【正文】 紀(jì)以來，電動機(jī)作為機(jī)電能量 的 轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍已遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域。單片機(jī)與其他CPU（如 Z80）比較，功能雖然要強(qiáng)得多，但由于芯片結(jié)構(gòu)、引腳數(shù)目的限制，片內(nèi) ROM、 RAM、 I/O 口等不能很多，在構(gòu)成實際的應(yīng)用系統(tǒng)是需要加以擴(kuò)展，以適應(yīng)各種不同的工作情況。 單片機(jī)在進(jìn)行 實時控制和實時數(shù)據(jù)處理時，需要與外界交換信息。 RETI 中斷指令。 4. 中斷操作指令 通過內(nèi)部或外部終端方法可執(zhí)行程序的轉(zhuǎn)移。 DJNE 把操作數(shù)減 1，結(jié)果送回源操作數(shù)的地址中，若不為 0 則轉(zhuǎn)移。 JBC 如果直接尋址位為 1，則執(zhí)行轉(zhuǎn)移，然后直接尋址為清 0。 2）無條件轉(zhuǎn)移 J B 如果直接尋址位為 1，則執(zhí)行轉(zhuǎn)移。 J C 如果僅為標(biāo)志 Cy 為 1，則執(zhí)行轉(zhuǎn)移。 1）有條件轉(zhuǎn)移 J Z 如果累加器 A 為 0 則執(zhí)行一次轉(zhuǎn)移。這樣轉(zhuǎn)移的實際目的可以是程序儲存空間中的任何單元。 JMP 間接轉(zhuǎn)移指令。 AJMP 和 LJMP 操作類似于 ACALL和 LCALL。 RET 轉(zhuǎn)移控制到前一次調(diào)用操作時保存在堆棧中的地址，一般為ACALL 或者是 LCALL 所調(diào)用的子程序結(jié)束語句。所調(diào)用的子程序可以從全部 64K字節(jié)程序存儲器地址空間的任何地方開始。 LCALL 長調(diào)用指令。 ACALL 絕對調(diào)用指令、無條件地調(diào)用指定地址的子程序。 ORL 對兩個操作數(shù)（字節(jié)）執(zhí)行按位邏輯“或”操作，并把結(jié)果回送到第一個操作數(shù)中。 CPL 把 A 累加器中的操作數(shù)取反，并把結(jié)果回送到 A 累加器中，不影響標(biāo)志位；或者將 C 進(jìn)位標(biāo)志或任何直接尋址位取反。 （ 1）單操作數(shù)邏輯操作 CLR 用于 A 累加器和 C 進(jìn)位標(biāo)志或任何直接尋址為清 0。 C 清 0， AC 保持不變。 16 （ 4） 除法 DIV 執(zhí)行 A 累加器與 B 寄存器的無符號數(shù)除法，把上送到累加器 A；余數(shù)送到 B 寄存器。如果乘積的高位字節(jié)為 0 則 0V 清零，若非 0 則 0V 置位。 （ 3） 乘法 MUL 執(zhí)行 A 累加器與 B 寄存器的無符號乘法。 （ 2） 減 法 （兩種） SUBB （連借位減） 執(zhí)行從第一操作數(shù)（累加器）中間去第二操作數(shù)， 如果 C 標(biāo)志位置位則再減 1，把結(jié)果回送到 A 寄存器。由 DA 所形成的壓縮十進(jìn)制數(shù)之間和回送到 A 累 加器中。 ADDC （帶進(jìn)位加） 執(zhí)行 A 累加器和第二操作數(shù)之間的加法，若以前 C 標(biāo)志置 位則加 1，把結(jié)果送到 A 累加器中。 （ 1） 加法（四種） INC （加 1）執(zhí)行源操作數(shù)和 1 的加法，結(jié)果回送到源操作數(shù)中。 MCS51 系列單片機(jī)的 指令系統(tǒng)的特點是除了加、減法外，還有乘法和除法功能，因而加快了運算速度，增強(qiáng)了運算功能，減少了編程工作量。 MOVC 從程序集存器傳送一個字節(jié)到 A 寄存器中。 MOVX 外部數(shù)據(jù)存儲器和 A 累加器之間傳送一個字節(jié)。 (2)累加器專用傳送 XCH 第二操作數(shù)的字節(jié)于 A 累加器的字節(jié)交換。 PUSH 把 SP 寄存器加 1，然后從第二操作數(shù)傳送一個字節(jié)到當(dāng)前 SP尋址的堆棧單元中。以下分別介紹這幾類指令。 計算機(jī)的指令一般是采用匯編語言指令來表示。現(xiàn)在有很多半導(dǎo)體廠商都推出了自己的單片機(jī)，單片機(jī)種 類繁多，品種數(shù)不勝數(shù)，值得注意的是不同的單片機(jī)它們的指令系統(tǒng)不一定相同，或不完全相同。 MCS51 單片機(jī)的指令系統(tǒng) 指令系統(tǒng)概述 一個單片機(jī)所需執(zhí)行指令的集合即為單片機(jī)的指令系統(tǒng)。 如圖 23 所示為單片機(jī)的 應(yīng)用系統(tǒng) 。對于片內(nèi)無 ROM/或者 EPROM 的 8031 芯片來說，其做小應(yīng)用系統(tǒng)除了外部配置時鐘電路、復(fù)位電路和電源外，還應(yīng)在片外擴(kuò)展 EPROM 作為程序存儲器用 。 MCS51 單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng) 最小應(yīng)用系統(tǒng)是指能維持單片機(jī)運行的最簡單配置系統(tǒng)，常構(gòu)成一些簡單的控制系統(tǒng)，如開關(guān)狀態(tài)的輸入 /輸出控制等。應(yīng)當(dāng)注意的是 EA/ ppV 上編程電壓 不能大于 ，因此要求該電壓非常穩(wěn)定。 （ 4） EPROM 編程和校驗方式：編程是指利用特殊手段對單片機(jī)內(nèi)部的 EPROM 進(jìn)行寫入的過程，校驗則是對剛剛寫入的程序代碼讀出校驗的過程。 表 21 PCON 寄存器的位定義 位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位符號 SMOD —— —— —— —— GF1 GF0 IDL SMOD：串行口波特率倍率控制位，用于串行口通信； GF GF0：通用標(biāo)志位； PD：掉電方式控制位， PD=1 進(jìn)入掉電工作方式； IDL：空閑方式控制位， IDL=1 進(jìn)入空閑工作方式。 HMOS 單片機(jī)的節(jié)電工作方式只有掉電工作方式； CHMOS 單片機(jī)的節(jié)電工作方式有掉電工作方式和空閑工作方式兩種。連續(xù)執(zhí)行方式是所有單片機(jī)都需要的一種基本工作方式，用戶編寫好的被執(zhí)行程序放在片內(nèi)或片外 ROM 中；單步運行方式是用戶調(diào)試程序的一種工作方式，在單片機(jī)的開發(fā)系統(tǒng)上有一個專用的單步執(zhí)行按鍵，每按下一次，單片機(jī)就順序執(zhí)行一條指令（僅僅執(zhí)行一條），單片機(jī)的單步運行方式通常只在用戶調(diào)試程序時使用，用于觀察每條指令的執(zhí)行情況。 （ 2） 程序執(zhí)行方式：程序執(zhí)行方式是單片機(jī)的基本工作方式，也就是執(zhí)行用戶編好放在程序存儲器中的程序。 MCS51 系列單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的，復(fù)位方式有：上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位。復(fù)位后，單片機(jī)內(nèi)部寄存器的值被初始化。 （ 1） 復(fù)位方式：復(fù)位是單片機(jī)進(jìn)入狀態(tài)的初始化操作，是使 CPU 和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。單片機(jī)不同的工作方式，代表單片機(jī)處于不同的狀態(tài)。 一般在 ccV 和 ssV 之間接有高頻和低頻濾波電容。 ccV ：正常運行時的電源，接 +5V。 圖 22 所示為 MCS51 系列單片機(jī)雙列直插引腳圖 。 （ 3） 時鐘引腳 兩個時鐘引腳 XTAL XTAL2 外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成了一個振蕩器，為單片機(jī)提供時鐘控制信號。 pdV 為此引腳的第二功能，即備用電源輸入端。 EA / ppV ： EA 為內(nèi)外程序存儲器控制端，當(dāng)引腳為高電平時， CPU 先執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令，除非程序計數(shù)器 PC 超過 0FFFH（即 4K 地址范圍），將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行 外部程序存儲器內(nèi)的程序指令。 PSEN ：為外部程序存儲器的讀選通信號，低電平有效。 P3 口： ～ P3 口 8 位雙向口線（在引腳的 10～ 17 號端子 ），是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，雙功能復(fù)用口。 P1 口： ～ P1 口 8 位雙向口線（在引腳的 1～ 8 號端子） ，是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，是一個通用單一功能的 I/O 端口，可驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負(fù)載。其引腳功能如下 ： （ 1） I/O 口引腳 ～ P0 口 8 位雙向口線（在引腳的 32～ 39號端子） ，是一個 8 位漏極開路的三態(tài)雙向 I/O 口，當(dāng)使用外部存儲器時為地址總線及數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用口，可以驅(qū)動 8 個 LS 型 TTL 負(fù)載。 MCS51 單片機(jī)的引腳及其功能描述 MCS51 系列單片機(jī)芯 片的引腳均為 40 只引腳，制造工藝為 HMOS 9 （高密度溝道 MOS 工藝），采用雙列直插（ DIP）封裝形式， 4 個并行 I/O口（ P0～ P1）共有 32 根引腳，可分別用作地址線，數(shù)據(jù)線和 I/O 線。 （ 9） 單一的 +5V 電源 片內(nèi)振蕩器和定時電路，最高主時鐘頻率為12MHz。 （ 7） 中斷系統(tǒng) 有 5 個中斷系統(tǒng)， 2 個可編程優(yōu)先級的 中斷系統(tǒng)，用于外部中斷申請，串行口中斷申請和定時器 /計數(shù)器中斷申請。 （ 5） 1 個全雙工串行 I/O 接口 全雙工串行口具有 4 種工作方式，用于單片機(jī)和其他微機(jī)之間的串行通信，可構(gòu)成對及系統(tǒng)。用于 CPU 對片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理、控制和監(jiān)視等。片內(nèi) 128 字節(jié) RAM 為數(shù)據(jù)存儲器，可實現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)存儲，用于存儲單片機(jī)運行期間的工作變量、運算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等。單片機(jī) CPU 運算器內(nèi)部包含一個專門 進(jìn)行位數(shù) 8 據(jù)操作的布爾處理機(jī)，增加了面向控制的處理能力，可以進(jìn)行位尋址等功能。 圖 21 MCS51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 該圖中可以看出其各個功能部件是由內(nèi)部總線緊密聯(lián)系在一起的。 MCS51 系列單片機(jī)芯片有許多種，但是它們的 基本組成和基本性能是相同的。德國的西門子公司，到目前為止， 8 位單片機(jī)仍是單片機(jī)市場的主流產(chǎn)品，表 11 給出了 世界上較為著名的 8 位單片機(jī)生產(chǎn)廠商和產(chǎn)品。加上單片機(jī)應(yīng)用場合廣泛，銷售量大，廠商間委托加工與技術(shù)轉(zhuǎn)讓頻繁，大量技術(shù)資料外瀉，使得利用該類芯片的設(shè)計漏 洞和廠商的測試接口，并通過修改熔絲保護(hù)位等侵入型攻擊或非侵入型攻擊手段來讀取單片機(jī)的內(nèi)部程序變得比較容易。 （ 7）汽車電子與航空航天電子系統(tǒng) 這些電子系統(tǒng)中的集中顯示系統(tǒng)、車上娛樂系統(tǒng)、車載安全裝置、導(dǎo)航系統(tǒng)、動力監(jiān)測系統(tǒng)、等都是采用單片機(jī)來實現(xiàn)控制的。 （ 5）通信領(lǐng)域 單片機(jī)普遍具有通信接口，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機(jī)的智能控制，從手機(jī)、電話機(jī)、小型程控交換機(jī)再到日常生活中的集群移動通信、限線對講機(jī)等。 （ 3）辦公自動化領(lǐng)域 現(xiàn)代的辦公室所使用的大部分現(xiàn)代產(chǎn)品多數(shù)都采用了單片機(jī)，如打印機(jī)、繪圖儀、復(fù)印機(jī)等等。 （ 1）工業(yè)自動化 如工廠流水線的智能化管理、電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)。 （ 5）開發(fā)周期短，易于產(chǎn)品化 可根據(jù)需要構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。 （ 3）控制功能強(qiáng) 單片機(jī)指令系統(tǒng)、硬件資源豐富，能充分滿足工業(yè)控制的各種要求。因此，單片機(jī)具有以下特點 : （ 1）較高的性價比 目前國內(nèi)市場上，有些單片機(jī)的芯片價格只有幾十元人民幣，再加上很少的外圍器件，就可以構(gòu)成一臺多功能的控制機(jī)構(gòu)。特別是 IC、 SPI 等串行總線的引入，可以使單片機(jī)的 引腳設(shè)計得更少，單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡化及規(guī)范化。 串行擴(kuò)展技術(shù) 在很長一段時間里，通用型單片機(jī)通過三總線結(jié)構(gòu)擴(kuò)展外圍器件成為單片機(jī)應(yīng)用的主流結(jié)構(gòu)。隨著集成度的不斷提高，有可能把眾 多的各種 外 圍功能器件集成在片內(nèi)。這類單片機(jī)的用途是把以往用數(shù)字邏輯集成電路組成的控制電路單片化，可廣泛用于家電產(chǎn)品。采用精簡指令集（ RISC）結(jié)構(gòu)和流水線技術(shù)，可以大幅度提高運行速度。目前，單片機(jī)內(nèi) ROM 最大可達(dá) 64KB， RAM 最大為 2KB。但在需要復(fù)雜控制的場合， 該存儲容量是不夠的，必須進(jìn)行外接擴(kuò)充。 低噪聲與高可靠性 為提高單片機(jī)的抗電磁干擾能力，使產(chǎn)品能適應(yīng) 4 惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標(biāo)準(zhǔn)的要求 。低電壓供電的單片機(jī)電源下限已可達(dá) 1~2V。 低電壓化 幾乎所有的單片機(jī)都有 WAIT、 STOP 等省電運行方式。 低功耗化 單片機(jī)的功耗已從 Ma 級，甚至 1uA 以下；使用電壓在3~6V 之間，完全適應(yīng)電池工作。采用雙極型半導(dǎo)體工藝的 TTL電路速度快，但功耗和芯片面積較大。下面是單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢。 單片機(jī)（ singlechip microputer） 是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力（算術(shù)運算、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、 中斷處理等）的微處理器（ CPU）、隨機(jī)存儲器（ RAM）、只讀存儲器（ ROM）、輸入輸出接口電路（ I/O）、串行通信口（ SCI）、脈寬調(diào)制電路（ PWM）、定時計算器、 A/D 轉(zhuǎn)換器及 D/A 轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊半導(dǎo)體硅片上，這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確 、迅速、高效的完成設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù)，這樣的一塊具有一臺計算機(jī)的屬性，可以構(gòu)成一個最小而完善的的計算機(jī)系統(tǒng)的電路芯片就稱為單片微型計算機(jī)，簡稱單片機(jī)。 3 第 1 章 單片機(jī)概述 單片機(jī) 概述 單片機(jī)自 20 世紀(jì) 70 年代問世以來，作為微型計算機(jī)的一個重要分支，得到了快速的發(fā)展。詳細(xì)介紹單片機(jī)的種類、結(jié)構(gòu)、功能、適用領(lǐng)域和發(fā)展歷史、未來前景及其直流無刷電動機(jī)的工作原理、控制結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，既著重單片機(jī)的基本知識、功能 2 原理的深入闡述，又理論聯(lián)系實際詳細(xì)剖析單片機(jī)控制直流無刷電動機(jī)的過程。直流無刷電動機(jī)不僅在電動自行車、電動摩托車、電動汽車上有著廣泛的應(yīng)用，而且在新一代的空調(diào)機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱、吸塵器，空氣凈化器等家用電器中也有逐步采用的趨勢，尤其是隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，直流無刷電動機(jī)逐漸占有原來異步電動機(jī)變頻調(diào)速的領(lǐng)域，這就使得直流無刷電動機(jī)的應(yīng)用范圍越來越廣。該系列單片機(jī)是一種通用型的 8位單片機(jī)，性價比較高，具有品種全、功能強(qiáng)、軟硬件數(shù)據(jù)豐富等特點應(yīng)用的量及其范圍較大，至今為止， MCS51 系列單片機(jī)及其擴(kuò)展型、增強(qiáng)型仍為單片機(jī)市場上的 主流機(jī)型。單片機(jī)的使用領(lǐng)域已經(jīng)深入到了智能儀