單片機概述資料

單片機培訓第一講:單片機概述,SoC和51本講座包括如下三部分內(nèi)容:單片機概述SOC和51初學單片機幾個不易掌握的概念單片機概述這一部分包括以下內(nèi)容:單片機概念MCS51單片機和8051、8031、89C51等的關(guān)系CISC與RISC一.何謂單片機一臺能夠工作的計算機要有這樣幾個部份構(gòu)成：CPU（進行運算、控制）、RAM（數(shù)據(jù)存儲）、ROM（程序存儲）、輸入/輸出設(shè)備（例如：串行口、并行輸出口等）。在個人計算機上這些部份被分成若干塊芯片，安裝一個稱之為主板的印刷線路板上。而在單片機中，這些部份，全部被做到一塊集成電路芯片中了，所以就稱為單片（單芯片）機，而且有一些單片機中除了上述部份外，還集成了其它部份如A/D，D/A等。天！PC中的CPU一塊就要賣幾千塊錢，這么多東西做在一起，還不得買個天價！再說這塊芯片也得非常大了。不，價格并不高，從幾元人民幣到幾十元人民幣，體積也不大，一般用40腳封裝，當然功能多一些單片機也有引腳比較多的，如68引腳，功能少的只有10多個或20多個引腳，有的甚至只8只引腳。為什么會這樣呢？功能有強弱，打個比方，市場上面有的組合音響一套才賣幾百塊錢，可是有的一臺功放機就要賣好幾千。另外這種芯片的生產(chǎn)量很大，技術(shù)也很成熟，51系列的單片機已經(jīng)做了十幾年，所以價格就低了。既然如此，單片機的功能肯定不強，干嗎要學它呢？話不能這樣說，實際工作中并不是任何需要計算機的場合都要求計算機有很高的性能，一個控制電冰箱溫度的計算機難道要用PIII？應(yīng)用的關(guān)鍵是看是否夠用，是否有很好的性能價格比。所以8051出來十多年，依然沒有被淘汰，還在不斷的發(fā)展中。二、MCS51單片機和8051、8031、89C51等的關(guān)系我們平常老是講8051，又有什么8031，現(xiàn)在又有89C51，它們之間究竟是什么關(guān)系?MCS51是指由美國INTEL公司（對了，就是大名鼎鼎的INTEL）生產(chǎn)的一系列單片機的總稱，這一系列單片機包括了好些品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機都是在8051的基礎(chǔ)上進行功能的增、減、改變而來的，所以人們習慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機，而8031是前些年在我國最流行的單片機，所以很多場合會看到8031的名稱。INTEL公司將MCS51的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051為核心的單片機，當然，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求，其中89C51就是這幾年在我國非常流行的單片機，它是由美國ATMEL公司開發(fā)生產(chǎn)的。以后我們將用89C51來完成一系列的實驗。三.CISC與RISCCISC，ComplexInstructionSetComputer，復雜指令系統(tǒng)計算機。RISC，ReducedInstructionSetComputer，精簡指令系統(tǒng)計算機。雖然這兩個名詞是針對計算機的，但下文我們?nèi)匀恢粚χ噶罴M行研究。（１）CISC的產(chǎn)生、發(fā)展和現(xiàn)狀一開始，計算機的指令系統(tǒng)只有很少一些基本指令，而其他的復雜指令全靠軟件編譯時通過簡單指令的組合來實現(xiàn)。舉個最簡單的例子，一個a乘以b的操作就可以轉(zhuǎn)換為a個b相加來做，這樣就用不著乘法指令了。當然，最早的指令系統(tǒng)就已經(jīng)有乘法指令了，這是為什么呢？因為用硬件實現(xiàn)乘法比加法組合來得快得多。由于那時的計算機部件相當昂貴，而且速度很慢，為了提高速度，越來越多的復雜指令被加入了指令系統(tǒng)中。但是，很快又有一個問題：一個指令系統(tǒng)的指令數(shù)是受指令操作碼的位數(shù)所限制的，如果操作碼為8位，那么指令數(shù)最多為256條（2的8次方）。那么怎么辦呢？指令的寬度是很難增加的，聰明的設(shè)計師們又想出了一種方案：操作碼擴展。前面說過，操作碼的后面跟的是地址碼，而有些指令是用不著地址碼或只用少量的地址碼的。那么，就可以把操作碼擴展到這些位置。舉個簡單的例子，如果一個指令系統(tǒng)的操作碼為2位，那么可以有00、01、10、11四條不同的指令?，F(xiàn)在把11作為保留，把操作碼擴展到4位，那么就可以有00、01、10、1100、1101、1110、1111七條指令。其中1100、1101、1110、1111這四條指令的地址碼必須少兩位。個引腳輸出高電平的指令是SETB，讓一個引腳輸出低電平的指令是CLR。因此，我們要P1.0輸出高電平，只要寫SETBP1.0，要P1.0輸出低電平，只要寫CLRP1.0就可以了。現(xiàn)在我們已經(jīng)有辦法讓計算機去將P10輸出高或低電平了，但是我們怎樣才能計算機執(zhí)行這條指令呢？總不能也對計算機也說一聲了事吧。要解決這個問題，還得有幾步要走。第一，計算機看不懂SETBCLR之類的指令，我們得把指令翻譯成計算機能懂的方式，再讓計算機去讀。計算機能懂什么呢？它只懂一樣東西——數(shù)字。因此我們得把SETBP1.0變?yōu)椋―2H,90H），把CLRP1.0變?yōu)椋–2H,90H），至于為什么是這兩個數(shù)字，這也是由51芯片的設(shè)計者--INTEL規(guī)定的，我們不去研究。第二步，在得到這兩個數(shù)字后，怎樣讓這兩個數(shù)字進入單片機的內(nèi)部呢？這要借助于一個硬件工具"編程器"。我們將編程器與電腦連好，運行編程器的軟件，然后在編緝區(qū)內(nèi)寫入（D2H,90H）見圖2，寫入……好，拿下片子，把片子插入做好的電路板，接通電源……什么?燈不亮？這就對了，因為我們寫進去的指令就是讓圖2P10輸出高電平，燈當然不亮，要是亮就錯了?，F(xiàn)在我們再撥下這塊芯片，重新放回到編程器上，將編緝區(qū)的內(nèi)容改為（C2H,90H），也就是CLRP1.0，寫片，拿下片子，把片子插進電路板，接電，好，燈亮了。因為我們寫入的（）就是讓P10輸出低電平的指令。這樣我們看到，硬件電路的連線沒有做任何改變，只要改變寫入單片機中的內(nèi)容，就可以改變電路的輸出效果。三)、單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析我們來思考一個問題，當我們在編程器中把一條指令寫進單片機內(nèi)部，然后取下單片機，單片機就可以執(zhí)行這條指令，那么這條指令一定保存在單片機的某個地方，并且這個地方在單片機掉電后依然可以保持這條指令不會丟失，這是個什么地方呢？這個地方就是單片機內(nèi)部的只讀存儲器即ROM（READONLYMEMORY）。為什么稱它為只讀存儲器呢？剛才我們不是明明把兩個數(shù)字寫進去了嗎？原來在89C51中的ROM是一種電可擦除的ROM，稱為FLASHROM，剛才我們是用的編程器，在特殊的條件下由外部設(shè)備對ROM進行寫的操作，在單片機正常工作條件下，只能從那面讀，不能把數(shù)據(jù)寫進去，所以我們還是把它稱為ROM。四)、程序的完善上一次我們的程序?qū)嵲谑菦]什么用，要燈亮還要重寫一下片子，下面我們要讓燈不斷地閃爍，這就有一定的實用價值了，比如可以把它當成汽車上的一個信號燈用了。怎樣才能讓燈不斷地閃爍呢？實際上就是要燈亮一段時間，再滅一段時間，也就是說要P10不斷地輸出高和低電平。怎樣實現(xiàn)這個要求呢？請考慮用下面的指令是否可行：SETBP10CLRP10……這是不行的，有兩個問題，第一，計算機執(zhí)行指令的時間很快，執(zhí)行完SETBP10后，燈是滅了，但在極短時間（微秒級）后，計算機又執(zhí)行了CLRP10指令，燈又亮了，所以根本分辨不出燈曾滅過。第二，在執(zhí)行完CLRP10后，不會再去執(zhí)行SETBP10指令，所以以后再也沒有機會讓滅了。為了解決這兩個問題，我們可以做如下設(shè)想，第一，在執(zhí)行完SETBP10后，延時一段時間（幾秒或零點幾秒）再執(zhí)行第二條指令，就可以分辨出燈曾滅過了。第二在執(zhí)行完第二條指令后，讓計算機再去執(zhí)行第一條指令，不斷地在原地兜圈，我們稱之為"循環(huán)"，這樣就可以完成任務(wù)了。以下先給出程序（后面括號中的數(shù)字是為了便于講解而寫的，實際不用輸入）：；主程序：LOOP：SETBP10；（１）LCALLDELAY；（２）CLRP10；（３）LCALLDELAY；（４）AJMPLOOP；（５）；以下子程序DELAY：MOVR7，#250；（６）D1：MOVR6，#250；（７）D2：DJNZR6，D2；（８）DJNZR7，D1；（９）RET；（１０）END；（１１）按上面的設(shè)想分析一下前面的五條指令。第一條是讓燈滅，第二條應(yīng)當是延時，第三條是讓燈亮，第四條和第二條一模一樣，也是延時，第五條應(yīng)當是轉(zhuǎn)去執(zhí)行第一條指令。第二和第四條實現(xiàn)的原理稍后談，先看第五條，LJMP是一條指令，意思是轉(zhuǎn)移，往什么地方轉(zhuǎn)移呢？后面跟的是LOOP，看一下，什么地方還有LOOP，對了，在第一條指令的前面有一個LOOP，所以很直觀地，我們可以認識到，它要轉(zhuǎn)到第一條指令處。這個第一條指令前面的LOOP被稱之為標號，它的用途就是給這一行起一個名字，便于使用。是否一定要給它起名叫LOOP呢？當然不是，起什么名字，完全由編程序的人決定，可以稱它為A，X等等，當然，這時，第五條指令LJMP后面的名字也得跟著改了。第二條和第四條指令的用途是延時，它是怎樣實現(xiàn)的呢？指令的形式是LCALL，這條指令稱為調(diào)用子程序指令，看一下指令后面跟的是什么，DELAY，找一下DELAY，在第六條指令的前面，顯然，這也是一個標號。這條指令的作用是這樣的：當執(zhí)行LCALL指令時，程序就轉(zhuǎn)到LCALL后面的標號所標定的程序處執(zhí)行，如果在執(zhí)行指令的過程中遇到RET指令，則程序就返回到LCALL指令的下面的一條指令繼續(xù)執(zhí)行，從第六行開始的指令中，可以看到確實有RET指令。在執(zhí)行第二條指令后，將轉(zhuǎn)去執(zhí)行第６條指令，而在執(zhí)行完６，７，８，９條指令后將遇到第１０條令：RET，執(zhí)行該條指令后，程序?qū)⒒貋韴?zhí)行第三條指令，即將P10清零，使燈亮，然后又是第四條指令，執(zhí)行第四條指令就是轉(zhuǎn)去執(zhí)行第6，7，8，9，10條指令，然后回來執(zhí)行第5條指令，第5條指令就是讓程序回到第1條開始執(zhí)行，如此周而復始，燈就在不斷地亮、滅了。在標號DELAY標志的這一行到RET這一行中的所有程序，這是一段延時程序，大概延時零點幾秒，至于具體的時間，以后我們再學習如何計算。程序的最后一行是END，這不是一條指令，它只是告訴我們程序到此結(jié)束，它被稱為"偽指令"。五).延時程序分析為了知道延時程序是如何工作的，我們必需首先了解延時程序中出現(xiàn)的一些符號，就從R1開始，R1被稱之為工作寄存器。什么是工作寄存器呢？讓我們從現(xiàn)實生活中來找找答案。如果出一道數(shù)學題：123+567，讓你回答結(jié)果是多少，你會馬上答出是690，再看下面一道題：123+567+562，要讓你要上回答，就不這么容易了吧？我們會怎樣做呢？如果有張紙，就容易了，我們先算出123+567=690，把690寫在紙上，然后再算690+562得到結(jié)果是1552。這其中1552是我們想要的結(jié)果，而690并非我們所要的結(jié)果，但是為了得到最終結(jié)果，我們又不得不先算出690，并記下來，這其實是一個中間結(jié)果，計算機中做運算和這個類似，為了要得到最終結(jié)果，往往要做很多步的中間結(jié)果，這些中間結(jié)果要有個地方放才行，把它們放哪呢？放在前面提到過的ROM中可以嗎？顯然不行，因為計算機要將結(jié)果寫進去，而ROM是不可以寫的，所以在單片機中另有一個區(qū)域稱為RAM區(qū)（RAM是隨機存取存儲器的英文縮寫），它可以將數(shù)據(jù)寫進去。特別地，在MCS-51單片機中，將RAM中分出一塊區(qū)域，稱為工作寄存器區(qū)。

我們已經(jīng)知道，程序中的符號R7、R6是代表了一個個的RAM單元，是用來放一些數(shù)據(jù)的，下面我們再來看一下其它符號的含義。DELAY：MOVR7，#250；（６）D1：MOVR6，#250；（７）D2：DJNZR6，D2；（８）DJNZR7，D1；（９）RET；（１０）

MOV：這是一條指令，意思是傳遞數(shù)據(jù)。說到傳遞，我們都很清楚，傳東西要從一個人的手上傳到另一個人的手上，也就是說要有一個接受者，一個傳遞者和一樣東西。從指令MOVR7，#250中來分析，R7是一個接受者，250是被傳遞的數(shù)，傳遞者在這條指令中被省略了（注意：并不是每一條傳遞指令都會省的，事實上大部份數(shù)據(jù)傳遞指令都會有傳遞者）。它的意義也很明顯：將數(shù)據(jù)250送到R7中去，因此執(zhí)行完這條指令后，R7單元中的值就應(yīng)當是250。在250前面有個#號，這又是什么意思呢？這個#就是用來說明250就是一個被傳遞的東西本身，而不是傳遞者。那么MOVR6，#250是什么意思，應(yīng)當不用分析了吧。DJNZ：這是另一條指令，我們來看一下這條指令后面跟著的兩個東西，一個是R6，一個是D2，R6我們當然已知是什么了，查一下D2是什么。D2在本行的前面，我們已學過，這稱之為標號。標號的用途是什么呢？就是給本行起一個名字。DJNZ指令的執(zhí)行過程是這樣的，它將其后面的第一個參數(shù)中的值減1，然后看一下，這個值是否等于0，如果等于0，就往下執(zhí)行，如果不等于0，就轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)到什么地方去呢？可能大家已猜到了，轉(zhuǎn)到第二個參數(shù)所指定的地方去（請大家用自已的話講一下這條語句是怎樣執(zhí)行的）。本條指令的最終執(zhí)行結(jié)果就是，在原地轉(zhuǎn)圈250次。執(zhí)行完了DJNZR6，D2之后（也就是R6的值等于0之后），就會去執(zhí)行下面一行，也就是DJNZR7，D1，請大家自行分析一下這句話執(zhí)行的結(jié)果。（轉(zhuǎn)去執(zhí)行MOVR6，#250，同時R7中的值減1），最終DJNZR6，D2這句話將被執(zhí)行250*250=62500次，執(zhí)行這么多次同一條指令干嗎？就是為了延時。一個問題：如果在R6中放入0，會有什么樣的結(jié)果。六)、時序分析：前面我們介紹了延時程序，但這還不完善，因為，我們只知道DJNZR6，D2這句話會被執(zhí)行62500次，但是執(zhí)行這么多次需要多長時間呢？是否滿足我們的要求呢？我們還不知道，所以下面要來解決這個問題。先提一個問題：我們學校里什么是最重要的。（鈴聲）校長可以出差，老師可以休息，但學校一日無鈴聲必定大亂。整個學校就是在鈴聲的統(tǒng)一指揮下，步調(diào)一致，統(tǒng)一協(xié)調(diào)地工作著。這個鈴是按一定的時間安排來響的，我們可以稱之為“時序��時間的順序”。一個由人組成的單位尚且要有一定的時序，計算機當然更要有嚴格的時序。事實上，計算機更象一個大鐘，什么時候分針動，什么時候秒針動，什么時候時針動，都有嚴格的規(guī)定，一點也不能亂。計算機要完成的事更復雜，所以它的時序也更復雜。我們已知，計算機工作時，是一條一條地從ROM中取指令，然后一步一步地執(zhí)行，我們規(guī)定：計算機訪問一次存儲器的時間，稱之為一個機器周期。這是一個時間基準，好象我們?nèi)擞谩懊搿弊鳛槲覀兊臅r間基準一樣，為什么不干脆用“秒”，多好，很習慣，學下去我們就會知道用“秒”反而不習慣。一個機器周期包括12個時鐘周期。下面讓我們算一下一個機器周期是多長時間吧。設(shè)一個單片機工作于12M晶振，它的時鐘周期是1/12（微秒）。它的一個機器周期是12*（1/12）也就是1微秒。（請計算一個工作于6M晶振的單片機，它的機器周期是多少）。MCS-51單片機的所有指令中，有一些完成得比較快，只要一個機器周期就行了，有一些完成得比較慢，得要2個機器周期，還有兩條指令要4個機器周期才行。這也不難再解，不是嗎？我讓你掃地的執(zhí)行要完成總得比要你完成擦黑板的指令時間要長。為了恒量指令執(zhí)行時間的長短，又引入一個新的概念：指令周期。所謂指令周期就是指執(zhí)行一條指令的時間。INTEL對每一條指令都給出了它的指令周期數(shù)，這些數(shù)據(jù)，大部份不需要我們?nèi)ビ洃?，但是有一些指令是需要記住的，如DJNZ指令是雙周期指令。下面讓我們來計算剛才的延時。首先必須要知道晶振的頻率，我們設(shè)所用晶振為12M，則一個機器周期就是1微秒。而DJNZ指令是雙周期指令，所以執(zhí)行一次要2個微秒。一共執(zhí)行62500次，正好125000微秒，也就是125毫秒。練習：設(shè)計一個延時100毫秒的延時程序。要點分析：1、一個單元中的數(shù)是否可以超過255。2、如何分配兩個數(shù)。七)、復位電路任何單片機在工作之前都要有個復位的過程，復位是什么意思呢？它就象是我們上課之前打的預(yù)備鈴。預(yù)備鈴一響，大家就自動地從操場、其它地方進入教室了，在這一段時間里，是沒有老師干預(yù)的，對單片機來說，是程序還沒有開始執(zhí)行，是在做準備工作。顯然，準備工作不需要太長的時間，復位只需要5ms的時間就可以了。如何進行復位呢？只要在單片機的RST引腳上加上高電平，就可以了，按上面所說，時間不少于5ms。為了達到這個要求，可以用很多種方法，這里提供一種供參考，見圖1。實際上，我們在上一次實驗的圖中已見到過了。這種復位電路的工作原理是：通電時，電容兩端相當于是短路，于是RST引腳上為高電平，然后電源通過電阻對電容充電，RST端電壓慢慢下降，降到一定程序，即為低電平，單片機開始正常工作。

八).第三個實驗上兩次我們做過兩個實驗，都是讓P1.0這個引腳使燈亮，我們可以設(shè)想：既然P1.0可以讓燈亮，那么其它的引腳可不可以呢？看一下圖1，它是8031單片機引腳的說明，在P1.0旁邊有P1.1，P1.2….P1.7，它們是否都可以讓燈亮呢？除了以P1開頭的外，還有以P0，P2，P3開頭的，數(shù)一下，一共是32個引腳，前面我們以學過7個引腳，加上這32個這39個了。它們都以P字開頭，只是后面的數(shù)字不一樣，它們是否有什么聯(lián)系呢？它們能不能都讓燈亮呢？在我們的實驗板上，除了P10之外，還有P11��P17都與LED相連，下面讓我們來做一個實驗，程序如下：MAIN：MOVP1，#0FFHLCALLDELAYMOVP1，#00HLCALLDELAYLJMPMAINDELAY：MOVR7，#250D1：MOVR6，#250D2：DJNZR6，D2DJNZR7，D1RETEND將這段程序轉(zhuǎn)為機器碼，用編程器寫入芯片中，結(jié)果如何？通電以后我們可以看到8只LED全部在閃動。因此，P10��P17是全部可以點亮燈的。事實上，凡以P開頭的這32個引腳都是可以點亮燈的，也就是說：這32個引腳都可以作為輸出使用，如果不用來點亮LED，可以用來控制繼電器，可以用來控制其它的執(zhí)行機構(gòu)。程序分析：這段程序和前面做過的程序比較，只有兩處不一樣：第一句：原來是SETBP1.0，現(xiàn)在改為MOVP1，#0FFH，第三句：原來是CLRP1.0，現(xiàn)在改為MOVP1.0，#00H。從中可以看出，P1是P1.0��P1.7的全體的代表，一個P1就表示了所有的這八個管腳了。當然用的指令也不一樣了，是用MOV指令。為什么用這條指令？看圖2，我們把P1作為一個整體，就把它當作是一個存儲器的單元，對一個單元送進一個數(shù)可以用MOV指令。九)、第四個實驗除了可以作為輸出外，這32個引腳還可以做什么呢？下面再來做一個實驗，程序如下：MAIN：MOVP3，#0FFHLOOP：MOVA，P3MOVP1，ALJMPLOOP先看一下實驗的結(jié)果：所有燈全部不亮，然后我按下一個按鈕，第（）個燈亮了，再按下另一個按鈕，第（）個燈亮了，松開按鈕燈就滅了。從這個實驗現(xiàn)象結(jié)合電路來分析一下程序。從硬件電路的連線可以看出，有四個按鈕被接入到P3口的P32，P33，P34，P35。第一條指令的用途我們可以猜到：使P3口全部為高電平。第二條指令是MOVA，P3，其中MOV已經(jīng)見，是送數(shù)的意思，這條指令的意思就是將P3口的數(shù)送到A中去，我們可以把A當成是一個中間單元（看圖3），第三句話是將A中的數(shù)又送到P1口去，第四句話是循環(huán)，就是不斷地重復這個過程，這我們已見過。當我們按下第一個按鈕時，第（3）只燈亮了，所以P12口應(yīng)當輸出是低電平，為什么P12口會輸出低電平呢？我們看一下有什么被送到了P1口，只有從P3口進來的數(shù)送到A，又被送到了P1口，所以，肯定是P3口進來的數(shù)使得P12位輸出電平的。P3口的P32位的按鈕被按下，使得P32位的電平為低，通過程序，又使P12口輸出低電平，所以P3口起來了一個輸入的作用。驗證：按第二、三、四個按鈕，同時按下2個、3個、4個按鈕都可以得到同樣的結(jié)論，所以P3口確實起到了輸入作用，這樣，我們可以看到，以P字開頭的管腳，不僅可以用作輸出，還可以用作輸入，其它的管腳是否可以呢？是的，都可以。這32個引腳就稱之為并行口，下面我們就對并行口的結(jié)構(gòu)作一個分析，看一下它是怎樣實現(xiàn)輸入和輸出的。并行口結(jié)構(gòu)分析：1、輸出結(jié)構(gòu)先看P1口的一位的結(jié)構(gòu)示意圖（只畫出了輸出部份）：從圖中可以看出，開關(guān)的打開和合上代表了引腳輸出的高和低，如果開關(guān)合上了，則引腳輸出就是低，如果開關(guān)打開了，則輸出高電平，這個開關(guān)是由一根線來控制的，這根數(shù)據(jù)總線是出自于CPU，讓我們回想一下，數(shù)據(jù)總線是一根大家公用的線，很多的器件和它連在一起，在不同的時候，不同的器件當然需要不同的信號，如某一時刻我們讓這個引腳輸出高電平，并要求保持若干時間，在這段時間里，計算機當然在忙個不停，在與其它器件進行聯(lián)絡(luò)，這根控制線上的電平未必能保持原來的值不變，輸出就會發(fā)生變化了。怎么解決這個問題呢？我們在存儲器一節(jié)中學過，存儲器中是可以存放電荷的，我們不妨也加一個小的存儲器的單元，并在它的前面加一個開關(guān)，要讓這一位輸出時，就把開關(guān)打開，信號就進入存儲器的單元，然后馬上關(guān)閉開關(guān)，這樣這一位的狀態(tài)就被保存下來，直到下一次命令讓它把開關(guān)再打開為止。這樣就能使這一位的狀態(tài)與別的器件無關(guān)了，這么一個小單元，我們給它一個很形象的名字，稱之為“鎖存器”。2、輸入結(jié)構(gòu)這是并行口的一位的輸出結(jié)構(gòu)示意圖，再看，除了輸出之外，還有兩根線，一根從外部引腳接入，另一根從鎖存器的輸出接出，分別標明讀引腳和讀鎖存器。這兩根線是用于從外部接收信號的，為什么要兩根呢？原來，在51單片機中輸入有兩種方式，分別稱為‘讀引腳’和‘讀鎖存器’，第一種方式是將引腳作為輸入，那是真正地從外部引腳讀進輸入的值，第二種方式是該引腳處于輸出狀態(tài)時，有時需要改變這一位的狀態(tài)，則并不需要真正地讀引腳狀態(tài)，而只是讀入鎖存器的狀態(tài)，然后作某種變換后再輸出。請注意輸入結(jié)構(gòu)圖，如果將這一根引線作為輸入口使用，我們并不能保證在任何時刻都能得到正確的結(jié)果（為什么？）參考圖2輸入示意圖。接在外部的開關(guān)如果打開，則應(yīng)當是輸入1，而如果閉合開關(guān)，則輸入0，但是，如果單片機內(nèi)部的開關(guān)是閉合的，那么不管外部的開關(guān)是開還是閉，單片機接受到的數(shù)據(jù)都是0?？梢?，要讓這一端口作為輸入使用，要先做一個‘準備工作’，就是先讓內(nèi)部的開關(guān)斷開，也就是讓端口輸出‘1’才行。正因為要先做這么一個準備工作，所以我們稱之為“準雙向I/O口”。以上是P1口的一位的結(jié)構(gòu)，P1口其它各位的結(jié)構(gòu)與之相同，而其它三個口：P0、P2、P3則除入作為輸入輸出口之外還有其它用途，所以結(jié)構(gòu)要稍復雜一些，但其用于輸入、輸出的結(jié)構(gòu)是相同的?？磮D（）。對我們來說，這些附加的功能不必由我們來控制，所以我們就不去關(guān)心它了。

初學單片機幾個不易掌握的概念隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，計算機已深入地滲透到我們的生活中，許多電子愛好者開始學習單片機知識，但單片機的內(nèi)容比較抽象，相對電子愛好者已熟悉的模擬電路、數(shù)字電路，單片機中有一些新的概念，這些概念非常基本以至于一般作者不屑去談，教材自然也不會很深入地講解這些概念，但這些內(nèi)容又是學習中必須要理解的，下面就結(jié)合本人的學習經(jīng)驗，對這些最基本概念作一說明，希望對自學者有所幫助。1、總線：我們知道，一個電路總是由元器件通過電線連接而成的，在模擬電路中，連線并不成為一個問題，因為各器件間一般是串行關(guān)系，各器件之間的連線并不很多，但計算機電路卻不一樣，它是以微處理器為核心，各器件都要與微處理器相連，各器件之間的工作必須相互協(xié)調(diào)，所以就需要的連線就很多了，如果仍如同模擬電路一樣，在各微處理器和各器件間單獨連線，則線的數(shù)量將多得驚人，所以在微處理機中引入了總線的概念，各個器件共同享用連線，所有器件的8根數(shù)據(jù)線全部接到8根公用的線上，即相當于各個器件并聯(lián)起來，但僅這樣還不行，如果有兩個器件同時送出數(shù)據(jù)，一個為0，一個為1，那么，接收方接收到的究竟是什么呢？這種情況是不允許的，所以要通過控制線進行控制，使器件分時工作，任何時候只能有一個器件發(fā)送數(shù)據(jù)（可以有多個器件同時接收）。器件的數(shù)據(jù)線也就被稱為數(shù)據(jù)總線，器件所有的控制線被稱為控制總線。在單片機內(nèi)部或者外部存儲器及其它器件中有存儲單元，這些存儲單元要被分配地址，才能使用，分配地址當然也是以電信號的形式給出的，由于存儲單元比較多，所以，用于地址分配的線也較多，這些線被稱為地址總線。2、數(shù)據(jù)、地址、指令：之所以將這三者放在一起，是因為這三者的本質(zhì)都是一樣的──數(shù)字，或者說都是一串‘0’和‘1’組成的序列。換言之，地址、指令也都是數(shù)據(jù)。指令：由單片機芯片的設(shè)計者規(guī)定的一種數(shù)字，它與我們常用的指令助記符有著嚴格的一一對應(yīng)關(guān)系，不可以由單片機的開發(fā)者更改。地址：是尋找單片機內(nèi)部、外部的存儲單元、輸入輸出口的依據(jù)，內(nèi)部單元的地址值已由芯片設(shè)計者規(guī)定好，不可更改，外部的單元可以由單片機開發(fā)者自行決定，但有一些地址單元是一定要有的（詳見程序的執(zhí)行過程）。數(shù)據(jù)：這是由微處理機處理的對象，在各種不同的應(yīng)用電路中各不相同，一般而言，被處理的數(shù)據(jù)可能有這么幾種情況：1)·地址（如MOVDPTR，#1000H），即地址1000H送入DPTR。2)·方式字或控制字（如MOVTMOD，#3），3即是控制字。3)·常數(shù)（如MOVTH0，#10H）10H即定時常數(shù)。4)·實際輸出值（如P1口接彩燈，要燈全亮，則執(zhí)行指令：MOVP1，#0FFH，要燈全暗，則執(zhí)行指令：MOVP1，#00H）這里0FFH和00H都是實際輸出值。又如用于LED的字形碼，也是實際輸出的值。理解了地址、指令的本質(zhì)，就不難理解程序運行過程中為什么會跑飛，會把數(shù)據(jù)當成指令來執(zhí)行了。3、P0口、P2口和P3的第二功能用法初學時往往對P0口、P2口和P3口的第二功能用法迷惑不解，認為第二功能和原功能之間要有一個切換的過程，或者說要有一條指令，事實上，各端口的第二功能完全是自動的，不需要用指令來轉(zhuǎn)換。如P3.6、P3.7分別是WR、RD信號，當微片理機外接RAM或有外部I/O口時，它們被用作第二功能，不能作為通用I/O口使用，只要一微處理機一執(zhí)行到MOVX指令，就會有相應(yīng)的信號從P3.6或P3.7送出，不需要事先用指令說明。事實上‘不能作為通用I/O口使用’也并不是‘不能’而是（使用者）‘不會’將其作為通用I/O口使用。你完全可以在指令中按排一條SETBP3.7的指令，并且當單片機執(zhí)行到這條指令時，也會使P3.7變?yōu)楦唠娖?，但使用者不會這么去做，因為這通常這會導致系統(tǒng)的崩潰（即死機）。4、程序的執(zhí)行過程單片機在通電復位后8051內(nèi)的程序計數(shù)器（PC）中的值為‘0000’，所以程序總是從‘0000’單元開始執(zhí)行，也就是說：在系統(tǒng)的ROM中一定要存在‘0000’這個單元，并且在‘0000’單元中存放的一定是一條指令。5、堆棧堆棧是一個區(qū)域，是用來存放數(shù)據(jù)的，這個區(qū)域本身沒有任何特殊之處，就是內(nèi)部RAM的一部份，特殊的是它存放和取用數(shù)據(jù)的方式，即所謂的‘先進后出，后進先出’，并且堆棧有特殊的數(shù)據(jù)傳輸指令，即‘PUSH’和‘POP’，有一個特殊的專為其服務(wù)的單元，即堆棧指針SP，每當執(zhí)一次PUSH指令時，SP就（在原來值的基礎(chǔ)上）自動加1，每當執(zhí)行一次POP指令，SP就（在原來值的基礎(chǔ)上）自動減1。由于SP中的值可以用指令加以改變，所以只要在程序開始階段更改了SP的值，就可以把堆棧設(shè)置在規(guī)定的內(nèi)存單元中，如在程序開始時，用一條MOVSP，#5FH指令，就時把堆棧設(shè)置在從內(nèi)存單元60H開始的單元中。一般程序的開頭總有這么一條設(shè)置堆棧指針的指令，因為開機時，SP的初始值為07H，這樣就使堆棧從08H單元開始往后，而08H到1FH這個區(qū)域正是8031的第二、三、四工作寄存器區(qū)，經(jīng)常要被使用，這會造成數(shù)據(jù)的渾亂。不同作者編寫程序時，初始化堆棧指令也不完全相同，這是作者的習慣問題。當設(shè)置好堆棧區(qū)后，并不意味著該區(qū)域成為一種專用內(nèi)存，它還是可以象普通內(nèi)存區(qū)域一樣使用，只是一般情況下編程者不會把它當成普通內(nèi)存用了。6、單片機的開發(fā)過程這里所說的開發(fā)過程并不是一般書中所說的從任務(wù)分析開始，我們假設(shè)已設(shè)計并制作好硬件，下面就是編寫軟件的工作。在編寫軟件之前，首先要確定一些常數(shù)、地址，事實上這些常數(shù)、地址在設(shè)計階段已被直接或間接地確定下來了。如當某器件的連線設(shè)計好后，其地址也就被確定了，當器件的功能被確定下來后，其控制字也就被確定了。然后用文本編緝器（如EDIT、CCED等）編寫軟件，編寫好后，用編譯器對源程序文件編譯，查錯，直到?jīng)]有語法錯誤，除了極簡單的程序外，一般應(yīng)用仿真機對軟件進行調(diào)試，直到程序運行正確為止。運行正確后，就可以寫片（將程序固化在EPROM中）。在源程序被編譯后，生成了擴展名為HEX的目標文件，一般編程器能夠識別這種格式的文件，只要將此文件調(diào)入即可寫片。在此，為使大家對整個過程有個認識，舉一例說明：ORG0000HLJMPSTARTORG040HSTART：MOVSP，#5FH;設(shè)堆棧LOOP：NOPLJMPLOOP；循環(huán)END；結(jié)束表1:03000000020040BB:0700400075815F000200431F表2020040FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF75815F00020043表3表1為源程序，表2是匯編后得到的HEX文件，表3是由HEX文件轉(zhuǎn)換成的目標文件，也就是最終寫入EPROM的文件，它由編程器轉(zhuǎn)換得到，也可以由HEXBIN一類的程序轉(zhuǎn)換得到。學過手工匯編者應(yīng)當不難找出表3與表1的一一對應(yīng)關(guān)系，值得注意的是從020040后開始的一長串‘FF’，直到7581，這是由于偽指令：ORG040H造成的結(jié)果。7、仿真、仿真機仿真是單片機開發(fā)過程中非常重要的一個環(huán)節(jié)，除了一些極簡單的任務(wù)，一般產(chǎn)品開發(fā)過程中都要進行仿真，仿真的主要目的是進行軟件調(diào)試，當然借助仿真機，也能進行一些硬件排錯。一塊單片機應(yīng)用電路板包括單片機部份及為達到使用目的而設(shè)計的應(yīng)用電路，仿真就是利用仿真機來代替應(yīng)用電路板（稱目標機）的單片機部份，對應(yīng)用電路部份進行測試、調(diào)試。仿真有CPU仿真和ROM仿真兩種，所謂CPU仿真是指用仿真機代替目標機的CPU，由仿真機向目標機的應(yīng)用電路部份提供各種信號、數(shù)據(jù)，進行調(diào)試的方法。這種仿真可以通過單步運行、連續(xù)運行等多種方法來運行程序，并能觀察到單片機內(nèi)部的變化，便于改正程序中的錯誤。所謂ROM仿真，就是用仿真機代替目標機的ROM，目標機的CPU工作時，從仿真機中讀取程序，并執(zhí)行。這種仿真其實就是將仿真機當成一片EPROM，只是省去了擦片、寫片的麻煩，并沒有多少調(diào)試手段可言。通常這是二種不同類型的仿真機，也就是說，一臺仿真機不能既做CPU仿真，又做ROM仿真?？赡艿那闆r下，當然以CPU仿真好。以上系個人對單片機的理解，如有不對之處，請諸位多多指點

附錄:★AT89系列單片機及AT51pro編程器

8051是在國內(nèi)有著很大影響的單片機。凡從事單片機開發(fā)的人，沒有不知道它的大名！很多行家高手都是從8051入手的。

自從有單片機至今幾十年，在其家族里以8051內(nèi)核的單片機仍是霸主地位，加之很多著名廠商相繼推出與8051兼容的單片機，可以預(yù)見，在今后相當長的一段時間里，8051及其兼容品仍會出現(xiàn)在眾多電子產(chǎn)品中。

在眾多8051兼容品中，美國ATMEL公司所生產(chǎn)的AT89系列單片機具有內(nèi)部Flash(閃速)存儲器，由于閃速存儲器可反復擦寫，這給初學者學習單片機提供了極大的方便，在有一臺電腦和本編程器的情況下，通過自學，一般一個月左右的時間即可掌握8051系列單片機的開發(fā)。在學會8051單片機后，再學其他單片機自會觸類旁通，因單片機的開發(fā)方法大同小異。

由于AT89C單片機具有可反復燒寫的特點，在設(shè)計程序時可反復修改原程序、編譯、并燒寫到單片機，若程序稍復雜點再配合軟件仿真排錯，直至完成設(shè)計，完全沒必要再使用昂貴的仿真器。

本編程器可對AT89系列單片機的AT89C51、AT89C4051、AT89C2051、AT89C1051進行讀出、擦除、寫入、加密等；不但適合初學者，更適合電子廠的批量燒寫。由于功能專一，功能和效果一點也不比高檔編程器差。

編程器與電腦采用并口方式連接，要求將電腦CMOS中的并口設(shè)置成EPP模式（沒有EPP功能的電腦現(xiàn)在很少見到）軟件環(huán)境為簡體中文Windows9x?！顰T51pro單片機編程器可識別的文件格式

AT51Pro編程器可讀取的磁盤文件格式有兩種：（1）INTELHEX格式，其后綴為.hex；（2）二進制BIN文件，后綴為.bin；這也是目前大多數(shù)編譯器產(chǎn)生的兩種最終文件。若你對這種文件從哪里來還不清楚，請看單片機教學。

程序讀取文件的長度與所選單片機程序存儲器ROM大小有關(guān)，當讀取的文件長度超過單片機ROM容量時，程序會自動提取與ROM容量相等的前一部分數(shù)據(jù)以適合編程要求。

文件保存時均以INTEL的HEX格式保存?！顰T51pro單片機編程器可編程的單片機種類

AT51Pro編程器可編程AT89C51、AT89C4051、AT89C2051、AT89C1051四種單片機，對于AT89C51直接插入編程器的40腳座中進行編程；而AT89C4051、AT89C2051及AT89C1051需用配套的轉(zhuǎn)換座轉(zhuǎn)換后插入40腳座中編程。見下圖：（另可提供PLCC方型AT89C51轉(zhuǎn)換座）★AT51pro單片機編程器對單片機數(shù)