片機(jī)原理及其接口技術(shù)[4]

1、第1章 MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理主要內(nèi)容： 典型單片機(jī)（ MCS-51, MSP430, EM78, PIC, Motorola, AVR ）的性能，MCS-51內(nèi)部結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、工作方式、時(shí)序和最小應(yīng)用系統(tǒng)。為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)、利用單片機(jī)解決工程實(shí)際問(wèn)題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。重點(diǎn)在于基本概念、組成原理、特點(diǎn)及MCS-51的最小應(yīng)用系統(tǒng)，難點(diǎn)在于時(shí)序。片機(jī)原理及其接口技術(shù)4 典型單片機(jī)有MCS-51、MSP430、EM78、PIC、Motorola、AVR等。 MCS-51為主流產(chǎn)品，性能如表1.1.1。 MSP430為低功耗產(chǎn)品，功能較強(qiáng)，性能如表1.1.2。 EM78為低功耗產(chǎn)

2、品，價(jià)格較低，性能如表1.1.3。 PIC為低電壓、低功耗、大電流LCD驅(qū)動(dòng)、低價(jià)格產(chǎn)品，性能如表1.1.4。 Motorola是世界上最大的單片機(jī)生產(chǎn)廠家之一，品種全、選擇余地大、新產(chǎn)品多。其特點(diǎn)是噪聲低，抗干擾能力強(qiáng)，比較適合于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境。性能如表1.1.5。 AVR為高速、低功耗產(chǎn)品，支持ISP、IAP，I/O口驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)。性能如表1.1.6。1.1 典型單片機(jī)性能概覽 片機(jī)原理及其接口技術(shù)41.2 MCS-51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)及引腳 MCS-51系列單片機(jī)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，因此，本章以8051為主介紹MCS-51系

3、列單片機(jī) 。 1.2.1 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) MCS-51單片機(jī)的組成： CPU(進(jìn)行運(yùn)算、控制)、RAM(數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器)、ROM(程序存儲(chǔ)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：片機(jī)原理及其接口技術(shù)4內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：片機(jī)原理及其接口技術(shù)4 組成：運(yùn)算器、控制器。8051的CPU包含以下功能部件： （1）8位CPU。（2）布爾代數(shù)處理器，具有位尋址能力。（3）128B內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，21個(gè)專用寄存器。（4）4KB內(nèi)部掩膜ROM程序存儲(chǔ)器。（5）2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。（6）32個(gè)（48位）雙向可獨(dú)立尋址的I/O口。（7）1個(gè)全雙工UART（異步串

4、行通信口）。（8）5個(gè)中斷源、兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷控制器。（9）時(shí)鐘電路，外接晶振和電容可產(chǎn)生1.2MHz12 MHz的時(shí)鐘頻率。（10）外部程序/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間均為64KB。（11）111條指令，大部分為單字節(jié)指令。（12）單一+5V電源供電，雙列直插40引腳DIP封裝。 1. 中央處理器（CPU）片機(jī)原理及其接口技術(shù)4（1）運(yùn)算器組成：8位算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU（Arithmetic Logic Unit）、8位累加器A（Accumulator）、8位寄存器B、程序狀態(tài)字寄存器PSW（Program Status Word）、8位暫存寄存器TMP1和TMP2等。功能：完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯

5、運(yùn)算。（2）控制器組成：程序計(jì)數(shù)器PC（Program Counter）、指令寄存器IR（Instruction Register）、指令譯碼器ID（Instruction Decoder）、堆棧指針SP、數(shù)據(jù)指針DPTR、定時(shí)控制邏輯和振蕩器OSC等電路。功能：CPU根據(jù)PC中的地址將欲執(zhí)行指令的指令碼從存儲(chǔ)器中取出，存放在IR中，ID對(duì)IR中的指令碼進(jìn)行譯碼，定時(shí)控制邏輯在OSC配合下對(duì)ID譯碼后的信號(hào)進(jìn)行分時(shí)，以產(chǎn)生執(zhí)行本條指令所需的全部信號(hào)。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)4MCS-51系列單片機(jī)配置一覽表系列片內(nèi)存儲(chǔ)器（字節(jié)）定時(shí)器計(jì)數(shù)器并行I/O串行I/O中斷源片內(nèi)ROM片內(nèi)RAM無(wú)有ROM

6、有EPROMIntel51子系列803180C31805180C51(4K字節(jié))875187C51(4K字節(jié))128字節(jié)2x164x8位15Intel52子系列803280C32805280C52(8K字節(jié))875287C52(8K字節(jié))256字節(jié)3x164x8位16ATEML89C系列(常用型)1051(1K)/2051(2K)/4051(4K)（20條引腳DIP封裝）1282151589C51(4K)/89C52(8K)（40條引腳DIP封裝）128/2562/33215/6片機(jī)原理及其接口技術(shù)42. 存儲(chǔ)器 MCS-51的存儲(chǔ)器可分為程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,又有片內(nèi)和片外之分。（1）程序

7、存儲(chǔ)器 一般將只讀存儲(chǔ)器（ROM）用做程序存儲(chǔ)器。可尋址空間為64KB，用于存放用戶程序、數(shù)據(jù)和表格等信息。 MCS-51單片機(jī)按程序存儲(chǔ)器可分為內(nèi)部無(wú)ROM型（如8031）和內(nèi)部有ROM型（如8051）兩種，連接時(shí) 引腳有區(qū)別。程序存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)如右圖所示：片機(jī)原理及其接口技術(shù)4（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 一般將隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）用做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器?？蓪ぶ房臻g為64KB。MCS-51數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可分為片內(nèi)和片外兩部分。片外RAM： 最大范圍：0000HFFFFH，64KB；用指令MOVX訪問(wèn)。片內(nèi)RAM： 最大范圍：00HFFH，256B；用指令MOV訪問(wèn)。又分為兩部分：低128B（007FH）為真正的RAM

8、區(qū)，高128B（80FFH）為特殊功能寄存器（SFR）區(qū)。如右圖所示。片機(jī)原理及其接口技術(shù)4 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(duì)它們的位進(jìn)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。片機(jī)原理及其接口技術(shù)43特殊功能寄存器 （SFR） MCS-51有21個(gè)特殊功能寄存器（也稱為專用寄存器），包括算術(shù)運(yùn)算寄存器、指針寄存器、I/O口鎖存器、定時(shí)器/計(jì)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(gè)存儲(chǔ)單元，構(gòu)成了S

9、FR存儲(chǔ)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(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。特殊功能寄存器分布如右表所示。片機(jī)原理及其接口技術(shù)4（2）累加器A （Accumulator） 累加器A是8位寄存器，又記做ACC，是一個(gè)最常用的專用寄存器。在算術(shù)/邏輯運(yùn)算中用于存放操作數(shù)或結(jié)果。（3）寄存器B 寄存器B 是8位寄存器，是專門(mén)為乘除法指令設(shè)計(jì)的，也作通用寄存器用。（1）程序計(jì)數(shù)器PC（Program Counter） 程序計(jì)數(shù)器PC在物理上是獨(dú)立的，它不屬于SFR存儲(chǔ)器塊。 PC是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，專門(mén)用于存放CPU將要執(zhí)行的指令 地址（即下一條指令的地址），尋址范圍為64KB，PC

10、有自動(dòng) 加1功能，不可尋址，用戶無(wú)法對(duì)它進(jìn)行讀寫(xiě)，但是可以通過(guò) 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。片機(jī)原理及其接口技術(shù)4表2-5 工作寄存器組選擇控制表（4）工作寄存器 內(nèi)部RAM的工作寄存器區(qū)00H1FH共32個(gè)字節(jié)被均勻地分成四個(gè)組（區(qū)），每個(gè)組（區(qū)）有8個(gè)寄存器，分別用R0R7表示，稱為工作寄存器或通用寄存器，其中，R0、R1還經(jīng)常用于間接尋址的地址指針。在程序中通過(guò)程序狀態(tài)字寄存器（PSW）第3、4位設(shè)置工作寄存器區(qū)。（5）程序狀態(tài)字PSW （Program Status Word） 程序狀態(tài)字PSW是8位寄存器，用于存放程序運(yùn)行的狀態(tài)信息，PSW中各位狀態(tài)通常是

11、在指令執(zhí)行的過(guò)程中自動(dòng)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。其定義格式如下頁(yè)表所示。片機(jī)原理及其接口技術(shù)4其中：Cy：進(jìn)借位標(biāo)志； AC：輔助進(jìn)借位標(biāo)志； F0 ：用戶標(biāo)志； RS1、RS0：工作寄存器組（區(qū)）選擇（如下表所示）； OV：溢出標(biāo)志位，有溢出時(shí)置1； P：奇偶標(biāo)志位。A中有奇數(shù)個(gè)1時(shí)置1。片機(jī)原理及其接口技術(shù)4（6）數(shù)據(jù)指針DPTR（Data Pointer） 數(shù)據(jù)指針DPTR是16位的專用寄存器，即可作為16位寄存器使用，也可作為兩個(gè)獨(dú)立的8位寄存器DPH （高8位） 、DPL （低8位）使用。 DPTR主要用作16位間址寄存器，訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)寄存器。（

12、7）堆棧指針SP（Stack Pointer） 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)據(jù)的原則是“后進(jìn)先出”。堆棧指針SP是一個(gè)8位寄存器，用于指示堆棧的棧頂，它決定了堆棧在內(nèi)部RAM中的物理位置。 MCS-51單片機(jī)的堆棧地址向大的方向變化（與微機(jī)堆棧地址向小的方向變化相反）。系統(tǒng)復(fù)位后，SP初值為07H，實(shí)際應(yīng)用中通常根據(jù)需要在主程序開(kāi)始處對(duì)堆棧指針SP進(jìn)行初始化，一般設(shè)置SP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(shí)斷點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)與恢復(fù)。片機(jī)原理及其接口技術(shù)4（8）I/O口專用寄存器（P0, P1, P2, P3） 8051片內(nèi)有4個(gè)8位并行I/O接

13、口P0, P1, P2和P3，在SFR中相應(yīng)有4個(gè)I/O口寄存器P0, P1, P2和P3。（9）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（TL0, TH0, TL1和TH1） MCS-51單片機(jī)中有兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1，它們由4個(gè)8位寄存器（TL0, TH0, TL1和TH1）組成，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是完全獨(dú)立的?？梢詥为?dú)對(duì)這4個(gè)寄存器進(jìn)行尋址，但不能把T0和T1當(dāng)做16位寄存器來(lái)使用。（10）串行數(shù)據(jù)緩沖器（SBUF） 串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF用于存放需要發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)，它由兩個(gè)獨(dú)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(shí)都是對(duì)串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF進(jìn)行的。（11）其他控

14、制寄存器 除上述外，還有IP, IE, TCON, SCON和PCON等幾個(gè)寄存器，主要用于中斷、定時(shí)和串行口的控制，片機(jī)原理及其接口技術(shù)4 I/O接口是MCS-51單片機(jī)對(duì)外部實(shí)現(xiàn)控制和信息交換的必經(jīng)之路，用于信息傳送過(guò)程中的速度匹配和增加它的負(fù)載能力。 8051內(nèi)部有4個(gè)8位并行接口P0, P1, P2, P3，有1個(gè)全雙工的可編程串行I/O接口。 5定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 8051內(nèi)部有兩個(gè)16位可編程序的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，均為二進(jìn)制加1計(jì)數(shù)器，分別命名為T(mén)0和T1。 T0和T1均有定時(shí)器和計(jì)數(shù)器兩種工作模式。在定時(shí)器模式下，T0和T1的計(jì)數(shù)脈沖可以由單片機(jī)時(shí)鐘脈沖經(jīng)12分頻后提供。在計(jì)數(shù)器模式下

15、，T0和T1的計(jì)數(shù)脈沖可以從P3.4和P3.5引腳上輸入。對(duì)T0和T1的控制由定時(shí)器方式選擇寄存器TMOD和定時(shí)器控制寄存器TCON完成。 4I/O接口片機(jī)原理及其接口技術(shù)46中斷系統(tǒng) 中斷：指CPU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(guò)程。 中斷系統(tǒng)：指能夠處理上述中斷過(guò)程所需要的硬件電路。 中斷源：指能產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)的源泉。 8051可處理5個(gè)中斷源（2個(gè)外部，3個(gè)內(nèi)部）發(fā)出的中斷請(qǐng)求，并可對(duì)其進(jìn)行優(yōu)先權(quán)處理。外部中斷的請(qǐng)求信號(hào)可以從P3.2, P3.3（即 和 ）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3個(gè)，2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

16、中斷源和1個(gè)串行口中斷源。 8051的中斷系統(tǒng)主要由中斷允許控制器IE和中斷優(yōu)先級(jí)控制器IP等電路組成。片機(jī)原理及其接口技術(shù)41.2.2 MCS-51單片機(jī)外部引腳 1電源線 GND：接地引腳。 VCC：正電源引腳。接5V電源。 MCS-51系列單片機(jī)中，各類(lèi)單片機(jī)都是相互兼容的，只是引腳功能略有差異。8051單片機(jī)有40個(gè)引腳，分為端口線、電源線和控制線三類(lèi)。2端口線 P0P3口：48=32條。（1）P0口（ P0.0P0.7 ） 8位雙向三態(tài)I/O口，可作為外部擴(kuò)展時(shí)的數(shù)據(jù)總線/低8位地址總線的分時(shí)復(fù)用口。又可作為通用I/O口，每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。 對(duì)EPROM型芯片（如8751

17、）進(jìn)行編程和校驗(yàn)時(shí)，P0口用于輸入/輸出數(shù)據(jù)。片機(jī)原理及其接口技術(shù)4（2）P1口（P1.0P1.7） 8位準(zhǔn)雙向I/O口，內(nèi)部具有上拉電阻，可作為通用I/O口。每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。 （3）P2口（P2.0P2.7） 8位準(zhǔn)雙向I/O口，內(nèi)部具有上拉電阻，可作為外部擴(kuò)展時(shí)的高8位地址總線。又可作為通用I/O口，每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。 對(duì)EPROM型芯片（如8751）進(jìn)行編程和校驗(yàn)時(shí)，用來(lái)接收高8位地址。 （4）P3口（ P3.0P3.7 ） 8位準(zhǔn)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I/O口時(shí)，功能與P1口相同，常用第二功能。每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。

18、作為第二功能使用時(shí)，各位的作用如下頁(yè)表所示。片機(jī)原理及其接口技術(shù)43控制線 （1）RST/VPD RST/VPD引腳是復(fù)位信號(hào)/備用電源線引腳。當(dāng)8051通電時(shí)，在RST引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)4（2）ALE/ 地址鎖存允許/編程引腳。當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)，以便P0口實(shí)現(xiàn)地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。當(dāng)不訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE端將輸出一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)。 ALE/ 是復(fù)用引腳，其第二功能是對(duì)EPROM型芯片（如8751）進(jìn)行編程和校驗(yàn)時(shí)，此引腳傳送52ms寬的負(fù)脈沖選通信號(hào)，程序計(jì)數(shù)器PC的16位地址

19、數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令碼放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。 （3） /VPP 允許訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器/編程電源引腳。對(duì)于片內(nèi)無(wú)程序存儲(chǔ)器的MCS-51單片機(jī)（如8031）， 必須接地。片內(nèi)有程序存儲(chǔ)器的MCS-51單片機(jī)（如8051）， 必須接高電平。 /VPP是復(fù)用引腳，其第二功能是片內(nèi)EPROM編程/校驗(yàn)時(shí)的電源線，在編程時(shí)，VPP腳需加上21V的編程電壓。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)4（4）XTAL1和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(shí)鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在XTAL1和XTAL2腳外

20、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(shí)鐘方式，即將XTAL1接地，外部時(shí)鐘信號(hào)從XTAL2腳輸入，如下圖所示。 （5） 片外ROM選通線。在執(zhí)行訪問(wèn)片外ROM的指令MOVC時(shí)，8051自動(dòng)在 引腳產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，用于對(duì)片外ROM的選通。其他情況下，該引腳均為高電平封鎖狀態(tài)。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)41.3 MCS-51單片機(jī)的工作方式 MCS-51系列單片機(jī)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(hù)方式、節(jié)電工作方式和EPROM編程/校驗(yàn)方式。 1.3.1 復(fù)位方式 系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行和重新啟動(dòng)靠復(fù)位電路

21、來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種工作方式為復(fù)位方式。 單片機(jī)在開(kāi)機(jī)時(shí)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(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。 MCS-51單片機(jī)在RST引腳產(chǎn)生兩個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)時(shí)鐘周期）以上的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。片機(jī)原理及其接口技術(shù)4 復(fù)位電路有兩種：上電自動(dòng)復(fù)位和上電/按鍵手動(dòng)復(fù)位，如下圖所示。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)4 復(fù)位后，8051的各特殊功能寄存器的初始狀態(tài)如下表所示。片機(jī)原理及其接口技術(shù)41.3.2 程序執(zhí)行方式 程序執(zhí)行方式是單片機(jī)基本工作方式，可分為連續(xù)執(zhí)行工作方式和單步執(zhí)行工作方式。1連續(xù)執(zhí)行工作方式 這是所有單片機(jī)都需要的一種方式。單片機(jī)復(fù)位后，PC值為0000

22、H，因此單片機(jī)復(fù)位后立即轉(zhuǎn)到0000H處執(zhí)行程序。單片機(jī)按照程序事先編排的任務(wù)，自動(dòng)連續(xù)地執(zhí)行下去。2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(jī)開(kāi)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(jī)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(wèn)題進(jìn)行修改。 單步執(zhí)行方式是利用單片機(jī)外部中斷功能實(shí)現(xiàn)的。片機(jī)原理及其接口技術(shù)4 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(jī)）方式。是針對(duì)CHMOS類(lèi)芯片而設(shè)計(jì)的，HMOS型單片機(jī)不能工作在節(jié)電方式，但它有一種掉電保護(hù)功能。 1HMOS單片機(jī)的掉電保護(hù) 當(dāng)VCC突然掉電時(shí)，單片機(jī)通過(guò)中斷

23、將必須保護(hù)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(jī)的節(jié)電方式 CHMOS型單片機(jī)是一種低功耗器件，正常工作時(shí)電流為1122mA，空閑狀態(tài)時(shí)為1.75mA，掉電方式為550A。因此，CHMOS型單片機(jī)特別適用于低功耗應(yīng)用場(chǎng)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(lái)控制。 1.3.3 節(jié)電方式 片機(jī)原理及其接口技術(shù)4（1）電源控制寄存器PCON PCON各位的定義如下表所示。IDL：空閑方式控制位，該位為1時(shí)，單片機(jī)進(jìn)入空閑待機(jī)工作方式。PD： 掉電方式控制位，為1時(shí)，單片機(jī)進(jìn)入掉電工作方式。 上面的IDL、PD同時(shí)為1，則

24、進(jìn)入掉電工作方式，同時(shí)為0，則工作在正常運(yùn)行狀態(tài)。GF0, GF1：通用標(biāo)志位，描述中斷是來(lái)自正常運(yùn)行還是來(lái)自空閑方式，用戶可通過(guò)指令設(shè)定它們的狀態(tài)。SMOD：為串行口波特率倍率控制位，用于串行通信。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)4（2）空閑工作方式 將IDL位置為1（用指令MOV PCON, #01H），則進(jìn)入空閑工作方式，其內(nèi)部控制電路如右圖所示。此時(shí)，CPU進(jìn)入空閑待機(jī)狀態(tài)，中斷系統(tǒng)、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，仍有時(shí)鐘信號(hào)，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 將PD置為1（用指令MOV PCON, #02H），可使單片機(jī)進(jìn)入掉電工作方式。此時(shí)振

25、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)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。片機(jī)原理及其接口技術(shù)41.3.4 編程和校驗(yàn)方式 編程和校驗(yàn)方式用于內(nèi)部含有EPROM的單片機(jī)芯片（如8751），一般的單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)都提供實(shí)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(xiě)入內(nèi)部EPROM中。 校驗(yàn)的主要操作是在向片內(nèi)程序存儲(chǔ)器EPROM寫(xiě)入信息時(shí)或?qū)懭胄畔⒑?，可將片?nèi)EPRO

26、M的內(nèi)容讀出進(jìn)行校驗(yàn)，以保證寫(xiě)入信息的正確性。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)41.4 單片機(jī)的時(shí)序 時(shí)序：CPU在執(zhí)行指令時(shí)所需控制信號(hào)的時(shí)間順序稱為時(shí)序。 時(shí)序是用定時(shí)單位來(lái)描述的，MCS-51的時(shí)序單位有四個(gè)，分別是時(shí)鐘周期（節(jié)拍）、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期。 1.4.1 MCS-51的時(shí)序單位 1. 時(shí)鐘周期：又稱為振蕩周期、節(jié)拍（用P表示），定義為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)的振蕩源（OSC）的周期。它是時(shí)序中的最小單位。2. 狀態(tài)（用S表示）：?jiǎn)纹瑱C(jī)振蕩脈沖經(jīng)過(guò)二分頻后即得到整個(gè)單片機(jī)工作系統(tǒng)的狀態(tài)。一個(gè)狀態(tài)有兩個(gè)節(jié)拍，前半周期對(duì)應(yīng)的節(jié)拍定義為P1，后半周期對(duì)應(yīng)的節(jié)拍定義為P2。片機(jī)原理及其接口技術(shù)4

27、3. 機(jī)器周期：通常將完成一個(gè)基本操作所需的時(shí)間稱為機(jī)器周期。 MCS-51中規(guī)定一個(gè)機(jī)器周期包含12個(gè)時(shí)鐘周期，即有6個(gè)狀態(tài)，分別表示為S1S6。 若晶振為6MHz，則機(jī)器周期為2s，若晶振為12MHz，則機(jī)器周期為1s。4. 指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間稱為指令周期。它是時(shí)序中的最大單位。一個(gè)指令周期通常含有14個(gè)機(jī)器周期。指令所包含的機(jī)器周期數(shù)決定了指令的運(yùn)算速度，機(jī)器周期數(shù)越少的指令，其執(zhí)行速度越快。 以機(jī)器周期為單位，指令可分為單周期、雙周期和四周期指令。片機(jī)原理及其接口技術(shù)41.4.2 MCS-51指令的取指/執(zhí)行時(shí)序 指令的集合稱為程序，執(zhí)行程序的過(guò)程就是執(zhí)行指令的過(guò)程。單

28、片機(jī)執(zhí)行任何一條指令時(shí)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(chǔ)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(hào)，完成本指令規(guī)定的操作。 單周期和雙周期指令的取指時(shí)序圖如下頁(yè)圖所示。 ALE信號(hào)是用于鎖存低8位地址的選通信號(hào)，每出現(xiàn)一次該信號(hào)，單片機(jī)即進(jìn)行一次讀指令操作。當(dāng)指令為多字節(jié)或多周期指令時(shí)，只有第一個(gè)ALE信號(hào)進(jìn)行讀指令操作，其余的ALE信號(hào)為無(wú)效操作（或讀操作數(shù)操作）。片機(jī)原理及其接口技術(shù)4片機(jī)原理及其接口技術(shù)41.4.3 訪問(wèn)片外ROM/RAM指令的時(shí)序1外部程序存儲(chǔ)器讀時(shí)序 從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，必須有兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行控制：ALE信號(hào)和

29、信號(hào)（外部ROM讀選通脈沖）。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)4 2外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀時(shí)序 第一個(gè)機(jī)器周期是取指周期，是從ROM中讀取指令數(shù)據(jù)，第二個(gè)機(jī)器周期才開(kāi)始讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM中的內(nèi)容。有三個(gè)信號(hào)進(jìn)行控制：ALE信號(hào)、 信號(hào)（外部ROM讀選通脈沖）和 信號(hào)（外部RAM讀選通脈沖）。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)41.5 C8051F系列片上系統(tǒng)（SOC）簡(jiǎn)介 Cygnal的C8051F帶有SOC色彩，集成了嵌入式系統(tǒng)的許多先進(jìn)技術(shù)。1.5.1 概述 Cygnal公司生產(chǎn)的C8051Fxxx系列單片機(jī)，與MCS-51內(nèi)核及指令集完全兼容。是MCS-51單片機(jī)的典型代表，也是目前功能最全、速度最快的8051衍生單片機(jī)。C8051F已成為一個(gè)完善的、系統(tǒng)級(jí)的芯片。到目前為止，Cygnal共提供有41個(gè)型號(hào)工業(yè)級(jí)的C8051F片上系統(tǒng)單片機(jī)，其典型芯片性能概覽見(jiàn)教材P32表1.5.1所示。片機(jī)原理及其接口技術(shù)41.5.2 基本結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) Cygnal公司的