這是一個關(guān)于單片機簡介ppt，包括了MCS-51單片機的主要性能和特點，MCS-51單片機內(nèi)部方框圖，MCS-51單片機的引腳定義，MCS-51單片機的存儲器的配置，震蕩器、時鐘電路和CPU的時序，輸入輸出端口，MCS-51單片機的定時/計數(shù)器，MCS-51單片機的串行接口，MCS-51的中斷系統(tǒng)等內(nèi)容，單片機原理與接口技術(shù)嵌入式微控制器的開發(fā)入門參考資料 1， 《單片機原理及其接口技術(shù)》 ----胡漢才 清華大學出版社（32元） 2，《MCS-51/96系列單片機原理及應用》 ----孫涵芳 徐愛卿 北京航空航天大學出版社（35元） 3，《MCS-51系列單片機實用接口技術(shù)》 ---- 李華北京航空航天大學出版社（40元） 4，《電子世界》 ----中國電子學會主辦（期刊 6.00元/期）本課主要內(nèi)容及課時安排 總講課課時24學時 第一章：MCS-51系列單片機的基本硬件結(jié)構(gòu) （8課時） 介紹51單片機內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)寄存器、程序存儲器、輸入輸出端口、定時計數(shù)器、串行口及中斷等） 第二章：MCS-51單片機的指令系統(tǒng) （4課時） 51單片機的111條指令的分類、尋址方式、偽指令及使用中的注意事項 第三章：MCS-51單片機的系統(tǒng)擴展及應用 （12課時） 程序與數(shù)據(jù)存儲器的擴展、定時/計數(shù)器的應用、串行口的應用及A/D、D/A轉(zhuǎn)換器與單片機的接口和鍵盤掃描/動態(tài)顯示接口電路，歡迎點擊下載單片機簡介ppt。

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單片機原理與接口技術(shù)嵌入式微控制器的開發(fā)入門參考資料 1， 《單片機原理及其接口技術(shù)》 ----胡漢才 清華大學出版社（32元） 2，《MCS-51/96系列單片機原理及應用》 ----孫涵芳 徐愛卿 北京航空航天大學出版社（35元） 3，《MCS-51系列單片機實用接口技術(shù)》 ---- 李華北京航空航天大學出版社（40元） 4，《電子世界》 ----中國電子學會主辦（期刊 6.00元/期）本課主要內(nèi)容及課時安排 總講課課時24學時 第一章：MCS-51系列單片機的基本硬件結(jié)構(gòu) （8課時） 介紹51單片機內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)寄存器、程序存儲器、輸入輸出端口、定時計數(shù)器、串行口及中斷等） 第二章：MCS-51單片機的指令系統(tǒng) （4課時） 51單片機的111條指令的分類、尋址方式、偽指令及使用中的注意事項 第三章：MCS-51單片機的系統(tǒng)擴展及應用 （12課時） 程序與數(shù)據(jù)存儲器的擴展、定時/計數(shù)器的應用、串行口的應用及A/D、D/A轉(zhuǎn)換器與單片機的接口和鍵盤掃描/動態(tài)顯示接口電路。 如何學習本門課程第一章是基礎(chǔ)，只有熟知單片機的硬件結(jié)構(gòu)和特點才能正確的使用單片機進行各種編程、應用和開發(fā)。 第二章的關(guān)鍵是要正確的理解和掌握指令的尋址方式。MCS-51單片機的111條指令，要正確理解和運用。 第三章要求要運用許多基礎(chǔ)知識，將各種外圍電路與單片機之間實現(xiàn)接口，因此要掌握外圍電路的原理、特性和使用方法。這是進行系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。 參加實驗前認真做好預習。實驗中獨立地進行編程、調(diào)試。完整的掌握單片機的編程、調(diào)試過程是每一個從事單片機開發(fā)的工程師所必須跨出的第一步。 好的參考書。無論是初學入門，還是將來開發(fā)，它都是很好的“工具”和“鑰匙”。硬件基本概念：微型計算機：由CPU、存儲器、定時/計數(shù)器、并行輸入/輸出接口電路、中斷控制器等大規(guī)模IC芯片安置在一個電路板上，加上鍵盤、顯示器等構(gòu)成了微型計算機的硬體部分。單片機將微型計算機系統(tǒng)所用的大多數(shù)IC芯片集成到一個芯片中�？梢哉J為，單片機就是將微型計算機的CPU、存儲器、I/O端口、中斷控制器等全部做在一個芯片中去。美國INTEL公司生產(chǎn)的MCS-51單片機就是一種典型的、按照微型計算機的框架，采用大規(guī)模IC工藝制造的單片機，也是目前世界上使用量最大的一種較典型的產(chǎn)品。嵌入式微控制器是單片機發(fā)展的一個高級形式，也是單片機發(fā)展的必然趨勢。它的設(shè)計理念不再停留在模仿微型計算機的結(jié)構(gòu)，而是面向應用、加大功能、減少功耗、精簡指令系統(tǒng)提高運行速度為出發(fā)點來設(shè)計單片機的框架。這種處理器的最大特征是不僅包含了一般單片機的所有硬件電路，還集成了放大器、比較器、A/D轉(zhuǎn)換器和PWM電路等等。用它來設(shè)計一個智能化的產(chǎn)品，可以進一步簡化外圍電路，降低開發(fā)成本，甚至完成一般的單片機所不能完成的任務。美國Microchip公司生產(chǎn)的PIC單片機等產(chǎn)品就是這類產(chǎn)品的代表，實際上PIC單片機也稱為“嵌入式微控制器”，如PIC16F877等。嵌入式計算機系統(tǒng)人們在工業(yè)控制、家電產(chǎn)品、智能儀表、汽車電子等領(lǐng)域進行智能化設(shè)計時，將嵌入到被控制對象（如：家電、汽車、機床等）中的、已經(jīng)失去了原有的計算機形態(tài)及功能的專用計算機稱之為“嵌入式計算機系統(tǒng)”。 在這些被控制對象中，往往要求嵌入式計算機系統(tǒng)要有極小的體積和極低的成本，要有極小的功耗和較高的可靠性。而這些又恰恰是通用計算機無法作到的。因此以單片機為代表的嵌入式計算機系統(tǒng)（也稱嵌入式微控制器）極大的滿足了這種市場的需求。反過來，市場的需要也迫使單片機去不斷完善、發(fā)展，使其分類越來越細，品種越來越多。微型計算機與單片機在硬件結(jié)構(gòu)上的比較 微型計算機 單片機第一章：MCS-51系列單片機的基本硬件結(jié)構(gòu) 1.1 MCS-51單片機的主要性能和特點內(nèi)部程序存儲器ROM ( 以89C51為例 )：4K的存儲容量；內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM：256B(128B的RAM+21B的SFR) ；寄存器區(qū)：設(shè)有4個寄存器區(qū)，每一個區(qū)有R0-R7八個工作寄存器； 8位并行輸入輸出端口：P0、P1、P2和P3；定時/計數(shù)器：2個16位的定時/計數(shù)器；串型口：　全雙工的端口（RXD：接收端，TXD發(fā)送端）；中斷系統(tǒng)：設(shè)有5個中斷源；系統(tǒng)擴展能力：可外接64K的 ROM 和64K的 RAM；堆棧：設(shè)在RAM單元中，可以浮動既通過堆棧指針SP來確定堆棧的位置布爾處理機：配合布爾運算的指令進行各種邏輯運算；指令系統(tǒng)：111條指令。按功能可分為數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)運算、邏輯運算、 控制轉(zhuǎn)移和布爾操作5大類。 1.2 : MCS-51單片機內(nèi)部方框圖 MCS-51系列芯片及制造工藝 1.3：MCS-51單片機的引腳定義 MCS-51單片機有兩種封裝形式： a.40腳的雙列直插DIP封裝； b.44腳的PLCC。 1，主電源引腳 :Vcc(+5V--- 40腳)和Vss(GND 20腳); 2，外接晶體引腳：XTAL1（19腳）、XTAL2（18腳），只要在這兩腳之間接入一個晶體震蕩器，單片機就可以以此晶體的頻率開始工作。常用的晶體頻率有0-24M，頻率越高，單片機的工作速度就越快，但單片機的功耗就要增加。 3，控制或與電源復用引腳：RST/Vpd、ALE/PROG、/PSEN和Vdd RST/Vpd（9腳）：在系統(tǒng)上電震蕩器開始工作時， 在內(nèi)部加在此引腳上有一個兩個時鐘周期的高電平使單片機復位。但為了使系統(tǒng)復位可靠，建議外加 一個上電復位電路，延長復位的時間。當單片機掉點時，此引腳可以接入備用電源向單片機內(nèi)部的RAM供電，以防止RAM中的數(shù)據(jù)丟失。 在復位狀態(tài)下：所有SFR的內(nèi)容全變?yōu)?ldquo;0”， 端口輸出“1”。RAM內(nèi)容不變。使用555電路構(gòu)成的掉電保護電路掉電保護原理及過程電源監(jiān)控電路對電源VCC進行監(jiān)控，當VCC的電源開始下降時向單片機的/INT0或/INT1發(fā)一個中斷申請信號。單片機收到中斷信號，立即進入中斷程序。在電源消失前： 1，迅速將一些重要的信息送RAM保存； 2，從P1.0引腳輸出負脈沖，觸發(fā)單穩(wěn)進行電源切換。外部單穩(wěn)電路進入但穩(wěn)態(tài)后，由于VCC的消失，使電路無法對單穩(wěn)電容充電，所以單穩(wěn)電路一直處于“休眠狀態(tài)”。當VCC電源恢復后，VCC對電容充電，經(jīng)ΔΤ后脫離單穩(wěn)態(tài)。 ALE/PROG（30腳）：以一個不變的頻率（系統(tǒng)時鐘 fosc/6 )周期性輸出正脈。 當單片機使用外部存儲器時，此信號可作為低八位地址的鎖存信。 對于EPROM型的單片機，此腳還是用于寫程序時，輸入編程脈沖。 /PSEN（29腳）：外部程序程序存儲器的選通信號。當單片機使用外部程序存儲器時，此腳在一個機器周期內(nèi)產(chǎn)生兩次負脈沖。注意，訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，此信號無效。 /EA / Vdd （31腳）：外部程序存儲器的選擇端控制端：當此腳加入“1”電平是，單片機使用內(nèi)部的程序存儲器；當EA加入低電平時，系統(tǒng)只使用外部的程序存儲器。 但要特別注意：如果EA=1既使用單片機內(nèi)部的程序存儲器時，如果程序計數(shù)器PC的值超過0FFFH時，單片機將自動轉(zhuǎn)向外部程序存儲器1000H開始的單元。 對于EPROM型的單片機，此腳還是用于寫程序時，加入21伏的編程電壓。 4，并行輸入輸出端口引腳（P0-P3） P0.0 - P0.7 P0端口線(39-32腳)：輸出能力最強的端口，可以帶動8個TTL負載。驅(qū)動一個MOS負載時，應接一個10K左右的上拉電阻。如果系統(tǒng)使用外接存儲器時，該口還作為地址（低八位）總線和數(shù)據(jù)總線，注意在這種情況下，P0口就不能通用的I/O端口。 P1.0 - P1.7 P1端口線(1 – 8腳)：負載能力為4個TTL負載。 P2.0 – P2.7 P2端口線(21 – 28腳)：通用I/O端口。 除了做通用I/O端口外，當系統(tǒng)使用外接存儲器時，該口還作為地址（高八位）總線，在這種情況下，P0口就不能通用的I/O端口。負載能力為4個TTL。 P3.0 – P3.7 P3端口線 （10 – 17腳）： P3口除了做通用的I/O端口外，同時它還有第二功能），負載能力為4個TTL。 MCS-51單片機外型圖（DIP封裝） MCS-51單片機的邏輯符號圖 1.4 MCS-51單片機的存儲器的配置 1.4.0 MCS-51單片機的存儲器的配置特點(89C51) 在MCS-51單片機的內(nèi)部集成了4K的程序存儲器和256B的數(shù)據(jù)存儲器，同時還可以使用片外的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，其擴展能力都是64K。 從物理結(jié)構(gòu)的角度講，51單片機的存儲系統(tǒng)可以分為四個存儲空間：既片內(nèi)ROM，RAM和片外ROM、RAM。 從邏輯上講（既用戶編程的角度講）51單片機的存儲系統(tǒng)又可分為三個存儲空間。既片內(nèi)RAM，片外RAM和片內(nèi)、外的程序存儲器ROM。從物理結(jié)構(gòu)上單片機系統(tǒng)的存儲器結(jié)構(gòu)圖 （四個部分） 1.4.1 程序存儲器(片內(nèi)與片外) 程序存儲器是用來存放編好的程序、常數(shù)和表格的。 在MCS-51單片機中，當引腳EA=1時，系統(tǒng)使用片內(nèi)的4KROM來存儲程序。EA=0時，系統(tǒng)使用片外的ROM。 無論是使用片內(nèi)還是使用片外的ROM（既 EA=1或EA=0），其起始地址都是從0000H單元開始。 如果EA=1（使用片內(nèi)的程序存儲器時）： 程序從0000H開始執(zhí)行。 注意：在這種情況下，如果程序計數(shù)器的指針PC值超過0FFFH（4K）時，單片機就要自動的轉(zhuǎn)向片外的ROM存儲器（盡管EA=1），且從片外ROM的1000H單元開始執(zhí)行程序。但單片機是無法使用片外ROM的0000H-0FFFH這4K單元。 MCS-51單片機片內(nèi)、外程序存儲器的使用示意圖 程序存儲器六個特殊的單元在程序存儲器中，有六個單元是具有特定功能。編程者是不能隨便使用的。 0000H單元：上電時，程序計數(shù)器PC所指向的單元 0003H單元：外部中斷/INT0的入口地址； 000BH單元：定時器T0的溢出中斷入口地址； 0013H單元：外部中斷/INT1的入口地址； 001BH單元：定時器T1的溢出中斷入口地址； 0023H單元：串行口接收、傳送的中斷入口地址。 1.4.2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM 數(shù)據(jù)存儲器無論在物理上還是邏輯上都分為兩個地址空間，既一個內(nèi)部和一個外部的數(shù)據(jù)存儲空間。 訪問內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲單元時，使用 MOV 指令； 而訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，使用 MOVX 指令。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器從功能上又將256B空間分為二個不同的塊： 1，低128B的RAM塊； 2，高128B的SFR (Special Function Register）塊。在低128B的RAM存儲單元中又可劃分為：工作寄存器區(qū)、可位尋址區(qū)、通用存儲數(shù)據(jù)的便簽區(qū)。高128B的專用寄存器區(qū)中僅僅使用了21寄存器（51系列），其它單元未定義不能使用。 MCS-51 片內(nèi) 、片外 數(shù)據(jù)存儲器示意圖 片內(nèi)RAM低 128B 字節(jié)功能分配圖 片內(nèi) RAM（20H-2FH）中的位尋址區(qū)結(jié)構(gòu)圖 位尋址區(qū)內(nèi)的地址是位地址。共有00-7FH（共128個位）； 要區(qū)分字節(jié)地址和位地址這兩個不同的地址概念： 從物理的角度，每一個字節(jié)地址內(nèi)包含了8個位，既： D7，D6，D5，D4，D3，D2，D1，D0 在一般情況，我們提到的RAM地址都是字節(jié)地址。 從邏輯的角度講，字節(jié)地址和位地址是靠不同類型的指令來區(qū)分的。如： MOV A， 20h ；將RAM的20單元內(nèi)容送累加器A； MOV C ，20h ；將RAM位尋址區(qū)中20H位送CY中。 在這二個例子中，第一條指令為字節(jié)傳送指令，所以20H為字節(jié)地址；第二個例子中的指令為位操作指令，所以20H為位地址。有關(guān)詳細內(nèi)容將在第二章中描述。 0區(qū)工作寄存器區(qū)結(jié)構(gòu)圖特殊功能寄存器SFR 特殊功能寄存器SFR （Special Function Register） 特殊用途寄存器的集合。用來設(shè)定單片機內(nèi)部各個部件的工作方式，存放相關(guān)部件的狀態(tài)，定時器初值寄存器，并行端口的鎖存器等等。 盡管特殊功能寄存器與RAM在同一個單元中，但不能作為普通的RAM存儲單元來使用。只有在編程中根據(jù)需要，進行一些特定功能的設(shè)定，或者是從中查尋相關(guān)部件的狀態(tài)時，才能進行讀、寫操作。如中斷方式的設(shè)定、定時器工作模式的設(shè)定，查詢串行口發(fā)送或接收是否結(jié)束等等。 SFR(表二) 特殊功能寄存器SFR說明程序計數(shù)器PC: 用來存放下一條要執(zhí)行的指令地址，長度為16位，所以尋址范圍為0-65535(64K).在物理上是獨立于SFR. 累加器A: 最常用的專用寄存器， 大多數(shù)的指令操作數(shù)都來自累加器A.所有的算術(shù)運算指令的運算結(jié)果都存放在A中. B寄存器:乘除法指令使用的寄存器. 數(shù)據(jù)指針DPTR: 一個16位的寄存器.由高八位DPH和低八位DPL構(gòu)成.DPTR主要用來存放片內(nèi)ROM的地址和片外RAM，ROM的地址.這樣單片機可以通過間址的方式來訪問片內(nèi)ROM或片外的RAM，ROM。 例如:片外RAM的2000H單元中有一個數(shù)x，試將其送到累加器A中. MOV DPTR，#2000h ; DPTR ← 2000H MOVX A，@DPTR ; A ← x 程序狀態(tài)字PSW: 8位寄存器. 表征程序執(zhí)行的狀態(tài)信息。 CY (PSW.7)進位標志: 在加減法運算中，累加器A的最高位A7有進位，則CY=1，否則CY=0.同理，在減法運算中，如果A7有借位，則CY=1.因此CY往往作為無符號數(shù)運算是否有溢出的標志。 AC(PSW.6):輔助進位位: 用來判斷加減法運算時，低四位是否向高四位進位或借位(既A3的進位或借位).往往用來判斷壓縮的BCD碼的運算處理. F0(PSW.5) 用戶標志位: 完全由用戶來定義和使用。 RS1，RS0工作寄存器區(qū)選擇位:確定工作寄存器R0-R7在哪個區(qū)中. 單片機在上電或復位后RS1、RS0=00。當需要人為的修改RS1，RS0的值來改變工作寄存器區(qū)的位置。 OV(PSW.2) 溢出標志位: 判斷符號數(shù)加減法運算時是否有溢出. OV的結(jié)果可以用一個算法來表示: OV=CP異或CS 其中:CP為A7的進位，CS為A6的進位OV=1表明有溢出。 P(PSW.0)奇偶標志位: 用來標志累加器A中運算后1的個數(shù)。 當P=1時，表明A中1的個數(shù)為奇數(shù)個，反之為偶數(shù)個。 【舉例】：有兩個數(shù)0FH和F8H，試將兩數(shù)相加 MOV A，#0FH ；將立即數(shù)0f h 送累加器A ADD A，#0F 8H ；A的內(nèi)容與立即數(shù)0f8h相加，結(jié)果送A 0000 1111 運算結(jié)果：A=07H，CY=1（既CP=1）， + 1111 1000 CS=1，OV=0（因為CP=1，CS=1） Cy→1 0000 0111 AC=1，P=1 如何根據(jù)PSW來分析運算結(jié)果是否正確？是否有溢出？ 1，若數(shù)據(jù)為無符號數(shù)。既15+248=263=107H 既CY=1，A=07H。 2，若數(shù)據(jù)為有符號數(shù)。既+15加-8=+7=07H，OV=0表明無溢出。 SP 堆棧指針：8位寄存器，用來指示堆棧的位置，可由軟件修改。在MCS-51單片機的設(shè)計中，片內(nèi)RAM區(qū)為堆棧的可用空間。上電或復位時，SP被初始化為07H，既堆棧底部被確定在RAM的07H單元。 堆棧操作過程： 進棧: PUSH ACC指令 （設(shè) SP=07H）， 1，SP+1送SP，此時SP=08H； 2，ACC送RAM的08H單元；出棧: POP ACC （設(shè)SP=08H）； 1，將RAM 中08H單元內(nèi)容送A； 2，SP-1送SP ，此時SP=07H。 并行端口P0-P3：SFR中的P0-P3實際上就是I/O端口的數(shù)據(jù)鎖存器。與RAM中的任意一個單元一樣，P0-P3都有自己的RAM地址：80H、90H、A0H、B0H。所以，在51單片機中的輸入、輸出操作實際上就是個普通的RAM單元操作一樣：如 輸出指令 MOV 80H，A ；將累加器中的數(shù)據(jù)送到P0口輸出輸入指令 MOV A，90H ；將P1口的數(shù)據(jù)輸入到累加器A中 既MCS-51的指令系統(tǒng)中沒有專用的輸入、輸出（IN、OUT）指令，而是把P0-P3作為普通的內(nèi)存單元來使用。上面的第一個例子實際上就是MCS-51的輸出指令；同理后者是MCS-51的輸入指令。 串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF：它是專門用來存放發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)，實際上它是兩個獨立的寄存器。盡管在SFR中的RAM地址只是99H，但根據(jù)指令“發(fā)送”或“接收”兩種不同的操作，硬件會自動的區(qū)分，將數(shù)據(jù)送如對應的緩沖單元。 定時/計數(shù)器T0、T1：無論是定時還是計數(shù)，對于MCS-51單片機的定時/計數(shù)器來說，都是一個“計數(shù)器”在計數(shù)。這個“計數(shù)器”是由兩個8位寄存器（高位和低位）構(gòu)成的16位計數(shù)器，分別是TH0、TL0（T0）；TH1、TL1（T1）。TH和TL中的數(shù)據(jù)直接與“定時操作”或“計數(shù)操作”有關(guān)，因此在使用定時/計數(shù)器之前，要對它進行初始化，其中就要對TH、TL賦初值。如： MOV 8CH，#01H MOV 8AH，#20H 大家試分析上面兩條指令的作用。 有關(guān)SFR中其它寄存器的說明將相關(guān)的章節(jié)中作介紹。 1.4.3 外部數(shù)據(jù)存儲器在片內(nèi)RAM不能滿足需要時，就要外接RAM。P0、P1作為外部RAM的地址和數(shù)據(jù)總線。 MCS-51對外部數(shù)據(jù)存儲器的擴展能力為64KB。除了硬件電路外，系統(tǒng)主要是靠專門的指令來訪問外部數(shù)據(jù)存儲器。 如： MOV R0，#20H ；將外部RAM單元地址20H送R0寄存器 MOVX A，@R0 ；從外部RAM20H單元取數(shù)據(jù)到累加器A 這里使用了R0做間址寄存器，所以尋址范圍為256KB。 同理: MOV DPTR，#2000H ；將外部 RAM 單元的地址的2000送DPTR MOVX A ，@DPTR ；從外部 RAM 2000H單元中取數(shù)據(jù)到 A 這里使用了16位的寄存器DPTR，所以尋址范圍為64KB。 第一章第四節(jié)內(nèi)容小結(jié) 1.4 MCS-51單片機的存儲器的配置 片內(nèi)4K的程序存儲器ROM和256B的數(shù)據(jù)存儲器RAM;片外可以擴展64K的ROM和RAM.從用戶編程的角度可以將它們分為3個存儲空間: 1，片內(nèi)RAM; 2，片外RAM; 3，片內(nèi)+片外的ROM. 1.4.1 程序存儲器(片內(nèi)與片外) 當引腳EA=1時，單片機上電復位后從片內(nèi)ROM的0000H單元運行程序; 若引腳EA=0時，單片機上電復位后從片外ROM的0000H單元運行程序. 當引腳EA=1，且PC值大于1FFFH時，單片機就自動轉(zhuǎn)到片外ROM的2000H單元繼續(xù)運行程序. 無論是使用片內(nèi)還是片外的ROM，有六個單元是有特定意義的: 1，0000H單元:上電，復位后的啟動地址; 2，0003H單元:外部中斷INT0的入口地址; 3，000BH單元:定時器T0的中斷入口地址; 4，0013H單元:外部中斷INT1的入口地址; 5，001BH單元:定時器T1的中斷入口地址; 6，0023H單元:串行口中斷的入口地址. 1.4.2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM 內(nèi)部RAM的256B分為低128B和高128B. 其中低128B中有 1，工作寄存器區(qū);2，位尋址區(qū);3，便箋區(qū). 高128B中僅僅使用了小部分做特殊功能寄存器SFR用. 注意: 1，SFR不同于一般的數(shù)據(jù)RAM，它不是用于存儲數(shù)據(jù)，而是用來存儲和表 征單片機內(nèi)部幾個邏輯部件的特征，狀態(tài)等重要信息. 2，在使用RAM時，要注意字節(jié)地址和位地址的概念. 3，訪問內(nèi)部RAM的指令為 MOV 指令. 1.4.3 外部數(shù)據(jù)存儲器 在硬件具備的條件下，MCS-51單片機可以使用64KB的外部數(shù)據(jù)存儲器.如果要訪問外部數(shù)據(jù)存儲器RAM時，只能使用間址的尋址方式. 間址寄存器有R0，R1或DPTR.前者尋址范圍為256KB(00H-FFH);后者為64KB(0000H-FFFFH).使用的指令是 MOVX. 1.5 震蕩器、時鐘電路和CPU的時序 1.5.1 震蕩器、與時鐘電路: MCS-51內(nèi)部有一個用于構(gòu)成震蕩器的高增益反相放大器.在單片機引腳的XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入和輸出端.與作為反饋元件的晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成了一個自激震蕩器(見右上圖). 如果使用外部震蕩器信號，其外來的信號加在XTAL1的引腳上(見右下圖). 1.5.2 MCS-51單片機的時序時鐘周期 ，T:時序中最小的時間單位.其值由外接晶體或外輸入時鐘來決定，其值為石英振蕩器頻率的倒數(shù)。 例如:在單片機外接1MH的晶體，則單片機的系統(tǒng)時鐘的頻率為1M， 時鐘周期為1us. 機器周期:完成特定功能所需要的時間，在MCS-51單片機中機器周期由12個時鐘周期構(gòu)成，并分為6個狀態(tài)(S1-S6)，每個狀態(tài)又分為P1和P2兩拍.這樣一個機器周期的12個震蕩周期可以表示為: S1P1，S1P2，S2P1，S2P2，S3P1，S3P2 … S6P1，S6P2 將12個震蕩周期用6個狀態(tài)和2拍來替代。 指令周期:這是時序圖中最大的時間單位，既執(zhí)行一條指令所需要的時間.在MCS-51系統(tǒng)中，不同的指令它所包含的機器周期數(shù)不同.它們分別是: 1，單機器周期指令; 2，雙機器周期指令; 3，四機器周期指令 我們知道:一個機器周期包含了12個震蕩周期.如果我們使用一個12M的晶體震蕩器，那么: 一個機器周期為1us， 兩個機器周期為2us， 四個機器周期為4us. 可見一條指令的運算速度與它所包含的機器周期數(shù)有關(guān).機器周期數(shù)越少，執(zhí)行的速度就越快.在MCS-51單片機的指令系統(tǒng)中，除了乘、除法指令為四個機器周期外，其余都是單周期和雙周期指令. 指令的字節(jié)數(shù)與指令周期之間的關(guān)系： 在MCS-51單片機的指令系統(tǒng)中有： 單字節(jié)； 雙字節(jié)； 三字節(jié)指令。 在MCS-51的111條指令中，可以分為六種基本的時序: 1，單字節(jié)單周期指令; 4，雙字節(jié)單周期指令; 2，單字節(jié)雙周期指令; 5，雙字節(jié)雙周期指令; 3，單字節(jié)四周期指令; 6，三字節(jié)雙周期指令. 單字節(jié)單周期指令的時序: 指令特點:在程序存儲器ROM中僅占一個存儲單元。 在ALE第一次有效(S2P1)時，從ROM中讀取指令的操作碼，送入指令寄存器IR中.并譯碼執(zhí)行，在ALE第二次有效時，封鎖PC加一，使第二次讀數(shù)無效.可見: 1， ALE信號對應這從ROM中讀指令，所以在一個機器周期中CPU可以讀兩次指令; 2，對于單字節(jié)單周期的指令，CPU通過譯碼后封死PC，實際上指令的后半部不做任何工作. 雙字節(jié)單周期指令時序 指令特點:一條指令長度為兩個字節(jié)，并存儲在ROM相鄰的兩個單元中。要想完整的將這樣的指令執(zhí)行完，必須從ROM中讀兩次操作碼. 在ALE第一次有效時，CPU 從ROM的n單元中取出指令的第一個字節(jié)OP1-1，并送入IR譯碼，通過譯碼CPU知道這是一條雙字節(jié)指令，所以使PC加一，并在ALE第二次有效時，從ROM的n+1單元取出指令的第二個字節(jié)OP1-2送入IR進行譯碼，并產(chǎn)生對應的操作.最后在S6P2時完成本條指令的運行. 單字節(jié)雙周期指令的時序指令特點:單字節(jié)， 需要兩個機器周期運行.如: INC DPTR DPTR為兩個8位的寄存器，加一時，必須分兩步完成.既第一步 DPL加一，如果DPL加一有進位則還要進行第二步對DPH加一. 在指令周期的第一個ALE時，將ROM中的操作碼OP取出， 經(jīng)IR譯碼后得知為單字節(jié)雙周期指令，所以一面執(zhí)行該指令， 同時封鎖后面三次ALE有效時的PC+1，在第二個機器周期的S6P2時，完成操作. 1.5.3 訪問外部程序存儲器ROM的時序: 設(shè):單片機使用片外ROM，且要執(zhí)行的是一條 : movc a，@a+dptr指令.（設(shè)a+dptr=2000H） 1，在S2P1時刻，P2口輸出外部ROM的高八位地址A15-A8，P0口輸出低八位地址A7-A0， 這時地址是由程序計數(shù)器PC提供的ROM中的指令地址; 2，在ALE的下降沿，P0口的數(shù)據(jù)(低八位地址)被鎖存到74LS373中. 3，在S3P2到S4P1期間，/psen變低電平時，外部程序ROM被選中， 數(shù)據(jù)輸出端的三態(tài)門被打開，被選中單元中的指令movc送到P0口上，且在S4P2時指令經(jīng)P0口送至CPU的IR中. 4，CPU對指令譯碼后，在S4P2時進行常數(shù)地址計算并由P0、P2口輸出. 5，在S5P2時，ALE將常數(shù)地址的低八位鎖存 6，在S6P1時，外部ROM被再次選種打開，按照單片機所提供的16位常數(shù)地址，將外部ROM中的常數(shù)經(jīng)P0口在S6P2時刻送入累加器A. 1.5.4 讀外部數(shù)據(jù)存儲器RAM的指令時序設(shè)外部RAM2000H單元中有一個數(shù)x，且DPTR中已存有該數(shù)地址2000H.則CPU 執(zhí)行外部ROM中的指令: MOVX A，@DPTR ;將外RAM的x送A 1， 在S2P2時，ALE的第一個下降沿將P0口輸出的外程序ROM的低八位地址鎖存到74LS373鎖存器中； 2， 在S3P2的Psen為低電平時，選中外ROM，并根據(jù)單片機P0、P2口輸出的16位地址選中movx指令(單字節(jié))，通過P0口送至單片機內(nèi)部IR中譯碼.經(jīng)譯碼后產(chǎn)生下列的一系列操作； 3， CPU將DPTR中的高8位(20H)送P2口輸出，低八位(00H)經(jīng)P0口輸出，節(jié)在S5P1時ALE第二次下降沿時，將P0口的低八位地址鎖存； 4， 在第二個機器周期的S1-S3中單片機輸出/RD信號（低電平），選中外部RAM，并根據(jù)單片機提供的2000H 這16位地址中取出數(shù)據(jù)x. 5， CPU在S2-S3期間，將外部RAM2000H單元送到P0口上的數(shù)據(jù)送入累加器A中. 上述過程可以分成兩個指行的階段: 1， 根據(jù)PC所指定的程序存儲器的地址，將movx指令從片 外ROM中取出; 2， 經(jīng)譯碼后將DPTR提供的外數(shù)據(jù)存儲器RAM中的數(shù)據(jù) 地址取出數(shù)據(jù)，經(jīng)P0口送累加器A. 在第一階段CPU產(chǎn)生/Psen信號用來選通外部程序存儲器ROM; 在第二階段CPU輸出/RD信號(低電平)，用來選通并讀取外部數(shù)據(jù)存儲器RAM的數(shù)據(jù). 1.6 輸入輸出端口 在MCS-51單片機的四個端口都是具有輸出鎖存功能的雙向端口，這些鎖存器的位置都在SFR中，其地址分別為:80H、90H、A0H 、B0H.出于系統(tǒng)的考慮，在硬件設(shè)計上對每一個端口都有不同的要求，所以每一個端口又具有不同的特點. 1.6.1 P0口: 特點:“通用數(shù)據(jù)I/O端口”和“地址、數(shù)據(jù)復用總線”端口. 1，在作為通用數(shù)據(jù)I/O端口時，具有較強的驅(qū)動能力(8個TTL負載)，與MOS負載連接時，需要外接一個上拉電阻。 2，作為“地址、數(shù)據(jù)復用總線”使用時，P0口首先輸出外部存儲器的低八位地址，然后再變?yōu)閿?shù)據(jù)總線進行數(shù)據(jù)的輸入或輸出.此時，P0口不能再作為通用I/O口。 P0口的位結(jié)構(gòu)圖 1，P0口的I/O操作（通用I/O端口）在P0口作為通用I/O端口時，控制電路中的“控制”為“0”電平，多路開關(guān)MUX接入下方的鎖存器的/Q端。 由于與門的一個輸入端為“0”，所以它使上端的FET截止.這就是P0口在做I/O口時輸出為“漏極開路”的結(jié)構(gòu)原因. 輸出操作:在執(zhí)行以口為目標的指令時，數(shù)據(jù)送到鎖存器的“D”端，經(jīng)“/Q”端送場效管應輸出極.如:送“1”時，/Q=“0”，使下端的FET截止.這樣出現(xiàn)輸出極的兩個FET全部截止.在這種情況下必須在端口線上外加上拉電阻.這樣在上拉電阻的作用下，使端口為高電平.同理，若總線向口送“0”時，鎖存器的/Q=1，使下端的FET導通(上面的FET仍然截止)，這樣端口呈現(xiàn)“0”電平. 輸入操作（讀引腳，讀鎖存，輸入前寫一） a，讀引腳:讀外部送到端口引腳的電平，即通常所說的輸入操作（如：MOV A，P0）.此時，單片機控制“讀引腳”的三態(tài)門，使引腳處的外部電平經(jīng)三態(tài)門送入內(nèi)部總線. b，讀鎖存器:將進行讀鎖存器并進行處理，最后再寫回鎖存器的操作稱之為： “讀—修改—寫”操作。在這種情況下， 讀入的數(shù)據(jù)不是來自引腳，而是端口內(nèi)部的鎖存器的內(nèi)容。 當前面完成一次端口的輸出后，要再將前面輸入的狀態(tài)取回來，進行再處理，然后重新輸出，在MCS-51的指令系統(tǒng)中這種“讀—修改—寫”的操作有: ORL 、XRL 、JBC 、CPL 、INC 、DEC 、DJNZ 、MOV Px，y 、 CLR Px，y和SET Px，y。 如： ORL P0，A ;P0 ∨ A → P0 c，輸入時應先寫“1”：在端口電路中，可以發(fā)現(xiàn)一個問題:端口在輸入（讀引腳）時，原來鎖存器的狀態(tài)可能要影響引腳電平的輸入.例如:原來鎖存器的狀態(tài)為“0”態(tài)，既輸出極的下端FET是飽和狀態(tài)，這樣如果外電路向引腳輸入高電平時，電路將不能正確讀入.要解決的方法就是讓下端的FET截止，既事先向端口寫一個“1”. 請注意下面的一段程序： MOV A，#0FFH；0FFH送累加器A MOV P0，A ；向P0口“寫1” MOV A，P0 ；從P0口輸入數(shù)據(jù)到A 你能正確的分析出指令的操作嗎？ 2，P0口的總線方式（系統(tǒng)使用外存儲器時）控制電路的“控制”=1，此時與門打開，MUX接向“地址/數(shù)據(jù)”信號.在這種情況下，輸出極的兩個FET都處于正常的工作狀態(tài) 。訪問外部存儲器的指令movx、movc ，就是使用P0口來輸出外部存儲器的低八位地址和輸入、輸出存儲器的數(shù)據(jù)。可以從：訪問外部程序存儲器ROM的時序； 讀外部數(shù)據(jù)存儲器RAM的指令時序中來清楚的觀察P0口作為“地址/數(shù)據(jù)復用”總線的工作特點。在進行單片機的硬件系統(tǒng)的設(shè)計中，如果使用了外部存儲器（或使用movx指令來訪問外部接口電路）時，P0口成為整個系統(tǒng)的地址/數(shù)據(jù)復用總線。換句話，P0口不能再作為通用的I/O端口的形式直接與外部連接。 P0口特點小結(jié): 1， 做通用數(shù)據(jù)I/O端口時，輸出級上端的FET處于截止狀態(tài)，所以與MOS器件連接時，必須接“上拉電阻”，否則不能正確的輸出高電平; 2，在輸入操作前，為了保證輸入正確，必須先向端口“寫1”; 3，“讀引腳”與“讀鎖存器”是不同的兩個數(shù)據(jù)通道。凡是“讀—修改—寫” 的操作，CPU讀的都是端口鎖存器中的數(shù)據(jù)。 4，為了提高電路的可靠性，端口引腳不要直接與三極管一類的器件直接連接，應加隔離電路或與三極管之間加一個電阻. 5，在總線方式時，P0口不能再做通用的I/O端口。它分時輸出地址、數(shù)據(jù)總線的信息（此時引腳不用外接上拉電阻）。特點：單純的通用I/O端口，負載能力為3個TTL輸入。與P0口的區(qū)別在于內(nèi)部具有上拉電阻，所以輸出時不用外接上拉電阻。 1.6.2 P1口的位結(jié)構(gòu)圖 1.6.3 P2口 特點： “通用數(shù)據(jù)I/O端口”和“高八位地址總線”端口 與P0口一樣，P2口在系統(tǒng)使用外部存儲器時，做高八位的地址總線。 應當注意的是：僅使用外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口分兩種情況： 1，僅僅使用256B的外部RAM時，既使用movx a，@r0指令訪問外部RAM，此時用8位的寄存器R0或R1作間址寄存器，這時P2口無用，所以在這種情況下，P2口仍然可以做通用I/O端口。 2，如果訪問外部ROM或使用大于256BRAM時，P2口必須作為外存儲器的高八位地址總線。 如：movx a，@dptr ；訪問外部數(shù)據(jù)存儲器 movc a，@a+dptr ；訪問外部程序存儲器 這里使用了16位的寄存器DPTR 1.6.4 P3口 特點：通用I/O端口、多用途端口在多用途情況下，P3口分別作為串行口、外中斷輸入、外部計數(shù)輸入和系統(tǒng)擴展時使用的WR和RD信號的端口。在這種情況下，鎖存器Q端為“1”電平以保證與門是打開的。在通用I/O模式下，“替代輸出功能”端為“1”電平，以保證與門打開。 1.6.5 并行端口在使用時應注意的幾個問題 “拉電流”還是“灌電流”----與大電流負載的連接 (我們以美國ATMEL公司生產(chǎn)的AT8951為例) 1， 使用灌電流的方式與電流較大的負載直接連接時， 端口可以吸收約20mA的電流而保證端口電平不高于0.45V（見右上圖）。 2，采用拉電流方式連接負載時，AT89C51所能提供“拉電流”僅僅為80μA，否則輸出的高電平會急劇下降.如果我們采用右下圖的方式，向端口輸出一個高電平去點亮LED，會發(fā)現(xiàn)，端口輸出的電平不是“1”而是“0”！ 當然，不是所有的單片機都是這樣，PIC單片機就可以提供30mA的拉電流和灌電流。單對于大多數(shù)IC電路，最好還是使用“灌電流”去推動負載。單片機與繼電器等大電流負載的接口我們知道:AT89C51的端口可以吸收約20mA的電流.對于繼電器等大于20mA的負載，單片機可以采用右圖的接法，用一個三極管來承擔負載所需的大電流. 若于負載電流易造成干擾單片機的環(huán)境，應采用右下圖”光電隔離”的方式.其中: A 、 B兩處沒有 任何電的聯(lián)系. 1.7 MCS-51單片機的定時/計數(shù)器定時/計數(shù)器工作方式與原理: 定時/計數(shù)器是一種應用非常廣泛的邏輯電路，它可以完成兩種不同的方式工作----“定時”、“計數(shù)”。 定時/計數(shù)器工作方式與原理: 1，定時:產(chǎn)生一個標準的時間間隔;如20mS，100mS或1000mS等.單片機使用這種方式可以產(chǎn)生一個符合某一要求的脈沖方波(如下圖)。 2，計數(shù):對外部的事件(脈沖)進行統(tǒng)計.很明顯外部事件的發(fā)生是隨機的，單片機不可能預知外部事件何時發(fā)生，但可以進行統(tǒng)計，當達到所要求的數(shù)值時，單片機進行相應的操作。 3，定時/計數(shù)器的工作原理：用一個簡單的框圖構(gòu)造它的模型 ：N位計數(shù)器構(gòu)成了電路的核心。定時，計數(shù)兩種方式的區(qū)別在于計數(shù)器的脈沖來源.初值寄存器是用來設(shè)定“定時/計數(shù)的具體參數(shù)” （1）：何時控制啟動計數(shù)？ （2）：如何控制定時還是計數(shù)？ （3）：如何控制定時/計數(shù)的長短？ 1.7.1 定時/計數(shù)器的四種工作模式 1，模式0:13位計數(shù)器模式。 當計數(shù)器計滿為全”1”時，再來一個計數(shù)脈沖時，就產(chǎn)生一個“溢出中斷信號”TF1=1. 2，模式1 :既16位計數(shù)器模式(以T1為例). GATE=0時，TR1=1開始定時/計數(shù); GATE=1時(門控方式)， TR=1且INT1=1時，開始工作.此種方式主要用于測量加在INT1腳上一個正脈沖的脈寬. 3，模式2 : 自動重裝初值模式由TL1做計數(shù)器，TH1做初值寄存器. 工作前TL1，TH1分別預置相同的初值.計數(shù)器TL1工作時，每當溢出產(chǎn)生中斷的同時， 將TH1中的初值自動重裝.此模式主要用于做串行口波特率發(fā)生器使用. 4，模式3 組合擴展模式在這種模式中，單片機將T0和T1重新進行“拆分、組合”. 將T0變?yōu)橛蒚H0，TL0組成的兩個獨立的8位定時/計數(shù)器. 注意:模式3時T0（TH0，TL0）及T1的各自特點: 1， TH0計數(shù)脈沖來自內(nèi)部fosc，所以它只能處于”定時”方式; 2， TH0分別借用了定時器T1的TR1和TF1來為自己工作，使TH0能象TL0那樣用TR1啟動定時，并用TF1來作為TH0的溢出中斷的標志; 3，由于T1缺少了啟動控制信號TR1和溢出中斷標志TR1，那么在模式3時，T1是如何工作？ 沒有溢出中斷標志TF1，則T1就不用中斷方式工作(實際上連查詢也不行);沒有啟動控制信號TR1，可以讓它在模式3之前就開始工作，并且讓它事先設(shè)定為自動重裝模式. 4， 模式3就是將單片機原有的T0，T1兩個計數(shù)器變成三個獨立的計數(shù)器，其中T1要事先設(shè)定為模式2(串行口的波特率發(fā)生器)并啟動起來。在模式3時T0，T1的電路結(jié)構(gòu)圖定時/計數(shù)器4種模式比較 1.7.2 MCS-51定時/計數(shù)器的控制和狀態(tài)寄存器 GATE 選通門:GATE=0時，只要TR=1，計數(shù)器就開始工作. GATE=1時，只有INT腳和TR同時為“1”時，計數(shù)器才開始工作.主要用于測量INT腳上高電平脈沖的寬度. C/T 計數(shù)、定時方式選擇位:C/T=0時，計數(shù)方式.既計數(shù)器的計數(shù)脈沖來自T0或T1引腳的外部事件.C/T=1時:定時方式，計數(shù)脈沖來自內(nèi)部震蕩頻率fosc的12分頻. M1 、M0 模式選擇:分別對應四種模式. 2，控制寄存器TCON (SFR地址:88H) TF1，TF0 定時器T1，T0的溢出標志:計數(shù)器溢出時硬件自動置位即TF=1，進入中斷后再由硬件自動清除; TR1.TR0 計數(shù)器T1，T0的控制位:由軟件置位(計數(shù)器開始工作)或清零(計數(shù)器停止工作). IE1，IE0 外部中斷INT1，INT0的請求標志:當單片機檢測到INT引腳上有下降沿時，IE=1申請中斷.進入中斷服務程序時，硬件自動清除IE標志. IT1，IT0 外中斷觸發(fā)類型控制:IT=1時，外中斷信號的下降沿出發(fā)IE標志，IT=0時，外中斷信號的低電平引發(fā)IE標志. (關(guān)于中斷部分將在后面相關(guān)章節(jié)中再做詳細介紹) 1.8 MCS-51單片機的串行接口第八節(jié)目錄二單片機系統(tǒng)中的串行接口既特點串行口的設(shè)計使MCS-51單片機的功能 大大增加.可以用串行通訊的方式實現(xiàn)單片機與單片機或者是單片機與微機等設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換. 串行通訊電路簡單，成本低，可以實現(xiàn)遠距離的數(shù)據(jù)傳輸。缺點是傳輸速度低于并行數(shù)據(jù)傳輸。 在一個嵌入式系統(tǒng)中，往往采用多單片機構(gòu)成一個完整的控制系統(tǒng)，它們之間以串行通信的方式進行數(shù)據(jù)交換---多機通訊(如圖). 串行通訊應用示意圖關(guān)于串行通訊中的基本概念: 字符幀:也稱數(shù)據(jù)幀，它是由“起始位”“數(shù)據(jù)位” 和“停止位”構(gòu)成(如下圖所示)。波特率:每秒鐘傳輸二進制數(shù)據(jù)的個數(shù).波特率 使用的單位是:bps(bit per scond)，既 位/秒。異步通訊:數(shù)據(jù)是以字符或字節(jié)為單位組成字符幀傳送的.數(shù)據(jù)是從發(fā)送端一幀一幀的發(fā)送，通過傳輸線為接收端一幀一幀的接收.發(fā)送與接收相互獨立，互不同步。 1.8.1 數(shù)據(jù)緩沖寄存器 SBUF SBUF是用來存放串行口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的寄存器，在SFR的地址為99H.在物理上它對應兩個不同的單元:發(fā)送寄存器和接收寄存器。 CPU寫SBUF就是開始發(fā)送數(shù)據(jù)（MOV SBUF，A）; CPU讀SBUF就是接收數(shù)據(jù)到A （MOV A，SBUF）。 由于發(fā)送SBUF與接收的SBUF是兩個不同的邏輯部件，所以在硬件設(shè)計上保證了51單片機串行口是一個可以同時發(fā)送與接收的”全雙工”接口。 1.8.2 串行口控制寄存器SCON 地址:98H SM0 SM1: 串行口操作模式選擇位.可以確定串行口的四種模式之一(如下表); SM2 RI :完成一幀數(shù)據(jù)接收的標志，原始應清零，接收完成RI=1并申請中斷; TI :完成一幀數(shù)據(jù)發(fā)送的標志，原始應清零，發(fā)送完成TI=1同時申請中斷; RB8:在9位數(shù)據(jù)傳送的模式2、3時，接收到的第9位數(shù)據(jù); TB8:在9位數(shù)據(jù)傳送的模式2、3時，將要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù); REN:允許接收位，REN=1時允許接收.由軟件置位或清零; SM2 :多機通信使能位. 1，模式0、1時: SM2不用，應設(shè)為0。時RI才能被正常激活并引發(fā)中斷; 2，模式2、3時: 若SM2=0時，無論RB8如何，RI都能被激活（RI=1）。 但是RI=1并不能引發(fā)中斷！所以只能用查詢的方式接收 數(shù)據(jù)。 若SM2=1，收到的第9位(RB8)=0時，則RI不會被激活；若SM2=1且RB8=1時，RI才能被激活=1并引發(fā)中斷。如何使用RI，TI標志（中斷和查詢） CPU與串行口之間不是同步工作的，兩者之間的數(shù)據(jù)交換通過SBUF，何時交換必須借助于標志信號進行。 RI（SCON.0)：接收完一幀數(shù)據(jù)的標志。 如果系統(tǒng)中斷是開放的，則RI=1時會自動引發(fā)中斷。用戶可以通過中斷服務程序?qū)�SBUF中的數(shù)據(jù)取出送累加器A。 MOV A，SBUF 。也可以使用查詢的方式對RI進行檢測，如果RI=1則執(zhí)行： MOV A，SBUF 。 TI （SCON.1):發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)標志。 如果系統(tǒng)中斷是開放的，則TI會自動引發(fā)中斷。用戶可以通過中斷服務程序向SBUF輸送下一個數(shù)據(jù)： MOVSBUF， A 。也可以使用查詢的方式對TI進行檢測，如果TI=1則執(zhí)行： MOV SBUF ， A 。使用查詢RI、TI標志方式進行發(fā)送與接收N個數(shù)據(jù) 1.8.3 串行口的模式0 特點:串行口做同步移位寄存器用，其波特率為 fosc/12.在這種模式下RXD(P3.0)做數(shù)據(jù)口;TXD(P3.1)做移位脈沖輸出端.在移位過程中，先移數(shù)據(jù)的低位.注意:移位脈沖的頻率就是模式0的波特率. 模式0的主要功能是:可以使用一個串行口來擴展出8位、16位等并行口，且理論上可以擴展n*8位的并行口. 模式0 電路框圖串行口模式0的時序信號（發(fā)送）模式0的工作原理(發(fā)送）單片機執(zhí)行mov sbuf，a指令的S6P2時，出現(xiàn)“寫sbuf ”信號： 1，打開總線三態(tài)門使累加器中的數(shù)據(jù)送到SBUF中； 2，使D型觸發(fā)器置一， 觸發(fā)器的輸出構(gòu)成了SBUF的第9位； 3，啟動“發(fā)送控制器”開始發(fā)送。在“寫SBUF信號”有效相隔一個機器周期后，“發(fā)送控制器”的SEND=1使RXD，TXD端的與門打開，使數(shù)據(jù)和移位脈沖輸出。在TXD端，每一個機器周期中發(fā)出一個同步脈沖，同時在SEND=1期間，每一個S6P2時控制器發(fā)出一個SHIFT移位信號將SBUF中的數(shù)據(jù)右移一次(同時D型觸發(fā)器清零)。這樣:每當SBUF中的數(shù)據(jù)右移(發(fā)送)一位時，SBUF的左端便移入1個“0”。當SBIUF中的數(shù)據(jù)右移7次后，檢零器的7個輸入端全為“0”，向控制器發(fā)出一個信號：通知控制器作最后一次移位，然后控制器的SEND=0停止發(fā)送數(shù)據(jù)和同步信號，TI被置位。模式0的工作原理(接收) 在滿足REN=1且RI=0的條件下（實際上是一條寫SCON指令），就會引發(fā)一次接收過程。在下一個機器周期的S6P2時刻，接收控制器將11111110寫入移位寄存器。在下一個周期的S1P1使RECEIVE=1從而使TXD端的與門打開。 同發(fā)送的過程類似：在后面的每一個機器周期從TXD端發(fā)出同步移位脈沖，在每一個S5P2時刻對RXD線進行采樣。在S6P2時刻，控制器對寄存器進行移位，每左移一次右端就補進一位由RXD端輸入的數(shù)據(jù)。 當從RXD端輸入7位數(shù)據(jù)時，開始最右端的“0”被移到寄存器的最左端，寄存器向控制器發(fā)信號，通知控制器做最后一次接收，并將完整的8位數(shù)據(jù)裝入SBUF中。最后清RECEIVE，SCON中的RI置位，向CPU發(fā)中斷申請。模式0的時序信號（接收） 1.8.4串行口模式1 特點:10位傳輸格式 (1個起始位+8個數(shù)據(jù)位+1個停止位); 波特率:可變波特率，由定時器T1的溢出率來確定，所以在此種模式下，首先要對T1進行初始化以確定串行口的波特率；發(fā)送操作：在TI=0，執(zhí)行mov sbuf，a 指令后從TXD端開始發(fā)送數(shù)據(jù)。當發(fā)送完8位數(shù)據(jù)后自動的添加一個高電平的停止位，并將TI置位。接收操作：在REN=1且RI=0的條件下進行。串行口的接收控制器對RXD線進行采樣，其采樣頻率是接收時鐘的16倍。當連續(xù)8次采集到RXD線上為低電平時，檢測電路便認定RXD線上有了“起始位”，在此后，便開始在每次第7 、 8 、9三個脈沖時進行RXD采樣，采取“三中取二”的原則來確定接收的數(shù)據(jù)（如圖所示）。當接收到停止位時，必須滿足：RI=0且SM2=0，才能把接收的數(shù)據(jù)送到SBUF中（停止位送SCON的RB8中，并使RI=1），否則數(shù)據(jù)丟失。串行口模式1時數(shù)據(jù)幀格式及接收采樣示意圖 1.8.5 串行口模式2、3 特點:模式2、3都是11位傳輸格式 (1個起始位+9個數(shù)據(jù)位+1個停止位)，不同處是波特率; 波特率: 模式2：固定為fosc/64或fosc/32(具體由PCON中的 SMOD位來確定）。 模式3：由定時器T1的溢出波特率來確定。模式2、3的發(fā)送過程類似于模式1，唯一的區(qū)別在于數(shù)據(jù)幀中數(shù)據(jù)是9位。這樣，在發(fā)送一幀數(shù)據(jù)時，CPU除了要把8位數(shù)據(jù)送SBUF外（mov sbuf，a)，還要把第9位數(shù)據(jù)送到SCON.TB8中 set scon.tb8 或：clr scon.tb8 但注意要先設(shè)定好scon.tb8，然后再向SBUF送數(shù)，因為mov sbuf，a指令一執(zhí)行，串行口就開始發(fā)送。 例如： set scon.tb8 或： clr scon.tb8 mov sbuf，a mov sbuf，a 模式2、3的接收過程類似于模式1，不同的是：模式1時，SCON中的RB8是接收到的停止位（“1”）；而模式2、3時，RB8是接收到的第9位。 在模式1，接收操作只有在RI=0，且REN=1時數(shù)據(jù)才能接收。而模式2、3的接收條件是： a，RI=0且SM2=0 或 b， RI=0且RB8=1。 只有滿足a或滿足b的條件時，接收到的數(shù)據(jù)才能送到SBUF，并使RI=1激活，否則接收無效且RI不能置位。 RI=0是保證SBUF空（每次取走數(shù)據(jù)時通過軟件復位RI，如果沒有取走數(shù)據(jù)則RI=1），以保證接收到的數(shù)據(jù)不丟失。后一個條件是由SM2和RB8共同來控制接收。 令SM2=0可以保證RB8正確的接收奇偶校驗位； 令SM2=1可以利用接收到的RB8控制接收是否有效。 即 RB8=1時，接收有效。RB8=0時，接收無效。串行口模式2、3時數(shù)據(jù)幀格式發(fā)送時：將SCON中的TB8作為第9位數(shù)據(jù)發(fā)送；接收時：將接收來的第9位送到SCON中的RB8中。 1.8.5.1 模式2、3的應用之一 帶奇偶校驗位的數(shù)據(jù)傳送奇偶校驗：接收到的第9位數(shù)據(jù)是發(fā)送方送來的奇偶校驗位。 在這種情況下，必須令SM2=0，否則接收的校驗位RB8=0時，將影響數(shù)據(jù)的接收（因為RB8是根據(jù)8位數(shù)據(jù)進行奇偶校驗的結(jié)果來設(shè)定，有時為“1”，而有時為“0”）。 當接收到數(shù)據(jù)后，用指令對 PSW.P位進行判斷。將此結(jié)果與RB8中的數(shù)據(jù)進行“異或”，看結(jié)果是否與約定的相符合。 例如：發(fā)送、接收雙方約定為奇校驗： 若發(fā)送的數(shù)據(jù)和第9位分別是：00011010 、0 (第9位數(shù)據(jù)是發(fā)送方用根據(jù)奇校驗自動生成的) 若接收后SBUF送A的數(shù)據(jù)是：00011010，這時，PSW.P=1，且 RB8=0 。則進行： P異或RB8=1， 滿足約定條件既接收正確。反之若SBUF送A=00011011，使PSW.P=0，且RB8=0 。 P異或RB8=0 表明不符合約定條件，接收出錯。 總之，使用模式2、3發(fā)送帶“奇偶校驗”位的數(shù)據(jù)時： 1，一定要使SM2=0。 2，又因為SM2=0，所以盡管RI能夠激活，但不會引發(fā)中斷，所以只能采用“查詢”的方式接收數(shù)據(jù)。利用模式2，3進行帶奇校驗的串行通訊程序流程圖 1.8.5.2 模式2、3的應用之二：多機通訊在傳統(tǒng)的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，存在著許多缺點。使它在采集的點數(shù)和引線長度都受到限制。 采用多CPU的方式可以構(gòu)成一個多機通訊系統(tǒng)。如在一個生產(chǎn)線上要對許多參數(shù)（溫度、壓力、流量等）進行采集檢測，并且要對這些數(shù)據(jù)進行處理、顯示、打印或保存。 我們可以將這些單片機進行分工：選一臺單片機作為主機，專門負責接收其他單片機傳回的數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)的后期處理如：保存、顯示等。而其它的單片機則完成對傳感器的信號檢測、A/D轉(zhuǎn)換，最后將數(shù)據(jù)上傳給主機。我們稱這些單片機為從機。傳統(tǒng)方式的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用“智能傳感器”組成的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主從式多機通訊原理主機發(fā)送的數(shù)據(jù)可以傳送到各個從機，從機發(fā)送的數(shù)據(jù)只能為主機接收，從機之間不能直接通訊； 主機和從機的設(shè)置為模式2或3，其中主機的SM2=0，從機的SM2=1。 主機首先通過發(fā)送地址碼來尋找從機（地址碼的特征是第9位數(shù)據(jù)為“1”，且被從機接收為RB8），所以，所有的從機都能接收到主機發(fā)出的地址碼（因為：RI=0，SM2=1，RB8=1），并使RI=1引發(fā)中斷。從機在中斷服務程序中，將接收到地址碼與自己的地址進行比較，被選中的從機將自己的SM2=0，而未被選中的從機仍保持SM2=1。 當主機找到從機后，開始向從機發(fā)數(shù)據(jù)、命令，其特征為第9位=0。由于從機SM2=0，所以盡管接收到的RB8=0，同樣可以激活從機的RI，使其以查詢的方式接收主機發(fā)出的數(shù)據(jù)或命令。當主機與從機的通訊完成后，從機再將其SM2=1，主機重新發(fā)出另一個從機的地址，所有從機可以馬上響應并接收地址信息。多機通訊原理在模式2、3中， 1，SM2=0時：RB8=1或RB8=0 都可以激活RI， 但不能引發(fā)中斷。 2，SM2=1時：RB8=1才能激活RI并引發(fā)中斷。 而RB8=0時，RI不能激活。小 結(jié) 1，主機的SM2=0，從機的SM2=1； 2，主機向從機發(fā)送的地址碼第9位為“1”； 3，所有的從機SM2=1、RB8=1、RI=0，接收主機的地址進入中斷服務程序。在程序中比較、確認是否為被尋從機。 4，被尋從機將SM2清零，以保證能以查詢的方式接收主機的數(shù)據(jù)、命令。同時向主機返回地址供主機核實。沒有被選種的從機保持SM2=1并退出服務程序。 5，被尋中的從機以查詢RI的方式與主機之間進行數(shù)據(jù)交換（注意：因為SM2=0時，RI雖然能被激活，但不能引發(fā)中斷），完成后，重新將SM2置1。 1.8.5.3 模式2、3使用時要注意的問題在模式2、3中，可以實現(xiàn)較為特殊的通訊方式，如帶校驗位的9位傳送、多機通訊。注意：當SM2=0時，只能采用查詢方式。 1.8.6 波特率及定時器T1的設(shè)定在串行口的異步通訊中，發(fā)送方與接收方是兩個互相獨立的系統(tǒng)，它們的系統(tǒng)時鐘可以各不相同（如圖所示）。在這種條件下使通訊正確的條件是：1，要有相同的字符幀格式；2，要有相同的波特率。 MCS-51單片機的串行口四種模式其波特率各不相同。其中模式1、3的波特率就是由定時器T1的溢出率來決定的（另外PCON中的SMOD位起著波特率加倍的作用）。如何設(shè)定波特率？在編制串行口通訊（模式1、3）程序時，在程序的初始化中，必須進行波特率的設(shè)定，既對T1進行初始化。 T1初始化的主要任務就是： 1，設(shè)置T1的工作方式為定時（C/T=0）； 工作模式為模式2 ：自動重裝。 2，計算定時常數(shù)并分別送給TH1、TL1。 波特率計算公式：B = T1溢出率：=（計數(shù)速率）/ [ 256-（TH1）] = (fosc/12) / [ 256-（TH1）] 波特率、初值TC計算公式 B= fosc / [ 96 X（256-TH）]； （SMOD=1時）或 B= fosc / [ 192 X（256-TH）]； （SMOD=0時） 其中：fosc為系統(tǒng)時鐘頻率，TH為定時器T1的初值。所以可以推出： TH=256-[ fosc/（384XB）] ； （SMOD=0時）或： TH=256-[ fosc/（192XB）] ； （SMOD=1時）【舉例】設(shè)系統(tǒng)時鐘為11.059MHz，要求波特率為1200Hz，求TH。【解】用上述公式TH=256-[11.059MHz /（384X1200）]=232 =0E8H 設(shè)：SMOD=0 參考資料： « PC機及單片機數(shù)據(jù)通信技術(shù) »李朝青 ---------北京航空航天大學出版社 28.00 1.9 MCS-51的中斷系統(tǒng)中斷： CPU中止正在運行的程序，轉(zhuǎn)向為外部設(shè)備服務的過程稱為中斷。當完成中斷后，CPU再回到原來的“斷點”繼續(xù)原來的程序。中斷源是由外部產(chǎn)生，具有隨機性、不可知性。 MCS-51的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 MCS-51單片機共有5個中斷源（如圖所示）。 1.9.1中斷允許寄存器IE（0A8H） EA：總允許位。EA=0：禁止一切中斷；EA=1中斷開放。 ES：串行口中斷允許位。ES=1：允許RI、TI引發(fā)中斷； ES=0：禁止中斷。 ET1、ET0：定時器T1、T0允許位。ET=1允許，=0禁止。 EX1、EX0：外中斷 int1、int0允許位。ET =1允許，=0禁止。 1.9.2中斷優(yōu)先級寄存器IP（0B8H） PS：串行口中斷優(yōu)先級設(shè)定位； PT1、PT0：定時器T1、T0中斷優(yōu)先級設(shè)定位； PX1、PX0：外中斷 int1、0中斷優(yōu)先級設(shè)定位； 1.9.3 優(yōu)先級結(jié)構(gòu)由于IP寄存器的設(shè)定，將5個中斷源分為兩個級別。中斷的發(fā)生將遵循下面的3條基本原則： 1，低級中斷在響應執(zhí)行中，可以被高級中斷所中斷，反之則不能。 2，一個中斷（不論是什么優(yōu)先級）一旦得到響應，與它同級的中斷則不能在中斷它。 3，當CPU同時收到幾個同一級別的中斷要求時，CPU響應哪個中斷源取決于硬件的查詢順序（見圖）。 如何改變中斷源的優(yōu)先級順序從中斷系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖可以清楚地看出同一級別中5個中斷源的查詢順序。很明顯，要改變這種順序只能通過IP的設(shè)置。 如：要想將串行口的級別設(shè)為最高時，將IP中的PS置一。 既使用指令：setb ip.ps 或 mov 0b8h，#10h 完成對IP設(shè)置。 1.9.4 中斷查詢與響應協(xié)議在每一個機器周期中，所有的中斷源都要按照其順序檢查一遍，到S6狀態(tài)時，就查找到所有被激活的中斷申請并排好優(yōu)先權(quán)。在下一個機器周期的S1狀態(tài)，只要不受阻斷，就開始響應高級中斷。 如果發(fā)生下列情況，中斷將被阻止： 1，同級或高級中斷正在執(zhí)行時； 2，當前的機器周期不是指令的最后一個機器周期； 3，CPU正在執(zhí)行的指令是RETI或訪問IE、IP寄存器時，CPU是不會響應中斷，而且要等到該指令的下一條指令執(zhí)行完后中斷才能響應。 CPU查詢到某一中斷源后，使相應的“優(yōu)先級激活”觸發(fā)器置位用以阻斷同級或低級中斷。在硬件的控制下，程序自動轉(zhuǎn)向?qū)�應的矢量單元，�?zhí)行其服務程序。 CPU響應中斷時，將當時程序計數(shù)器PC的內(nèi)容進棧，并將相應的中斷矢量裝入PC中，使CPU轉(zhuǎn)向?qū)�應的服務程序。中斷服務程序的最后一條指令是RETI，指令將清除“優(yōu)先級激活觸發(fā)器”，然后從堆棧中彈出斷點地址并裝入到PC中。矢量入口的指令應當是轉(zhuǎn)移指令。 1.9.5 外部中斷在MCS-51引腳上有：INT0、INT1兩個外部的中斷輸入，作為外部事件的觸發(fā)信號。CPU在每一個機器周期對它們進行一次檢測。系統(tǒng)設(shè)定了兩種觸發(fā)方式：邊沿觸發(fā)（下降沿）和電平觸發(fā)（低電平）。具體由TCON中的IT0、IT1來確定。 1，在邊沿觸發(fā)方式中，在相鄰的兩個機器周期，如果第一次采集是高電平，第二次采集是低電平時，則TCON中的標志IE0或IE1置位。所以，在邊沿觸發(fā)方式時：外部設(shè)備發(fā)出的邊沿信號（高電平和低電平）的時間應大于一個機器周期，否則信號將可能漏檢。 2，如果采用“電平”觸發(fā)方式，CPU采集到INT0或INT1的引腳為低電平時將激活標志IE0或IE1。所以在這種觸發(fā)方式中，外部的低電平至少應保留一個機器周期。 1.9.6 中斷請求的撤除以外中斷電平觸發(fā)為例：當CPU響應該中斷并進入到服務程序后，在執(zhí)行RETI返回主程序前，必須將外部的低電平撤掉，否則，當CPU返回主程序后，會因為外部的低電平信號而再次進入中斷，使程序無法正常運行。 同理，其它中斷源也存在類似的問題。所以在使用中斷時必須清楚在響應某一中斷時，其中斷請求（標志）是否要撤除，如何撤除等問題。 MCS-51的中斷請求的撤除方法撤除外部電平請求信號的方案 1.9.7 中斷響應時間（以外部中斷INTx為例）每個機器周期的S5P2時刻，INTx引腳的電平被鎖存到內(nèi)部寄存器中，待下一個周期查詢。 1，最短時間：中斷請求有效，查詢后在下一個周期便開始執(zhí)行一條硬件的子程序的調(diào)用（時間是兩個周期），然后開始執(zhí)行服務程序的第一條指令。這樣從鎖存電平的周期到執(zhí)行中斷服務程序，中間相隔3個機器周期。 2，最長時間：如果中斷信號發(fā)生在前面所說的3種情況時， 響應時間就要變長： 第1種情況：響應時間取決于高級中斷的執(zhí)行時間； 第2種情況：指當前CPU執(zhí)行的指令是多周期指令，如乘除 法指令（4個周期），最壞情況，還要等3個周 期。這樣響應周期變?yōu)?+3=6個周期； 第3種情況：CPU當前執(zhí)行的指令是RETI或訪問IE、IP寄存器 時，本指令（1個周期）沒有響應，且下一條指 令執(zhí)行完后才能響應，這樣附加的等待時間最長 不會超過5個周期（1+4）。整個響應為5+3=8個 周期。這樣，如果不考慮第1種情況，整個中斷 響應的時間范圍應當是： 3～8個機器周期。 中斷響應時間的不確定，在大多數(shù)場合下可能是無關(guān)緊要的，但是對于一些較特殊的場合下，這種響應時間的不確定往往會帶來一些問題。 如：利用中斷來編制一個時鐘程序時，便不可避免的帶來誤差，所以是要提醒大家注意。在程序中可以使用一些算法來減少這種誤差（參考清華的資料） 。 相對比較美國mircchip公司的PIC單片機由于使用單字節(jié)、單周期指令，使中斷響應時間固定，所以從根本上消除了這種的情況。 （本章結(jié)束）okq紅軟基地

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