí)可通過指令將其操作置位或復(fù)位，以控制程序執(zhí)行流向。 RS1和 RS0——寄存器選 擇位 用于設(shè)定通用寄存器的組號。通用寄存器共有四組，其對應(yīng)的關(guān)系為：這兩個(gè)選擇位的狀態(tài)是由用戶通過指令設(shè)置，用以切換選用的當(dāng)前通用寄存器組 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 9 R0—R7。單片機(jī)上電或復(fù)位后 RS1RS0為 CPU自動選用 0組寄存器為當(dāng)前通用寄存器組。 表 32 RS RS0對工作寄存器的選擇 RS RS0 R0— R7的組號 R0R7的物理地址 00 0 00H— 07H 01 1 08H— 0FH 10 2 10H— 17H OV（ Overflow） ——溢出標(biāo)志位：指示運(yùn)算過程中是否發(fā)生了溢出，由機(jī)器執(zhí)行指 令過程中自動形成。 P（ Parity） ——奇偶標(biāo)志位 P標(biāo)志表明累加器 A中的個(gè)數(shù)的奇偶性，在每個(gè)指令周期有硬件根據(jù) A的內(nèi)容對 P位自動置位或復(fù)位。若 P=1，則累加器 A中 1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)；若 P=0，則累加器 A中 1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)。 SP（ stack pointor） —— 堆棧指針 SP是一個(gè)八位寄存器，能自動加 1或減 1，專門用來存放堆棧的棧頂?shù)刂贰Ｓ?jì)算機(jī)中的堆棧是一種能按 ―先進(jìn)后出 ‖或 ―后進(jìn)先出 ‖的規(guī)律存取數(shù)據(jù)的 RAM區(qū)域。 8751片內(nèi) RAM共有 128個(gè)字節(jié)，地址范圍為 00H—7FH。堆棧有棧頂和棧底之分，棧底有棧底 地址標(biāo)識，棧頂由棧底地址指示。棧底地址是固定不變的。它決定了堆棧在 RAM中的物理位置；棧頂?shù)刂肥冀K在 SP中，即由 SP指示，是可以改變的。因此，當(dāng)堆棧中空無數(shù)據(jù)時(shí)，棧頂?shù)刂繁囟ê蜅５椎刂分睾?，?SP中一定是棧底地址。這就是說， SP就好象是一個(gè)地址指針，始終指示著堆棧中最上面的那個(gè)數(shù)據(jù)。 DPTR（ Data Pointor） ——數(shù)據(jù)指針 DPTR 是一個(gè) 16 位的寄存器，由兩個(gè)八位寄存器 DPH 和 DPL 拼裝而成。其中， DPH 為 DPTR 的高八位， DPL 為 DPTR 的低八位。 DPTR 可以用來存放片內(nèi) ROM 的地址，也可以用來 存放片外 RAM 和片外 ROM 的地址 [3]。 I/O 接口線 口：這組引腳共有八條。為 P0 口所專用，其中 P0。 7 為最高位， P0。 0 為沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 10 最低位。 P0口作為通 I/O 口使用，用于傳送 CPU 的輸入 /輸出數(shù)據(jù)， P0在訪問片外存儲器時(shí)先是用于傳送片外存儲器的低 8 位地址，然后傳送 CPU 對片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。 ： – 這八條引腳和 P 0的 8 條引腳步類似， 為最高位， P 為最低位。當(dāng) P1 口為通用 I/O 使用時(shí)， – 的功能和 P0 口的第一功能相同，也用于 傳遞用戶的輸入 /輸出數(shù)據(jù)。 這組引腳的第一功能和上述兩組引腳的第一功能相同，即它可以作為通用Ｉ /Ｏ口使用。它的第二功能和 P0 口引腳第二功能相配合，用于輸出片外存儲器的高8 位地址。 口：這組引腳的第一功能和其于三個(gè)斷口的第一功能相同 ,第二功能起控制作用 [4]，如表 33 所列。 表 33 第二功能 端口地址 兼用功能 RSD (串行輸入口 ) TXD (串行輸出口 ) INT0 (外部中斷 0 輸入 ) INT1（外部中斷 1 輸入） T0 (定時(shí)器 0 的外部輸入 ) T1 (定時(shí)器 1 的外部輸入 ) WR (外部 RAM 寫選通信號 ) RD (外部 RAM 讀選通信號 ) 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0、 T1 /計(jì)數(shù)器 T0、 T1 8751 有兩個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，它們可以分為定時(shí)器模式和計(jì)數(shù)器模式兩種。在這兩種模式下，又可以單獨(dú)設(shè)定為方式 0，方式 1，方式 2，方式 3工作。 定時(shí)器模式下的定時(shí)時(shí)間或計(jì)數(shù)器模式下的計(jì)數(shù)值均可由 CPU 通過程序設(shè)定，但是都不能超過各自的最 大值。最大定時(shí)時(shí)間或最大計(jì)數(shù)值和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 11 器位數(shù)的設(shè)定有關(guān)，而位數(shù)設(shè)定又取決于工作方式的設(shè)定 [5]。 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器是一個(gè)二進(jìn)制的加 1 計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器滿回零時(shí)能自動產(chǎn)生溢出中斷請求，表示定時(shí)時(shí)間已到或計(jì)數(shù)已經(jīng)終止。 MCS51對內(nèi)部定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的控制主要是通過 TCON和 TMOD兩個(gè)特殊功能寄存器實(shí)現(xiàn)的。 TCON 定時(shí)器控制寄存器 TCON 是一個(gè) 8 位寄存器。 TR0 和 TR1 分別用于控制內(nèi)部定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0 和 T1 的啟動和停止， TF0 和 TF1 用于標(biāo)志 T0 和 T1 計(jì)數(shù)器是否產(chǎn)生了溢出中斷請求。 T0 和 T1 計(jì)數(shù)器和溢出中斷請求還受中斷允許寄存器 IE中 EA， ET0 和 ET1 狀態(tài)的控制。 TMOD 時(shí)器方式寄存器 TMOD 的地址為 89H， CPU 可以通過字節(jié)傳送指令來設(shè)定TMOD 中各位狀態(tài)，但不能用位尋址指令改變。 M1 和 M0 為方式控制位， C/T為定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的模式控制位， GATE 為門控位。 表 34 定時(shí)器方式寄存器 TMOD GATE C/T M1 M2 GATE C/T M1 M0 T1 T0 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器可以設(shè)定為 13 位， 16 位， 8 位重裝和兩 個(gè)獨(dú)立 8 位計(jì)數(shù)器等四種工作方式，這由 TMOD 中 M1， M0（ D1， D0）兩位狀態(tài)設(shè)定。 T0 的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器模式由 TMOD 中的 C/T 狀態(tài)決定：若 C/T=0，則 T0或（ T1）設(shè)定為定時(shí)器模式計(jì)數(shù)脈沖由單片機(jī)主脈沖經(jīng) 12 分頻后送來若 C/T=1，則 T0或（ T1）為計(jì)數(shù)器模式，計(jì)數(shù)脈沖從單片 T0（或 T1）輸入引腳步上送來。 CPU 在每個(gè)機(jī)器周期對 T0（或 T1）檢測一次，但只有在前一次檢測為 1 和后一次檢測為 0 時(shí)才會使計(jì)數(shù)器加 1。因此，計(jì)數(shù)器不是由外部時(shí)鐘負(fù)邊沿觸發(fā)的，而是在兩次檢測到負(fù)跳變存在時(shí)才進(jìn)行計(jì)數(shù)的。由于兩次檢測 需要個(gè) 24 時(shí)鐘脈沖，故 T0（或T1）線上輸入脈沖的“ 0”或“ 1”的持續(xù)時(shí)間不能少于一個(gè)機(jī)器周期。通常，T0或 T1輸入線上的計(jì)數(shù)脈沖總小于 100KHZ。 計(jì)數(shù)器 T0的計(jì)滿回零時(shí)能自動使 TCON 中的 TF0 置位，以表示計(jì)數(shù)器 T0產(chǎn)生了溢出中斷請求，若此時(shí)中斷是開放的即： ( EA=1 和 ET0=1），則計(jì)數(shù)器 T0沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 12 的溢出中斷請求使可為 CPU 響應(yīng) [5]。 ： 8751 單片機(jī)有 T0 和 T1 兩個(gè)內(nèi)部定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。每個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器都屬于特殊功能寄存器， T0 由 8 高位 TH0 和低 8 位 TL0 組成， T1 由高 8 位 TH1 和低 8 位 TL1 組成。因此， T0 和 T1 均可通過字節(jié)傳送指令為它們分別設(shè)置初值。定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器的功能是和它們的工作方式有關(guān)的。 對內(nèi)部定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器的初始化 MCS51 內(nèi)部定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器是可編程的，其工作方式和工作過程均可由MCS51 通過程序?qū)λM(jìn)行設(shè)定和控制。因此， MCS51 在定時(shí)器計(jì)數(shù)器工作前必須先對它進(jìn)行初始化。初始化步驟： ①根據(jù)題目要素先給定時(shí)器方式寄存器 TMOD 送一個(gè)方式控制字，以設(shè)定定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的響應(yīng)工作方式。 ②根據(jù)實(shí)際需要給定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器選送定時(shí)器初值或計(jì)數(shù)器初值，以確實(shí) 需要定時(shí)器的時(shí)間和需要計(jì)數(shù)的初值。 ③根據(jù)需要給中斷允許寄存器 IE選送中斷控制字和給中斷優(yōu)先級 IP選送中斷優(yōu)先級字，以開放相應(yīng)中斷優(yōu)先級。 ④給定時(shí)器控制寄存器 TCON 送命令字，以啟動或禁止定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的行。 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)器模式下工作時(shí)必須給計(jì)數(shù)器選送計(jì)數(shù)器初值，這個(gè)計(jì)數(shù)器初值是送到 TH（ TH0/TH1）和 TL（ TL0/TL1）中的。 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器是在計(jì)數(shù)初值基礎(chǔ)上以加法計(jì)算的，并能在計(jì)數(shù)器從“ 1”全變?yōu)槿?0”時(shí)自動產(chǎn)生定時(shí)溢出中斷請求。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器計(jì)滿 為零所需要的計(jì)數(shù)設(shè)定為 C，計(jì)數(shù)初值設(shè)定為 TC，由此便可得到如下的計(jì)算通式： TC=MC (31) 式中 M 為計(jì)數(shù)器模值，該值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式 0 時(shí) M 為 213，在方式 1 時(shí) M 為 216，在方式 2 和方式 3 時(shí) M 為 28。 在定時(shí)器模式下，計(jì)數(shù)器由單片機(jī)主脈沖經(jīng)分頻后計(jì)數(shù)。因此，定時(shí)沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 13 器定時(shí)時(shí)間的計(jì)算公式為： T=（ MTC） T 計(jì)數(shù) (32) 上式也可寫成： TC=MT/T 計(jì)數(shù) (33) 式中 M 為模值，和定時(shí)器和工作方式有關(guān)； T 計(jì)數(shù) 是單片機(jī)時(shí)鐘周期 TCLK12倍； TC 為定時(shí)器的定時(shí)初值。 在式中，若設(shè) TC=0，則定時(shí)器定時(shí)時(shí)間為最大。由于 M 值和定時(shí)器工作方式有關(guān)，因此不同工作方式下定時(shí)器的最 大定時(shí)時(shí)間也不一樣。 要使單片機(jī)正常工作除了需要供電電源，還需要時(shí)鐘觸發(fā)和復(fù)位電路。復(fù)位電路在看門狗電路中提到，先介紹一下時(shí)鐘電路。 圖 32 時(shí)鐘電路 本次設(shè)計(jì)使用的時(shí)鐘電路，如圖 32，外接晶振的頻率為 ，因此，采用 的晶振符合系統(tǒng)要求，且能保證足夠的速度和穩(wěn)定的可靠性。 外部晶振與電容 C C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在 8031 的 XTAL1 和 XTAL2引腳上，對外界的電 容沒有嚴(yán)格要求，但