【正文】 M1M0GATEC/TM1M0PCONSMODGF1GF0PDIDLSCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRIIP//BDHBCHBBHBAHB9HB8HPT2PSPT1PX1PT0PX0IEAFHAEHADHACHABHAAHA9HA8HEA/ET2ESET1EX1ET0EX0P3B7HB6HB5HB4HB3HB2HB1HB0HP2A7HA6HA5HA4HA3HA2HA1HA0HP197H96H95H94H93H92H91H90HP087H86H85H84H83H82H81H80HT2CONCFHCEHCDHCCHCBHCAHC9HC8HTF2EXF2RCLKTCLKEXEN2TR2C/T2CP/RL2不是所有的特殊功能寄存器都可以進(jìn)行位的編程操作，對于沒有定義位標(biāo)識(shí)符或位標(biāo)示符重復(fù)的寄存器，用戶無法對位直接訪問，如TMOD，由于其高4位和低4位標(biāo)識(shí)符同名，只能采用字節(jié)操作。每一個(gè)特殊功能的寄存器都有針對性的應(yīng)用，為了提高學(xué)習(xí)效率，殊功能的寄存器的作用會(huì)在以后章節(jié)的相關(guān)項(xiàng)目中一一說明。由于C語言已成為高校學(xué)生的公共基礎(chǔ)課，并且單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)平臺(tái)大多支持C語言，所以近年來利用C語言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)已經(jīng)成為一個(gè)潮流。對于有一定C語言基礎(chǔ)的初學(xué)者來說，學(xué)習(xí)單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)很容易，因?yàn)槌绦蛟O(shè)計(jì)過程中忽略了內(nèi)部存儲(chǔ)器的狀態(tài)，并且目前市場上的單片機(jī)其內(nèi)部存儲(chǔ)器也做得具有足夠容量，不會(huì)因?yàn)橛脩舫绦蛟O(shè)計(jì)過于繁瑣或C語言的編譯效率較匯編低而造成存儲(chǔ)器的擴(kuò)展問題，所以本書的案例全部采用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。最小的單片機(jī)系統(tǒng)由單片機(jī)芯片外加一些分立器件組成，單片機(jī)的最小系統(tǒng)是單片機(jī)可以運(yùn)行程序的基本電路，也是一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，復(fù)雜的單片機(jī)系統(tǒng)電路都是以單片機(jī)最小系統(tǒng)為基本電路進(jìn)行擴(kuò)展設(shè)計(jì)。單片機(jī)的組成的最小系統(tǒng)見圖118所示，圖中單片機(jī)型號采用STC89MCS51RC，電路包括電源、振蕩電路、復(fù)位電路，單片機(jī)內(nèi)部有MCS512B的RAM和4KB ROM以及輸入輸出接口等。圖131 單片機(jī)最小系統(tǒng) 晶體振蕩電路單片機(jī)內(nèi)部的高增益的反相放大器與單片機(jī)的XTALXTAL2引腳外接的晶體構(gòu)成一個(gè)振蕩電路作為CPU的時(shí)鐘脈沖。見圖152所示。XTAL1為振蕩電路入端，XTAL2為振蕩電路輸出端，同時(shí)XTAL2也作為內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器對振蕩頻率進(jìn)行二分頻，為控制器提供一個(gè)兩相的時(shí)鐘信號，產(chǎn)生CPU的操作時(shí)序。MCS51單片機(jī)時(shí)鐘電路的晶體常用的有6MHz，12MHz。電容Cl和C2對頻率有微調(diào)作用，電容容量的選擇范圍為5PF～30PF。在設(shè)計(jì)印刷電路時(shí)，晶振和電容的布局緊靠單片機(jī)芯片，以減少寄生電容以及干擾。圖119 MCS51系列單片機(jī)的時(shí)鐘電路 復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位能使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。復(fù)位后PC=0000H，單片機(jī)從第一個(gè)單元取指令。在實(shí)際應(yīng)用中，無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位，所以必須弄清楚MCS51系列單片機(jī)復(fù)位的條件、復(fù)位電路和復(fù)位后狀態(tài)。在單片機(jī)的RST引腳上有持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)振蕩周期）的高電平即可讓單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作，完成對CPU的初始化處理。如果單片機(jī)的時(shí)鐘頻率為12 MHz，每機(jī)器周期為1μs，則只需讓RST引腳保持2μs以上高電平的就能復(fù)位。復(fù)位操作是單片機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行前必須進(jìn)行的一個(gè)環(huán)節(jié)。但如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)，無法執(zhí)行用戶的控制程序。（a）上電自動(dòng)復(fù)位電路圖 （b）手動(dòng)復(fù)位電路圖 153 單片機(jī)復(fù)位電路在實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)位操作通常有上電自動(dòng)復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位和看門狗復(fù)位三種方式。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。常用的上電自動(dòng)復(fù)位電路如圖153（a）圖中所示。圖中電容和電阻電路對＋5V電源構(gòu)成微分電路，單片機(jī)系統(tǒng)上電后，單片機(jī)的REST端會(huì)得到一個(gè)時(shí)間很短暫的高電平。在實(shí)際的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，也可以采用153（b）電路進(jìn)行按鍵手動(dòng)復(fù)位，圖153（b）中，電容器采用電解電容，~10μF；電阻取1~10KΩ。單片機(jī)系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)必須先進(jìn)行復(fù)位操作，如果單片機(jī)運(yùn)行期間出現(xiàn)故障，也需要對單片機(jī)復(fù)位，使單片機(jī)狀態(tài)被初始化?？撮T狗復(fù)位是一種程序檢測自動(dòng)復(fù)位方式，在增強(qiáng)型MCS51單片機(jī)中，如果單片機(jī)內(nèi)部設(shè)計(jì)有看門狗部件，則可采用編程方法產(chǎn)生復(fù)位操作。單片機(jī)復(fù)位以后，除不影響片內(nèi)RAM狀態(tài)外，P0～P3口輸出高電平，SP賦初值07H，程序計(jì)數(shù)器PC被清0。單片機(jī)內(nèi)部多功能寄存器的狀態(tài)都會(huì)被初始化。單片機(jī)的多功能寄存器復(fù)位狀態(tài)見表151所示。表111內(nèi)部寄存器復(fù)位狀態(tài)表特殊寄存器復(fù)位狀態(tài)特殊寄存器復(fù)位狀態(tài)ACC00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0—P3FFHSCON00HIP00HSBUF不定IE00HPCON0XXXXXXXB、機(jī)器周期和指令周MCS51系列單片機(jī)的工作時(shí)序共有4個(gè)，從小到大依次是節(jié)拍、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期。一、節(jié)拍與狀態(tài)晶體振蕩信號的一個(gè)周期稱為節(jié)拍，用P表示，振蕩脈沖經(jīng)過二分頻后，就是單片機(jī)的時(shí)鐘周期，其定義為狀態(tài)，用S表示。 這樣，一個(gè)狀態(tài)就包含兩個(gè)節(jié)拍，前半周期對應(yīng)的節(jié)拍叫節(jié)拍1，記作P1，后半周期對應(yīng)的節(jié)拍叫節(jié)拍2，記作P2，見圖154所示。CPU以時(shí)鐘PP2為基本節(jié)拍，指揮單片機(jī)的各個(gè)部分協(xié)調(diào)工作。圖154 MCS51系列單片機(jī)的指令時(shí)序圖二、機(jī)器周期MCS51系列單片機(jī)采用定時(shí)控制方式，具有固定的機(jī)器周期。一個(gè)機(jī)器周期的寬度為6個(gè)狀態(tài)，并依次表示為S1～S6。由于一個(gè)狀態(tài)又包括兩個(gè)節(jié)拍，因此，一個(gè)機(jī)器周期總共有12個(gè)節(jié)拍，分別記作S1PS1P…、S6P2。實(shí)際上一個(gè)機(jī)器周期有12個(gè)振蕩脈沖周期， 因此機(jī)器周期就是振蕩脈沖信號的十二分頻。當(dāng)外接的晶體振蕩脈沖頻率為12 MHz時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為1μs；當(dāng)振蕩脈沖頻率為6 MHz時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為2μs。三、指令周期單片機(jī)執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間稱為指令周期。指令周期是單片機(jī)最大的工作時(shí)序單位，不同的指令所需要的機(jī)器周期數(shù)也不相同。如果單片機(jī)執(zhí)行一條指令占用一個(gè)機(jī)器周期，則這條指令為單周期指令，如簡單的數(shù)據(jù)傳輸指令；如果執(zhí)行一條指令需要兩個(gè)機(jī)器周期，稱為雙周期指令，如乘法運(yùn)算指令。單片機(jī)的運(yùn)算速度與程序執(zhí)行所需的指令周期有關(guān)，占用機(jī)器周期數(shù)越少的指令則單片機(jī)運(yùn)行速度越快。在MCS51系列單片機(jī)的111條匯編指令中，共有單周期指令、雙周期指令和四周期指令三種。四周期指令只有乘法和除法指令兩條，其余均為單周期和雙周期指令。單片機(jī)執(zhí)行單周期的時(shí)序見圖154（a）和（b）所示，其中（a）為單字節(jié)單周期指令，（b）為雙字節(jié)單周期指令。單字節(jié)和雙字節(jié)指令都在S1P1期間由CPU讀取指令，將指令碼讀入指令寄存器，同時(shí)程序計(jì)數(shù)器PC加一。在S4P2期間，單字節(jié)指令讀取的下一條指令會(huì)丟棄不用，但程序計(jì)數(shù)器PC值也加一；如果是雙字節(jié)指令，CPU在S4P2期間讀取指令的第二字節(jié)，同時(shí)程序計(jì)數(shù)器PC值也加一。兩種指令都在S6P2時(shí)序結(jié)束時(shí)完成。單片機(jī)執(zhí)行單字節(jié)雙機(jī)器周期指令的時(shí)序見圖154（c）所示，雙周期指令在兩個(gè)機(jī)器周期內(nèi)產(chǎn)生四次讀操作碼操作，第一次讀取操作碼，PC自動(dòng)加一，后三次讀取都無效，自然丟棄，程序計(jì)數(shù)器PC的值不會(huì)變化。 單片機(jī)的工作模式根據(jù)單片機(jī)的工作狀態(tài)，單片機(jī)的工作模式分運(yùn)行模式、待機(jī)模式和掉電保護(hù)模式三種，單片機(jī)的工作模式可以利用編程或人為干預(yù)方式相互轉(zhuǎn)換。單片機(jī)的工作模式與電源有很大關(guān)系，在不同的工作環(huán)境和電源條件下，單片機(jī)工作模式也可以通過程序設(shè)定。一、運(yùn)行模式單片機(jī)的運(yùn)行模式是單片機(jī)的基本工作模式，也是單片機(jī)最主要的工作方式。單片機(jī)在實(shí)現(xiàn)用戶設(shè)計(jì)的功能時(shí)通常采用這種工作模式。在單片機(jī)運(yùn)行期間，單片機(jī)一旦復(fù)位，程序計(jì)數(shù)器PC指針總是從0000H開始，依次從程序存儲(chǔ)器中讀取要操作的指令代碼，單片機(jī)開始順序執(zhí)行相關(guān)程序。單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，程序執(zhí)行在時(shí)鐘脈沖作用下統(tǒng)一協(xié)調(diào)運(yùn)行，也可以通過單步脈沖作用下單步執(zhí)行程序。利用單片機(jī)的外部中斷可以實(shí)現(xiàn)程序單步執(zhí)行，這種情況主要用于程序調(diào)試和檢驗(yàn)程序運(yùn)行結(jié)果。二、待機(jī)和掉電保護(hù)工作模式待機(jī)方式和掉電保護(hù)方式是兩種單片機(jī)的節(jié)電工作方式?，F(xiàn)在低功耗特性的MCS51系列單片機(jī)，在Vcc=5V，fosc=12MHz條件下，待機(jī)（休閑）方式時(shí)電流約2mA。這兩種工作方式特別適合以電池或備用電池為工作電源單片機(jī)系統(tǒng)。兩種低功耗工作方式由單片機(jī)內(nèi)部的電源控制寄存器PCON確定。PCON的8位格式為SMOD———GF1GF0PDIDL其中，SMOD為波特率倍增位（在串行通信中使用）；GFGF0為通用標(biāo)志位；PD為掉電方式控制位，PD=1，進(jìn)入掉電工作方式；IDL為待機(jī)（休閑）方式控制位，IDL=1，進(jìn)入待機(jī)工作方式。（1）待機(jī)（空閑）方式（Idle）待機(jī)方式的進(jìn)入方法非常簡單，只需使用指令將PCON寄存器的IDL位置1即可。單片機(jī)進(jìn)入待機(jī)方式時(shí)振蕩器仍然運(yùn)行，而且時(shí)鐘被送往中斷邏輯、串行口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，但不向CPU提供時(shí)鐘，因此在此方式下CPU是不工作的。CPU的現(xiàn)場（堆棧指針SP、程序計(jì)數(shù)器PC、PSW、ACC）以及除與上述三部件有關(guān)寄存器外，其余的通用寄存器都保持原有狀態(tài)不變，各引腳保持進(jìn)入待機(jī)方式時(shí)的狀態(tài)，ALE和則保持高電平，中斷系統(tǒng)正常工作。退出待機(jī)方式的方法有中斷和硬件復(fù)位兩種。在待機(jī)方式下，產(chǎn)生任何一個(gè)中斷請求信號后，在單片機(jī)響應(yīng)中斷的同時(shí)，（即IDL位）被硬件自動(dòng)清0，單片機(jī)退出待機(jī)方式進(jìn)入到正常的工作狀態(tài)。另一種退出待機(jī)方式的方法是硬件復(fù)位，在RST引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平即可，復(fù)位后的狀態(tài)如前所述。（2）掉電保護(hù)方式（Power Down）掉電保護(hù)方式的進(jìn)入類似于待機(jī)方式的進(jìn)入，只需使用指令將PCON寄存器的PD位置1即可。進(jìn)入掉電保護(hù)方式，單片機(jī)的一切工作全部停止，只有片內(nèi)RAM單元的內(nèi)容被保存。I/O引腳狀態(tài)和相關(guān)的特殊功能寄存器的內(nèi)容相對應(yīng)，ALE和為邏輯低電平。退出掉電保護(hù)方式的方法只有通過硬件復(fù)位。復(fù)位后特殊功能寄存器的內(nèi)容被初始化，但RAM的內(nèi)容仍然保持不變。 單片機(jī)系統(tǒng)是最典型的嵌入式系統(tǒng)，目前的單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)滲透到日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。隨著我國人們生活水平的的不斷提高，各個(gè)領(lǐng)域的自動(dòng)化、智能化程度也將越來越高，單片機(jī)技術(shù)必將成為我國科技領(lǐng)域的重要組成部分。思考題11 請你舉出一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用的例子，并說明單片機(jī)在系統(tǒng)中的作用。12 查閱相關(guān)資料，說一說常用的單片機(jī)生產(chǎn)廠商和型號有哪些。13 MCS51系列單片機(jī)除40引腳的單片機(jī)外，還有引腳簡化的MCS51 系列，如DIP20封裝的AT20MCS51單片機(jī)。請你上網(wǎng)查找STC系列單片機(jī)，并畫出畫出STC系列DIPDIP28兩種不同封裝的單片機(jī)的引腳排列。14 常用的特殊功能寄存器名有哪些？哪些可以進(jìn)行位的操作？15 P0寄存器和P0端口有什么聯(lián)系？16 列出單片機(jī)內(nèi)部所有特殊功能寄存器的名稱和標(biāo)