【文章內(nèi)容簡介】 個 8位 CPU、 1個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路、 128B RAM、 4KB ROM、 2個 16位定時器 /計數(shù)器、 32條可編程的 I/O線和一個可編程的全雙工串行接口、 5個中斷源、 2個中斷優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu) 。 （ 1）中央處理器 (CPU) CPU是單片機內(nèi)部的核心部 件 , 是一個 8位二進制數(shù)的中央處理單元 , 主要由運算器 . 控制器和寄存器陣列構(gòu)成 。 ① 運算器 : 運算器用來完成算術(shù)運算、邏輯運算、位變量處理和數(shù)據(jù)傳送等功能 , 它是 8051內(nèi)部處理各種信息的主要部件 。 運算器主要由算術(shù)邏輯單元 (ALU)、累加器 (ACC)、 暫存寄存器 (TMP TMP2) 、寄存器 B和程序狀態(tài)字寄存器 (PSW)組成 。 ② 算術(shù)邏輯單元 (ALU): 89C51中 ALU由加法器和一個布爾處理器組成 . 主要是實現(xiàn) 8位數(shù)據(jù)的加、減、乘、除算術(shù)運算和與、或、異或、循環(huán)、求反等邏輯運算 。布爾 處理器主要用來處理操作 . 它是以進位標志位 C為累加器的 ,可執(zhí)行置位、復位、取反、等于 1轉(zhuǎn)移、等于 0轉(zhuǎn)移、等于 1轉(zhuǎn)移且清 0以及進位標志位與其他位尋址的位之間進行數(shù)據(jù)傳送等位操作 . 也能使進位標志位與其他可位尋址的位之間進行邏輯與、或操作。 ③ 累加器 (ACC): 用來存放參與算術(shù)運算和邏輯運算的一個操作數(shù)或運算的結(jié)果 . 在運算時將一個操作數(shù)經(jīng)暫存器送至 ALU,與另一個來自暫存器的操作數(shù)在 ALU中進行運算 ,運算后的結(jié)果又送回累加器 A. 89C51單片機在結(jié)構(gòu)上是以累加器 A為中心 ,大部分指令的執(zhí)行都要通過累加器 A進行 。 ④ 暫存寄存器 (TMP TMP2): 用來存放參與算術(shù)運算和邏輯運算的另一種操作數(shù) ,它對用戶不開放 。 ⑤ 寄存器 B: 在乘、除運算時用來存放一個操作數(shù) ,也用來存放運算后的一部分結(jié) 10 果 ,在不進行乘、除運算時 ,可以作為通用的寄存器使用 。 ⑥ 程序狀態(tài)字寄存器 (PSW): PSW是一個 8位標志寄存器 ,用來存放 ALU操作結(jié)果特征和處理狀態(tài) . 這些特征和狀態(tài)可以作為控制程序轉(zhuǎn)移的條件 ,供程序校驗和查尋 .如表 。 表 PSW 各位定義 位編號 位定義 CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P 位地址 D7H D6H D5H D4H D3H D2H D1H D0H A） 進位標志位 CY: 表示累加器 A在加減運算過程中其最高位 。 B） 輔助進位標志位 ACC: 表示累加器 A在加減運算時低 4位 () 有無高 4位 () 進位或借位 。 C） 用戶標志位 F0、 F1: 是用戶定義的兩個狀態(tài)標志位 ,根據(jù)需要可以用軟件來使它置位或清除 。 D） 寄存器選擇位 RS RS0: 89C51共有 4組 ,每組 8個工作寄存器 R0— R7。 編程時用于存放數(shù)據(jù)或地址 。 但每組工作寄存器在內(nèi)部 RAM中的物理地址不同 。 RS1和 RS0的 4種狀態(tài)組合就是用來確定 4組工作寄存器的實際物理地址的 。 RS RS0狀態(tài)與工作寄存器R0— R7的物理地址關(guān)系如表 。 表 工作寄存器組 R0— R7的物理地址 RS1 RS0 工作寄存器組號 R0— R7的物理地址 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 2 3 00H— 07H 08H— 0FH 10H— 17H 18H— 1FH E） 溢出標志位 OV: 當執(zhí)行算術(shù)指令時，由硬件自動置位或清零。表示累加器 A的溢出狀態(tài)，主要用來表示帶符號數(shù)加、減運算溢出與否?？捎秒p高位法進行溢出判別，當次高位 D6向最高位 D7有進位，而最高位 D7無進位；或者當次高位 D6向最高位 D7無進位 ,而最高位 D7有進位 ,則表示發(fā)生溢出 , OV=1；否則清 0。 乘法和除法也會影響 OV標志。當乘法的積 255時 ,OV=1,表示積超過 8位 ,否則 OV=0。 在除法運算中 ,OV=1表示除數(shù)為 0,除法不能進行 。反之 OV=0,除法可以正常進行。 F）奇偶標志位 P： 用于指示累加器 A中 1的個數(shù)的奇偶性，若 1的個數(shù)為奇數(shù)，則 P=1； 11 若 1的個數(shù)為偶數(shù)，則 P=0。 此標志對串行通信的數(shù)據(jù)傳輸非常有用，通過奇偶校驗傳輸?shù)目煽啃?. （ 2）控制器：控制器是單片機內(nèi)部各部件按一定時序協(xié)調(diào)工作的控制核心，是分析和執(zhí)行指令的部件。控制器主要由程序計數(shù)器 PC、指令寄存器 IR、指令譯碼器 ID、振蕩和定時控制邏輯電路等構(gòu)成。 程序計數(shù)器 PC是專門用于存放下一條將要執(zhí)行指令的 16位地址的一個 部件 ,由 8位計數(shù)器 PCH(高 8位 )和 PCL(低 8位 )組成。 CPU就是根據(jù) PC中的地址到 ROM中去讀取程序指令碼和數(shù)據(jù)。 指令寄存器 IR用于存放 CPU根據(jù) PC地址從 ROM中讀取的指令操作碼 ,并送給 ID。 指令譯碼器 ID是用于分析指令操作的部件 ,指令操作碼經(jīng)譯碼后送至定時控制電路 ,產(chǎn)生一定序時的脈沖信號 ,來執(zhí)行指令規(guī)定的操作。 振蕩器及定時控制邏輯電路 ,在它們外接石英晶體和微調(diào)電容 (2— 30ｐ F)后，即可產(chǎn)生 — 12MHz的脈沖信號，作為 89C51工作的基本節(jié)拍。 寄存器陣列：寄存器陣列是單片機內(nèi)部的臨時存儲單元或固定用途單元，包括通用寄存器組和專用寄存器組。 通用寄存器組用來存放過渡性的數(shù)據(jù)和地址，提高 CPU的運行速度。專用寄存器組主要用來指示當前要執(zhí)行指令的內(nèi)存地址，存放特定的操作數(shù)，指示指令運行的狀態(tài)等。 （ 3）存儲器 89C51單片機內(nèi)部有 128B的 RAM數(shù)據(jù)存儲器和 4B的掩膜式 ROM，當不夠使用時，可分別擴展為 64KB外部 RAM存儲器和 64KB外部程序存儲器。它們的邏輯空間是分開的，并有各自的尋址機構(gòu)和尋址方式。這種結(jié)構(gòu)的單片機稱為哈佛型存儲結(jié)構(gòu)單片機。 程序存儲器是可讀不可寫的，用于存放編好的程序和表格常數(shù)。 數(shù)據(jù)存儲器是既可讀也可寫的，用于存放運算的中間結(jié)果，進行數(shù)據(jù)暫存及數(shù)據(jù)緩沖等。 （ 4） I/O接口 89C51單片機對外部電路進行控制或交換信息都是通過 I/O接口進行的。單片機的 I/O接口分為并行 I/O接口和串行 I/O接口 ,它們的結(jié)構(gòu)和作用并不相同。 并行 I/O接口 : 89C51有 4個 8位并行雙向 I/O接口 (P0接口、 P1接口、 P2接口和 P3接口 ), 每一條 I/O線都能獨立地用作輸入或輸出。 P0接口為三態(tài)雙向口 ,能帶 8個 LSTTL電路。 P1接口、 P2接口和 P3接口為準雙向接口 (在用作輸入線時 ,接口鎖存器必須先寫入 12 “1” ,故稱為準雙向接口 ), 負載能力為 4個 LSTTL電路。 串行 I/O接口 : 89C51有一個全雙工的可編程串行 I/O接口 , 實現(xiàn)單片機與其他數(shù)據(jù)設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳遞。該串行接口的功能較強 , 既可作為全雙工異步通訊收發(fā)器使用 , 也可作為同步移位器使用。 （ 5） 定時器 /計數(shù)器 秒信號經(jīng)秒、分計數(shù)器后分別得到 “ 秒 ” 個位、十位， “ 分 ” 個位、十位的計時輸出信號，然后輸出到譯碼顯示電路。 “ 秒 ” 計數(shù)器應(yīng)為 60 進制，而 “ 時 ” 計數(shù)器可為大于等于 40 的任意進制。 ① 六十進制計數(shù)器 可以由兩塊 MSI 計數(shù)器構(gòu)成，一塊十進制，一塊六進制，組合起來就構(gòu)成六十進制計數(shù)器。實驗室可提供的 MSI 計數(shù)器有 T21 T21 74LS90、 74LS190、 74LS19 74LS160等，讀者可任選。 ② 大于等于 40 的任意進制計數(shù)器 由兩塊 MSI 計數(shù)器構(gòu)成，低位是十進制，高位可為大于等于四的任意進制。 ③ 由籃球比賽的特點，計時器也可以設(shè)計成計距離比賽結(jié)束的時間，因種方案需用減法計數(shù)器。 89C51內(nèi)部有 2個 16位可編程定時器 /計數(shù)器 , 簡稱為定時器 0 (T0) 和 定時器 1 (T1), T0和 T1分別由兩個 8位寄存器構(gòu)成 , 其中 T0由 TH0 (高 8位 ) 和 TL0 (低 8位 )構(gòu)成 , T1由 TH1 (高 8位 ) 和 TL1 (低 8位 ) 構(gòu)成 . TH0、 TL0、 TH TL1都是 SFR中的特殊功能寄存器。 T0和 T1在定時器控制寄存器 TCON和定時器方式選擇寄存器 TMOD的控制下（ TCON、TMOD為特殊功能寄存器 )，可工作在定時器模式或計數(shù)器模式下 , 每種模式下又有不同的工作方式。當定時或計數(shù)溢出時還可申請中斷。 （ 6） 中斷控制系統(tǒng) 單片機中的中斷是指 CPU暫停正在執(zhí)行 的原程序轉(zhuǎn)而為中斷源服務(wù) (執(zhí)行中斷服務(wù)程序 ), 在執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后再回到原程序繼續(xù)執(zhí)行。中斷系統(tǒng)是指能夠處理上述中斷過程的部分電路。 89C51單片機設(shè)有 5個中斷源 (外中斷 2個 , 定時 /計數(shù)中斷 2個 , 串行中斷 1個 ), 二級優(yōu)先級 ,可實現(xiàn)兩極中斷嵌套。 （ 7） 內(nèi)部總線 總線是用于傳送信息的公共途徑?？偩€可分為數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線。單片機內(nèi)的 CPU、存儲器、 I/O接口等單元部件都是通過總線連接到一起的。 采用總線結(jié)構(gòu)可以減少信息傳送線的根數(shù) , 提高系統(tǒng)可靠性，增強系統(tǒng)靈活性。 13 89C51單片機的引腳 89C51單 片機內(nèi)部總線是單總線結(jié)構(gòu) ,即數(shù)據(jù)總線和地址總線是公用的。 89C51有 40條引腳 , 與其他系列單片機引腳是兼容的。這 40條引腳可分為 I/O接口線、電源線、控制線、外接晶體線 4部分。 89C51單片機為雙列直插式結(jié)構(gòu)，如圖 。 圖 89C51引腳分配圖 (1) 電源線 89C51單片機的電源線有以下兩種 : a) Vcc： +5V電源線。 b) Vss：接地線。 (2) 89C51單片機的外接晶體引腳 a） XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸入端和內(nèi)部時鐘工作的輸 入端。采用內(nèi)部振蕩器時，它接外部石英晶體和微調(diào)電容的一個引腳。 b） XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端，接外部石英晶體和微調(diào)電容的另一端。采用外部振蕩器時，該引腳懸空。 (3)控制線 89C51單片機的控制線有以下幾種： a） RST：復位輸入端，高電平有效。 b） ALE/PROG：地址鎖存允許 /編程線。 c） PSEN ：外部程序存儲器的讀選通線。 14 d） EA /Vpp: 片外 ROM允許訪問端 /編程電源端。 (4) I/