《單片機(jī)應(yīng)用與實(shí)踐教程》課件第1章

項(xiàng)目1鍵盤(pán)/顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

任務(wù)一單片機(jī)最小系統(tǒng)任務(wù)二LED顯示器的設(shè)計(jì)任務(wù)三按鈕開(kāi)關(guān)的使用任務(wù)四數(shù)碼管顯示器的設(shè)計(jì)任務(wù)五點(diǎn)陣顯示器的設(shè)計(jì)任務(wù)六專用鍵盤(pán)顯示接口習(xí)題與思考題

項(xiàng)目1鍵盤(pán)/顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

任務(wù)一單片機(jī)最小系統(tǒng)

任務(wù)要求

【任務(wù)內(nèi)容】

組裝一個(gè)AT89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)，外接8個(gè)發(fā)光二極管，要求最小系統(tǒng)一上電，8個(gè)發(fā)光二極管即分成兩組，一組點(diǎn)亮，一組熄滅。

【知識(shí)要求】

了解AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與引腳；掌握單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)。

相關(guān)知識(shí)

知識(shí)1單片機(jī)概述

1．基本概念

(1)微處理器MP(MicroProcessor)。微處理器就是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的CPU，是集成在一塊芯片上的具有運(yùn)算和邏輯控制功能的中央處理器，簡(jiǎn)稱MP，它是構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心部件。

(2)微型計(jì)算機(jī)MC(MicroComputer)。以微處理器為核心，再配上存儲(chǔ)器、I/O(Input/Output)接口和中斷系統(tǒng)等構(gòu)成的整體，稱為微型計(jì)算機(jī)。

(3)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)MCS(MicroComputerSystem)。這是指以微型計(jì)算機(jī)為核心，配上外圍設(shè)備、電源和軟件等，構(gòu)成能獨(dú)立工作的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

(4)單片機(jī)(SingleChipMicrocomputer)。單片機(jī)是將微處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口和中斷系統(tǒng)集成在同一塊芯片上，具有完整功能的微型計(jì)算機(jī)。

2．單片機(jī)的發(fā)展

(1)第一代單片機(jī)(1974～1976年)：這是單片機(jī)發(fā)展的起步階段。這個(gè)時(shí)期生產(chǎn)的單片機(jī)的特點(diǎn)是制造工藝落后，集成度較低，而且采用雙片形式。典型的代表產(chǎn)品有仙童公司的F8系列機(jī)和Intel公司的3870系列機(jī)。

(2)第二代單片機(jī)(1976～1978年)：這一階段生產(chǎn)的單片機(jī)已是單塊芯片，但其性能低、品種少、尋址范圍有

限、應(yīng)用范圍不廣。典型的代表產(chǎn)品是Intel公司的MCS-48系列機(jī)。

(3)第三代單片機(jī)(1979～1982年)：這是8位單片機(jī)的成熟階段。這一代單片機(jī)和前兩代相比，不僅存儲(chǔ)容量大、尋址范圍廣，而且中斷源、并行I/O口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的個(gè)數(shù)都有了不同程度的增加，同時(shí)它還新集成了全雙工串行通信接口電路。在指令系統(tǒng)方面普遍增設(shè)了乘除指令和比較指令。這一時(shí)期生產(chǎn)的單片機(jī)品種齊全，可以滿足各方面的需要。代表產(chǎn)品有Intel公司的MCS-51系列機(jī)、Motorola公司的MC6801系列機(jī)等。

(4)第四代單片機(jī)(1983年以后)：這一階段8位單片機(jī)向更高性能發(fā)展，同時(shí)出現(xiàn)了工藝先進(jìn)、集成度高、內(nèi)部功能更強(qiáng)和運(yùn)算速度更快的16位單片機(jī)，它允許用戶采用面向工業(yè)控制的專用語(yǔ)言，如C語(yǔ)言等。代表產(chǎn)品有Intel公司的MCS-96系列機(jī)和NC公司的HPC16040系列機(jī)等。

3．ATMEL89系列單片機(jī)簡(jiǎn)介

ATMEL89系列(以下簡(jiǎn)稱AT89)單片機(jī)是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的8位高性能單片機(jī)，其主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)是內(nèi)部含有可編程Flash存儲(chǔ)器，用戶可以很方便地進(jìn)行程序的擦除和寫(xiě)入操作。

AT89系列單片機(jī)與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)和引腳是兼容的，因而可替代MCS-51系列單片機(jī)使用。AT89系列單片機(jī)可分為標(biāo)準(zhǔn)型、低檔型和高檔型三種類型。表1-1列舉了AT89系列單片機(jī)的概況。知識(shí)2計(jì)算機(jī)中的數(shù)

1．常用進(jìn)制

二進(jìn)制計(jì)數(shù)的特點(diǎn)如下：

(1)狀態(tài)簡(jiǎn)單，凡是具有兩個(gè)狀態(tài)的元件都可用來(lái)表示二進(jìn)制數(shù)的0和1，容易實(shí)現(xiàn)。

(2)運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單，大大地簡(jiǎn)化了計(jì)算機(jī)中的運(yùn)算線路。

(3)可用布爾代數(shù)這一數(shù)學(xué)工具對(duì)計(jì)算機(jī)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，便于對(duì)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。十進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1-2所示。

2．常用進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換

1)二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

(1)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。要將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，需將二進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開(kāi)相加即可。例如：

(2)方法一：可用“除2取余”法，即將十進(jìn)制整數(shù)反復(fù)除以2，直至商等于0為止。然后將所得的一系列余數(shù)按逆序排列即為所求的二進(jìn)制整數(shù)。

[例1.1]

(38)10=(100110)2方法二：可用“減冪”法，即將十進(jìn)制整數(shù)不斷減去2的最高次冪，直至差值等于0為止。

[例1.2]

(38)10=(100110)2十進(jìn)制小數(shù)的轉(zhuǎn)換可用“乘2取整”法，即將十進(jìn)制小數(shù)反復(fù)乘以2，直至所剩小數(shù)部分等于0為止，然后將每次所得整數(shù)按順序排列即為所求的二進(jìn)制小數(shù)。如果所求的結(jié)果永不為0，可根據(jù)精度要求用“0舍1入”的方法進(jìn)行取舍。

[例1.3](0.625)10=(0.101)2

2)二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

(1)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。由于數(shù)16與數(shù)2之間的關(guān)系為24=16，因此4位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)一位十六進(jìn)制數(shù)。根據(jù)這個(gè)關(guān)系，對(duì)于二進(jìn)制數(shù)的整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換，只要從小數(shù)點(diǎn)開(kāi)始依次向左每4位為一節(jié)，最后不足4位的前面補(bǔ)0；小數(shù)部分由小數(shù)點(diǎn)向右，每4位為一節(jié)，最后不足4位的后面補(bǔ)0。然后把每4位二進(jìn)制數(shù)用相應(yīng)的一位十六進(jìn)制數(shù)代替，即轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)。

[例1.4]

(10001111011011.111010)2=(23DB.E8)16

(2)十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。不論是十六進(jìn)制的整數(shù)或小數(shù)，只要把每一位十六進(jìn)制的數(shù)用相應(yīng)的4位二進(jìn)制數(shù)代替，就可以轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。

[例1.5](5BD.6A)16=(10110111101.0110101)2

3．二進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則

1)算術(shù)運(yùn)算規(guī)則

加法規(guī)則：

(1)?0+0=0

(2)?1+0=0+1=1

(3)?1+1?=10(向高位進(jìn)位1)

減法規(guī)則：

(1)?0－0=0

(2)?1－1=0

(3)?1－0=1

(4)?0－1=1(向高位有借位)乘法規(guī)則：

(1)?0×0=0

(2)?0×1=0

(3)?1×0=0

(4)?1×1=1

二進(jìn)制的乘法運(yùn)算是十分簡(jiǎn)單的，只有當(dāng)兩個(gè)1相乘時(shí)積才為1，否則積為0。

2)邏輯運(yùn)算法則

“或”運(yùn)算(邏輯加)，運(yùn)算符為“+”或“∨”：

(1)?0∨0?=?0

(2)?1∨0?=?1

(3)?0∨1?=?1

(4)?1∨1?=?1

按位加是不考慮進(jìn)位的加法運(yùn)算。

“與”運(yùn)算(邏輯乘)，運(yùn)算符為“·?”或“∧”：

4．計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示

1)位(bit)和字節(jié)(Byte)

“位”是計(jì)算機(jī)能夠表示的最小的數(shù)據(jù)單位。位用b表示。字節(jié)由8個(gè)二進(jìn)制位組成，通常一個(gè)存儲(chǔ)單元中存放著1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。字節(jié)用B表示。

2)字(Word)和字長(zhǎng)

“字”是微處理器內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本單位，通常它也是微處理器與存儲(chǔ)器之間和輸入/輸出電路之間傳送數(shù)據(jù)的基本單位。字用W表示。“字長(zhǎng)”是指一個(gè)字所包含的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)，它是微處理器的重要指標(biāo)之一，通常用數(shù)據(jù)總線的位數(shù)來(lái)決定微處理器的字長(zhǎng)。

8位微處理器的字長(zhǎng)是8位，每一個(gè)字由一個(gè)字節(jié)組成，如圖1-1(a)所示，在字節(jié)中，最左邊的位(D7)為最高位(MSB)，最右邊的位(D0)為最低位(LSB)。16位微處理器的字長(zhǎng)是16位，每一個(gè)字由兩個(gè)字節(jié)組成，如圖1-1(b)所示，左邊的字節(jié)是高位字節(jié)，最左邊的位為最高位；右邊的字節(jié)是低位字節(jié)，最右邊的位為最低位。圖1-1字和字節(jié)

3)機(jī)器數(shù)與真值

在計(jì)算機(jī)中，不帶正、負(fù)號(hào)的數(shù)稱為無(wú)符號(hào)數(shù)。它將字長(zhǎng)的所有位均用于表示數(shù)值位。一個(gè)n位字長(zhǎng)的數(shù)據(jù)可用來(lái)表示2n個(gè)正整數(shù)。例如，一個(gè)8位數(shù)據(jù)可表示的數(shù)值范圍為00000000B～11111111B，即0～255，共256(28)個(gè)數(shù)。

在計(jì)算機(jī)中，數(shù)的正、負(fù)號(hào)與數(shù)一起存放在寄存器或內(nèi)存單元中，因此數(shù)的符號(hào)在機(jī)器中已“數(shù)碼化”了，通常規(guī)定在數(shù)的前面增設(shè)一位符號(hào)位，并規(guī)定正號(hào)用“0”表示，負(fù)號(hào)用“1”表示。若以8位字長(zhǎng)的存數(shù)單元為例，設(shè)有數(shù)：N1=+1010101，N2=－1010101。N1和N2在計(jì)算機(jī)中的表示形式為：N1=01010101，十進(jìn)制數(shù)為+85；N2=11010101，十進(jìn)制數(shù)為－85，而不是213。

在計(jì)算機(jī)中，把存放在寄存器、存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)端口中的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)所對(duì)應(yīng)的值稱為真值。機(jī)器數(shù)的真值到底是多少，取決于機(jī)器數(shù)所對(duì)應(yīng)的是無(wú)符號(hào)數(shù)還是有符號(hào)數(shù)以及所對(duì)應(yīng)的是什么碼制表示的數(shù)。知識(shí)3AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

AT89C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1-2所示。圖1-2AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

AT89C51內(nèi)部包含了作為微型計(jì)算機(jī)所必需的功能部件，各功能部件通過(guò)片內(nèi)單一總線連成一個(gè)整體，集成在一塊芯片上。其中CPU系統(tǒng)與CPU外圍單元組成單片機(jī)最小系統(tǒng)，最小系統(tǒng)與各功能單元構(gòu)成單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，在基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上還可進(jìn)行外部功能的擴(kuò)展，形成各種不同的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

1．中央處理器

1)運(yùn)算器

運(yùn)算器用來(lái)完成算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和位運(yùn)算功能，它是AT89C51內(nèi)部處理各種信息的主要部件。運(yùn)算器的組成框圖如圖1-3所示，主要由算術(shù)邏輯單元(ALU)、累加器(ACC)、暫存寄存器(TEMP1、TEMP2)、寄存器B和狀態(tài)寄存器(PSW)組成。圖1-3運(yùn)算器組成框圖

(1)算術(shù)邏輯單元(ALU)。AT89C51中的ALU是運(yùn)算器的核心部件，由加法器和一個(gè)布爾處理器組成。它不僅可以對(duì)8位二進(jìn)制變量進(jìn)行與、或、非、異或等邏輯運(yùn)算以及加、減、乘、除等四則運(yùn)算，還具有運(yùn)算結(jié)果判斷、數(shù)據(jù)傳送、程序轉(zhuǎn)移等功能。

從圖1-3中可以看出，加法器有兩個(gè)輸入：暫存器TEMP1和TEMP2。加法器有兩個(gè)輸出：一個(gè)是累加器ACC，經(jīng)過(guò)運(yùn)算，結(jié)果又通過(guò)內(nèi)部總線送回到累加器中；另一個(gè)是狀態(tài)寄存器PSW。布爾處理器是運(yùn)算器的重要組成部分，由獨(dú)立的邏輯電路來(lái)處理位操作。它有自己的累加器C、自己的位尋址RAM和I/O空間，還有相應(yīng)的指令系統(tǒng)，給用戶提供豐富的位操作功能。

布爾處理器以進(jìn)位位C作為累加器，可以對(duì)可尋址位執(zhí)行置位、復(fù)位、取反、轉(zhuǎn)移以及位傳送等位操作。進(jìn)位標(biāo)志位與其他可尋址位之間完成邏輯與、或操作后，結(jié)果送回

C中。

(2)暫存寄存器(TEMP1、TEMP2)。TEMP1和TEMP2是ALU的兩個(gè)輸入端口，用來(lái)存放參與算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的操作數(shù)，它對(duì)用戶不開(kāi)放。

(3)累加器(ACC)。ACC是CPU使用最頻繁的一個(gè)寄存器，在指令系統(tǒng)中用助記符A表示。

(4)狀態(tài)寄存器(PSW)。PSW是一個(gè)8位標(biāo)志寄存器，用來(lái)存放ALU操作結(jié)果的有關(guān)狀態(tài)。PSW中CY、AC、OV、P各位狀態(tài)通常是在操作過(guò)程中自動(dòng)形成的，而F0、RS0、RS1則可以由用戶根據(jù)需要由位操作指令加以改變。

PSW各位定義如表1-3所示。進(jìn)位標(biāo)志位CY：表示累加器A在加減運(yùn)算過(guò)程中其最高位D7有無(wú)進(jìn)位或借位。若有，則CY=1；若沒(méi)有，則CY=0。CPU在進(jìn)行移位操作時(shí)也會(huì)影響這個(gè)標(biāo)志位。在位操作中，CY作為累加器C使用。輔助進(jìn)位位AC：表示累加器A在加減運(yùn)算時(shí)低4位(D3)有無(wú)向高4位(D4)進(jìn)位或借位。若有，則AC=1；若沒(méi)有，則AC=0。AC通常在二/十進(jìn)制調(diào)整時(shí)使用。

溢出標(biāo)志位OV：當(dāng)執(zhí)行算術(shù)指令時(shí)，由硬件自動(dòng)置位或清零，表示累加器A的溢出狀態(tài)。進(jìn)行補(bǔ)碼運(yùn)算時(shí)，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超出累加器A能表示的數(shù)值范圍時(shí)，由硬件自動(dòng)置1，否則等于0。奇偶標(biāo)志位P：每條指令執(zhí)行完畢后，硬件根據(jù)A中的內(nèi)容自動(dòng)置位或復(fù)位，用于指示運(yùn)算結(jié)果中1的個(gè)數(shù)的奇偶性。若累加器A中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則P=1；若1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，則P=0。該標(biāo)志位常用于串行通信的數(shù)據(jù)校驗(yàn)。

寄存器選擇位RS1、RS0：AT89C51共有4組，每組8個(gè)工作寄存器R0～R7，編程時(shí)用于存放數(shù)據(jù)或地址。每組工作寄存器在內(nèi)部RAM中的物理地址不同。

RS1和RS0的4種狀態(tài)組合就是用來(lái)確定4組工作寄存器的實(shí)際物理地址的。單片機(jī)上電復(fù)位后，RS1、RS0的狀態(tài)為00。用戶可通過(guò)位操作指令或數(shù)據(jù)傳送指令改變RS1、RS0的狀態(tài)，選擇當(dāng)前工作的工作寄存器組。

用戶標(biāo)志位F0：用戶定義的一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位，根據(jù)需要可以用軟件來(lái)使它置位或清除，供測(cè)試使用。

PSW1：未定義。用戶可以通過(guò)位地址D1H或位標(biāo)志PSW1使用該位。

[例1.6]試分析執(zhí)行加法指令，完成0FFH與01H相加后PSW各位的狀態(tài)。

MOVA，#0FFH

ADDA，#01H

執(zhí)行上述加法指令時(shí)的人工算式是：

11111111B

+ 00000001B

?

100000000B

(5)寄存器B。寄存器B用于乘除法運(yùn)算。乘法運(yùn)算時(shí)，兩個(gè)乘數(shù)分別來(lái)自A、B，運(yùn)算結(jié)果的低8位存于A，高8位存于B。除法運(yùn)算中被除數(shù)來(lái)自A，除數(shù)來(lái)自B，結(jié)果商存于A，余數(shù)存于B。

其他情況下，寄存器B作為通用寄存器或普通RAM單元使用。

2)控制器

控制器是單片機(jī)內(nèi)部按一定時(shí)序協(xié)調(diào)工作的控制核心，是分析和執(zhí)行指令的部件?？刂破髦饕沙绦蛴?jì)數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令譯碼器ID和定時(shí)控制邏輯電路、數(shù)據(jù)指針DPTR、堆棧指針SP等構(gòu)成。它用于控制指令的讀入、譯碼和執(zhí)行，并對(duì)指令執(zhí)行的過(guò)程進(jìn)行定時(shí)和邏輯控制。

(1)程序計(jì)數(shù)器PC。PC是控制器中最基本的寄存器，專門(mén)用于存放下一條將要從程序存儲(chǔ)器中取出指令代碼的16位地址，可對(duì)64KB的存儲(chǔ)空間進(jìn)行尋址。CPU就是根據(jù)PC中的地址到ROM中去讀取程序指令碼和數(shù)據(jù)，并送給指令寄存器IR進(jìn)行分析。每取出現(xiàn)行指令的一個(gè)字節(jié)后，PC就自動(dòng)加1，即(PC)+1→PC，指向下一個(gè)要讀取字節(jié)的地址。所以，待執(zhí)行程序的機(jī)器碼，必須在程序執(zhí)行前預(yù)先一條條地按順序存放到程序存儲(chǔ)器ROM中，并使PC中的初始地址為程序第一條指令的內(nèi)存地址。改變PC值就可以改變程序執(zhí)行的流程。

當(dāng)遇到轉(zhuǎn)移指令時(shí)，PC內(nèi)容會(huì)被指定的地址取代，實(shí)現(xiàn)程序轉(zhuǎn)移。

當(dāng)執(zhí)行子程序調(diào)用或進(jìn)入中斷服務(wù)程序時(shí)，PC的內(nèi)容會(huì)被置入這些程序的入口地址。同時(shí)，PC的原值被壓入堆棧保存，待子程序或中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢后被彈出，實(shí)現(xiàn)程序返回。

(2)數(shù)據(jù)指針DPTR。DPTR是一個(gè)16位的特殊功能寄存器，用于片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址寄存器，可以對(duì)64KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O端口進(jìn)行間接尋址。

DPTR既可作為一個(gè)16位寄存器使用，也可作為兩個(gè)獨(dú)立的8位寄存器使用。高位字節(jié)寄存器為DPH，低位字節(jié)寄存器為DPL。

(3)指令寄存器IR和指令譯碼器ID。IR用于存放CPU根據(jù)PC地址從ROM中讀出的指令操作碼。ID用于分析指令操作。指令操作碼經(jīng)譯碼后產(chǎn)生相應(yīng)的電平信號(hào)，送入定時(shí)控制邏輯電路，并由定時(shí)控制邏輯電路產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，完成指令的執(zhí)行。

(4)定時(shí)控制邏輯電路。其中的定時(shí)部件用來(lái)產(chǎn)生脈沖序列和多種節(jié)拍脈沖；控制邏輯根據(jù)指令譯碼器產(chǎn)生的操作信號(hào)，按一定時(shí)間順序發(fā)出一系列節(jié)拍脈沖控制信號(hào)來(lái)完成指令所規(guī)定的全部操作。

2．存儲(chǔ)器

單片機(jī)的存儲(chǔ)器分為程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

程序存儲(chǔ)器主要用于存放編好的程序和表格常數(shù)。程序在開(kāi)發(fā)調(diào)試成功之后就要永久地存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器中，在斷電情況下也不會(huì)丟失。程序存儲(chǔ)器在操作運(yùn)行的過(guò)程中是可讀不可寫(xiě)的，因此又被稱為只讀存儲(chǔ)器ROM。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果，進(jìn)行數(shù)據(jù)暫存及數(shù)據(jù)緩沖等，在程序運(yùn)行期間既可讀也可寫(xiě)，用RAM實(shí)現(xiàn)。

AT89C51單片機(jī)內(nèi)部集成了256B的RAM。其中，低128B為數(shù)據(jù)RAM區(qū)，用來(lái)存放過(guò)渡性的數(shù)據(jù)和地址；高128B為專用寄存器組，主要用來(lái)指示當(dāng)前要執(zhí)行指令的內(nèi)存地址、存放特定的操作數(shù)、指示指令運(yùn)行的狀態(tài)等。當(dāng)片內(nèi)的ROM和RAM存儲(chǔ)器不夠使用時(shí)，可分別擴(kuò)展為64KB外部RAM存儲(chǔ)器和64KB外部程序存儲(chǔ)器。它們的邏輯空間是分開(kāi)的，并有各自的尋址機(jī)構(gòu)和尋址方式。

3．I/O端口

AT89C51單片機(jī)對(duì)外部電路進(jìn)行控制或交換信息都是通過(guò)I/O端口進(jìn)行的。單片機(jī)的I/O端口分為并行I/O端口和串行I/O端口。

1)并行I/O端口

AT89C51有4個(gè)8位并行I/O端口，分別命名為P0口、P1口、P2口和P3口，它們都是8位準(zhǔn)雙向口，每次可以并行輸入或輸出8位二進(jìn)制信息。也可以按位操作進(jìn)行輸入或輸出信息。每個(gè)并行I/O端口內(nèi)部都有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器(即特殊功能寄存器SFR中的P0～P3)、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)8位輸入緩沖器。因此，CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出時(shí)可以將數(shù)據(jù)鎖存，進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入時(shí)可以得到緩沖。

2)串行I/O端口

AT89C51有一個(gè)全雙工的可編程串行I/O端口，它利用了P3口的第二功能，即將P3.1引腳作為串行數(shù)據(jù)的發(fā)送線TXD，將P3.0引腳作為串行數(shù)據(jù)的接收線RXD。在串行口控制寄存器SCON、電源及波特率選擇寄存器PCON和串行數(shù)據(jù)緩沖器(它們都是特殊功能寄存器)的控制下，每次只能發(fā)送或接收一位二進(jìn)制信息。這樣，CPU內(nèi)部的8位并行二進(jìn)制數(shù)必須變成一位一位的串行數(shù)據(jù)才能通過(guò)TXD發(fā)送出去。同理，從RXD接收的數(shù)據(jù)也是一位一位的串行數(shù)據(jù)，必須轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)后才能供CPU使用。

4．定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

AT89C51內(nèi)部有兩個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，簡(jiǎn)稱定時(shí)器0(T0)和定時(shí)器1(T1)，T0和T1分別由兩個(gè)8位寄存器構(gòu)成，其中T0由TH0(高8位)和TL0(低8位)構(gòu)成，T1由TH1(高8位)和TL1(低8位)構(gòu)成。TH0、TL0、TH1、TL1都是SFR中的特殊功能寄存器(見(jiàn)表1-11)。

5．中斷系統(tǒng)

單片機(jī)中的中斷是指CPU暫停正在執(zhí)行的原程序轉(zhuǎn)而為中斷源服務(wù)(執(zhí)行中斷服務(wù)程序)，在執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后再回到原程序繼續(xù)執(zhí)行。中斷系統(tǒng)是指能夠處理上述中斷過(guò)程所需要的部分電路系統(tǒng)。

AT89C51的中斷系統(tǒng)由中斷源、中斷允許控制器IE、中斷優(yōu)先級(jí)控制器IP、定時(shí)器控制器TCON、中斷標(biāo)志寄存器等構(gòu)成，IE、IP、TCON均為SFR特殊功能寄存器(見(jiàn)表1-11)。AT89C51的中斷源(產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)的來(lái)源)有5個(gè)，分別是：兩個(gè)外部中斷源INT0、INT1(中斷信號(hào)從P3.2、P3.3引腳輸入)和3個(gè)內(nèi)部中斷源—定時(shí)器0溢出中斷、定時(shí)器1溢出中斷、串行口中斷。每個(gè)中斷源都有固定的中斷服務(wù)程序入口地址。

6．內(nèi)部總線

單片機(jī)內(nèi)的CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口等單元部件都是通過(guò)總線連接在一起的。采用總線結(jié)構(gòu)可以減少信息傳輸線的根數(shù)，提高系統(tǒng)可靠性，增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性。

AT89C51單片機(jī)內(nèi)部總線是單總線結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)總線和地址總線是公用的。內(nèi)部所有單元電路都掛在總線上，它們之間的信息傳遞都經(jīng)過(guò)內(nèi)部總線，并采用分時(shí)操作、分時(shí)使用的方法，所以不會(huì)引起信息沖突或搶占總線的問(wèn)題。

知識(shí)4AT89C51單片機(jī)的引腳及其功能

AT89C51與MCS-51系列單片機(jī)引腳是兼容的，可分

為I/O端口線、電源線、控制線和外接晶體線四部分。其封裝形式有兩種：雙列直插式封裝(DIP)和方形封裝，如圖1-4

所示。圖1-4AT89C51封裝和引腳分配圖

1．I/O端口功能

在AT89C51中有4個(gè)雙向并行I/O端口P0～P3。每個(gè)端口都有8條端口線，共32條線，并都配有端口鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器，用于CPU與外部設(shè)備之間交換信息。但由于每個(gè)端口的結(jié)構(gòu)各不相同，因此它們?cè)诠δ芎陀猛旧嫌胁顒e。

1)?P0口

P0口有以下兩個(gè)功能：

(1)作普通I/O口。當(dāng)AT89C51無(wú)需擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，P0口可作為普通的I/O口使用，此時(shí)需要外接上拉電阻。P0口的輸出能力可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL電路。

(2)作地址/數(shù)據(jù)線。當(dāng)AT89C51需要擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，P0口作地址/數(shù)據(jù)總線使用。此時(shí)P0口是真正的雙向口，不能再作它用，數(shù)據(jù)的輸出和讀入都是在CPU內(nèi)部總線的控制下有條不紊地進(jìn)行的。

2)?P1口

1口有8條端口線，命名為P1.0～P1.7。由于其內(nèi)部有上拉電阻，所以輸入時(shí)不存在高阻狀態(tài)，輸出時(shí)不需外接上拉電阻。

P1口只作普通的I/O口使用，其功能與P0口的第一功能相同。

3)?P2口

P2口有8條端口線，命名為P2.0～P2.7。它有兩種使用功能，分別在不同狀態(tài)下使用。

(1)作普通I/O口。當(dāng)系統(tǒng)不擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，P2作普通I/O口使用，其功能和原理與P0口第一功能相同，只是作為輸出口時(shí)不需外接上拉電阻。此時(shí)P2口也是一個(gè)準(zhǔn)雙

向口。

(2)作地址線。當(dāng)系統(tǒng)外擴(kuò)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口作系統(tǒng)擴(kuò)展的地址總線使用，輸出由程序計(jì)數(shù)器PC來(lái)的高8位地址PCH或數(shù)據(jù)指針DPTR來(lái)的高8位地址DPH作為地址總線的高8位A8～A15。與P0口第二功能輸出的低8位地址相配合，共同訪問(wèn)外部程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(64KB)。它只確定地址，并不能像P0口那樣還可以傳送存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。由于P2口有鎖存功能，輸出的高8位地址是鎖存的，因此無(wú)需外加地址鎖存器。當(dāng)系統(tǒng)外接有程序存儲(chǔ)器時(shí)，訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器操

作頻繁，P2口不斷輸出高8位地址，因此不宜再作通用I/O口使用。

在僅有片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，若片外RAM容量不大于256B，可直接使用R0、R1作為低8位地址間接尋址，此時(shí)P2口無(wú)需輸出地址，仍可作通用I/O口使用。若片外RAM容量超過(guò)256B，則需要P2口輸出高8位地址。

4)?P3口

P3口有8條端口線，命名為P3.0～P3.7。P3口是一個(gè)多用途的準(zhǔn)雙向口，通常有兩種功能。

(1)作普通I/O口。功能和原理與P0口相同，只是作輸出口時(shí)不需要上拉電阻。

(2)作控制和特殊功能口使用。這時(shí)8條端口線所定義的功能各不相同，如表1-4所示。

P3端口可以按字節(jié)訪問(wèn)也可以按位訪問(wèn)，因此可以單獨(dú)設(shè)定P3端口各位的工作狀態(tài)。在應(yīng)用中，可以根據(jù)需要把幾條端口線設(shè)定為第二功能進(jìn)行使用，剩下的口線仍作第一功能使用。

AT89C51單片機(jī)上電復(fù)位時(shí)，所有I/O口的復(fù)位值均為1。

5)?I/O口的負(fù)載能力及應(yīng)用功能

通過(guò)以上分析可以看出，4個(gè)I/O口結(jié)構(gòu)上有相同之處，但由于存在一些差異，使它們?cè)谪?fù)載能力、應(yīng)用功能方面存在不同。

(1)端口負(fù)載能力。P0口為三態(tài)雙向口，負(fù)載能力最強(qiáng)，能夠驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL電路；P1、P2、P3口為準(zhǔn)雙向口，負(fù)載能力為4個(gè)TTL電路。

(2)端口應(yīng)用功能。

P0口：可以作為普通I/O口；當(dāng)系統(tǒng)外接存儲(chǔ)器和I/O口時(shí)，通常作為低8位地址/數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，低8位地址由地址鎖存信號(hào)ALE下跳沿鎖存到外部地址鎖存器中，高8位地址由P2口輸出。

P1口：通常作為普通I/O口，每一位都能作為可編程的輸入或輸出口線。

P2口：可以作為普通I/O口使用；當(dāng)系統(tǒng)外接存儲(chǔ)器和I/O口時(shí)，又作為擴(kuò)展系統(tǒng)的高8位地址總線，與P0口一起組成16位地址總線。

P3口：為雙功能口。每一位均可獨(dú)立定義為普通I/O口或第二功能輸入/輸出。

2．電源線

AT89C51單片機(jī)的電源線有以下兩種：

(1)?VCC：+5V電源線。

(2)?VSS：接地線。

3．外接晶振引腳

(1)?XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸入端和內(nèi)部時(shí)鐘工作的輸入端。采用內(nèi)部振蕩器時(shí)，它接外部石英晶體和微調(diào)電容的一個(gè)引腳。采用外部振蕩器時(shí)，它是外部時(shí)鐘的輸入端。

(2)?XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端，接外部石英晶體和微調(diào)電容的另一端。采用外部振蕩器時(shí)，該引腳懸空。

4.控制線

AT89C51單片機(jī)的控制線有以下幾種：

(1)?RST：復(fù)位輸入端，高電平有效。當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。

(2)?ALE/：地址鎖存允許/編程線。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE線上輸出一個(gè)高電位脈沖，其下降沿將P0口輸出的片外存儲(chǔ)器低8位地址鎖存到外部專用地址鎖存器中，以實(shí)現(xiàn)低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率(振蕩器頻率的1/6)輸出脈沖序列，該脈沖序列可作外部時(shí)鐘源或定時(shí)脈沖源使用。在對(duì)AT89C51片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳用于輸入編程負(fù)脈沖(

)。

(3)：外部程序存儲(chǔ)器的讀選通線，低電平有效。當(dāng)AT89C51訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期

輸出兩個(gè)負(fù)脈沖，用于選通片外ROM，并將外部ROM的內(nèi)容送入P0口(數(shù)據(jù)總線)。訪問(wèn)外部RAM時(shí)無(wú)效。該信號(hào)可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。

(4)

/VPP：片外ROM允許訪問(wèn)/編程電源端。若

=0，則只允許CPU訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器(地址0000H～FFFFH)；若=1，則先訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但當(dāng)PC中地址值超過(guò)4KB范圍時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器指令。在Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳用于施加編程電壓VPP(芯片所要求的編程電壓)。知識(shí)5AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)

AT89C51片內(nèi)有Flash程序存儲(chǔ)器，由它構(gòu)成的最小應(yīng)用系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠。由于集成度高的原因，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能是基本控制單元。換句話說(shuō)，AT89C51的最基本工作條件離不開(kāi)晶振電路和復(fù)位電路，這也是所有單片機(jī)必需的兩個(gè)基本電路。

1．晶振電路

AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的單級(jí)反相放大器，如圖1-5所示。圖1-5AT89C51內(nèi)部振蕩器電路圖

引腳XTAL1為反相器輸入端，XTAL2為反相器輸出端。當(dāng)在放大器兩個(gè)引腳上外接一個(gè)晶體(或陶瓷振蕩器)和電容組成的并聯(lián)諧振電路作為反饋元件時(shí)，便構(gòu)成了一個(gè)自激振蕩器，如圖1-6所示。圖1-6內(nèi)部振蕩器等效電路圖此振蕩器由XTAL1端向內(nèi)部時(shí)鐘電路提供一定的頻率時(shí)鐘源信號(hào)。另外，振蕩器的工作還可由軟件控制，當(dāng)對(duì)單片機(jī)內(nèi)電源控制寄存器PCON中的PD位置1時(shí)，可停止振蕩器的工作，使單片機(jī)進(jìn)入省電工作狀態(tài)，此振蕩器稱為內(nèi)部振蕩器。

單片機(jī)也可采用外部振蕩器向內(nèi)部時(shí)鐘電路輸入一固定頻率的時(shí)鐘源信號(hào)。此時(shí)，外部振蕩器信號(hào)接至XTAL1端，輸入給內(nèi)部時(shí)鐘電路，而XTAL2端浮空即可，如圖1-7

所示。圖1-7外部時(shí)鐘電路圖片內(nèi)振蕩器的頻率是由外接石英晶體的頻率決定的，其頻率值可為4～24MHz，當(dāng)頻率穩(wěn)定性要求不高時(shí)，可選用陶瓷諧振器。

片內(nèi)振蕩器對(duì)構(gòu)成并聯(lián)諧振電路的外接電容C1和C2要求并不嚴(yán)格。外接晶體時(shí)，C1和C2的典型值為30pF左右；外接陶瓷諧振器時(shí)，C1和C2的典型值為47pF左右。

2．復(fù)位電路

1)上電復(fù)位電路

上電復(fù)位電路中考慮到振蕩器有一定的起振時(shí)間，復(fù)位引腳上高電平必須持續(xù)10ms以上才能保證有效復(fù)位。因此，一般采用專用的復(fù)位芯片或簡(jiǎn)單的RC電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖1-8(a)所示為一種常用的簡(jiǎn)易R(shí)C復(fù)位電路，通過(guò)對(duì)電容的充電在接通電源的同時(shí)完成系統(tǒng)的復(fù)位工作。R、C的參數(shù)可以調(diào)整復(fù)位的時(shí)間。圖1-8單片機(jī)復(fù)位電路圖

2)按鍵復(fù)位電路

單片機(jī)在運(yùn)行期間若出現(xiàn)非正常狀態(tài)，則可以通過(guò)人工強(qiáng)制干預(yù)的方法進(jìn)行復(fù)位。常用電路如圖1-8(b)所示，S鍵按下時(shí)，RST端經(jīng)電阻R1接通VCC電源實(shí)現(xiàn)復(fù)位。同時(shí)，上電時(shí)即使沒(méi)有將S鍵按下，由于R2C電路對(duì)電容C充電，RST端也會(huì)出現(xiàn)一段高電平，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。

此外，加上電源電路后得到的單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖1-9所示。圖1-9AT89C51最小應(yīng)用系統(tǒng)任務(wù)實(shí)施

【設(shè)備與器件清單】

1．設(shè)備清單：PC機(jī)、單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、穩(wěn)壓電源。

2．器件清單：

【跟我做】

1．準(zhǔn)備器件，設(shè)計(jì)硬件電路圖。

析：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)電路由電源電路、復(fù)位電路、

晶振電路構(gòu)成，最小系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)發(fā)光管點(diǎn)亮的參考電路如圖1-10所示。圖1-10單片機(jī)最小系統(tǒng)參考電路

2．編寫(xiě)控制程序。

在AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)基礎(chǔ)上，將8只發(fā)光二極管連接到P2口，由P2口進(jìn)行控制。當(dāng)P2口的引腳輸出低電平“0”時(shí)，電流流過(guò)發(fā)光二極管而發(fā)光，當(dāng)P2口的引腳輸出高電平“1”時(shí)，發(fā)光二極管兩端電壓相等，不發(fā)光。

參考程序如下：

ORG 0000H

MAIN： MOV P2，#0F0H

SJMP $

END

【課后任務(wù)】

1．編寫(xiě)實(shí)訓(xùn)報(bào)告，總結(jié)實(shí)訓(xùn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題、解決方法和收獲。

2．如果需要8只LED分兩組交替閃爍，如何設(shè)計(jì)？

3．如果改用P0口和P1口來(lái)控制16只LED，讓8只LED交替點(diǎn)亮，如何設(shè)計(jì)？任務(wù)擴(kuò)展

知識(shí)6AT89C51單片機(jī)I/O口內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1．P0口

P0口每條端口線的結(jié)構(gòu)組成如圖1-11所示。它由一個(gè)輸出鎖存器、兩個(gè)三態(tài)緩沖器、輸出驅(qū)動(dòng)電路和輸出控制電路組成。其中，輸出驅(qū)動(dòng)電路由上拉場(chǎng)效應(yīng)管T1和驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管T2組成，輸出控制電路則由一個(gè)與門(mén)、一個(gè)非門(mén)和一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)MUX組成。圖1-11P0口位結(jié)構(gòu)圖

1)作普通I/O口

P0口作為普通的I/O口使用時(shí)，CPU發(fā)控制信號(hào)為0(低電平)，與門(mén)封鎖，使T1截止，同時(shí)使MUX觸點(diǎn)處于下方，將鎖存器的端與T2的柵極接通。因T1處于截止?fàn)顟B(tài)，故端口為漏極開(kāi)路電路。

CPU向P0端口輸出數(shù)據(jù)時(shí)，寫(xiě)脈沖加到鎖存器的CL上，其上升沿將內(nèi)部總線傳送給D端的數(shù)據(jù)取反后出現(xiàn)在端，又經(jīng)T2反相，這樣在P0引腳上出現(xiàn)的數(shù)據(jù)正好是D端的寫(xiě)入數(shù)據(jù)。但在開(kāi)漏極狀態(tài)下，要使P0引腳真正反映D端的寫(xiě)入狀態(tài)，必須外接上拉電阻。

當(dāng)CPU從P0口讀入外部輸入數(shù)據(jù)(輸入口)時(shí)，有兩種讀入方式：讀鎖存器和讀引腳。

(1)讀鎖存器。在P0口的每一根線的結(jié)構(gòu)上都設(shè)有一個(gè)讀鎖存器緩沖器(圖1-11中的緩沖器1)，當(dāng)CPU讀鎖存器時(shí)，讀入的數(shù)據(jù)是鎖存器的輸出狀態(tài)，由Q端經(jīng)三態(tài)緩沖器1進(jìn)入內(nèi)部總線。

讀鎖存器操作實(shí)際上是“讀—修改—寫(xiě)”指令中的“讀”動(dòng)作。所謂“讀—修改—寫(xiě)”指令，是指端口處于輸出狀態(tài)，但必須先從端口讀入當(dāng)前的數(shù)據(jù)進(jìn)入CPU，在CPU中經(jīng)過(guò)計(jì)算修改之后，重新輸出到該端口上。例如，邏輯與指令“ANLP1，A”就屬于這類指令。該指令的執(zhí)行過(guò)程是：CPU先讀入P1口上的數(shù)據(jù)，然后與累加器A中的數(shù)據(jù)按位進(jìn)行邏輯與操作，最后將與的結(jié)果送回P1口，完成對(duì)P1口各位狀態(tài)的修改。這類指令中，讀入P1口的數(shù)據(jù)是前一次寫(xiě)入P1口輸出鎖存器的數(shù)據(jù)，而不是P1口的實(shí)際狀態(tài)，兩者不一定相同。

因此，在這種情況下，若直接讀引腳，有可能得到錯(cuò)誤的讀入結(jié)果。

(2)讀引腳。讀引腳時(shí)，緩沖器2用于直接讀取引腳數(shù)

據(jù)。但讀引腳時(shí)必須注意，如果此前該口D端鎖存過(guò)“0”數(shù)據(jù)，則T2是導(dǎo)通的，這樣引腳上輸入的“1”就被鉗位在“0”狀態(tài)，而無(wú)法使端口呈高阻輸入狀態(tài)，造成讀取錯(cuò)誤。所以，應(yīng)先向端口鎖存器寫(xiě)入“1”，使T2截止，則外輸入的“1”就可進(jìn)入緩沖器2中。因此，作為普通I/O口使用時(shí)，P0口是準(zhǔn)雙向口。

2)作地址/數(shù)據(jù)線

P0口作地址/數(shù)據(jù)總線使用時(shí)，CPU控制信號(hào)為1(高電平)，使與門(mén)打開(kāi)，同時(shí)使MUX觸點(diǎn)處于上方，場(chǎng)效應(yīng)管T1、T2都由地址/數(shù)據(jù)總線控制工作，而且是互補(bǔ)輸出狀態(tài)。

當(dāng)從P0口輸出地址數(shù)據(jù)時(shí)，若地址/數(shù)據(jù)為“1”，與門(mén)輸出“1”使T1導(dǎo)通，反相器輸出“0”使T2截止，P0引腳上出現(xiàn)高電平；若地址/數(shù)據(jù)為“0”，與門(mén)輸出“0”使T1截止，反相器輸出“1”使T2導(dǎo)通，P0引腳上出現(xiàn)低電平“0”。當(dāng)從P0口輸入數(shù)據(jù)時(shí)，信號(hào)從三態(tài)緩沖器2進(jìn)入內(nèi)部總線，CPU自動(dòng)對(duì)鎖存器先寫(xiě)“1”。此時(shí)P0口是真正的雙向口。

2．P1口

P1口每條線的結(jié)構(gòu)組成如圖1-12所示。

與P0口不同，該端口電路結(jié)構(gòu)中沒(méi)有多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)MUX，因此，P1口只作普通的I/O口使用，其功能與P0口的第一功能相同。同樣，作輸入口使用時(shí)，必須先向鎖存器寫(xiě)入“1”，使場(chǎng)效應(yīng)管T截止，然后才能讀取數(shù)據(jù)。因此，P1口也是一個(gè)準(zhǔn)雙向口。圖1-12P1口位結(jié)構(gòu)圖

3．P2口

P2口每條線的結(jié)構(gòu)如圖1-13所示。圖1-13P2口位結(jié)構(gòu)圖

1)作普通I/O口

P2口作普通I/O口時(shí)，CPU發(fā)出的控制信號(hào)使多路選擇開(kāi)關(guān)MUX打向1端，此時(shí)P2口作普通I/O口使用，其功能和原理與P0口第一功能相同，只是作為輸出口時(shí)不需外接上拉電阻。此時(shí)P2口也是一個(gè)準(zhǔn)雙向口。

2)作地址線

2口作地址線時(shí)，控制信號(hào)使多路選擇開(kāi)關(guān)MUX打向2端，此時(shí)P2口作系統(tǒng)擴(kuò)展的地址總線使用，輸出由程序計(jì)數(shù)器PC來(lái)的高8位地址PCH或數(shù)據(jù)指針DPTR來(lái)的高8位地址DPH作為地址總線的高8位A8～A15。與P0口第二功能輸出的低8位地址相配合，共同訪問(wèn)外部程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(64KB)。它只確定地址，并不能像P0口那樣還可以傳送存儲(chǔ)器的讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)。由于P2口有鎖存功能，輸出的高8位地址是鎖存的，因此無(wú)需外加地址鎖存器。在僅有片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，若片外RAM容量不大于256B，可直接使用R0、R1作為低8位地址間接尋址，此時(shí)P2口無(wú)需輸出地址，仍可作通用I/O口使用。若片外RAM容量超過(guò)256B，則需要P2口輸出高8位地址。在片外RAM的讀/寫(xiě)周期內(nèi)，P2口鎖存器的內(nèi)容不受影響，周期結(jié)束后，多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)MUX自動(dòng)切換到1端，寄存器原來(lái)的數(shù)據(jù)又會(huì)重新出現(xiàn)在引腳上。

4．P3口

P3口每條線的結(jié)構(gòu)如圖1-14所示。圖1-14P3口位結(jié)構(gòu)圖

P3口是一個(gè)多用途的準(zhǔn)雙向口。當(dāng)P3口工作于第一功能即作普通I/O口使用時(shí)，其功能和原理與P0口相同，只是作輸出口時(shí)不需要上拉電阻。在P3口的引腳信號(hào)輸入通道中有兩個(gè)緩沖器，第二功能的輸入信號(hào)取自第一個(gè)緩沖器(上邊)的輸出端。普通輸入信號(hào)取自第二個(gè)三態(tài)緩沖器(下邊)的輸出端。知識(shí)7AT89C51單片機(jī)的工作方式

1．復(fù)位方式

單片機(jī)在開(kāi)機(jī)時(shí)或在工作中因干擾而使程序失控或工作中程序處于某種死循環(huán)狀態(tài)等情況下都需要復(fù)位。復(fù)位的作用是使中央處理器CPU以及其他功能部件都恢復(fù)到一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。復(fù)位后，PC程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容為0000H，即單片機(jī)從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。同時(shí)，復(fù)位操作會(huì)影響特殊功能寄存器(SFR)的狀態(tài)，但片內(nèi)RAM中的內(nèi)容不變。SFR的復(fù)位狀態(tài)如表1-5所示。

2．程序執(zhí)行方式

連續(xù)執(zhí)行方式是指從指定地址開(kāi)始連續(xù)執(zhí)行程序存儲(chǔ)器ROM中存放的程序。

單步執(zhí)行方式是指在單步運(yùn)行鍵控制下，每按一次單步鍵，程序按順序執(zhí)行一條指令的工作方式，通常用于程序調(diào)試。單步運(yùn)行鍵通常通過(guò)外部中斷方式實(shí)現(xiàn)，詳見(jiàn)項(xiàng)目2中任務(wù)一的知識(shí)11。

3．低功耗方式

待機(jī)工作方式和掉電方式是由電源控制寄存器PCON控制的，PCON是一個(gè)按位定義的特殊功能寄存器，其字節(jié)格式如表1-6所示。該寄存器的各位定義如下：

SMOD：串行口波特率加倍控制位，等于“1”時(shí)波特率加倍。

GF1、GF0：通用標(biāo)志位，由用戶通過(guò)軟件設(shè)置。

PD：掉電方式位，PD=1進(jìn)入掉電工作方式。

IDL：待機(jī)方式位，IDL=1進(jìn)入待機(jī)工作方式。

若PD和IDL同時(shí)為1，則進(jìn)入掉電工作方式。

復(fù)位時(shí)，PCON=0×××0000B，單片機(jī)處于正常工作狀態(tài)，若要進(jìn)入待機(jī)或掉電工作狀態(tài)，僅需將PD或IDL置位即可。

1)待機(jī)工作方式

待機(jī)工作方式是指在程序運(yùn)行的過(guò)程中，在CPU暫時(shí)無(wú)需工作時(shí)，單片機(jī)進(jìn)入的一種低功耗工作方式。

使用指令使PCON的IDL位置1，即進(jìn)入待機(jī)方式。在此方式下，振蕩器仍然運(yùn)行，并向中斷系統(tǒng)、串行口和定時(shí)器提供工作時(shí)鐘信號(hào)，但向CPU提供時(shí)鐘的電路被封鎖，CPU停止工作。

CPU的狀態(tài)在待機(jī)期間維持不變，與CPU有關(guān)的SP、PC、PSW、內(nèi)部RAM和全部工作寄存器及引腳都保持進(jìn)入待機(jī)方式時(shí)的狀態(tài)，ALE和保持高電平。待機(jī)期間各引腳的狀態(tài)如表1-7所示。

退出待機(jī)方式繼續(xù)正常工作的方式有兩種：激活中斷和硬件復(fù)位。

(1)激活中斷。在待機(jī)方式下，中斷系統(tǒng)仍處于工作狀態(tài)，因此可以采用中斷方法激活CPU，使其恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。任何一個(gè)開(kāi)放的中斷源在待機(jī)方式下中斷請(qǐng)求，都將使IDL被硬件自動(dòng)清零，使單片機(jī)退出待機(jī)方式進(jìn)入正常工作方式。CPU響應(yīng)此中斷請(qǐng)求，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，當(dāng)中斷服務(wù)程序執(zhí)行完最后一條RETI指令后，程序?qū)⒎祷氐皆戎么龣C(jī)方式指令后的下一條指令處開(kāi)始繼續(xù)執(zhí)行。

PCON的兩個(gè)通用標(biāo)志位GF1、GF0可用來(lái)指示中斷是在正常運(yùn)行期間發(fā)生的還是在待機(jī)狀態(tài)發(fā)生的。例如，待機(jī)方式的啟動(dòng)指令也可以同時(shí)把一個(gè)或兩個(gè)通用標(biāo)志位置1，各中斷服務(wù)程序根據(jù)對(duì)這兩個(gè)標(biāo)志位的檢查結(jié)果，就可以確定此次中斷是在什么情況下發(fā)生的。

(2)硬件復(fù)位。在待機(jī)方式下振蕩器仍然工作，只要在RST引腳上送一個(gè)延時(shí)大于兩個(gè)機(jī)器周期的正脈沖，就能將IDL清零，使單片機(jī)退出待機(jī)狀態(tài)，CPU恢復(fù)工作，程序從待機(jī)方式啟動(dòng)指令的后一條指令繼續(xù)執(zhí)行。

用硬件復(fù)位使單片機(jī)退出待機(jī)方式，在內(nèi)部復(fù)位操作開(kāi)始之前，尚有兩個(gè)或三個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間執(zhí)行程序，在此期間，片內(nèi)硬件禁止對(duì)內(nèi)部RAM進(jìn)行存取操作，但對(duì)端口引腳的訪問(wèn)卻不禁止。

2)掉電方式

PCON中的PD位控制著單片機(jī)進(jìn)入掉電保護(hù)方式。若使PD位置為1，單片機(jī)即進(jìn)入掉電方式。掉電方式下片內(nèi)振蕩器停振，送入時(shí)鐘電路的振蕩信號(hào)被封鎖，不產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，片內(nèi)一切工作都停止，只有片內(nèi)RAM的內(nèi)容被保留，端口的輸入狀態(tài)值都保存在對(duì)應(yīng)的SFR中，ALE和引腳輸出邏輯低電平。如果在執(zhí)行片內(nèi)程序時(shí)啟動(dòng)了掉電方式，各端口引腳將繼續(xù)輸出其相應(yīng)的SFR的內(nèi)容。若片外程序進(jìn)入掉電方式，P2口也輸出其SFR的數(shù)據(jù)，P0口將處于高阻狀態(tài)。退出掉電方式的唯一方法是硬件復(fù)位。

電期間，VCC電源(也是備用電源引入端)可以降至2V，在進(jìn)入掉電方式之前，VCC不能降低，而在退出掉電方式之前，VCC必須恢復(fù)正常的電壓值。當(dāng)VCC恢復(fù)正常的5V后，硬件復(fù)位信號(hào)須維持10ms，使振蕩器重新起振并穩(wěn)定下來(lái)，單片機(jī)才可以退出掉電方式。復(fù)位操作使所有SFR均恢復(fù)成初始值，并從0000H單元重新開(kāi)始執(zhí)行程序。定時(shí)器、中斷允許、波特率和端口狀態(tài)都要重新安排，但片內(nèi)RAM的內(nèi)容并不受影響。低功耗方式往往用于直流電源供電或停電時(shí)依靠備用電源供電的情況，可以大大降低功耗。單片機(jī)正常工作時(shí)消耗10～20mA電流，而CPU的耗電量占芯片耗電的80%～90%。在低功耗方式下，CPU停止工作，待機(jī)工作方式時(shí)消耗1.75mA電流，掉電方式工作時(shí)消耗5～50μA電流，可見(jiàn)耗能很小。

4．編程和校驗(yàn)方式

1)簽名字節(jié)讀出方式

簽名字節(jié)是生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)AT89系列單片機(jī)時(shí)寫(xiě)入到存儲(chǔ)器中的信息，包括生產(chǎn)廠家、編程電壓和單片機(jī)型號(hào)。這些信息一般也會(huì)印在單片機(jī)封裝外殼的頂面(或底面)，但由于某些原因看不到封裝表面的這些信息時(shí)，我們就要通過(guò)讀取簽名字節(jié)的方法來(lái)獲得這些信息，特別是編程電壓。

2)?Flash存儲(chǔ)器編程方式

這里的編程是指利用特殊手段將用戶編寫(xiě)好的程序代碼寫(xiě)入AT89C51片內(nèi)4KBFlash存儲(chǔ)器的過(guò)程。編程前必須先確定編程電壓。AT89系列單片機(jī)只有兩種編程電壓：一種是低壓編程方式，用5V電壓；另一種是高壓編程方式，用12V電壓。這一編程電壓可從器件封裝表面讀取或從簽名字節(jié)中讀取。

AT89C51存儲(chǔ)器編程時(shí)，必須在硬件上先建立好地址、數(shù)據(jù)和相應(yīng)的控制信號(hào)，如圖1-15所示。圖1-15Flash編程硬件邏輯電路圖具體編程步驟如下：

(1)在地址線上輸入要編程單元的地址。

(2)在數(shù)據(jù)線上輸入要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)字節(jié)。

(3)在/VPP端加入編程電壓(5V或12V)。

(4)激活相應(yīng)的控制信號(hào)。

(5)在ALE/?端加入一個(gè)編程負(fù)脈沖，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)字節(jié)就寫(xiě)入地址線上對(duì)應(yīng)的Flash存儲(chǔ)器單元地址中了。

3)程序校驗(yàn)方式

程序校驗(yàn)方式是指對(duì)編程中寫(xiě)的程序代碼進(jìn)行讀出，并與程序?qū)懭肭暗拇a進(jìn)行比較驗(yàn)證的過(guò)程。

校驗(yàn)只能在程序沒(méi)有被加密的情況下進(jìn)行。程序加密后不能直接校驗(yàn)，但可通過(guò)觀察它們的功能是否被實(shí)現(xiàn)來(lái)驗(yàn)證。

4)?EPROM加密方式

用戶編寫(xiě)好的程序通過(guò)編程和校驗(yàn)無(wú)誤，寫(xiě)入到EPROM中后，可進(jìn)行加密保護(hù)以防止非法讀出受保護(hù)的應(yīng)用軟件。程序的加密是通過(guò)軟件對(duì)加密位的編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。AT89系列單片機(jī)的加密位有三位，分別為L(zhǎng)B1、LB2和LB3。當(dāng)加密位被編程后，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器的內(nèi)容不能用校驗(yàn)方法進(jìn)行讀出，從而實(shí)現(xiàn)保密功能。當(dāng)程序被擦除時(shí)，加密位也一起被擦除，同時(shí)恢復(fù)Flash存儲(chǔ)器的全部功能。

5)程序擦除方式

AT89C51單片機(jī)的片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器可多次編程，但在每次對(duì)程序存儲(chǔ)器進(jìn)行編程前必須先執(zhí)行擦除操作，使存儲(chǔ)器單元內(nèi)容變?yōu)槿獸FH狀態(tài)(包括簽名字節(jié))。知識(shí)8

STC89C52單片機(jī)串口下載電路及流程

STC89C52單片機(jī)各方面的性能都兼容AT89C51，并且具備更多的功能，特別是具備ISP在線下載程序功能，單片機(jī)初學(xué)者只需要根據(jù)圖1-16所示的硬件電路，就可以直接進(jìn)行編程和下載，不用購(gòu)買昂貴的編程器就能學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)。在PC機(jī)端，需要下載STC專用的下載編程軟件STC_

ISP_V480.EXE，并點(diǎn)擊運(yùn)行。

(1)將STC89C52RC芯片放入單片機(jī)下載板的40腳活動(dòng)插座中。

(2)在圖1-17所示的編程界面中選擇對(duì)應(yīng)的單片機(jī)芯片型號(hào)，如STC89C52RC。

(3)點(diǎn)擊“打開(kāi)程序文件”選擇合適的燒寫(xiě)文件(?.HEX)。

(4)點(diǎn)擊“Download/下載”按鈕，然后接通單片機(jī)下載板的電源。

(5)?3s左右，就能完成程序下載并運(yùn)行。圖1-16ISP下載硬件電路圖1-17STC編程軟件界面任務(wù)二LED顯示器的設(shè)計(jì)

任務(wù)要求

【任務(wù)內(nèi)容】

組裝一個(gè)AT89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)，外接8個(gè)發(fā)光二極管，依次將發(fā)光管由右到左單燈點(diǎn)亮，循環(huán)往復(fù)。

【知識(shí)要求】

了解AT89C51的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)；掌握尋址方式和部分?jǐn)?shù)據(jù)傳送指令的使用；掌握匯編程序結(jié)構(gòu)；掌握循環(huán)程序設(shè)計(jì)方法；了解單片機(jī)中的時(shí)鐘與時(shí)序。

相關(guān)知識(shí)

知識(shí)1AT89C51單片機(jī)的存儲(chǔ)器

AT89系列單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)將程序存儲(chǔ)器(ROM)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)分開(kāi)，它們有各自獨(dú)立的存儲(chǔ)空間、尋址機(jī)構(gòu)和尋址方式。

AT89C51共有4個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、片外程序存儲(chǔ)器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。其典型結(jié)構(gòu)如圖1-18所示。圖1-18AT89C51存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖

1．程序存儲(chǔ)器

AT89C51程序存儲(chǔ)器是只讀存儲(chǔ)器，用于存放程序代碼和表格常數(shù)，有片內(nèi)和片外之分。片內(nèi)有4KB的Flash程序存儲(chǔ)器，地址范圍為0000H～0FFFH。當(dāng)內(nèi)部ROM不夠使用時(shí)，可以擴(kuò)展片外程序存儲(chǔ)器，因程序計(jì)數(shù)器PC和程序地址指針DPTR都是16位的，所以片外程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展的最大空間是64KB，地址范圍為0000H～FFFFH。

無(wú)論片內(nèi)還是片外擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器，兩者的地址空間是統(tǒng)一的。0000H～0FFFH這4KB的地址空間為片內(nèi)和片外程序存儲(chǔ)器所共有，或片內(nèi)占用或片外占用，但兩者不能同時(shí)占用。

為了對(duì)片內(nèi)、片外ROM的使用加以區(qū)分，AT89C51提供了一個(gè)專用的控制引腳。引腳接高電平時(shí)，單片機(jī)程序從內(nèi)部ROM開(kāi)始執(zhí)行，當(dāng)PC值超出內(nèi)部ROM的容量時(shí)，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序存儲(chǔ)器空間。若引腳接低電平，則程序從外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的0000H地址開(kāi)始取指執(zhí)行，不管是否有內(nèi)部Flash存儲(chǔ)器。不論從片內(nèi)還是片外程序存儲(chǔ)器讀取指令，系統(tǒng)的執(zhí)行速度都是相同的。

在64KB程序存儲(chǔ)器空間中，有6個(gè)單元具有固定用途。第一個(gè)是0000H單元，因AT89C51復(fù)位后程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容為0000H，故CPU必須從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序，即0000H單元是整個(gè)系統(tǒng)程序的起始地址。其余的5個(gè)單元分別是中斷服務(wù)程序的入口地址，如表1-8所示。

0000H單元與另一固定地址單元0003H(外部中斷0服務(wù)程序入口地址)之間只有3B的空間，因此，一般在0000H單元中存放一條絕對(duì)轉(zhuǎn)移指令，用戶編寫(xiě)的程序從轉(zhuǎn)移地址開(kāi)始存放，這樣做是為了跳過(guò)其他5個(gè)中斷入口地址。當(dāng)系統(tǒng)不使用中斷時(shí)，則無(wú)需跳轉(zhuǎn)，程序從0000H單元開(kāi)始順序存放即可。在系統(tǒng)需要擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，P0口和P2口作為地址總線使用。P0口作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用，它先輸出16位地址的低8位(PC程序計(jì)數(shù)器低8位，高8位由P2口輸出)。當(dāng)系統(tǒng)不需擴(kuò)展，只用內(nèi)部4KB的Flash存儲(chǔ)器時(shí)，P0口和P2口可作為普通I/O口使用。詳細(xì)擴(kuò)展電路在后面項(xiàng)目中介紹。

2．?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器

內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為256B的RAM，地址范圍為00H～FFH。片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為可擴(kuò)展的64KB存儲(chǔ)空間，地址范圍為0000H～FFFFH，兩者的地址空間是分開(kāi)且各自獨(dú)立的，訪問(wèn)的指令也各不相同。訪問(wèn)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)儲(chǔ)器時(shí)，用MOV指令；訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，用16位DPTR尋址，可尋址空間為64KB，用MOVX指令。片內(nèi)/外RAM的結(jié)構(gòu)分配如圖1-18(b)所示。

1)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

AT89C51單片機(jī)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可分為兩部分：00H～7FH單元空間的128B為數(shù)據(jù)RAM區(qū)；80H～FFH單元空間的128B為專用寄存器(SFR)區(qū)。兩部分的地址空間是連續(xù)的。

(1)數(shù)據(jù)RAM區(qū)。數(shù)據(jù)RAM區(qū)共128B，它又可劃分為工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和用戶RAM區(qū)，如圖1-19所示。圖1-19內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖①工作寄存器區(qū)。00H～1FH這32個(gè)單元為工作寄存器區(qū)，又稱通用寄存器，用于數(shù)據(jù)運(yùn)算和傳送過(guò)程中的暫存單元。工作寄存器共分為4組，每組占8個(gè)RAM單元，地址由小到大分別用代號(hào)R0～R7表示。通過(guò)設(shè)置程序狀態(tài)字PSW中的RS1、RS0狀態(tài)來(lái)決定哪一組寄存器工作，如表1-9所示。不用的工作寄存器單元可作一般的RAM使用。②位尋址區(qū)。20H～2FH這16個(gè)單元為位尋址區(qū)。它有雙重尋址功能，既可進(jìn)行位尋址操作，也可同普通RAM單元一樣按字節(jié)尋址操作。位地址為00H～7FH，128個(gè)位地址的分配如表1-10所示。③用戶RAM區(qū)。30H～7FH這80個(gè)單元為用戶RAM區(qū)，用于存放用戶數(shù)據(jù)，只能按字節(jié)存取。

堆棧是一種特殊的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域，是為程序調(diào)用和中斷服務(wù)而設(shè)立的，用于保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和斷點(diǎn)地址。它按照“先進(jìn)后出”的規(guī)律存取數(shù)據(jù)，固定的一端稱為棧底，活動(dòng)的一端稱為棧頂，用堆棧指針SP指示。復(fù)位時(shí)，SP的初值為07H，但這個(gè)初值可以通過(guò)“MOVSP，#DATA”語(yǔ)句來(lái)修改，以確定堆棧的使用空間。對(duì)堆棧的操作都是在棧頂進(jìn)行，有兩種操作：一種是數(shù)據(jù)的寫(xiě)入，稱為入棧或壓棧；另一種是數(shù)據(jù)的讀出，稱為出棧或彈出。入棧操作用于將數(shù)據(jù)壓入棧頂，執(zhí)行該操作時(shí)，先將棧頂指針SP的值加1，然后把數(shù)存入到SP指向的單元中。出棧操作用于把棧頂?shù)臄?shù)據(jù)彈出，執(zhí)行該操作時(shí)，先將堆棧指針SP指向的單元內(nèi)容彈出并送入目標(biāo)地址中，然后將SP的值減1，SP仍指向棧頂。

(2)專用寄存器區(qū)。片內(nèi)80H～FFH這一區(qū)間集合了21個(gè)特殊用途的寄存器，一般稱之為專用寄存器或特殊功能寄存器(SFR)。除了程序計(jì)數(shù)器PC和4個(gè)通用工作寄存器組外，其余所用寄存器都在SFR區(qū)內(nèi)。它們的功能是固定的，用戶不得更改。單片機(jī)通過(guò)對(duì)這些特殊寄存器的讀/寫(xiě)訪問(wèn)實(shí)現(xiàn)對(duì)各功能單元的控制。每個(gè)SFR占有一個(gè)RAM單元，它們離散地分布在80H～FFH地址范圍內(nèi)，如表1-11所示。特殊功能寄存器可以用直接尋址方式進(jìn)行字節(jié)訪問(wèn)，其中11個(gè)帶*號(hào)的寄存器還可進(jìn)行位尋址操作，其位地址的分配如表1-11所示。

沒(méi)有被SFR占據(jù)的地址用戶不可訪問(wèn)，對(duì)這些地址讀出時(shí)，通常會(huì)得到隨機(jī)的數(shù)據(jù)，而寫(xiě)入時(shí)將會(huì)有不確定的效應(yīng)，因此軟件設(shè)計(jì)時(shí)不要使用這些單元。

主要的特殊寄存器的名稱及主要功能介紹如下(詳細(xì)的用法見(jiàn)后述內(nèi)容)：

A—累加器，自身帶有全零標(biāo)志Z。A=0，則Z=1；A≠0，則Z=0。該標(biāo)志常用于程序分支轉(zhuǎn)移的判斷條件，如指令JZ，JNZ。

B—寄存器，常用于乘除法運(yùn)算。

PSW—程序狀態(tài)字，主要起著標(biāo)志寄存器的作用，其8位定義見(jiàn)表1-3。

SP—堆棧指針。

DPTR—16位寄存器，可分成DPL(低8位)和DPH(高8位)兩個(gè)寄存器。

P0～P3—I/O端口寄存器，是4個(gè)并行I/O端口影射在SFR中的寄存器。通過(guò)對(duì)該寄存器的讀/寫(xiě)，可實(shí)現(xiàn)從相應(yīng)I/O端口進(jìn)行輸入/輸出操作。

IP—中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器。

IE—中斷允許控制寄存器。

TMOD—定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式控制寄存器。

TCON—定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器。

TH0，TL0—定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0。

TH1，TL1—定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1。

SCON—串行端口控制寄存器。

SBUF—串行數(shù)據(jù)緩沖器。

PCON—電源控制寄存器。

2)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

當(dāng)內(nèi)部256B的數(shù)據(jù)RAM不夠使用時(shí)，AT89C51單片機(jī)可擴(kuò)展片外64KB空間的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，地址范圍為0000H～FFFFH。單片機(jī)使用R0、R1或DPTR來(lái)存放這些地址，通過(guò)地址尋找存儲(chǔ)于其中的數(shù)據(jù)，這種方法叫做寄存器間接尋址。

當(dāng)使用8位的R0、R1時(shí)，以頁(yè)面方式尋址。頁(yè)內(nèi)地址即低8位地址由R0、R1決定，共256B；頁(yè)面地址即高8位地址由P2決定，共256B。當(dāng)用16位DPTR寄存器尋址時(shí)，即可在64KB范圍內(nèi)尋址。片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間與程序存儲(chǔ)器的地址空間是重合的，但兩者的尋址指令和控制線不同。程序存儲(chǔ)器的訪問(wèn)指令為MOVC，控制線為，而片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)指令為MOVX，讀/寫(xiě)控制線為、。所以，盡管地址重合，也不會(huì)造成混亂。知識(shí)2匯編語(yǔ)言與指令系統(tǒng)概述

1．計(jì)算機(jī)語(yǔ)言

計(jì)算機(jī)語(yǔ)言隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展而發(fā)展，它的種類很多，主要分為機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。

1)機(jī)器語(yǔ)言

機(jī)器語(yǔ)言就是用二進(jìn)制編碼表示每條指令。因?yàn)橛?jì)算機(jī)只能識(shí)別二進(jìn)制數(shù)，所以計(jì)算機(jī)只能夠直接執(zhí)行用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)的機(jī)器碼程序。不同種類的計(jì)算機(jī)，由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不完全相同，它的機(jī)器碼指令也不一定相同。

例如，用單片機(jī)AT89C51機(jī)器碼指令完成“9+5”的操作，所用的機(jī)器碼指令如下：

0111010000001001 ；該指令將9存入累加器A中

0010010000000101 ；該指令將累加器A與5相加，

并把結(jié)果存入累加器A中

如果將以上兩條指令輸入單片機(jī)中，就可以直接執(zhí)行。顯然，用機(jī)器碼指令編寫(xiě)程序，指令難以記憶，程序可讀性和移植性差，不易查錯(cuò)和修改，限制了計(jì)算機(jī)的使用和推廣。

2)匯編語(yǔ)言

匯編語(yǔ)言是符號(hào)化的機(jī)器語(yǔ)言。它用一些容易理解和記憶的符號(hào)代替機(jī)器碼指令，因此又把匯編語(yǔ)言稱為助記符語(yǔ)言，也就是說(shuō)助記符指令與機(jī)器碼指令是一一對(duì)應(yīng)的。匯編語(yǔ)言同機(jī)器語(yǔ)言一樣，不同結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，其匯編指令也不相同。上述“9+5”的例子用AT89C51匯編語(yǔ)言可寫(xiě)成：

MOVA，#09H

ADDA，#05H對(duì)比機(jī)器碼，匯編語(yǔ)言克服了機(jī)器語(yǔ)言的缺點(diǎn)，方便了用戶記憶指令和編寫(xiě)程序，但用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序畢竟不是計(jì)算機(jī)能直接識(shí)別的機(jī)器碼，需用匯編程序“翻譯”成機(jī)器碼后方可執(zhí)行。這就是匯編過(guò)程—首先將助記符指令編譯成機(jī)器碼指令，然后交給計(jì)算機(jī)硬件來(lái)執(zhí)行。

采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序，可以直接訪問(wèn)和操作單片機(jī)中的寄存器及存儲(chǔ)器單元，對(duì)數(shù)據(jù)的處理表述得非常具體。

3)高級(jí)語(yǔ)言

高級(jí)語(yǔ)言是接近自然語(yǔ)言和數(shù)學(xué)語(yǔ)言的算法語(yǔ)言，具有直觀、通用等特點(diǎn)。相對(duì)于高級(jí)語(yǔ)言，機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言屬于低級(jí)語(yǔ)言。用低級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)程序需要完全了解CPU硬件結(jié)構(gòu)，對(duì)程序設(shè)計(jì)人員要求較高，且程序不能移植。高級(jí)語(yǔ)言避免了低級(jí)語(yǔ)言的上述問(wèn)題，提高了編寫(xiě)程序的效率，使計(jì)算機(jī)的應(yīng)用得到了普及。但高級(jí)語(yǔ)言必須經(jīng)過(guò)編譯程序編譯成目標(biāo)代碼后才能被CPU執(zhí)行。

AT89C51單片機(jī)控制程序既可采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，也可采用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)。兩者的特點(diǎn)上面已經(jīng)分析過(guò)—匯編語(yǔ)言可以直接訪問(wèn)和操作單片機(jī)中的寄存器和存儲(chǔ)單元，高級(jí)語(yǔ)言的編寫(xiě)效率高，因此在具體設(shè)計(jì)時(shí)，開(kāi)發(fā)者應(yīng)根據(jù)具體情況靈活選擇。一般計(jì)算和處理較為復(fù)雜的項(xiàng)目選用高級(jí)語(yǔ)言編程，而對(duì)于偏重于利用硬件控制的課題則采用匯編語(yǔ)言更為具體清晰。甚至可以采用高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程。

2．匯編指令格式

將30H、3lH兩個(gè)單元中的大數(shù)送入A中，匯編源代碼

如下：

MOV A，30H

CJNE A，31H，BIG

BIG： JNC OVER；30H單元值大則結(jié)束

MOV A，31H；31H單元值大則送入累加器A中

OVER： RET從上例可以看出，AT89C51單片機(jī)匯編語(yǔ)言指令格式如下：

[標(biāo)號(hào)：]操作碼操作數(shù)[；注釋]

其中，[]部分為可選項(xiàng)。下面結(jié)合程序?qū)χ噶罡袷街械母鞑糠种鹨患右哉f(shuō)明：

(1)標(biāo)號(hào)是表示該指令位置的符號(hào)地址。它以英文字母開(kāi)始，由1～8個(gè)字母或數(shù)字組成，其后必須跟“：”，通常在子程序或轉(zhuǎn)移指令的目標(biāo)地址處使用標(biāo)號(hào)。標(biāo)號(hào)不能使用匯編語(yǔ)言已有的助記符、寄存器、偽指令符號(hào)，且同一程序段中不能使用相同的標(biāo)號(hào)。上例中的“BIG”、“OVER”都是標(biāo)號(hào)。

(2)操作碼指出了指令所要實(shí)現(xiàn)的操作功能。如上例中的“MOV”用來(lái)完成數(shù)據(jù)的傳送，“CJNE”用于操作數(shù)的比

較等。

(3)操作數(shù)指出了參與操作的數(shù)據(jù)來(lái)源(源操作數(shù))和操作結(jié)果存放的目的單元(目的操作數(shù))。指令可以由一個(gè)或多個(gè)操作數(shù)組成，操作數(shù)與操作數(shù)之間用“，”分隔。操作數(shù)可以是一個(gè)數(shù)(立即數(shù))，也可以是存放了操作數(shù)的寄存器或存儲(chǔ)單元的直接地址。操作數(shù)中的立即數(shù)可以是二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)。在匯編程序設(shè)計(jì)中，大多數(shù)采用十六進(jìn)制數(shù)。若十六進(jìn)制操作數(shù)以字符A～F中的某個(gè)開(kāi)頭時(shí)，還要在其前面加一個(gè)前導(dǎo)“0”，以區(qū)別于字符A～F。

(4)注釋是對(duì)一條指令或一段程序的解釋和說(shuō)明，目的是方便程序的閱讀。程序運(yùn)行時(shí)對(duì)注釋不進(jìn)行任何操作。由于匯編語(yǔ)言的可讀性較差，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)或應(yīng)用編程時(shí)，注釋是非常必要的，它可以方便程序的修改和維護(hù)。注釋必須以“；”開(kāi)頭，上例中“；”后面的內(nèi)容都是注釋。

3．指令系統(tǒng)概述

匯編語(yǔ)言是助記符語(yǔ)言，可增加程序的可讀性，但匯編語(yǔ)言并不能被計(jì)算機(jī)所理解。因此編寫(xiě)好的匯編源代碼，必須經(jīng)過(guò)特殊的編譯工具，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的機(jī)器指令，并存儲(chǔ)在單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器中，這樣程序才能自動(dòng)被CPU執(zhí)行，進(jìn)行相應(yīng)的控制。

根據(jù)機(jī)器碼指令在存儲(chǔ)器中占用空間的情況，可以將指令作如下分類：

(1)單字節(jié)指令。單字節(jié)指令(匯編之后的機(jī)器碼)格式由8位二進(jìn)制編碼表示。例如：

CLRA→E4H

(2)雙字節(jié)指令。雙字節(jié)指令格式由兩個(gè)字節(jié)組成，包含操作碼和操作數(shù)。例如：

MOVA，#10H→74H10H

(3)三字節(jié)指令。三字節(jié)指令格式中，第一個(gè)字節(jié)為操作碼，后兩個(gè)字節(jié)為操作數(shù)。

例如：

MOV40H，#30H→75H40H30H指令的另一個(gè)重要性能就是其執(zhí)行時(shí)間。計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令時(shí)間的長(zhǎng)短并不取決于指令所占存儲(chǔ)器的字節(jié)數(shù)，而取決于所占用的機(jī)器周期數(shù)。在111條指令中，有64條是單機(jī)器周期指令，45條是雙機(jī)器周期指令，兩條是四機(jī)器周期指令。

AT89C51單片機(jī)指令系統(tǒng)與廣泛使用的MCS-51系列單片機(jī)指令系統(tǒng)完全兼容。知識(shí)3尋址方式

所謂尋址方式，就是找到存放操作數(shù)的地址并把操作數(shù)提取出來(lái)的方法。牢固掌握尋址方式，對(duì)學(xué)習(xí)單片機(jī)原理及程序設(shè)計(jì)有著重要的意義。

在介紹指令之前，首先將指令系統(tǒng)中經(jīng)常用到的一些符號(hào)的意義作簡(jiǎn)要的介紹。

(1)?Rn(n=0～7)：表示8個(gè)通用寄存器R0～R7。

(2)?Ri(i=0或1)：表示兩個(gè)寄存器R0、R1，它們常在寄存器間接尋址中作為8位地址指針。

(3)?#data8：表示8位立即數(shù)，即包含在指令中的8位常數(shù)，如#10或#01101101B。

(4)?#data16：表示16位立即數(shù)，即包含在指令中的16位常數(shù)，如#2010H。

(5)?direct：表示片內(nèi)RAM(含特殊功能寄存器)的直接地址。

(6)?addr11：表示11位目的地址。

(7)?addr16：表示16位目的地址。

(8)?rel：表示