【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 個(gè) 8位 CPU、 1個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路、 128B RAM、 4KB ROM、 2個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、 32條可編程的 I/O線(xiàn)和一個(gè)可編程的全雙工串行接口、 5個(gè)中斷源、 2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu) 。 （ 1）中央處理器 (CPU) CPU是單片機(jī)內(nèi)部的核心部 件 , 是一個(gè) 8位二進(jìn)制數(shù)的中央處理單元 , 主要由運(yùn)算器 . 控制器和寄存器陣列構(gòu)成 。 ① 運(yùn)算器 : 運(yùn)算器用來(lái)完成算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)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(yùn)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(gè)布爾處理器組成 . 主要是實(shí)現(xiàn) 8位數(shù)據(jù)的加、減、乘、除算術(shù)運(yùn)算和與、或、異或、循環(huán)、求反等邏輯運(yùn)算 。布爾 處理器主要用來(lái)處理操作 . 它是以進(jìn)位標(biāo)志位 C為累加器的 ,可執(zhí)行置位、復(fù)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(jìn)位標(biāo)志位與其他位尋址的位之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送等位操作 . 也能使進(jìn)位標(biāo)志位與其他可位尋址的位之間進(jìn)行邏輯與、或操作。 ③ 累加器 (ACC): 用來(lái)存放參與算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的一個(gè)操作數(shù)或運(yùn)算的結(jié)果 . 在運(yùn)算時(shí)將一個(gè)操作數(shù)經(jīng)暫存器送至 ALU,與另一個(gè)來(lái)自暫存器的操作數(shù)在 ALU中進(jìn)行運(yùn)算 ,運(yùn)算后的結(jié)果又送回累加器 A. 89C51單片機(jī)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(guò)累加器 A進(jìn)行 。 ④ 暫存寄存器 (TMP TMP2): 用來(lái)存放參與算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的另一種操作數(shù) ,它對(duì)用戶(hù)不開(kāi)放 。 ⑤ 寄存器 B: 在乘、除運(yùn)算時(shí)用來(lái)存放一個(gè)操作數(shù) ,也用來(lái)存放運(yùn)算后的一部分結(jié) 10 果 ,在不進(jìn)行乘、除運(yùn)算時(shí) ,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(gè) 8位標(biāo)志寄存器 ,用來(lái)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(yàn)和查尋 .如表 。 表 PSW 各位定義 位編號(hào) 位定義 CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P 位地址 D7H D6H D5H D4H D3H D2H D1H D0H A） 進(jìn)位標(biāo)志位 CY: 表示累加器 A在加減運(yùn)算過(guò)程中其最高位 。 B） 輔助進(jìn)位標(biāo)志位 ACC: 表示累加器 A在加減運(yùn)算時(shí)低 4位 () 有無(wú)高 4位 () 進(jìn)位或借位 。 C） 用戶(hù)標(biāo)志位 F0、 F1: 是用戶(hù)定義的兩個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位 ,根據(jù)需要可以用軟件來(lái)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(gè)工作寄存器 R0— R7。 編程時(shí)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(lái)確定 4組工作寄存器的實(shí)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(hào) 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(biāo)志位 OV: 當(dāng)執(zhí)行算術(shù)指令時(shí)，由硬件自動(dòng)置位或清零。表示累加器 A的溢出狀態(tài)，主要用來(lái)表示帶符號(hào)數(shù)加、減運(yùn)算溢出與否?？捎秒p高位法進(jìn)行溢出判別，當(dāng)次高位 D6向最高位 D7有進(jìn)位，而最高位 D7無(wú)進(jìn)位；或者當(dāng)次高位 D6向最高位 D7無(wú)進(jìn)位 ,而最高位 D7有進(jìn)位 ,則表示發(fā)生溢出 , OV=1；否則清 0。 乘法和除法也會(huì)影響 OV標(biāo)志。當(dāng)乘法的積 255時(shí) ,OV=1,表示積超過(guò) 8位 ,否則 OV=0。 在除法運(yùn)算中 ,OV=1表示除數(shù)為 0,除法不能進(jìn)行 。反之 OV=0,除法可以正常進(jìn)行。 F）奇偶標(biāo)志位 P： 用于指示累加器 A中 1的個(gè)數(shù)的奇偶性，若 1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則 P=1； 11 若 1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，則 P=0。 此標(biāo)志對(duì)串行通信的數(shù)據(jù)傳輸非常有用，通過(guò)奇偶校驗(yàn)傳輸?shù)目煽啃?. （ 2）控制器：控制器是單片機(jī)內(nèi)部各部件按一定時(shí)序協(xié)調(diào)工作的控制核心，是分析和執(zhí)行指令的部件?？刂破髦饕沙绦蛴?jì)數(shù)器 PC、指令寄存器 IR、指令譯碼器 ID、振蕩和定時(shí)控制邏輯電路等構(gòu)成。 程序計(jì)數(shù)器 PC是專(zhuān)門(mén)用于存放下一條將要執(zhí)行指令的 16位地址的一個(gè) 部件 ,由 8位計(jì)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(shí)控制電路 ,產(chǎn)生一定序時(shí)的脈沖信號(hào) ,來(lái)執(zhí)行指令規(guī)定的操作。 振蕩器及定時(shí)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(hào)，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(jī)內(nèi)部的臨時(shí)存儲(chǔ)單元或固定用途單元，包括通用寄存器組和專(zhuān)用寄存器組。 通用寄存器組用來(lái)存放過(guò)渡性的數(shù)據(jù)和地址，提高 CPU的運(yùn)行速度。專(zhuān)用寄存器組主要用來(lái)指示當(dāng)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(yùn)行的狀態(tài)等。 （ 3）存儲(chǔ)器 89C51單片機(jī)內(nèi)部有 128B的 RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 4B的掩膜式 ROM，當(dāng)不夠使用時(shí)，可分別擴(kuò)展為 64KB外部 RAM存儲(chǔ)器和 64KB外部程序存儲(chǔ)器。它們的邏輯空間是分開(kāi)的，并有各自的尋址機(jī)構(gòu)和尋址方式。這種結(jié)構(gòu)的單片機(jī)稱(chēng)為哈佛型存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)單片機(jī)。 程序存儲(chǔ)器是可讀不可寫(xiě)的，用于存放編好的程序和表格常數(shù)。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是既可讀也可寫(xiě)的，用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果，進(jìn)行數(shù)據(jù)暫存及數(shù)據(jù)緩沖等。 （ 4） I/O接口 89C51單片機(jī)對(duì)外部電路進(jìn)行控制或交換信息都是通過(guò) I/O接口進(jìn)行的。單片機(jī)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(gè) 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(xiàn)都能獨(dú)立地用作輸入或輸出。 P0接口為三態(tài)雙向口 ,能帶 8個(gè) LSTTL電路。 P1接口、 P2接口和 P3接口為準(zhǔn)雙向接口 (在用作輸入線(xiàn)時(shí) ,接口鎖存器必須先寫(xiě)入 12 “1” ,故稱(chēng)為準(zhǔn)雙向接口 ), 負(fù)載能力為 4個(gè) LSTTL電路。 串行 I/O接口 : 89C51有一個(gè)全雙工的可編程串行 I/O接口 , 實(shí)現(xiàn)單片機(jī)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(qiáng) , 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(shí)器 /計(jì)數(shù)器 秒信號(hào)經(jīng)秒、分計(jì)數(shù)器后分別得到 “ 秒 ” 個(gè)位、十位， “ 分 ” 個(gè)位、十位的計(jì)時(shí)輸出信號(hào)，然后輸出到譯碼顯示電路。 “ 秒 ” 計(jì)數(shù)器應(yīng)為 60 進(jìn)制，而 “ 時(shí) ” 計(jì)數(shù)器可為大于等于 40 的任意進(jìn)制。 ① 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 可以由兩塊 MSI 計(jì)數(shù)器構(gòu)成，一塊十進(jìn)制，一塊六進(jìn)制，組合起來(lái)就構(gòu)成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。實(shí)驗(yàn)室可提供的 MSI 計(jì)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(jìn)制計(jì)數(shù)器 由兩塊 MSI 計(jì)數(shù)器構(gòu)成，低位是十進(jìn)制，高位可為大于等于四的任意進(jìn)制。 ③ 由籃球比賽的特點(diǎn)，計(jì)時(shí)器也可以設(shè)計(jì)成計(jì)距離比賽結(jié)束的時(shí)間，因種方案需用減法計(jì)數(shù)器。 89C51內(nèi)部有 2個(gè) 16位可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 , 簡(jiǎn)稱(chēng)為定時(shí)器 0 (T0) 和 定時(shí)器 1 (T1), T0和 T1分別由兩個(gè) 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(shí)器控制寄存器 TCON和定時(shí)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(shí)器模式或計(jì)數(shù)器模式下 , 每種模式下又有不同的工作方式。當(dāng)定時(shí)或計(jì)數(shù)溢出時(shí)還可申請(qǐng)中斷。 （ 6） 中斷控制系統(tǒng) 單片機(jī)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(guò)程的部分電路。 89C51單片機(jī)設(shè)有 5個(gè)中斷源 (外中斷 2個(gè) , 定時(shí) /計(jì)數(shù)中斷 2個(gè) , 串行中斷 1個(gè) ), 二級(jí)優(yōu)先級(jí) ,可實(shí)現(xiàn)兩極中斷嵌套。 （ 7） 內(nèi)部總線(xiàn) 總線(xiàn)是用于傳送信息的公共途徑?？偩€(xiàn)可分為數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)、控制總線(xiàn)。單片機(jī)內(nèi)的 CPU、存儲(chǔ)器、 I/O接口等單元部件都是通過(guò)總線(xiàn)連接到一起的。 采用總線(xiàn)結(jié)構(gòu)可以減少信息傳送線(xiàn)的根數(shù) , 提高系統(tǒng)可靠性，增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性。 13 89C51單片機(jī)的引腳 89C51單 片機(jī)內(nèi)部總線(xiàn)是單總線(xiàn)結(jié)構(gòu) ,即數(shù)據(jù)總線(xiàn)和地址總線(xiàn)是公用的。 89C51有 40條引腳 , 與其他系列單片機(jī)引腳是兼容的。這 40條引腳可分為 I/O接口線(xiàn)、電源線(xiàn)、控制線(xiàn)、外接晶體線(xiàn) 4部分。 89C51單片機(jī)為雙列直插式結(jié)構(gòu)，如圖 。 圖 89C51引腳分配圖 (1) 電源線(xiàn) 89C51單片機(jī)的電源線(xiàn)有以下兩種 : a) Vcc： +5V電源線(xiàn)。 b) Vss：接地線(xiàn)。 (2) 89C51單片機(jī)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(shí)鐘工作的輸 入端。采用內(nèi)部振蕩器時(shí)，它接外部石英晶體和微調(diào)電容的一個(gè)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(shí)，該引腳懸空。 (3)控制線(xiàn) 89C51單片機(jī)的控制線(xiàn)有以下幾種： a） RST：復(fù)位輸入端，高電平有效。 b） ALE/PROG：地址鎖存允許 /編程線(xiàn)。 c） PSEN ：外部程序存儲(chǔ)器的讀選通線(xiàn)。 14 d） EA /Vpp: 片外 ROM允許訪問(wèn)端 /編程電源端。 (4) I/