微控制器原理及應(yīng)用全課件1-3章

微控制器

——原理及應(yīng)用——2第一章緒論微控制器(單片機)就是在一塊半導(dǎo)體硅片上集成了微處理器(CPU)、存儲器(RAM、ROM)和各種功能單元(定時器/計數(shù)器、并行I/O口、串行口、ADC等)的集成電路芯片。這樣一塊集成電路芯片具有一臺計算機的屬性，因而被稱為單片微型計算機(SingleChipMicrocomputer)，簡稱單片機。為了更好地體現(xiàn)其控制應(yīng)用，在國際上，一般把單片機稱為微控制器(MicroControllerUnit，MCU)。圖1-1所示為較常用的STC12C5A60S2微控制器芯片。1.1什么是微控制器(單片機)3圖1-1微控制器芯片4MCU按照其用途可以分為通用型和專用型兩大類。通用型MCU具有比較豐富的內(nèi)部資源，性能全面且適應(yīng)性強，可滿足多種應(yīng)用需求。專用型MCU是專門針對某些產(chǎn)品的特定用途而制作的MCU，如打印機、家用電器、健身器材以及各種通信設(shè)備中的專用MCU。5MCU的發(fā)展歷史大致可分為四個階段。第一階段(1974年—1976年)：MCU初級階段。第二階段(1976年—1978年)：低性能MCU階段。以Intel公司制造的MCS-48系列MCU為代表。

第三階段(1978年—1982年)：高性能MCU階段。典型代表有Intel公司制造的MCS-5l系列MCU、Freescale公司(原Motorola公司的半導(dǎo)體事業(yè)部)的6801和Zilog公司的Z8等。1.2微控制器的發(fā)展歷史6

第四階段(1982年—現(xiàn)在)：8位MCU鞏固發(fā)展，大量應(yīng)用；16位MCU逐漸占有一席之地；32位MCU推出階段。8位MCU代表廠家為ATMEL、NXP(原Philips的半導(dǎo)體事業(yè)部)、SiliconLab、STC等。對于16位MCU來說，代表廠家為TI、Freescale、凌陽等。但隨著32位MCU的推出，尤其是ARM公司Cortex系列MCU的推出，16位MCU處于比較尷尬的境地。7盡管目前8位MCU種類繁多，但其中最具代表性的是Intel公司的MCS-51系列MCU。80C51系列MCU是在MCS-51的基礎(chǔ)上于20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的，其功能有很大增強。直到現(xiàn)在，80C51系列MCU仍然是8位MCU的主流品種。本書將以80C51系列MCU為主，介紹微控制器的原理及其應(yīng)用。8從近40年MCU的發(fā)展歷程可以看出，它正朝多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價格、擴大存儲容量和加強I/O功能及結(jié)構(gòu)兼容方向發(fā)展，圖1-2所示為微控制器最小系統(tǒng)。圖1-2微控制器最小系統(tǒng)1.2微控制器的發(fā)展趨勢9微控制器今后的發(fā)展趨勢為以下幾個方面。1)多功能化MCU可集成越來越多的內(nèi)置部件，常用的部件有:

(1)存儲器類，包括程序存儲器MROM/OTPROM/EPROM/EEPROM/FlashROM和數(shù)據(jù)存儲器SRAM/SDRAM/SSRAM。

(2)串行接口類，包括UART、SPI、I2C、CAN、IR、Ethernet、HDLC。

(3)并行接口類，包括Centronics、PCI、IDE、GPIO等。10(4)定時和時鐘類，包括定時器/計數(shù)器、實時時鐘(RTC)、Watchdog、Clockout。(5)專用和外圍接口類，包括Comparer(比較器)、ADC、DAC、LCD控制器、DMA、PWM、PLL、溫度傳感器等。112)多核化隨著嵌入式應(yīng)用的深入，特別是在數(shù)字通信和網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，對處理器提出了更高的要求。為滿足這種要求，現(xiàn)在已出現(xiàn)多核結(jié)構(gòu)的處理器。123)低功耗化現(xiàn)在新推出的MCU的功耗越來越低，很多MCU都有多種工作方式，包括等待、暫停、休眠、空閑、節(jié)電等工作方式。134)寬工作電壓擴大電源電壓范圍以及在較低電壓下仍能工作是現(xiàn)在新推出的MCU的一個特點。目前一般MCU都可以在3.3～5.5V的范圍內(nèi)工作，有些產(chǎn)品則可以在2.2～6V的范圍內(nèi)工作。145)封裝小型化現(xiàn)在MCU的封裝水平已大大提高，有越來越多的MCU采用了各種貼片封裝形式，以滿足便攜式手持設(shè)備的需要。Microchip公司推出了目前世界上體積最小的6引腳PICl0F2XX系列MCU。156)低噪聲布線技術(shù)在過去一般MCU中，電源與地引腳是安排在芯片封裝的對角上，即左上、右下或右上、左下位置上。這種安排會使電源噪聲對MCU的內(nèi)部電路造成的干擾相對較大?，F(xiàn)在很多MCU都把電源和地引腳安排在兩個相鄰的引腳上。這樣既降低了干擾，又便于在印制電路板上對去耦電容器進行布線，降低系統(tǒng)的噪聲，如STC15F2K6052。16MCU之所以應(yīng)用如此廣泛，主要原因是以MCU為核心構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)具有以下優(yōu)點。功能齊全，應(yīng)用可靠，抗干擾能力強。(2)簡單方便，易于普及。(3)發(fā)展迅速，前景廣闊。(4)嵌入容易，用途廣泛。MCU的體積小、性價比高、應(yīng)用靈活性強。1.4微控制器的特點及應(yīng)用1.4.1微控制器的特點17MCU主要應(yīng)用在檢測、控制領(lǐng)域，它具有小巧靈活、成本低、可靠性好、適應(yīng)溫度范圍寬、易擴展等特點。以下是MCU應(yīng)用領(lǐng)域的舉例。1)家用電器領(lǐng)域目前國內(nèi)家用電器已普遍采用MCU控制取代傳統(tǒng)的控制電路。1.4.2微控制器的應(yīng)用183)商業(yè)營銷領(lǐng)域在商業(yè)營銷領(lǐng)域已廣泛使用的電子稱、收款機、條形碼閱讀器、倉儲安全監(jiān)測系統(tǒng)、商場保安系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、冷凍保鮮系統(tǒng)中，已紛紛采用MCU構(gòu)成專用系統(tǒng)。2)辦公自動化領(lǐng)域現(xiàn)代辦公室中所使用的大量通信、信息產(chǎn)品多數(shù)都采用了MCU。4)工業(yè)自動化工業(yè)過程控制、過程監(jiān)測、工業(yè)控制器及機電一體化控制系統(tǒng)等這些系統(tǒng)除一些小型工控機之外，許多都是由MCU為核心的單機或多機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。195)智能儀表與傳感器網(wǎng)絡(luò)目前各種變送器、電氣測量儀表普遍采用MCU應(yīng)用系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的測量系統(tǒng)，使測量系統(tǒng)具有各種智能化功能。6)汽車電子設(shè)備MCU已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各種汽車電子設(shè)備中，如汽車安全系統(tǒng)、智能自動駕駛系統(tǒng)、汽車集中顯示系統(tǒng)、衛(wèi)星汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車防撞監(jiān)控系統(tǒng)、汽車自動診斷系統(tǒng)及汽車黑匣子等。207)武器裝備在現(xiàn)代化的武器裝備中，如飛機、軍艦、大炮、坦克、導(dǎo)彈、魚類制導(dǎo)、智能武器裝備、航天飛機導(dǎo)航系統(tǒng)，都有MCU作為主控芯片嵌入其中，發(fā)揮著重要作用。綜上所述，MCU應(yīng)用的意義絕不限于它的功能及所帶來的經(jīng)濟效益，更重要的意義在于，MCU的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。2180C51系列MCU是在MCS-51系列的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。早期的80C31只是MCS-51系列眾多芯片中的一類，但是隨著后來的發(fā)展，80C51MCU已經(jīng)形成獨立的系列，并且成為當(dāng)前8位MCU的典型代表。下面介紹最近十幾年在我國比較流行的幾個系列的MCU。1.580C51系列微控制器簡介221)

Atmel公司生產(chǎn)的AT89C5X系列MCUAT89C5X系列MCU繼承了80C51的全部功能，在引腳以及指令系統(tǒng)方面完全兼容。此外，AT89C5X系列MCU中的某些型號又增加了一些新的功能，如WDT、ISP及SPI串行總線技術(shù)等。其中AT89S51增加了ISP及SPI，其時鐘頻率最高達33MHz，F(xiàn)lash存儲器不但允許并行重復(fù)編程，還支持在線可編程寫入技術(shù)，串行寫入、速度更快、穩(wěn)定性更好，燒寫電壓也僅需要4～5V。另外，AT89S51也支持由軟件選擇的兩種低功耗方式，非常適合于電池供電或其他要求低功耗的場合。23表1-1Atmel公司生產(chǎn)的AT89C5X系列MCU主要產(chǎn)品的片內(nèi)硬件資源24

2)

STC公司生產(chǎn)的STC89C系列及STC12C系列MCU(1)

STC89C系列MCU性能特點：最高工作頻率為80MHz，F(xiàn)lash程序儲存器容量為4～64KB，RAM數(shù)據(jù)儲存器容量512～1280B，內(nèi)部集成E2PROM2～16KB及看門狗和專用復(fù)位電路，部分集成ADC。25表1-2STC公司生產(chǎn)的STC89C系列MCU主要產(chǎn)品的片內(nèi)硬件資源26

(2)

STC12C系列MCU性能特點：單時鐘/機器周期，超小封裝，2～4路PWM，8～10位高速ADC，F(xiàn)lash程序儲存器512B～12KB，RAM數(shù)據(jù)儲存器256～512B，集成1KB的E2PROM及硬件WDT。產(chǎn)品都有低功耗功能，都有ISP和IAP功能，以及強抗干擾和降低EMI性能。27表1-3STC公司生產(chǎn)的STC12C系列MCU主要產(chǎn)品的片內(nèi)硬件資源283)

SiliconLabs公司生產(chǎn)的C8051F系列MCUC8051F有多個系列，如C8051F02X系列、C8051F04X系列、C8051F06X系列、C8051F34X系列、C8051F35X系列、C8051F41X系列等。我們以C8051F04X系列MCU為例進行介紹。C8051F04X系列是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型MCU，具有64個數(shù)字I/O引腳(C8051F040/2/4/6)或32個數(shù)字I/O引腳(C8051F041/3/5/7)，片內(nèi)集成了一個CAN2.0B控制器。下面給出了C8051F04X系列MCU的一些主要特性：29(1)高速、流水線結(jié)構(gòu)的80C51兼容的CIP-51內(nèi)核(可達25MIPS)。(2)集成CAN2.0B控制器，具有32個消息對象，每個消息對象有其自己的標(biāo)識。(3)全速、非侵入式的系統(tǒng)調(diào)試接口(片內(nèi))。(4)真正12位(C8051F040/1)或10位(C8051F042/3/4/5/6/7)、100ksps的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開關(guān)。(5)允許高電壓差分放大器輸入到12/10位ADC(60V峰-峰值)，增益可編程。30(6)真正8位500ksps的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開關(guān)(C8051F040/1/2/3)。(7)兩個12位DAC，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式(C8051F040/1/2/3)。(8)

64KB(C8051F040/1/2/3/4/5)或32KB(C8051F046/7)可在系統(tǒng)編程的FlashROM。(9)

4352(4KB+256B)B的片內(nèi)RAM。(10)可尋址64KB地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲器接口。

(11)硬件實現(xiàn)的SPI、SMBus/I2C和兩個UART串行接口。(12)

5個通用的16位定時器。31(13)具有6個捕捉/比較模塊的可編程計數(shù)器/定時器陣列。(14)片內(nèi)看門狗定時器、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器。具有片內(nèi)VDD監(jiān)視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器的C8051F04X系列器件是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)。所有模擬和數(shù)字外設(shè)均可由用戶固件使能/禁止和配置。FlashROM還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新固件。32片內(nèi)JTAG調(diào)試電路允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)品上的MCU進行非侵入式(不占用片內(nèi)資源)、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持斷點、觀察點、單步及運行和停機命令。在使用JTAG調(diào)試時，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運行。每個MCU都可在工業(yè)溫度范圍(-45～+85℃)工作，工作電壓為2.7～3.6V。端口I/O、和JTAG引腳都容許5V的輸入信號電壓。C8051F040/2/4/6為100管腳TQFP封裝，C8051F041/3/5/7為64管腳TQFP封裝。33表1-4

C8051F04X系列MCU的主要產(chǎn)品片內(nèi)硬件資源微控制器

——原理及應(yīng)用——35第二章80C51系列微控制器的片內(nèi)基本結(jié)構(gòu)

MCU的結(jié)構(gòu)特征是將組成計算機的基本部件集成在一塊電路芯片上，有的MCU生產(chǎn)廠家還集成了一些應(yīng)用于測量和控制的特殊部件，從而構(gòu)成了一個強大的計算機系統(tǒng)芯片。典型80C51系列MCU的基本組成結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。下面分別對典型80C51系列MCU各組成部件進行簡單介紹。2.180C51系列微控制器的硬件組成圖2-1典型80C51系列MCU的基本組成結(jié)構(gòu)371．微處理器(CPU)80C51系列MCU中的中央處理器(CPU)是一個8位的處理器，和通用微處理器基本相同，同樣包括了運算器和控制器兩大部分，為了增強實時性，添加了“面向控制”的處理功能，如位處理、查表、多種跳轉(zhuǎn)、乘除法運算、狀態(tài)檢測、中斷處理等。382．程序存儲器(ROM)MCU的存儲器有兩種基本結(jié)構(gòu)：普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)和哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)。普林斯頓結(jié)構(gòu)，又稱為馮·諾依曼結(jié)構(gòu)，是一種將程序指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合并在一個存儲空間的存儲器結(jié)構(gòu)，取指令和取操作數(shù)都在同一總線上，通過分時復(fù)用的方式進行；哈佛結(jié)構(gòu)是一種將程序指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的存儲器結(jié)構(gòu)，它的主要特點是將程序和數(shù)據(jù)存儲在不同的存儲空間中，即程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是兩個獨立的存儲器，每個存儲器獨立編址、獨立訪問，優(yōu)點是減輕了程序運行時的訪存瓶頸?？紤]到MCU“面向控制”的實際應(yīng)用的特點和實時性的要求，80C51系列MCU采用的結(jié)構(gòu)是哈佛結(jié)構(gòu)。39

3．?dāng)?shù)據(jù)存儲器(RAM)在MCU中，用隨機存取存儲器(RAM)來存儲程序在運行期間的工作變量和數(shù)據(jù)，所以稱為數(shù)據(jù)存儲器。一般在80C51系列MCU內(nèi)部設(shè)置一定容量(128～256B)的RAM。在80C51系列MCU中，常把寄存器(如工作寄存器、特殊功能寄存器、堆棧等)在邏輯上劃分在片內(nèi)RAM空間中，所以可將80C51系列MCU內(nèi)部RAM看成是寄存器堆，這樣的結(jié)構(gòu)也有利于運行速度的提高。對某些應(yīng)用系統(tǒng)還可在外部擴展數(shù)據(jù)存儲器。40

4．可編程并行I/O口為了滿足“面向控制”的實際應(yīng)用的需要，MCU提供了數(shù)量多、功能強、使用靈活的并行I/O口。不同MCU的并行I/O電路在結(jié)構(gòu)上稍有差異。有些MCU的并行I/O口，不僅可靈活地選作輸入/輸出，而且還具有多種功能。例如，80C51系列MCU的P0口，它既是I/O口，又是系統(tǒng)總線，從而為擴展外部存儲器和I/O接口提供了方便，大大拓寬了MCU的應(yīng)用范圍。41

5．全雙工串行口(UART)現(xiàn)在的80C51系列MCU均配置了全雙工串行口，有的80C51系列MCU(SiliconLabs公司的MCU)甚至配置了多個串行口。串行口提供了與某些終端設(shè)備進行串行通信或和一些特殊功能的器件相連的能力，甚至可用多個MCU相連構(gòu)成多機系統(tǒng)，使MCU的功能更強且應(yīng)用更廣。426．定時器/計數(shù)器(T/C)在MCU的實際應(yīng)用中，往往需要精確的定時，或者對外部事件進行計數(shù)。為了減少軟件開銷和提高MCU的實時控制能力，現(xiàn)在的MCU均在內(nèi)部配置了定時器/計數(shù)器電路，通過中斷，實現(xiàn)定時/計數(shù)的自動處理。43

7．中斷控制系統(tǒng)中斷控制系統(tǒng)的加入有效地解決了快速CPU與慢速外部設(shè)備之間的矛盾，可使CPU與外部設(shè)備并行工作，大大提高了工作效率；可以及時處理控制系統(tǒng)中許多隨機產(chǎn)生的參數(shù)與信息，即計算機具有實時處理的能力，從而提高了控制系統(tǒng)的性能；使系統(tǒng)具備了處理故障的能力，提高了系統(tǒng)自身的可靠性。442.289C51系列微控制器的引腳介紹學(xué)習(xí)MCU首先必須知道怎樣設(shè)計電路及怎樣連線，這就需要了解MCU的引腳。熟悉并牢記各引腳的功能，是學(xué)好用好MCU的基本功。89C51芯片是DIP(DualIn-linePackage)封裝的，有40個引腳，如圖2-2(a)所示。89C52芯片與89C51芯片封裝形式一樣。由于技術(shù)的進步及可靠性、小型化的要求，在應(yīng)用中，現(xiàn)在的MCU出現(xiàn)了多種封裝形式。45例如，STC公司的MCU，封裝形式有SOP(SmallOut-linePackage)、PQFP(PlasticQuadFlatPackage)、LQFP(LowrofileQuadFlatPackage)，如圖2-2(b)所示；NXP公司的MCU，封裝形式有LQFP、TSOP(ThinSmallOut-linePackage)；SiliconLabs公司的MCU，封裝形式有TQFP(ThinQuadFlatPackage)、QFN(QuadFlatNo-leadPackage)等。

46對于初學(xué)者來說，DIP封裝的MCU使用方便，且便于記憶管腳位置，下面就結(jié)合圖2-2介紹標(biāo)準(zhǔn)89C51DIP封裝形式的引腳功能。圖2-2標(biāo)準(zhǔn)89C51DIP和QFP封裝圖47

2.2.1電源及時鐘引腳1．電源引腳MCU使用的是+5V電源，其中40引腳(VDD)接正極，20引腳(VSS)接地。2．時鐘引腳兩個時鐘引腳XTAL1、XTAL2外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成一個振蕩器，它為MCU提供了時鐘信號。482.2.2并行I/O口標(biāo)準(zhǔn)89C51MCU具有4個I/O口，32根I/O口線。1．P0口P0口是8位、漏極開路的雙向I/O口。當(dāng)擴展片外存儲器(ROM及RAM)時，P0口用作分時復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線。492．P1口P1口是8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。在編程/校驗期間，用作輸入低位字節(jié)地址。503．P2口P2口是8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。當(dāng)擴展片外存儲器(ROM及RAM)時，P2口輸出高8位地址。在編程/校驗期間，接收高位字節(jié)地址。514．P3口P3口是8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。P3口還提供各種第二功能，在提供這些功能時，其輸出鎖存器應(yīng)由程序置1，其第二功能定義見表2-1。52表2-1P3口的第二功能定義53EA/VPP是片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。在編程時，其上施加21V或12V的編程電壓。2.2.3控制引腳控制引腳共4根。1．RSTRST是復(fù)位輸入信號端，高電平有效。振蕩器工作時，在RST上作用兩個機器周期以上的高電平，將使MCU復(fù)位。2．EA/VPP543．ALE/PROGALE/PROG輸出地址鎖存允許信號，當(dāng)訪問片外存儲器時，鎖存低字節(jié)地址。ALE以1/6時鐘頻率的速率穩(wěn)定輸出信號，可用作對外輸出的時鐘或用于定時。在對程序存儲器編程期間，用作輸入，可輸入編程脈沖(PROG)。554．PSENPSEN是片外程序存儲器選通信號，低電平有效。在從片外程序存儲器取指令期間，在每個機器周期，當(dāng)PSEN有效時，程序存儲器的內(nèi)容被送入P0口(數(shù)據(jù)總線)。562.380C51系列微控制器的CPU結(jié)構(gòu)

80C51系列MCU的CPU由運算器和控制器組成。2.3.1運算器運算器主要用來對操作數(shù)進行算術(shù)運算、邏輯運算和位操作運算。它由算術(shù)邏輯運算單元ALU(ArithmeticLogicUnit)、累加器A(ACC，ACCumulator)、寄存器B、暫存器、位處理器CY、程序狀態(tài)字PSW及BCD碼修正電路等組成。572．累加器A累加器A是CPU中使用最頻繁的一個8位寄存器，簡稱A或ACC寄存器。累加器A的作用如下。(1)累加器A是ALU單元的輸入之一，同時它又是ALU運算結(jié)果的存放單元，即ALU運算結(jié)果又通過內(nèi)部總線送入累加器A中存放。(2)

CPU中的數(shù)據(jù)傳送大多都通過累加器A，故累加器A相當(dāng)于一個數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站。583．寄存器B寄存器B是為乘法、除法操作而設(shè)置的寄存器，是ALU的輸入之一。在其他情況下，寄存器B可作為普通寄存器使用。594．程序狀態(tài)字PSW圖2-3PSW的格式.程序狀態(tài)字PSW(ProgramStatusWord)是一個逐位定義的8位的特殊功能寄存器，字節(jié)地址是0D0H，它記錄了程序運行狀態(tài)的各種信息，有時，也稱為程序狀態(tài)寄存器。它是一個程序可訪問的特殊功能寄存器，而且可以按位訪問。PSW的格式如圖2-3所示。602.3.2控制器控制器的作用是識別指令，并根據(jù)指令的性質(zhì)控制MCU各功能部件?？刂破髦饕沙绦蛴嫈?shù)器PC(ProgramCounter)、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令譯碼器、條件轉(zhuǎn)移邏輯電路及時序控制邏輯電路構(gòu)成。611．程序計數(shù)器PC程序計數(shù)器PC是一個獨立的計數(shù)器，它存放著下一條將要從程序存儲器中取出的指令的地址，我們一般將這個地址稱為當(dāng)前地址或PC的當(dāng)前值。它的工作過程是：讀指令時，程序計數(shù)器PC將其中的數(shù)作為所取指令的地址輸出給程序存儲器，然后程序存儲器按此地址輸出指令字節(jié)，同時程序計數(shù)器PC本身自動加1，指向下一條指令在程序存儲器中的地址。62程序計數(shù)器PC中地址的變化決定著用戶程序的流向。80C51中程序計數(shù)器PC是一個16位的計數(shù)器，故其對程序存儲器的尋址范圍是64KB(216=65536=64K)。程序計數(shù)器PC的工作方式有以下幾種。(1)程序計數(shù)器自動加1，這是最基本的工作方式。(2)執(zhí)行有條件或無條件轉(zhuǎn)移指令時，程序計數(shù)器PC將被置入新的數(shù)值，從而使程序的流向發(fā)生變化。63(3)在執(zhí)行子程序調(diào)用或響應(yīng)中斷時，MCU自動完成以下工作：將PC的當(dāng)前值(此時，可稱為斷點值)自動送入堆棧；將子程序的入口地址或中斷向量地址送入PC，程序流向發(fā)生變化，執(zhí)行子程序或中斷服務(wù)程序。子程序或中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢，遇到返回指令RET或RETI時，將堆棧頂部的斷點值彈出到PC中，程序的流向又返回到原來的地方，繼續(xù)執(zhí)行。642．指令寄存器IR、指令譯碼器及定時控制邏輯電路

指令寄存器IR是用來專門存放指令操作碼的專用寄存器。首先，從程序存儲器中讀出的指令先放入IR中；其次，將指令送入指令譯碼器，由指令譯碼器對該指令進行譯碼；最后，譯碼結(jié)果送定時控制邏輯，由定時控制邏輯發(fā)出一系列定時控制信號，控制MCU的各個功能部件進行相應(yīng)的工作。對于運算指令還要把運算結(jié)果的特征送入程序狀態(tài)寄存器PSW中。652.480C51系列微控制器的存儲器結(jié)構(gòu)由于80C51系列MCU采用哈佛結(jié)構(gòu)，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開；片內(nèi)集成存儲器，而片外可擴展存儲器；因此，80C51系列MCU在物理上便有4個存儲空間：片內(nèi)程序存儲器、片外程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器、片外數(shù)據(jù)存儲器。存儲器空間映像如圖2-4所示。661．程序存儲器空間MCU能夠按照一定的次序工作，是由于程序存儲器中存放了二進制代碼形式的程序。程序存儲器空間可劃分為片內(nèi)程序存儲器空間和片外程序存儲器空間兩部分。6789C51片內(nèi)有4KB的程序存儲器，可通過編程器對其編程，也可在線編程(ISP)。如果89C51片內(nèi)的4KB程序存儲器不夠用的話，80C51系列MCU給用戶提供了片外擴展至64KB程序存儲器的能力。至于具體擴展多少程序存儲器，用戶需根據(jù)實際需要來決定。當(dāng)然，由于80C51系列MCU技術(shù)的進步，片內(nèi)程序存儲器已可達64KB。所以，用戶也可根據(jù)需要，選擇合適的片內(nèi)程序存儲器容量的MCU。68圖2-4存儲器空間映像圖692．?dāng)?shù)據(jù)存儲器空間數(shù)據(jù)存儲器空間用來儲存程序在運行期間的變量和數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲器空間可分為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器(InternalDataMemory，IRAM)和片外數(shù)據(jù)存儲器(eXternalDataMemory，XRAM)兩部分。89C51內(nèi)部有128B的RAM(89C52為256B)，其特點是存取速度快、功耗低。70需要注意的是，在片內(nèi)集成的超過256B的RAM，我們一般稱作片內(nèi)集成的XRAM，需用用XRAM的指令MOVX訪問。從圖2-4中看出，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器空間在物理上包含兩部分：對于89C51來說，區(qū)間00H～7FH為IRAM區(qū)，區(qū)間80H～0FFH為SFR區(qū)；對于89C52來說，區(qū)間00H～7FH為IRAM區(qū)，區(qū)間80H～0FFH為IRAM區(qū)和SFR區(qū)的重疊區(qū)間。由于在80H～0FFH區(qū)間為重疊區(qū)間，所以，CPU通過不同的尋址方式來訪問IRAM區(qū)和SFR區(qū)。71在邏輯上，MCU的存儲器空間可劃分為3個：片內(nèi)、片外統(tǒng)一編址的64KB程序存儲器空間；片內(nèi)256B(89C51)或384B(89C52)數(shù)據(jù)存儲器空間，其中包括特殊功能寄存器(SpecialFunctionRegister，SFR)空間128B；片外64KB的數(shù)據(jù)存儲器空間。如圖2-4所示。由于地址重疊，在訪問這3個不同的存儲器空間時，應(yīng)選用不同形式的指令。

722.4.1程序存儲器程序存儲器(ROM)用來存放MCU的系統(tǒng)程序、應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)或表格。首先，編譯程序把用高級語言或匯編語言編寫的程序變換成二進制數(shù)(bin)或十六進制數(shù)(hex)；其次，使用在系統(tǒng)可編程(ISP)方式或相應(yīng)的編程器(Programmer)寫入程序存儲器中，用以控制MCU的工作。Intel早期生產(chǎn)的8031內(nèi)部無程序存儲器，因此在使用這種MCU時必須在片外擴展程序存儲器；89C51內(nèi)部有4KB的程序存儲器，可以用ISP方式或編程器給其寫入程序，若其不夠用時可進行外部擴展，外部擴展最多為64KB。73有關(guān)程序存儲器的使用應(yīng)注意以下幾點。(1)EA接高電平時程序?qū)钠瑑?nèi)程序存儲器開始執(zhí)行，當(dāng)PC值超過片內(nèi)ROM時自動轉(zhuǎn)向片外程序存儲器空間執(zhí)行程序。EA接低電平時MCU只能執(zhí)行片外程序存儲器中的程序。在現(xiàn)有技術(shù)下，我們只需要選用合適容量的MCU即可，不用再擴展程序存儲器。因此，在設(shè)計電路時，EA一般接高電平。74(2)程序存儲器的某些單元被固定用于中斷源的中斷服務(wù)程序的入口地址(中斷向量地址或中斷矢量地址)。80C51系列MCU復(fù)位后，程序計數(shù)器的內(nèi)容是0000H，故所有的MCU系統(tǒng)必須從0000H單元開始取指令，執(zhí)行程序。程序存儲器中的0000H地址是系統(tǒng)程序的啟動地址，或者稱為復(fù)位或非屏蔽中斷入口地址。這一點初學(xué)者一定要記牢。另外，對于89C51來說，還有5個單元具有特殊用途，它們是5個中斷源的中斷服務(wù)程序的入口地址；對于89C52來說，在89C51的基礎(chǔ)上，再增加定時器/計數(shù)器T2的中斷入口地址，見表2-2。75表2-2中斷入口地址表762.4.2數(shù)據(jù)存儲器1．片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器(IRAM)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器是最靈活的地址空間。它又分為三個部分：(1)片內(nèi)低128B區(qū)，字節(jié)地址為00H～7FH；(2)片內(nèi)高128B區(qū)(89C51沒有，89C52擁有)，字節(jié)地址為80H～0FFH；(3)特殊功能寄存器(SFR)區(qū)，字節(jié)地址為80H～0FFH。圖2-5為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器各部分地址空間的分布圖。77圖2-5片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器78下面詳細介紹片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器三部分的功能。1)片內(nèi)低128B區(qū)在片內(nèi)低128B區(qū)，根據(jù)不同的尋址方式又可分為以下3個區(qū)域：工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、字節(jié)尋址區(qū)。(1)工作寄存器區(qū)。

從圖2-5可看出，字節(jié)地址為00H～1FH的32個單元是4組工作寄存器組，每個組含有8個字節(jié)的寄存器，其編號為R0～R7，工作寄存器也稱為通用寄存器。79對這4組寄存器組來說，在同一時刻只能使用其中一組；使用哪一組作為當(dāng)前工作寄存器組，是通過軟件對程序狀態(tài)寄存器(PSW)中的RS0、RS1位的設(shè)置來實現(xiàn)的(表2-3)。表2-3工作寄存器組的選擇80(2)位尋址區(qū)。

從圖2-5可看出，字節(jié)地址為20H～2FH的16個單元是可以位尋址的IRAM區(qū)。這16個字節(jié)單元，既可進行字節(jié)尋址，又可實現(xiàn)位尋址(共計16×8位=128位)。字節(jié)地址與位地址之間的關(guān)系見表2-4。這里要特別注意位地址和字節(jié)地址的區(qū)別，字節(jié)地址范圍為20H～2FH，位地址范圍為00H～7FH。81表2-4RAM中的位地址單元82(3)字節(jié)尋址區(qū)。從圖2-5可看出，地址為30H～7FH的存儲單元為普通IRAM區(qū)，只能進行字節(jié)尋址，可以采用直接尋址方式來訪問每一個字節(jié)。這一區(qū)域，一般稱為用戶RAM區(qū)。832)片內(nèi)高128B區(qū)從圖2-5可看出，對于89C52MCU來說，高128B的IRAM區(qū)和SFR區(qū)的地址空間是重疊的。究竟訪問哪一個區(qū)通過不同的尋址方式來加以區(qū)別，訪問高128BIRAM區(qū)時，選用間接尋址方式；訪問SFR區(qū)時，則應(yīng)選用直接尋址方式。對于89C52MCU來說，用戶RAM區(qū)還包括80H～0FFH的存儲單元。因此，89C52MCU用戶區(qū)包含30H～0FFH，共208個存儲單元。843)特殊功能寄存器(SFR)區(qū)特殊功能寄存器SFR(SpecialFunctionRegister)是80C51系列MCU中各功能部件所對應(yīng)的寄存器，是用來存放相應(yīng)功能部件的控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)的區(qū)域。這是80C51系列MCU中最有特色的部分?，F(xiàn)在所有80C51系列MCU功能的增加和擴展幾乎都是通過增加特殊功能寄存器來實現(xiàn)的。85對于89C51MCU來說，共定義了21個特殊功能寄存器，其名稱和字節(jié)地址列于表2-5中。而在89C52MCU中，除上述的21個特殊功能寄存器之外，還增加了5個特殊功能寄存器，共計26個，見表2-5。86表2-5SFR的名稱及其分布87從表2-5中可以發(fā)現(xiàn)一個規(guī)律：8位地址的末位為0H或8H的特殊功能寄存器不但可以字節(jié)尋址，還可以進行位尋址。這些寄存器與片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器地址為20H～2FH的16個字節(jié)共同構(gòu)成了可位尋址的空間，可以使用位操作指令逐位訪問。88表2-6SFR與位地址的對應(yīng)關(guān)系89

特殊功能寄存器在存儲空間中的分布見表2-7。從表2-7中可看出，在128B的空間中存在大量空白區(qū)，這為80C51系列MCU的功能增加提供了極大可能性。90表2-7SFR在存儲空間中的分布91特殊功能寄存器中的累加器A、程序狀態(tài)字(PSW)、寄存器B已經(jīng)在前面介紹過，下面介紹幾個常用的特殊功能寄存器，其余特殊功能寄存器將在后續(xù)相關(guān)章節(jié)中介紹。(1)堆棧指針SP。堆棧(Stack)是一塊按照“先進后出，后進先出”原則組織的存儲器空間，有時也簡稱為棧。一般來說，大部分的CPU都將堆棧設(shè)置在RAM區(qū)，80C51系列MCU也不例外。92當(dāng)進行入棧操作時，首先將SP的內(nèi)容自動加1，指向新的存儲單元，再把數(shù)據(jù)壓入存儲單元；當(dāng)進行出棧操作時，首先將當(dāng)前棧頂?shù)膬?nèi)容彈出到相應(yīng)位置(由指令POP確定)，然后把SP的內(nèi)容自動減1。93堆棧的作用主要是為子程序調(diào)用或中斷操作而設(shè)置的。它的功能有兩個：保護斷點和保護現(xiàn)場。

此外，堆棧也用于數(shù)據(jù)的臨時存放。94(2)數(shù)據(jù)指針DPTR。數(shù)據(jù)指針DPTR(DataPoinTeR)是一個16位的SFR，它的高位字節(jié)為DPH，低位字節(jié)為DPL。它可以作為一個16位的寄存器DPTR使用，也可以作為兩個8位的寄存器DPH和DPL來使用。80C51系列MCU對外部RAM進行操作時要利用DPTR作為數(shù)據(jù)指針，即DPTR存放外部RAM的16位地址，通過它來訪問64KB的片外RAM或片外ROM。952．片外數(shù)據(jù)存儲器(XRAM)片外數(shù)據(jù)存儲器是在外部存放數(shù)據(jù)的區(qū)域，這一區(qū)域用寄存器間接尋址的方法訪問，所用的寄存器為DPTR、R1或R0。當(dāng)用R1、R0尋址時，由于R0、R1為8位寄存器，因此最大尋址范圍為256B；當(dāng)用DPTR尋址時，由于DPTR為16位寄存器，因此最大尋址范圍為64KB。96

時鐘電路用于產(chǎn)生MCU工作所需要的時鐘信號，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關(guān)系。MCU本身就如一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作。2.5時鐘電路與CPU的工作時序972.5.1時鐘電路MCU工作時，是在統(tǒng)一的時鐘脈沖控制下有序進行的。這個脈沖是由時鐘電路(圖2-6)產(chǎn)生的。時鐘電路由振蕩器和分頻器組成，振蕩器產(chǎn)生基本的振蕩信號，然后進行分頻，得到相應(yīng)的時鐘。振蕩電路有兩種振蕩方式：內(nèi)部振蕩和外部振蕩。98圖2-6時鐘電路991．內(nèi)部振蕩方式80C51系列MCU內(nèi)有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反饋元器件的晶體振蕩器和陶瓷電容相連，就構(gòu)成了自激振蕩器，其輸出就是時鐘脈沖。內(nèi)部振蕩電路如圖2-7所示。1002．外部振蕩方式外部振蕩方式是把外部已有的時鐘信號引入MCU內(nèi)部。對于HMOS型MCU，外部振蕩電路如圖2-8所示。對于CHMOS型MCU，XTAL1接片外振蕩脈沖輸入端，XTAL2懸空。1012.5.2時序定時單位MCU執(zhí)行指令是在時鐘脈沖控制下一步一步進行的，由于指令的功能和長短各不相同，因此，指令執(zhí)行所需的時間也不一樣。80C51系列MCU的時序定時單位共有4個，從小到大依次是振蕩周期、狀態(tài)周期、機器周期和指令周期。(1)振蕩周期：晶體振蕩器輸出的時鐘周期。(2)狀態(tài)周期：振蕩信號經(jīng)二分頻后形成的時鐘脈沖信號，用S表示。一個狀態(tài)周期的兩個振蕩周期作為兩個節(jié)拍分別稱為節(jié)拍P1和節(jié)拍P2。在P1有效時，通常完成算術(shù)邏輯操作；在P2有效時，一般進行內(nèi)部寄存器之間的傳輸。102(3)機器周期：通常將完成一個基本操作所需要的時間稱為機器周期。80C51系列MCU的一個機器周期包括6個狀態(tài)周期，用S1，S2，…，S6表示；共12個節(jié)拍，依次可表示為S1P1，S1P2，S2P1，S2P2，…，S6P1，S6P2。(4)指令周期：CPU執(zhí)行一條指令所需要的時間為一個指令周期。顯然，指令不同，對應(yīng)的指令周期也不一樣。一個指令周期通常含有1～4個機器周期。80C51系列MCU除了乘法、除法指令是4個機器周期外，其余都是單周期指令或雙周期指令。10380C51系列MCU的典型取指令、執(zhí)行指令的時序如圖2-9所示。圖2-980C51系列MCU取指令、執(zhí)行指令的時序圖104

80C51系列MCU共有復(fù)位、程序執(zhí)行、低功耗及編程四種工作方式。2.680C51系列微控制器的工作方式2.6.1復(fù)位方式1．復(fù)位操作復(fù)位是MCU的初始化操作，只要給RST引腳加上2個機器周期以上的高電平信號即可實現(xiàn)復(fù)位操作。復(fù)位的主要功能是把程序計數(shù)器PC的值初始化為0000H，使MCU從0000H單元開始執(zhí)行程序。105表2-889C51內(nèi)部寄存器的復(fù)位狀態(tài)1062．復(fù)位電路圖2-10復(fù)位電路80C51系列MCU的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。一般的復(fù)位電路如圖2-10所示。1072.6.2程序執(zhí)行方式程序執(zhí)行方式是MCU最基本的工作方式。由于復(fù)位后PC=0000H，因此程序執(zhí)行總是從地址0000H開始的。但一般情況下，程序并不是真正從0000H開始(例如，中斷入口地址顯然不能存放主程序，主程序的入口地址應(yīng)該跳過這一區(qū)域)，為此就必須在0000H開始的單元中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便跳轉(zhuǎn)到實際主程序的入口去執(zhí)行。

1082.6.3低功耗方式圖2-11PCON的格式80C5l系列MCU有兩種低功耗方式，即空閑方式(IdleMode)和掉電方式(PowerDownMode)?？臻e方式和掉電方式都是由電源控制寄存器(PCON)的有關(guān)位來控制的。電源控制寄存器是一個逐位定義的8位寄存器，其格式如圖2-11所示。

1091．空閑方式如果使用指令使PCON寄存器IDL位置1，則MCU進入空閑方式。在空閑方式下，若引入一個外中斷請求信號，在MCU響應(yīng)中斷的同時，IDL位被硬件自動清零，MCU就退出空閑方式而進入正常工作方式。中斷服務(wù)程序結(jié)束后，通過RETI指令，就可以使MCU恢復(fù)正常工作后，返回斷點繼續(xù)執(zhí)行程序。

1102．掉電方式PD位控制MCU進入掉電方式。當(dāng)把PD位置1時，MCU便進入掉電方式。80C51系列MCU退出掉電方式的唯一方法是硬件復(fù)位。只要硬件復(fù)位信號出現(xiàn)，就能使MCU退出掉電方式。

1112.6.4編程方式80C51系列MCU一般具有兩種編程方式：并行編程方式和串行編程方式。對于并行編程方式，一般使用編程器(Programmer)將程序?qū)懭隡CU。對于串行編程方式，各公司有不同的編程方法及接口，但它們都支持在系統(tǒng)編程(InSystemProgramming，ISP)。112例如，Atmel公司89S51系列MCU使用SPI接口將程序?qū)懭隖lashROM；STC公司及NXP公司的MCU則使用UART接口將程序?qū)懭隖lashROM；而SiliconLabs公司則使用JTAG接口或C2接口將程序?qū)懭隖lashROM。STC公司MCU已經(jīng)固化有ISP引導(dǎo)碼，并設(shè)置為上電復(fù)位進入ISP。下面我們以STC公司MCU為例介紹串行編程方式。STC公司的MCU在線編程典型電路如圖2-12所示。113圖2-12STC公司的MCU在線編程典型電路114STC公司的MCU串行編程步驟如下。(1)下載并安裝STC公司提供的ISP工具STC-ISP.EXE。(2)使用串行線將計算機的串口與編程電路的串口連接起來。(3)運行STC-ISP，編程界面如圖2-13所示。

115圖2-13STC-ISP編程界面116(4)

STC-ISP設(shè)置步驟如下。Step1/步驟1：選擇你所使用的MCU型號，如STC89C52RC、STC89LE516AD等。Step2/步驟2：按下按鈕“打開程序文件”以打開文件。Step3/步驟

3：選擇串行口，如串行口1—COM1，串行口2—COM2，…。有些新式筆記本電腦沒有RS232串行口，可買一條USB-RS232轉(zhuǎn)接器。117Step4/步驟

4：Doublespeed/雙倍速設(shè)置。設(shè)置是否雙倍速，一般標(biāo)準(zhǔn)89C51時鐘選擇12T/單倍速；如需提高MCU的工作速度，可選擇6T/雙倍速。STC89C51RC/RD+系列可以反復(fù)設(shè)置雙倍速/單倍速，新的設(shè)置停電后重新冷啟動后才能生效。Step5/步驟

5：選擇“Download/下載”按鈕將用戶的程序?qū)懭隡CU內(nèi)部，可重復(fù)執(zhí)行Step5/步驟5，也可選擇“Re-Download/重復(fù)下載”。按鈕下載時注意看提示，主要看是否要給MCU上電或復(fù)位，下載速度比一般通用編程器快。一般先選擇按下“Download/下載”按鈕，然后再給MCU上電復(fù)位(即按下“Download/下載”按鈕前，電源是斷開的)。

118所有步驟中，除以上選項外，其余選項可使用默認狀態(tài)。但需要特別注意的是，如果在Step5/步驟5中選項“當(dāng)目標(biāo)代碼發(fā)生變化后自動調(diào)入文件，并立即發(fā)送下載命令”處于未選中狀態(tài)(軟件默認狀態(tài))時，源程序一旦發(fā)生變化并再次編譯，就需要再次執(zhí)行Step2/步驟2。微控制器

——原理及應(yīng)用——120第三章80C51系列微控制器的指令系統(tǒng)及程序設(shè)計指令是微處理器控制計算機進行某種操作的命令，而指令系統(tǒng)則是全部指令的集合。計算機的功能是由其指令系統(tǒng)來實現(xiàn)的。一般來說，指令系統(tǒng)越豐富，計算機的功能也就越強。3.1概述121

3.1.1指令分類80C51系列單片機共有111條指令，按其功能可分為5大類：數(shù)據(jù)傳送類指令(28條)、算術(shù)運算類指令(24條)、邏輯運算類指令(25條)、控制轉(zhuǎn)移類指令(17條)、布爾操作類指令(17條)。按指令代碼的字節(jié)數(shù)可分為3大類：單字節(jié)指令(49條)、雙字節(jié)指令(45條)、三字節(jié)指令(17條)。按指令的執(zhí)行時間可分為3大類：單機器周期指令(64條)、雙機器周期指令(45條)、四機器周期指令(2條)。1223.1.2指令格式[標(biāo)號:]操作碼[操作數(shù)1][,操作數(shù)2][,操作數(shù)3][;注釋][]表示其中內(nèi)容是可選項。(1)標(biāo)號是一條指令的標(biāo)志，是可選項，與操作碼之間用“：”隔開。(2)操作碼指出了CPU應(yīng)執(zhí)行的操作類型，即操作性質(zhì)。(3)操作數(shù)指出了參加操作的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)的存放地址。它以一個或幾個空格與操作碼隔開。

(4)注釋不屬于指令執(zhí)行部分，即不會被編譯系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為機器碼。用“；”作為指令與注釋的分隔符。1233.1.3指令中的符號在說明和使用80C51系列MCU指令系統(tǒng)的功能時，經(jīng)常使用一些符號，其意義如下。A 累加器(ACC)。通常用ACC表示累加器的地址，用A表示它的名稱。B 寄存器?？梢詫⒘⒓磾?shù)直接送給直接地址。AB 累加器(ACC)和寄存器(B)組成的寄存器對。Direct8 位片內(nèi)RAM的存儲單元地址。#data 位立即數(shù)。

#datal6 16位立即數(shù)。124Addr16 16位的地址碼。Addr1l 11位的地址碼。Rel 以補碼表示的8位偏移量，其值為?128～+127。Bit 片內(nèi)RAM中可直接尋址的位地址。Rn 工作寄存器，其中n=0～7。Ri 工作寄存器，其中i=0～1。@ 間接尋址符號。+ 加。?

減。*

乘。/ 除。125∧ 與?！?/p>

或。

異或。= 等于。< 小于。> 大于。<> 不等于?！?→) 表示數(shù)據(jù)傳輸方向。(X) X(寄存器或RAM地址)單元的內(nèi)容。((X)) 以X單元的內(nèi)容為地址的存儲器單元內(nèi)容。(X) 寄存器的內(nèi)容取反。126Rrr 指令代碼中rrr三位的值由寄存器Rn確定，R7～R0對應(yīng)的rrr為11l～000。$ 本條指令的起始地址。指令的一個重要組成部分是操作數(shù)，有些操作數(shù)不能直接給出，但可以給出操作數(shù)所存放的地址。指令給出尋找操作數(shù)的方式稱為尋址方式。根據(jù)指令操作的需要，計算機有多種尋址方式。80C51系列MCU指令系統(tǒng)的尋址方式共有7種。3.2尋址方式1273.2.1立即尋址這種尋址方式在指令中直接給出參與操作的常數(shù)(稱為立即數(shù))。立即數(shù)有1字節(jié)和2字節(jié)兩種。例如指令：MOV A,#5AH ;A←5AH其功能是將立即數(shù)5AH送入累加器A中。又如指令：MOV DPTR,#2100H ;DPTR←2100H其功能是將16位立即數(shù)2100H送入16位寄存器DPTR中。1283.2.2直接尋址直接尋址是指在指令中給出操作數(shù)的直接地址，該地址指出了操作數(shù)所在的字節(jié)單元地址。直接尋址方式可訪問以下兩種存儲空間。(1)特殊功能寄存器(SFR)空間。SFR只能用直接尋址方式訪問。(2)片內(nèi)RAM的低128B空間(00H～7FH)。例如指令：MOV 30H,60H;30H←(60H)1293.2.3寄存器尋址寄存器尋址是由指令給出某一寄存器的內(nèi)容作為操作數(shù)。寄存器尋址對所選的工作寄存器區(qū)中R7～R0進行操作。累加器A、寄存器對AB和DPTR也可用寄存器尋址方式訪問。例如指令：INC R0 ;R0←(R0)+1,其功能是對R0進行操作,使

其內(nèi)容加1MOV DPL,A ;DPL←(A),將A的內(nèi)容傳輸?shù)郊拇嫫鱀PL 中MOV A,P1 ;此指令還可以寫成“MOVA,90H”,90H 是P1口的直接地址1303.2.4寄存器間接尋址寄存器間接尋址是由指令指出某一寄存器的內(nèi)容作為操作數(shù)的地址。80C51系列MCU中可作為間接尋址的寄存器有：(1)片內(nèi)RAM低128B單元。(2)用堆棧指針SP來尋址的堆棧單元，即堆棧操作指令(PUSH和POP)的尋址方式。(3)用R0、R1或數(shù)據(jù)指針DPTR來尋址片外擴展的數(shù)據(jù)存儲器。131例如指令：MOVA,@R0;A←((R0))其功能是把指定的R0內(nèi)容作為參與操作的數(shù)據(jù)的地址，把此地址單元的內(nèi)容傳至累加器A中，寄存器間接尋址用符號“@”表示，以區(qū)別于寄存器尋址。例如，將外部存儲單元2010H中的內(nèi)容傳輸?shù)嚼奂悠鰽中，則指令為：MOV DPTR,#2010H

;DPTR中的內(nèi)容為2010HMOVXA,@DPTR ;將XRAM的2010H單元的內(nèi)容傳

輸?shù)紸中1323.2.5變址尋址(基址寄存器+變址寄存器間接尋址)變址尋址方式以16位的程序計數(shù)器PC(當(dāng)前地址)或數(shù)據(jù)指針DPTR作為基址寄存器，以8位的累加器A作為變址寄存器，基址寄存器內(nèi)容和變址寄存器內(nèi)容相加，其和形成16位的地址。80C51系列MCU共有3條變址尋址的指令：MOVC

A,@A+PC ;A←((A)+(PC))MOVC A,@A+DPTR ;A←((A)+(DPTR))JMP@A+DPTR ;PC←(A)+(DPTR)1333.2.6相對尋址相對尋址是把指令中規(guī)定的地址作為偏移量與PC的當(dāng)前值相加，得到參與操作的數(shù)據(jù)的地址。相對尋址中的偏移量是有符號數(shù)，并以補碼形式給出，所以轉(zhuǎn)移的目標(biāo)地址是在PC當(dāng)前值的基礎(chǔ)上加偏移量。例如指令：JC #80H ;若(CY)=1,則跳轉(zhuǎn)若轉(zhuǎn)移指令存放在1005H單元中(即PC=1007H)，則當(dāng)前PC值與80H(即－128)相加，就形成了目標(biāo)地址，所以

目標(biāo)地址=PC當(dāng)前值+偏移量=1007H+0FF80H=0F87H即程序?qū)⑻D(zhuǎn)到0F87H處執(zhí)行。1343.2.7位尋址80C51系列MCU有位處理功能，可以對數(shù)據(jù)位進行操作，因此就有相應(yīng)的位尋址方式。位尋址的尋址范圍如下。1)片內(nèi)RAM中的位尋址區(qū)2)可位尋址的特殊功能寄存器位對這些尋址位在指令中有4種表示方法。我們以PSW(字節(jié)地址0D0H)中的位5(位名稱F0)為例加以介紹。135

①直接使用位地址表示方法。例如：MOV C,0D5H ;將位地址為0D5H的內(nèi)容送入位累加器②存儲單元地址加位的表示方法。例如：MOV C,0D0H.5 ;將字節(jié)地址為0D0H的位5的內(nèi)容送入位

累加器③特殊功能寄存器符號加位的表示方法。例如：MOV C,PSW.5 ;將特殊功能寄存器PSW的位5的內(nèi)容送

入位累加器④位名稱表示方法，特殊功能寄存器中的一些尋址位是有名稱的。例如：MOV C,F0 ;將用戶標(biāo)志位F0的內(nèi)容送位累加器136對于指令中的操作數(shù)，因為指令操作常伴有從右向左傳送數(shù)據(jù)的內(nèi)容，所以常把左邊操作數(shù)稱為目的操作數(shù)，而右邊操作數(shù)稱為源操作數(shù)。上面所講的各種尋址方式都是針對源操作數(shù)的，實際上，目的操作數(shù)也有尋址的問題?？偟膩碚f，源操作數(shù)的尋址方式多，而目的操作數(shù)的尋址方式較少，只有寄存器尋址、直接尋址、寄存器間接尋址和位尋址4種方式。因此，知道了源操作數(shù)的尋址方式，也就不難了解目的操作數(shù)的尋址問題了。137表3-17種基本尋址方式及其相應(yīng)的操作數(shù)尋址空間總以上介紹了80C51系列MCU指令系統(tǒng)的7種尋址方式，概括起來見表3-1。1383.3.1數(shù)據(jù)傳輸類指令3.3指令系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸操作是CPU最基本、最重要的操作之一。在程序中，數(shù)據(jù)傳輸指令占有相當(dāng)大的比重。數(shù)據(jù)傳輸是否靈活、快速，對程序的編寫和執(zhí)行速度會產(chǎn)生很大影響。1．通用傳輸指令指令格式：MOV<目的操作數(shù)>,<源操作數(shù)>功能：把源操作數(shù)指定的內(nèi)容傳輸?shù)侥康牟僮鲾?shù)指定的存儲器單元中，指令不改變源操作數(shù)。139

1)以累加器A為目的地址的指令指令 操作MOV A,Rn ;A←(Rn)MOV A,direct ;A←(direct)MOV A,@Ri ;A←((Ri))MOV A,#data ;A←data功能是把源操作數(shù)指定的內(nèi)容送入累加器A中。例如：MOV A,R7 ;A←(R7)MOV A,70H ;A←(70H)MOV A,@R0 ;A←((R0))MOV A,#80H ;A←80H140

2)以Rn為目的地址的指令指令 操作

MOV Rn,A ;Rn←(A)MOV Rn,direct ;Rn←(direct)MOV Rn,#data ;Rn←data這組指令的功能是把源操作數(shù)指定的內(nèi)容送入工作寄存器區(qū)R7～R0中的某一寄存器中。例如：

MOV R3,A ;R3←(A)MOV R7,70H ;R7←(70H)MOV R5,#0FAH ;R5←0FAH141

3)以直接地址為目的地址的指令指令 操作

MOV direct,A ;direct←(A)MOV direct,Rn ;direct←(Rn)MOV direct,@Ri ;direct←((Ri))MOV direct1,direct2 ;direct1←(direct2)MOV direct,#data ;direct←data這組指令的功能是將源操作數(shù)指定的內(nèi)容送入由直接地址給出的內(nèi)部RAM存儲單元中。142例如：

MOV Pl,A ;P1←(A),等價于MOV90H,AMOV 70H,R3 ;70H←(R3)MOV 30H,@R0 ;30H←((R0))MOV 0E0H,78H ;0E0H←(78H)MOV 01H,#50H ;01H←50H,等價于MOVR1,#50H1434)以寄存器間接地址為目的地址的指令指令 操作

MOV @Ri,A Ri)←(A)MOV @Ri,direct ;(Ri)←(direct)MOV @Ri,#data ;(Ri)←data

這組指令的功能是把源操作數(shù)指定的內(nèi)容送入R0或R1指出的片內(nèi)RAM存儲單元中。例如：

MOV @R1,A ;R1←(A)MOV @R0,70H ;R0←(70H)MOV @R1,#78H ;R1←78H1445)

16位數(shù)據(jù)傳輸指令指令 操作

MOV DPTR,#data16 ;DPTR←data16這條指令的功能是把一個16位的立即數(shù)送入DPTR中。16位的數(shù)據(jù)指針DPTR由DPH和DPL組成。這條指令把立即數(shù)的高8位送DPH，低8位送DPL。145例3.1設(shè)(70H)=60H，(60H)=20H，P1口為輸入口，當(dāng)前的輸入狀態(tài)為0B7H，執(zhí)行下面程序：MOV R0,#70H ;R0←70HMOV A,@R0 ;A←60HMOV R1,A ;R1←60HMOV A,@R1 ;A←20HMOV @R0,P1 ;(70H)←0B7H結(jié)果為：(70H)=0B7H,(A)=20H,(R1)=60H,(R0)=70H。146

2．片外數(shù)據(jù)存儲器(或擴展I/O口)的傳輸指令指令格式：MOVX<目的操作數(shù)>，<源操作數(shù)>功能：實現(xiàn)片外數(shù)據(jù)存儲器(或擴展I/O口)與累加器A之間的數(shù)據(jù)傳輸。尋址方式只能用間接尋址。這組指令有：指令 操作

MOVX A,@DPTR ;A←((DPTR))MOVX A,@Ri ;A←((Ri))MOVX @DPTR,A ;(DPTR)←(A)MOVX @Ri,A ;(Ri)←(A)147例如，若要把片外RAM的2010H單元的內(nèi)容傳輸?shù)嚼奂悠鰽中，則可采用以下指令：

MOV P2,#20H ;P2←20H,得到頁地址MOV R0,#10H ;R0←10H,得到頁內(nèi)地址MOVX A,@R0 ;A←(2010H)當(dāng)然，也可使用DPTR進行間接尋址，完成上述功能的指令為：MOV DPTR,#2010H ;DPTR←2010H,得到片外 RAM的地址MOVX A,@DPTR ;A←(2010H)1483．程序存儲器向累加器A傳輸指令指令格式：MOVCA,<源操作數(shù)>功能：從程序存儲器中讀取源操作數(shù)指定的內(nèi)容送入累加器A中。尋址方式只能采用變址尋址。這組指令包括以下兩條指令。

指令 操作MOVC A,@A+PC ;A←((A)+(PC))MOVC A,@A+DPTR ;A←((A)+(DPTR))149例3.2編寫根據(jù)累加器A中的數(shù)(0～9)查平方表的程序。解：把平方表用偽指令DB存放在程序存儲器中，把表的首地址置入DPTR中，把數(shù)0～9存放在累加器A中，程序如下：MOV DPTR,#TABLE ;TABLE表示表首地址MOVC A,@A+DPTRTABLE：DB 00H,01H,04H,09H,10H,19H,24H,31H,40H,51H

這組指令常用于程序存儲器中的查表操作，故也稱作查表指令，是80C51系列MCU的特色指令之一。其中，“MOVCA,@A+PC”指令稱為近程查表指令(因為它只能在以PC當(dāng)前值為基準(zhǔn)的+256B范圍內(nèi)查表)，而“MOVCA,

@A+DPTR”稱為遠程查表指令(它可以在64KB范圍內(nèi)查表)。1504．?dāng)?shù)據(jù)交換指令1)字節(jié)交換指令XCH

指令

操作XCH A,Rn ;(A)←→(Rn)XCH A,direct ;(A)←→(direct)XCH A,@Ri ;(A)←→((Ri))