MCS-51單片機的結(jié)構(gòu)與原理ppt課件

1、鄭州大學(xué)第第1 1章章 MCS-51 MCS-51單片機的結(jié)構(gòu)與原理單片機的結(jié)構(gòu)與原理主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 討論討論MCS-51MCS-51內(nèi)部結(jié)構(gòu)、特點、工作方式、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、特點、工作方式、時序和最小應(yīng)用系統(tǒng)。為學(xué)生后續(xù)學(xué)習單片時序和最小應(yīng)用系統(tǒng)。為學(xué)生后續(xù)學(xué)習單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計、利用單片機解決工程實際機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計、利用單片機解決工程實際問題打下堅實的基礎(chǔ)。重點在于基本概念、問題打下堅實的基礎(chǔ)。重點在于基本概念、組成原理、特點及組成原理、特點及MCS-51MCS-51的最小應(yīng)用系統(tǒng)。的最小應(yīng)用系統(tǒng)。docin/sundae_meng鄭州大學(xué)1.1 MCS-511.1 MCS-51單片機硬件

2、結(jié)構(gòu)及引腳單片機硬件結(jié)構(gòu)及引腳 MCS-51系列單片機都是以Intel公司最早的典型產(chǎn)品8051為核心，增加了一定的功能部件后構(gòu)成的，本章以8051為主介紹MCS-51系列單片機 。 1.1.1 MCS-51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) MCS-51單片機的組成： CPU(進行運算、控制)、RAM(數(shù)據(jù)存儲器)、ROM(程序存儲器）、I/O口(串口、并口）、內(nèi)部總線 和中斷系統(tǒng)等。組成框圖如下：鄭州大學(xué)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：鄭州大學(xué) 組成：運算器、控制器。組成：運算器、控制器。8051的的CPU包含以下功能部件：包含以下功能部件： （18位位CPU。（2布爾代數(shù)處理器，具有位尋址能力。布爾代數(shù)處理器

3、，具有位尋址能力。（3128B內(nèi)部內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)存儲器，數(shù)據(jù)存儲器，21個專用寄存器。個專用寄存器。（44KB內(nèi)部掩膜內(nèi)部掩膜ROM程序存儲器。程序存儲器。（52個個16位可編程定時器位可編程定時器/計數(shù)器。計數(shù)器。（632個個48位雙向可獨立尋址的位雙向可獨立尋址的I/O口?？凇＃?1個全雙工個全雙工UART異步串行通信口）。異步串行通信口）。（85個中斷源、兩級中斷優(yōu)先級的中斷控制器。個中斷源、兩級中斷優(yōu)先級的中斷控制器。（9時鐘電路，外接晶振和電容可產(chǎn)生時鐘電路，外接晶振和電容可產(chǎn)生1.2MHz12 MHz的時鐘頻率。的時鐘頻率。（10外部程序外部程序/數(shù)據(jù)存儲器尋址空間均為數(shù)據(jù)存儲器尋

4、址空間均為64KB。（11111條指令，大部分為單字節(jié)指令。條指令，大部分為單字節(jié)指令。（12單一單一+5V電源供電，雙列直插電源供電，雙列直插40引腳引腳DIP封裝。封裝。 1. 中央處理器中央處理器CPU）鄭州大學(xué)（1運算器運算器組成：組成：8位算術(shù)邏輯運算單元位算術(shù)邏輯運算單元ALUArithmetic Logic Unit）、）、8位累加器位累加器AAccumulator）、）、8位寄存器位寄存器B、程序狀態(tài)字寄存器、程序狀態(tài)字寄存器PSWProgram Status Word）、）、8位暫存寄存器位暫存寄存器TMP1和和TMP2等。等。功能：完成算術(shù)運算和邏輯運算。功能：完成算術(shù)運算

5、和邏輯運算。（2控制器控制器組成：程序計數(shù)器組成：程序計數(shù)器PCProgram Counter）、指）、指令寄存器令寄存器IRInstruction Register）、指令譯）、指令譯碼器碼器IDInstruction Decoder）、堆棧指針）、堆棧指針SP、數(shù)據(jù)指針、數(shù)據(jù)指針DPTR、定時控制邏輯和振蕩器、定時控制邏輯和振蕩器OSC等電路。等電路。功能：功能：CPU根據(jù)根據(jù)PC中的地址將欲執(zhí)行指令的指令碼從中的地址將欲執(zhí)行指令的指令碼從存儲器中取出，存放在存儲器中取出，存放在IR中，中，ID對對IR中的指令碼中的指令碼進行譯碼，定時控制邏輯在進行譯碼，定時控制邏輯在OSC配合下對配合下

6、對ID譯碼后譯碼后的信號進行分時，以產(chǎn)生執(zhí)行本條指令所需全部信的信號進行分時，以產(chǎn)生執(zhí)行本條指令所需全部信號。的全部信號。號。的全部信號。 鄭州大學(xué)2. 存儲器存儲器 （1程序存儲器 放用戶程序、數(shù)據(jù)和表格等信息。 MCS-51單片機按程序存儲器可分為內(nèi)部無ROM型如8031和內(nèi)部有ROM型如8051兩種，連接時 引腳有區(qū)別。程序存儲器結(jié)構(gòu)如右圖所示：EA鄭州大學(xué)（2數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器 P14 一般將隨機存儲器RAM用做數(shù)據(jù)存儲器?？蓪ぶ房臻g為64KB。MCS-51數(shù)據(jù)存儲器可分為片內(nèi)和片外兩部分。片外片外RAM： 最大范圍：最大范圍：0000HFFFFH，64KB；用指令；用指令MOVX訪

7、問。訪問。片內(nèi)片內(nèi)RAM： 最大范圍：最大范圍：00HFFH，256B；用指令；用指令MOV訪問。又分訪問。又分為兩部分：低為兩部分：低128B007FH為真正的為真正的RAM區(qū)，高區(qū)，高128B80FFH為特殊功能寄存器為特殊功能寄存器SFR區(qū)。如右圖所示。區(qū)。如右圖所示。鄭州大學(xué) 內(nèi)部RAM的20H2FH單元為位尋址區(qū)，既可作為一般單元用字節(jié)尋址，也可對它們的位進行尋址。位地址為00H7FH。 CPU能直接尋址這些位稱MCS-51具有布爾處理功能），位地址分配如右表所示。鄭州大學(xué)3特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFR） MCS-51有21個特殊功能寄存器專用寄存器），包括算術(shù)運算寄存器、指針

8、寄存器、I/O口鎖存器、定時器/計數(shù)器、串行口、中斷、狀態(tài)、控制寄存器等，它們被離散地分布在內(nèi)部RAM的80HFFH地址單元中不包括PC） ，共占據(jù)了128個存儲單元，構(gòu)成了SFR存儲塊。其字節(jié)地址可被8整除的SFR可位尋址。SFR反映了MCS-51單片機的運行狀態(tài)。特殊功能寄存器分布如右表所示。鄭州大學(xué)（2 2累加器累加器A A （AccumulatorAccumulator） 累加器累加器A A是是8 8位寄存器，又記做位寄存器，又記做ACCACC，是一個最常用的專用，是一個最常用的專用寄存器。在算術(shù)寄存器。在算術(shù)/ /邏輯運算中用于存放操作數(shù)或結(jié)果。邏輯運算中用于存放操作數(shù)或結(jié)果。（3

9、3寄存器寄存器B B 寄存器寄存器B B 是是8 8位寄存器，是專門為乘除法指令設(shè)計的，也作位寄存器，是專門為乘除法指令設(shè)計的，也作通用寄存器用。通用寄存器用。（1 1程序計數(shù)器程序計數(shù)器PCPCProgram CounterProgram Counter） 程序計數(shù)器程序計數(shù)器PCPC在物理上是獨立的，它不屬于在物理上是獨立的，它不屬于SFRSFR存儲器塊。存儲器塊。 PC PC是一個是一個1616位的計數(shù)器，專門用于存放位的計數(shù)器，專門用于存放CPUCPU將要執(zhí)行的指令將要執(zhí)行的指令 地址即下一條指令的地址），尋址范圍為地址即下一條指令的地址），尋址范圍為64KB64KB，PCPC有自有自

10、動動 加加1 1功能，不可尋址，用戶無法對它進行讀寫，但是可以通功能，不可尋址，用戶無法對它進行讀寫，但是可以通過過 轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令改變其內(nèi)容，以控制程序執(zhí)行的轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令改變其內(nèi)容，以控制程序執(zhí)行的順序。順序。表2-5 工作寄存器組選擇控制表（4工作寄存器工作寄存器 內(nèi)部內(nèi)部RAM的工作寄存器區(qū)的工作寄存器區(qū)00H1FH共共32個字節(jié)被均勻地分個字節(jié)被均勻地分成四個組區(qū)），每個組區(qū)有成四個組區(qū)），每個組區(qū)有8個寄存器，分別用個寄存器，分別用R0R7表表示，稱為工作寄存器或通用寄存器，其中，示，稱為工作寄存器或通用寄存器，其中，R0、R1還經(jīng)常用于還經(jīng)常用于間接尋址的地址指針

11、。在程序中通過程序狀態(tài)字寄存器間接尋址的地址指針。在程序中通過程序狀態(tài)字寄存器PSW第第3、4位設(shè)置工作寄存器區(qū)。位設(shè)置工作寄存器區(qū)。（5程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字PSW （Program Status Word） 程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字PSW是是8位寄存器，用于存放程序運行的狀態(tài)信位寄存器，用于存放程序運行的狀態(tài)信息，息，PSW中各位狀態(tài)通常是在指令執(zhí)行的過程中自動形成的，中各位狀態(tài)通常是在指令執(zhí)行的過程中自動形成的，但也可以由用戶根據(jù)需要采用傳送指令加以改變。其定義格式但也可以由用戶根據(jù)需要采用傳送指令加以改變。其定義格式如下頁表所示。如下頁表所示。鄭州大學(xué)其中：其中：Cy：進借位標志；：進借位標

12、志； AC：輔助進借位標志；：輔助進借位標志； F0 ：用戶根據(jù)需要用指令設(shè)置標志，控制程序走向；：用戶根據(jù)需要用指令設(shè)置標志，控制程序走向； RS1、RS0：工作寄存器組區(qū)選擇如下表所示）；：工作寄存器組區(qū)選擇如下表所示）； OV：溢出標志位，有溢出時置：溢出標志位，有溢出時置1； P：奇偶標志位。：奇偶標志位。A中有奇數(shù)個中有奇數(shù)個1時置時置1。鄭州大學(xué)（6數(shù)據(jù)指針數(shù)據(jù)指針DPTRData Pointer） 數(shù)據(jù)指針數(shù)據(jù)指針DPTR是是16位的專用寄存器，即可作為位的專用寄存器，即可作為16位寄存器使位寄存器使用，也可作為兩個獨立的用，也可作為兩個獨立的8位寄存器位寄存器DPH （高（高8

13、位）位） 、DPL （低（低8位使用。位使用。 DPTR主要用作主要用作16位間址寄存器，訪問程序存儲器位間址寄存器，訪問程序存儲器和片外數(shù)據(jù)寄存器。和片外數(shù)據(jù)寄存器。（7堆棧指針堆棧指針SPStack Pointer） 堆棧是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是內(nèi)部堆棧是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是內(nèi)部RAM的一段區(qū)域。堆棧存取數(shù)的一段區(qū)域。堆棧存取數(shù)據(jù)的原則是據(jù)的原則是“后進先出后進先出”。堆棧指針。堆棧指針SP是一個是一個8位寄存器，用于位寄存器，用于指示堆棧的棧頂，它決定了堆棧在內(nèi)部指示堆棧的棧頂，它決定了堆棧在內(nèi)部RAM中的物理位置。中的物理位置。 MCS-51單片機的堆棧地址向大的方向變化與微機堆棧地單片機的堆棧

14、地址向大的方向變化與微機堆棧地址向小的方向變化相反）。系統(tǒng)復(fù)位后，址向小的方向變化相反）。系統(tǒng)復(fù)位后，SP初值為初值為07H，實際，實際應(yīng)用中通常根據(jù)需要在主程序開始處對堆棧指針應(yīng)用中通常根據(jù)需要在主程序開始處對堆棧指針SP進行初始化，進行初始化，一般設(shè)置一般設(shè)置SP為為60H。 設(shè)立堆棧的目的是用于數(shù)據(jù)的暫存，中斷、子程序調(diào)用時設(shè)立堆棧的目的是用于數(shù)據(jù)的暫存，中斷、子程序調(diào)用時斷點和現(xiàn)場的保護與恢復(fù)。斷點和現(xiàn)場的保護與恢復(fù)。鄭州大學(xué)（8I/O口專用寄存器口專用寄存器P0, P1, P2, P3） 8051片內(nèi)有片內(nèi)有4個個8位并行位并行I/O接口接口P0, P1, P2和和P3，在，在SFR

15、中相應(yīng)中相應(yīng)有有4個個I/O口寄存器口寄存器P0, P1, P2和和P3。（9定時器定時器/計數(shù)器計數(shù)器TL0, TH0, TL1和和TH1） MCS-51單片機中有兩個單片機中有兩個16位的定時器位的定時器/計數(shù)器計數(shù)器T0和和T1，它們，它們由由4個個8位寄存器位寄存器TL0, TH0, TL1和和TH1組成，組成，2個個16位定時位定時器器/計數(shù)器是完全獨立的?？梢詥为殞@計數(shù)器是完全獨立的?？梢詥为殞@4個寄存器進行尋址，但個寄存器進行尋址，但不能把不能把T0和和T1當做當做16位寄存器來使用。位寄存器來使用。（10串行數(shù)據(jù)緩沖器串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF） 串行數(shù)據(jù)緩沖器串行數(shù)據(jù)緩沖器S

16、BUF用于存放需要發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)，它由用于存放需要發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)，它由兩個獨立的寄存器組成發(fā)送緩沖器和接收緩沖器），要發(fā)送兩個獨立的寄存器組成發(fā)送緩沖器和接收緩沖器），要發(fā)送和接收的操作其實都是對串行數(shù)據(jù)緩沖器和接收的操作其實都是對串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF進行的。進行的。（11其他控制寄存器其他控制寄存器 除上述外，還有除上述外，還有IP, IE, TCON, SCON和和PCON等幾個寄存器，等幾個寄存器，主要用于中斷、定時和串行口的控制，主要用于中斷、定時和串行口的控制，鄭州大學(xué) I/O接口是MCS-51單片機對外部實現(xiàn)控制和信息交換的必經(jīng)之路，用于信息傳送過程中的速度匹配和增加它的負載

17、能力。 8051內(nèi)部有4個8位并行接口P0, P1, P2, P3，有1個全雙工的可編程串行I/O接口。 5定時器/計數(shù)器 8051內(nèi)部有兩個16位可編程序的定時器/計數(shù)器，均為二進制加1計數(shù)器，分別命名為T0和T1。 T0和T1均有定時器和計數(shù)器兩種工作模式。在定時器模式下，T0和T1的計數(shù)脈沖可以由單片機時鐘脈沖經(jīng)12分頻后提供。在計數(shù)器模式下，T0和T1的計數(shù)脈沖可以從P3.4和P3.5引腳上輸入。對T0和T1的控制由定時器方式選擇寄存器TMOD和定時器控制寄存器TCON完成。 4 4I/OI/O接口接口鄭州大學(xué)6 6中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng) 中斷：指中斷：指CPUCPU暫停原程序執(zhí)行，轉(zhuǎn)而為外

18、部設(shè)備服務(wù)執(zhí)行中暫停原程序執(zhí)行，轉(zhuǎn)而為外部設(shè)備服務(wù)執(zhí)行中斷服務(wù)程序），并在服務(wù)完后返回到原程序執(zhí)行的過程。斷服務(wù)程序），并在服務(wù)完后返回到原程序執(zhí)行的過程。 中斷系統(tǒng)：指能夠處理上述中斷過程所需要的硬件電路。中斷系統(tǒng)：指能夠處理上述中斷過程所需要的硬件電路。 中斷源：指能產(chǎn)生中斷請求信號的源泉。中斷源：指能產(chǎn)生中斷請求信號的源泉。 8051 8051可處理可處理5 5個中斷源個中斷源2 2個外部，個外部，3 3個內(nèi)部發(fā)出的個內(nèi)部發(fā)出的中斷請求，并可對其進行優(yōu)先權(quán)處理。外部中斷的請求信號可中斷請求，并可對其進行優(yōu)先權(quán)處理。外部中斷的請求信號可以從以從P3.2, P3.3P3.2, P3.3即即I

19、NT0INT0和和INT1INT1引腳上輸入，有電平或邊沿引腳上輸入，有電平或邊沿兩種觸發(fā)方式；內(nèi)部中斷源有兩種觸發(fā)方式；內(nèi)部中斷源有3 3個，個，2 2個定時器個定時器/ /計數(shù)器中斷源計數(shù)器中斷源和和1 1個串行口中斷源。個串行口中斷源。 8051 8051的中斷系統(tǒng)主要由中斷允許控制器的中斷系統(tǒng)主要由中斷允許控制器IEIE和中斷優(yōu)先和中斷優(yōu)先級控制器級控制器IPIP等電路組成。等電路組成。0INT1INT鄭州大學(xué)1.1.2 MCS-511.1.2 MCS-51單片機外部引腳單片機外部引腳 1 1電源線電源線 GND GND：接地引腳。：接地引腳。 VCC VCC：正電源引腳。接：正電源引

20、腳。接5V5V電源。電源。 MCS-51系列單片機中，各類單片機都是相互兼容的，只是引腳功能略有差異。8051單片機有40個引腳，分為端口線、電源線和控制線三類。2 2端口線端口線 P0 P0P3P3口：口：4 48=328=32條。條。（1 1P0P0口（口（ P0.0 P0.0P0.7 P0.7 ） 8 8位雙向三態(tài)位雙向三態(tài)I/OI/O口，可作為外部擴口，可作為外部擴展時的數(shù)據(jù)總線展時的數(shù)據(jù)總線/ /低低8 8位地址總線的分時位地址總線的分時復(fù)用口。又可作為通用復(fù)用口。又可作為通用I/OI/O口，每個引腳口，每個引腳可驅(qū)動可驅(qū)動8 8個個TTLTTL負載。負載。 對對EPROMEPROM

21、型芯片如型芯片如87518751進行編程進行編程和校驗時，和校驗時，P0P0口用于輸入口用于輸入/ /輸出數(shù)據(jù)。輸出數(shù)據(jù)。鄭州大學(xué)（2 2P1P1口口P1.0P1.0P1.7P1.7） 8位準雙向I/O口，內(nèi)部具有上拉電阻，可作為通用I/O口。每個引腳可驅(qū)動4個TTL負載。 （3P2口P2.0P2.7） 8位準雙向I/O口，內(nèi)部具有上拉電阻，可作為外部擴展時的高8位地址總線。又可作為通用I/O口，每個引腳可驅(qū)動4個TTL負載。 對EPROM型芯片如8751進行編程和校驗時，用來接收高8位地址。 （4P3口（ P3.0P3.7 ） 8位準雙向I/O口，內(nèi)部具有上拉電阻。它是雙功能復(fù)用口，作為通用

22、I/O口時，功能與P1口相同，常用第二功能。每個引腳可驅(qū)動4個TTL負載。作為第二功能使用時，各位的作用如下頁表所示。鄭州大學(xué)3 3控制線控制線 （1 1RST/VPDRST/VPD RST/VPD RST/VPD引腳是復(fù)位信號引腳是復(fù)位信號/ /備用電源線引腳。當備用電源線引腳。當80518051通電時，在通電時，在RSTRST引腳上出現(xiàn)引腳上出現(xiàn)2424個時鐘周期以上的高電平個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。，系統(tǒng)即初始復(fù)位。 鄭州大學(xué)（2 2ALE/ PROGALE/ PROG 地址鎖存允許/編程引腳。當訪問外部程序存儲器時，ALE的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)，以便P0口實現(xiàn)地址/

23、數(shù)據(jù)復(fù)用。當不訪問外部程序存儲器時，ALE端將輸出一個1/6時鐘頻率的正脈沖信號。 ALE/PROG是復(fù)用引腳，其第二功能是對EPROM型芯片如8751進行編程和校驗時，此引腳傳送52ms寬的負脈沖選通信號，程序計數(shù)器PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲器則把指令碼放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。 （3EA/VPP 允許訪問片外程序存儲器/編程電源引腳。對于片內(nèi)無程序存儲器的MCS-51單片機如8031），該引腳接地。片內(nèi)有程序存儲器的MCS-51單片機如8051），該引腳接高電平。 EA/VPP是復(fù)用引腳，其第二功能是片內(nèi)EPROM編程/校驗時的電源線，在編程時，VPP

24、腳需加上21V的編程電壓。 PROGEAEAEAEA鄭州大學(xué)（4 4XTAL1XTAL1和和XTAL2 XTAL2 XTAL1腳為片內(nèi)振蕩電路的輸入端，XTAL2腳為片內(nèi)振蕩電路的輸出端。8051的時鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時鐘振蕩方式，但需在XTAL1和XTAL2腳外接石英晶體頻率為1.212MHz和振蕩電容，振蕩電容的值一般取1030pF，典型值為30pF；另外一種是外部時鐘方式，即將XTAL1接地，外部時鐘信號從XTAL2腳輸入，如下圖所示。 （5）PSENPSEN 片外ROM選通線。在執(zhí)行訪問片外ROM的指令MOVC時，8051自動在該引腳產(chǎn)生一個負脈沖，用于對片外ROM的選通。其他情

25、況下，該引腳均為高電平封鎖狀態(tài)。 鄭州大學(xué)1.2 MCS-511.2 MCS-51單片機的工作方式單片機的工作方式 MCS-51系列單片機的工作方式可分為：復(fù)位方式、程序執(zhí)行方式、單片執(zhí)行方式、掉電保護方式、節(jié)電工作方式和EPROM編程/校驗方式。 1.2.1 復(fù)位方式 系統(tǒng)開始運行和重新啟動靠復(fù)位電路來實現(xiàn)，這種工作方式為復(fù)位方式。 單片機在開機時都需要復(fù)位，以便CPU及其他功能部件都處于一種確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。 MCS-51單片機在RST引腳產(chǎn)生兩個機器周期即24個時鐘周期以上的高電平即可實現(xiàn)復(fù)位。鄭州大學(xué)復(fù)位電路復(fù)位電路 示。示。 鄭州大學(xué) 復(fù)位后，8051的各特殊功能

26、寄存器的初始狀態(tài)如下表所示。鄭州大學(xué)1.2.2 程序執(zhí)行方式程序執(zhí)行方式 分為連續(xù)執(zhí)行工作方式和單步執(zhí)行工作方式。分為連續(xù)執(zhí)行工作方式和單步執(zhí)行工作方式。1 1連續(xù)執(zhí)行工作方式連續(xù)執(zhí)行工作方式 這是所有單片機都需要的一種方式。單片機復(fù)位這是所有單片機都需要的一種方式。單片機復(fù)位后，后，PCPC值為值為0000H0000H，因此單片機復(fù)位后立即轉(zhuǎn)到，因此單片機復(fù)位后立即轉(zhuǎn)到0000H0000H處執(zhí)行程序。單片機按照程序事先編排的任務(wù)，自動處執(zhí)行程序。單片機按照程序事先編排的任務(wù)，自動連續(xù)地執(zhí)行下去。連續(xù)地執(zhí)行下去。2 2單步執(zhí)行工作方式單步執(zhí)行工作方式 這是用戶調(diào)試程序的一種工作方式，在單片機開

27、這是用戶調(diào)試程序的一種工作方式，在單片機開發(fā)系統(tǒng)上有一專用的單步按鍵或軟件調(diào)試環(huán)境）。發(fā)系統(tǒng)上有一專用的單步按鍵或軟件調(diào)試環(huán)境）。按一次，單片機就執(zhí)行一條指令僅僅執(zhí)行一條），按一次，單片機就執(zhí)行一條指令僅僅執(zhí)行一條），這樣就可以逐條檢查程序，發(fā)現(xiàn)問題進行修改。這樣就可以逐條檢查程序，發(fā)現(xiàn)問題進行修改。 單步執(zhí)行方式是利用單片機外部中斷功能實現(xiàn)的單步執(zhí)行方式是利用單片機外部中斷功能實現(xiàn)的。鄭州大學(xué) 節(jié)電工作方式是一種低功耗的工作方式，可分為空閑等待方式和掉電停機方式。是針對CHMOS類芯片而設(shè)計的，HMOS型單片機不能工作在節(jié)電方式，但它有一種掉電保護功能。 1HMOS單片機的掉電保護 當VCC

28、突然掉電時，單片機通過中斷將必須保護的數(shù)據(jù)送入內(nèi)部RAM，備用電源VPD可以維持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。 2CHMOS單片機的節(jié)電方式 CHMOS型單片機是一種低功耗器件，正常工作時電流為1122mA，空閑狀態(tài)時為1.75mA，掉電方式為550A。因而，CHMOS型單片機特別適用于低功耗應(yīng)用場合，它的空閑方式和掉電方式都是由電源控制寄存器PCON中相應(yīng)的位來控制。 1.2.3 節(jié)電方式節(jié)電方式 鄭州大學(xué)（1電源控制寄存器電源控制寄存器PCON PCON各位的定義如下表所示。IDLIDL：空閑方式控制位，該位為：空閑方式控制位，該位為1 1時，單片機進入空閑待機工作時，單片機進入空閑待機工作方

29、式。方式。PDPD： 掉電方式控制位，為掉電方式控制位，為1 1時，單片機進入掉電工作方式。時，單片機進入掉電工作方式。 上面的上面的IDLIDL、PDPD同時為同時為1 1，則進入掉電工作方式，同時為，則進入掉電工作方式，同時為0 0，則工作在正常運行狀態(tài)。則工作在正常運行狀態(tài)。GF0, GF1GF0, GF1：通用標志位，描述中斷是來自正常運行還是來自空：通用標志位，描述中斷是來自正常運行還是來自空閑方式，用戶可通過指令設(shè)定它們的狀態(tài)。閑方式，用戶可通過指令設(shè)定它們的狀態(tài)。SMODSMOD：為串行口波特率倍率控制位，用于串行通信。：為串行口波特率倍率控制位，用于串行通信。 鄭州大學(xué)（2 2

30、空閑工作方式空閑工作方式 將IDL位置為1用指令MOV PCON, #01H），則進入空閑工作方式，其內(nèi)部控制電路如右圖所示。此時，CPU進入空閑待機狀態(tài)，中斷系統(tǒng)、串行口、定時器/計數(shù)器，仍有時鐘信號，仍繼續(xù)工作。 退出空閑狀態(tài)有兩種方法：一是中斷退出，二是硬件復(fù)位退出。（3掉電工作方式掉電工作方式 將PD置為1用指令MOV PCON, #02H），可使單片機進入掉電工作方式。此時振蕩器停振，只有片內(nèi)的RAM和SFR中的數(shù)據(jù)保持不變，而包括中斷系統(tǒng)在內(nèi)的全部電路都將處于停止工作狀態(tài)。退出掉電工作方式，只能采用硬件復(fù)位的方法。 欲使8051從掉電方式退出后繼續(xù)執(zhí)行掉電前的程序，則必須在掉電前預(yù)

31、先把SFR中的內(nèi)容保存到片內(nèi)RAM中，并在掉電方式退出后恢復(fù)SFR掉電前的內(nèi)容。鄭州大學(xué)1.2.4 編程和校驗方式編程和校驗方式 編程和校驗方式用于內(nèi)部含有EPROM的單片機芯片如8751），一般的單片機開發(fā)系統(tǒng)都提供實現(xiàn)這種方式的設(shè)備和功能。 編程的主要操作是將原始程序、數(shù)據(jù)寫入內(nèi)部EPROM中。 校驗的主要操作是在向片內(nèi)程序存儲器EPROM寫入信息時或?qū)懭胄畔⒑螅蓪⑵瑑?nèi)EPROM的內(nèi)容讀出進行校驗，以保證寫入信息的正確性。 鄭州大學(xué)1.3 1.3 單片機的時序單片機的時序 時序：CPU在執(zhí)行指令時所需控制信號的時間順序稱為時序。 時序是用定時單位來描述的，MCS-51的時序單位有四個，分

32、別是時鐘周期節(jié)拍）、狀態(tài)、機器周期和指令周期。 1.3.1 MCS-51的時序單位的時序單位 1. 1. 時鐘周期：振蕩周期、節(jié)拍用時鐘周期：振蕩周期、節(jié)拍用P P表示），定義為單片機提表示），定義為單片機提供時鐘信號的振蕩源供時鐘信號的振蕩源OSCOSC的周期。它是時序中的最小單位。的周期。它是時序中的最小單位。2. 2. 狀態(tài)用狀態(tài)用S S表示）：單片機振蕩脈沖經(jīng)過二分頻后即得到整表示）：單片機振蕩脈沖經(jīng)過二分頻后即得到整個單片機工作系統(tǒng)的狀態(tài)。一個狀態(tài)有兩個節(jié)拍，前半周期對個單片機工作系統(tǒng)的狀態(tài)。一個狀態(tài)有兩個節(jié)拍，前半周期對應(yīng)的節(jié)拍定義為應(yīng)的節(jié)拍定義為P1P1，后半周期對應(yīng)的節(jié)拍定義為

33、，后半周期對應(yīng)的節(jié)拍定義為P2P2。鄭州大學(xué)3. 3. 機器周期：通常將完成一個基本操作所需的時間稱為機器周機器周期：通常將完成一個基本操作所需的時間稱為機器周期。期。 MCS-51 MCS-51中規(guī)定一個機器周期包含中規(guī)定一個機器周期包含1212個時鐘周期，即有個時鐘周期，即有6 6個狀態(tài)，分別表示為個狀態(tài)，分別表示為S1S1S6S6。 若晶振為若晶振為6MHz6MHz，則機器周期為，則機器周期為2s2s，若晶振為，若晶振為12MHz12MHz，則機器周期為則機器周期為1s1s。4. 4. 指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期。它是指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期。它

34、是時序中的最大單位。一個指令周期通常含有時序中的最大單位。一個指令周期通常含有1 14 4個機器周期個機器周期。指令所包含的機器周期數(shù)決定了指令的運算速度，機器周。指令所包含的機器周期數(shù)決定了指令的運算速度，機器周期數(shù)越少的指令，其執(zhí)行速度越快。期數(shù)越少的指令，其執(zhí)行速度越快。 以機器周期為單位，指令可分為單周期、雙周期和四以機器周期為單位，指令可分為單周期、雙周期和四周期指令。周期指令。鄭州大學(xué)1.3.2 MCS-51指令的取指指令的取指/執(zhí)行時序執(zhí)行時序 指令的集合稱為程序，執(zhí)行程序的過程就是執(zhí)行指令的過程。單片機執(zhí)行任何一條指令時都可以分為取指階段和執(zhí)行階段。在取指階段，CPU從程序存儲

35、器中取出指令操作碼，送指令寄存器，再經(jīng)指令譯碼器譯碼，產(chǎn)生一系列控制信號，完成本指令規(guī)定的操作。 單周期和雙周期指令的取指時序圖如下頁圖所示。 ALE信號是用于鎖存低8位地址的選通信號，每出現(xiàn)一次該信號，單片機即進行一次讀指令操作。當指令為多字節(jié)或多周期指令時，只有第一個ALE信號進行讀指令操作，其余的ALE信號為無效操作或讀操作數(shù)操作）。鄭州大學(xué)鄭州大學(xué)1.3.3 訪問片外訪問片外ROM/RAM指令的時序指令的時序1外部程序存儲器讀時序外部程序存儲器讀時序 從外部程序存儲器讀取指令，必須有兩個信號進行控制：從外部程序存儲器讀取指令，必須有兩個信號進行控制：ALE信號和信號和 信號外部信號外部

36、ROM讀選通脈沖）。讀選通脈沖）。 PSEN鄭州大學(xué) 2外部數(shù)據(jù)存儲器讀時序外部數(shù)據(jù)存儲器讀時序 第一個機器周期是取指周期，是從第一個機器周期是取指周期，是從ROM中讀取指令數(shù)據(jù)中讀取指令數(shù)據(jù)，第二個機器周期才開始讀取外部數(shù)據(jù)存儲器，第二個機器周期才開始讀取外部數(shù)據(jù)存儲器RAM中的內(nèi)中的內(nèi)容。有三個信號進行控制：容。有三個信號進行控制：ALE信號、信號、PSEN 信號外部信號外部ROM讀選通脈沖和讀選通脈沖和RD 信號外部信號外部RAM讀選通脈沖）。讀選通脈沖）。 PSENRD鄭州大學(xué)1.4 C8051F系列片上系統(tǒng)系列片上系統(tǒng)SOC簡介簡介 Cygnal的C8051F帶有SOC色彩，集成了嵌

37、入式系統(tǒng)的許多先進技術(shù)。1.4.1 概述 Cygnal公司生產(chǎn)的C8051Fxxx系列單片機，與MCS-51內(nèi)核及指令集完全兼容。是MCS-51單片機的典型代表，也是目前功能最全、速度最快的8051衍生單片機。C8051F已成為一個完善的、系統(tǒng)級的芯片。到目前為止，Cygnal共提供有41個型號工業(yè)級的C8051F片上系統(tǒng)單片機，其典型芯片性能概覽見教材P30表1.8所示。鄭州大學(xué)1.4.2 1.4.2 基本結(jié)構(gòu)與特點基本結(jié)構(gòu)與特點 Cygnal公司的C8051F單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見教材P31圖1.15所示。 Cygnal公司的C8051F單片機具有以下特點： 1高速CIP-51 內(nèi)核 以CIP

38、-51Cygnal公司的專利產(chǎn)品為內(nèi)核而集成的混合信號片上系統(tǒng)SOCSystem On Chip） 2. 豐富的模擬和數(shù)字資源 8路高性能的12位ADC速度為100kHz數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，2路12位高精度DAC，2路模擬比較器和ADC可編程窗口檢測器；電壓基準、溫度傳感器、SMBUS/I2C、UART、CAN、SPI、PCA帶比較/捕捉模塊PCA，可實現(xiàn)捕捉、軟件定時、高速輸出、PWM），22個中斷源，864KB的Flash/電可擦除程序存儲器，2568448B的SRAM。定時器/計數(shù)器、片內(nèi)可編程定時器/計數(shù)器陣列PCA） 、WDT、電源監(jiān)視器等。鄭州大學(xué)3. 3. 多源復(fù)位多源復(fù)位 具有多達具有多達7 7個復(fù)位源：片內(nèi)電源監(jiān)視器、個復(fù)