第2章MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理

1、第第2 2章章 MCS-51MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理第第2 2章章 MCS-51MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理uMCS-51MCS-51是是IntelIntel公司生產(chǎn)的一個(gè)單片機(jī)系列的名稱(chēng)。公司生產(chǎn)的一個(gè)單片機(jī)系列的名稱(chēng)。uMCS-51MCS-51系列屬高檔系列屬高檔8 8位單片機(jī)屬于這一系列的單片位單片機(jī)屬于這一系列的單片機(jī)芯片有許多種，如機(jī)芯片有許多種，如8051,8031,8751,80C51BH,80C31BH8051,8031,8751,80C51BH,80C31BH等等等。等。u它們的基本組成、基本性能和指令系統(tǒng)都是相同的。它們的基本組成

2、、基本性能和指令系統(tǒng)都是相同的。u為了敘述方便，則常用為了敘述方便，則常用80518051代表代表MCS51MCS51系列單片機(jī)。系列單片機(jī)。2.1.1 MCS51單片機(jī)的基本組成單片機(jī)的基本組成2.1.2 MCS51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.1.3 MSP430系列單片機(jī)的系列單片機(jī)的特點(diǎn)特點(diǎn)2.1.4 DSP-TMS320F2812的的特點(diǎn)特點(diǎn) 89C51CPU振蕩器和時(shí)序振蕩器和時(shí)序OSC64KB 總線總線擴(kuò)展控制器擴(kuò)展控制器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器256B RAM/SFR216位位定時(shí)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器可編程可編程I/O程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器4KBROM可編程全雙工可編程全雙工串行

3、口串行口外中斷外中斷內(nèi)中斷內(nèi)中斷控制控制并行口并行口串行通信串行通信外部時(shí)鐘源外部時(shí)鐘源外部事件計(jì)數(shù)外部事件計(jì)數(shù)u u 80518051片內(nèi)為掩膜片內(nèi)為掩膜ROMROM，內(nèi)部程序不能改寫(xiě)，不便于實(shí)驗(yàn)和開(kāi)發(fā)如內(nèi)部程序不能改寫(xiě)，不便于實(shí)驗(yàn)和開(kāi)發(fā)如在實(shí)驗(yàn)調(diào)試中使用在實(shí)驗(yàn)調(diào)試中使用80518051，需在片外擴(kuò)展可改寫(xiě)的，需在片外擴(kuò)展可改寫(xiě)的EPROMEPROM 87518751具有片內(nèi)具有片內(nèi)EPROMEPROM，是真正的單片機(jī)，但由于價(jià)格較貴，所以用是真正的單片機(jī)，但由于價(jià)格較貴，所以用得較少。得較少。 80318031片內(nèi)沒(méi)有片內(nèi)沒(méi)有EPROMEPROM，但它在市場(chǎng)上的價(jià)格很低，只需在片外擴(kuò)展但它

4、在市場(chǎng)上的價(jià)格很低，只需在片外擴(kuò)展一片一片EPROMEPROM就可構(gòu)成就可構(gòu)成87518751，所以使用非常廣泛。，所以使用非常廣泛。u u MCS-51MCS-51系列單片機(jī)的溫度適用范圍也較微處理器芯片系列單片機(jī)的溫度適用范圍也較微處理器芯片Z80Z80，80808080等寬其溫度范圍為：等寬其溫度范圍為： 民品民品( (商業(yè)用商業(yè)用) 0) 070 70 工業(yè)品工業(yè)品 -40-408585 軍用品軍用品 -55-55125 125 89C51/S5189C51/S51單片機(jī)單片機(jī) 51系列單片機(jī)有多種型號(hào)的產(chǎn)品，如普通型（系列單片機(jī)有多種型號(hào)的產(chǎn)品，如普通型（51子系列）子系列）80C5

5、1、80C31、87C51和和89C51等，增強(qiáng)型（等，增強(qiáng)型（52子系列）子系列）80C32、80C52、87C52和和89C52等。它們的結(jié)構(gòu)基本相同，其主要差別反映在存儲(chǔ)器的配置上。等。它們的結(jié)構(gòu)基本相同，其主要差別反映在存儲(chǔ)器的配置上。n80C31片內(nèi)沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，片內(nèi)沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，n80C51內(nèi)部設(shè)有內(nèi)部設(shè)有4 KB的掩膜的掩膜ROM程序存儲(chǔ)器。程序存儲(chǔ)器。n87C51是將是將80C51片內(nèi)的片內(nèi)的ROM換成換成EPROM，n89C51則換成則換成4 KB的閃速的閃速E2PROM。51增強(qiáng)型的程序存儲(chǔ)器容量為普通型的增強(qiáng)型的程序存儲(chǔ)器容量為普通型的2倍。倍。通常以通常以8C51代

6、表這一系列的單片機(jī)，代表這一系列的單片機(jī)，其中其中=0掩膜掩膜ROM = 7EPROM/OTPROM = 9Flash ROMp AT89C51/P89C51/SST89E554（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為89C51)為典型機(jī)，為典型機(jī)，講述單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、原理、接口技術(shù)、編程及其應(yīng)用技講述單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、原理、接口技術(shù)、編程及其應(yīng)用技術(shù)。舍棄術(shù)。舍棄80C31擴(kuò)展擴(kuò)展EPROM的傳統(tǒng)模式，而依據(jù)目標(biāo)任務(wù)的傳統(tǒng)模式，而依據(jù)目標(biāo)任務(wù)選擇所需不同檔次（片內(nèi)不同存儲(chǔ)器容量）的選擇所需不同檔次（片內(nèi)不同存儲(chǔ)器容量）的89系列單片機(jī)。系列單片機(jī)。p AT89C系列單片機(jī)屬常規(guī)類(lèi)型，只能用通用編程器進(jìn)行編

7、輯，系列單片機(jī)屬常規(guī)類(lèi)型，只能用通用編程器進(jìn)行編輯，不能進(jìn)行下載編程，不能進(jìn)行下載編程，AT89S系列單片機(jī)主要特點(diǎn)是具有系列單片機(jī)主要特點(diǎn)是具有ISP功能，也就是說(shuō)，對(duì)功能，也就是說(shuō)，對(duì)AT89S芯片進(jìn)行編程時(shí)，不需要將芯片芯片進(jìn)行編程時(shí)，不需要將芯片從目標(biāo)板上取下，只需用一根下載線即可對(duì)從目標(biāo)板上取下，只需用一根下載線即可對(duì)AT89S單片機(jī)進(jìn)單片機(jī)進(jìn)行下載編程。行下載編程。80C51CPU振蕩器和時(shí)序振蕩器和時(shí)序OSC64KB 總線總線擴(kuò)展控制器擴(kuò)展控制器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器256B RAM/SFR216位位定時(shí)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器可編程可編程I/O程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器4KB FLASH

8、 ROM可編程全雙工可編程全雙工串行口串行口外中斷外中斷內(nèi)中斷內(nèi)中斷控制控制P0 P2 P1 P3串行通信串行通信外部時(shí)鐘源外部時(shí)鐘源外部事件計(jì)數(shù)外部事件計(jì)數(shù)地址地址/數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2.1.2 MCS51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)P0驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器P2驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器P0鎖存器鎖存器P2鎖存器鎖存器RAM地址地址寄存器寄存器128BRAM4KBROMB寄存器寄存器暫存器暫存器1暫存器暫存器2ACCSP程序地址程序地址寄存器寄存器 緩沖器緩沖器PC增增1PCDPTR中斷、串行口和定時(shí)器中斷、串行口和定時(shí)器PSWP1鎖存器鎖存器P1驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器P3鎖存器鎖存器P3驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器定定時(shí)時(shí)控控制制指指令令寄寄存存

9、器器指指令令譯譯碼碼器器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1 XTAL2PSENALEEARESET運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器I/O接口接口2種基本的總線結(jié)構(gòu)種基本的總線結(jié)構(gòu):Von Neumann- 馮馮.諾依曼諾依曼Harvard 哈佛哈佛Von Neumann:數(shù)據(jù)、代碼共享內(nèi)存空間數(shù)據(jù)、代碼共享內(nèi)存空間數(shù)據(jù)、代碼共享內(nèi)存總線數(shù)據(jù)、代碼共享內(nèi)存總線Example: Intels x86 Pentium Processor familyHarvard:數(shù)據(jù)、代碼獨(dú)立存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)、代碼獨(dú)立存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)、代碼獨(dú)立存儲(chǔ)總線數(shù)據(jù)、

10、代碼獨(dú)立存儲(chǔ)總線一個(gè)由多一個(gè)由多ICIC構(gòu)成的處理系統(tǒng)的核心器件構(gòu)成的處理系統(tǒng)的核心器件( (芯片芯片) )普林斯頓結(jié)構(gòu)普林斯頓結(jié)構(gòu)馮馮諾曼（諾曼（Van Neuman）u 805180518751875180318031芯片的外部引腳和指令系統(tǒng)完全兼容，其芯片的外部引腳和指令系統(tǒng)完全兼容，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)除內(nèi)部結(jié)構(gòu)除ROMROMEPROMEPROM不同外，其余完全相同。不同外，其余完全相同。u 一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)應(yīng)該由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)應(yīng)該由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器(ROM(ROM及及RAM)RAM)和和I I0 0接口組成。接口組成。u 運(yùn)算器包括一個(gè)可進(jìn)行運(yùn)算器包括一個(gè)可進(jìn)行8

11、 8位算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的單元位算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的單元ALUALU，8 8位的暫存器位的暫存器1 1、暫存器、暫存器2 2，8 8位的累加器位的累加器ACCACC，寄存器，寄存器B B和程序狀和程序狀態(tài)寄存器態(tài)寄存器PSWPSW等。等。u 控制器包括程序計(jì)數(shù)器控制器包括程序計(jì)數(shù)器PCPC、指令寄存器、指令寄存器IRIR、指令譯碼器、指令譯碼器IDID、振蕩器及定時(shí)電路等。振蕩器及定時(shí)電路等。 u80518051片內(nèi)有片內(nèi)有ROM(ROM(程序存儲(chǔ)器，只能讀程序存儲(chǔ)器，只能讀) )和和RAM(RAM(數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可讀可寫(xiě)可讀可寫(xiě)) )兩類(lèi)，它們有各自獨(dú)立的存儲(chǔ)地址空間，與一般微機(jī)兩

12、類(lèi)，它們有各自獨(dú)立的存儲(chǔ)地址空間，與一般微機(jī)的存儲(chǔ)器配置方式不同。的存儲(chǔ)器配置方式不同。u 80518051有四個(gè)有四個(gè)8 8位并行接口，即位并行接口，即P0-P3P0-P3它們都是雙向端口，每它們都是雙向端口，每個(gè)端口各有個(gè)端口各有8 8條條I IO O線，均可輸入輸出。線，均可輸入輸出。P0-P3P0-P3口四個(gè)鎖存器口四個(gè)鎖存器同同RAMRAM統(tǒng)一編址，可以把統(tǒng)一編址，可以把I IO O口當(dāng)作一般特殊功能寄存器來(lái)尋口當(dāng)作一般特殊功能寄存器來(lái)尋址址19961996年，年，TITI公司推出了公司推出了MSP430MSP430系列單片機(jī)，該系列單片系列單片機(jī)，該系列單片機(jī)具有極低的功耗、豐富的

13、片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開(kāi)發(fā)手段，機(jī)具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開(kāi)發(fā)手段，可以方便地構(gòu)成各種超低功耗的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。可以方便地構(gòu)成各種超低功耗的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 MSP430MSP430系列單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程可以大致分為四個(gè)階段。系列單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程可以大致分為四個(gè)階段。 不同系列的不同系列的MSP430單片機(jī)性能雖有不同，但是總體特單片機(jī)性能雖有不同，但是總體特性相似，概括如下：性相似，概括如下： 五種省電模式，五種省電模式，6 s內(nèi)從待機(jī)模式喚醒；內(nèi)從待機(jī)模式喚醒； 低電壓供電：低電壓供電：1.83.6 V；耗電電流：；耗電電流：0.1400 A (掉電工作模式：掉電工作模式：0

14、.1 A；待機(jī)模式：；待機(jī)模式：0.8 A)； 16位位RISC結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的CPU通過(guò)總線連接到存儲(chǔ)器和外圍通過(guò)總線連接到存儲(chǔ)器和外圍模塊；模塊； 三個(gè)時(shí)鐘模塊可提供三種時(shí)鐘信號(hào)：三個(gè)時(shí)鐘模塊可提供三種時(shí)鐘信號(hào)：ACLK、MCLK、SMCLK； 多達(dá)多達(dá)64 KB尋址空間，包括尋址空間，包括ROM、RAM、Flash； 多個(gè)多個(gè)I/O口：口：P0P10； 僅僅3種指令格式，全部為正交結(jié)構(gòu)；種指令格式，全部為正交結(jié)構(gòu)； 共共7種尋址模式，可字或者字節(jié)尋址；種尋址模式，可字或者字節(jié)尋址； 具有多達(dá)具有多達(dá)16個(gè)中斷源個(gè)中斷源(如定時(shí)器、串行口、如定時(shí)器、串行口、P1、P2、WDT等等)，多級(jí)優(yōu)先級(jí)

15、，可以實(shí)現(xiàn)中斷嵌套；，多級(jí)優(yōu)先級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)中斷嵌套； 串行通信接口串行通信接口USART可設(shè)置為同步可設(shè)置為同步(SPI)、異步、異步(UART)或或I2C模式，發(fā)送與接收有各自的中斷入口地址；模式，發(fā)送與接收有各自的中斷入口地址； 定時(shí)器有基本定時(shí)器、定時(shí)器定時(shí)器有基本定時(shí)器、定時(shí)器A、定時(shí)器、定時(shí)器B和看門(mén)狗定時(shí)和看門(mén)狗定時(shí)器，能實(shí)現(xiàn)事件定時(shí)、計(jì)數(shù)、器，能實(shí)現(xiàn)事件定時(shí)、計(jì)數(shù)、PWM等功能；等功能； 具有具有16位看門(mén)狗功能；位看門(mén)狗功能； 具有具有A/D轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換器和12位的位的D/A轉(zhuǎn)換器；轉(zhuǎn)換器； 集成集成LCD驅(qū)動(dòng)器、硬件乘法器、比較器、驅(qū)動(dòng)器、硬件乘法器、比較器、DMA控制器控制

16、器及及Scan IF模塊。模塊。 圖示圖示 MSP430X14X系列結(jié)構(gòu)框圖系列結(jié)構(gòu)框圖 2.1.4 DSP-TMS320F2812的的特點(diǎn)特點(diǎn)哈佛結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu) 流水線操作流水線操作 專(zhuān)用的硬件乘法器專(zhuān)用的硬件乘法器 特殊的特殊的DSP指令指令快速的指令周期快速的指令周期 單片機(jī)單片機(jī)(微控制器微控制器): 用于不太復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理。結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單用于不太復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理。結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，沒(méi)有乘法器，沒(méi)有乘法器，I/O接口多，位控制能力強(qiáng)，成本低，使用方便。接口多，位控制能力強(qiáng)，成本低，使用方便。如如51系列，系列，AVR系列，系列，PIC系列等系列等 嵌入式微處理器：嵌入式微處理器：基于通用計(jì)算

17、機(jī)基于通用計(jì)算機(jī)CPU，具有較高的抗干擾能，具有較高的抗干擾能力，可靠性高，地址線較多，存儲(chǔ)空間大，可配備實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)力，可靠性高，地址線較多，存儲(chǔ)空間大，可配備實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如，如，ARM7/ARM9等，多用于控制系統(tǒng)。等，多用于控制系統(tǒng)。 DSP：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，片內(nèi)設(shè)計(jì)有硬件乘法器及累加器，多處理單結(jié)構(gòu)復(fù)雜，片內(nèi)設(shè)計(jì)有硬件乘法器及累加器，多處理單元，多總線結(jié)構(gòu)，流水線技術(shù)，專(zhuān)門(mén)的指令系統(tǒng)，能夠高速、實(shí)元，多總線結(jié)構(gòu)，流水線技術(shù)，專(zhuān)門(mén)的指令系統(tǒng)，能夠高速、實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)具有乘積累加特點(diǎn)的、復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法。如時(shí)地實(shí)現(xiàn)具有乘積累加特點(diǎn)的、復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法。如TI的的TMS320系列等。系列

18、等。 DSPDSP芯片是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算芯片是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，主要用于實(shí)時(shí)快速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理的微處理器，主要用于實(shí)時(shí)快速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理的算法。的算法。 2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代以前，由于受實(shí)現(xiàn)方法的限制年代以前，由于受實(shí)現(xiàn)方法的限制, ,數(shù)字信數(shù)字信號(hào)處理的理論還不能得到廣泛的應(yīng)用。直到世界上第一號(hào)處理的理論還不能得到廣泛的應(yīng)用。直到世界上第一塊塊DSPDSP芯片的誕生，才使理論研究成果廣泛應(yīng)用到實(shí)際芯片的誕生，才使理論研究成果廣泛應(yīng)用到實(shí)際的系統(tǒng)中，并且推動(dòng)了新的理論和應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。的系統(tǒng)中，并且推動(dòng)了新的理論和應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展

19、。DSPDSP芯片的誕生及發(fā)展對(duì)近芯片的誕生及發(fā)展對(duì)近2020年來(lái)通信、計(jì)算機(jī)、控制年來(lái)通信、計(jì)算機(jī)、控制等領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展起到十分重要的作用。等領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展起到十分重要的作用。 典型的典型的DSPDSP算法算法 DSPDSP芯片的主要應(yīng)用領(lǐng)域芯片的主要應(yīng)用領(lǐng)域（1）信號(hào)處理）信號(hào)處理（2）圖像處理）圖像處理（3）儀器）儀器（4）聲音）聲音/語(yǔ)言語(yǔ)言（5）控制）控制（6）軍事應(yīng)用）軍事應(yīng)用（7）電信）電信（8）無(wú)線電）無(wú)線電數(shù)字濾波數(shù)字濾波卷積卷積相關(guān)相關(guān)希爾伯特變換希爾伯特變換FFT自適應(yīng)濾波自適應(yīng)濾波加窗加窗波形產(chǎn)生波形產(chǎn)生如：數(shù)字濾波、自適應(yīng)濾波、如：數(shù)字濾波、自適應(yīng)濾波、 快速傅氏變換

20、、快速傅氏變換、Hilbert變換、變換、 相關(guān)運(yùn)算、頻譜分析、相關(guān)運(yùn)算、頻譜分析、 卷卷 積、模式匹配、積、模式匹配、 窗函數(shù)、波形產(chǎn)生等；窗函數(shù)、波形產(chǎn)生等； 如：調(diào)制解調(diào)器、自適應(yīng)均衡、如：調(diào)制解調(diào)器、自適應(yīng)均衡、 數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)壓縮、 回波抵消、多路復(fù)用、回波抵消、多路復(fù)用、 傳真、擴(kuò)頻通信、傳真、擴(kuò)頻通信、 移動(dòng)通信、糾錯(cuò)編譯碼、移動(dòng)通信、糾錯(cuò)編譯碼、 可視電話、路由器等；可視電話、路由器等； 如：語(yǔ)音編碼、語(yǔ)音合成、如：語(yǔ)音編碼、語(yǔ)音合成、 語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音增強(qiáng)、語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音增強(qiáng)、 語(yǔ)音郵件、語(yǔ)音存儲(chǔ)、語(yǔ)音郵件、語(yǔ)音存儲(chǔ)、 文本文本語(yǔ)音轉(zhuǎn)換等；語(yǔ)音轉(zhuǎn)換等； 如：

21、二維和三維圖形處理、如：二維和三維圖形處理、 圖像壓縮與傳輸、圖像壓縮與傳輸、 圖像鑒別、圖像增強(qiáng)、圖像鑒別、圖像增強(qiáng)、 圖像轉(zhuǎn)換、模式識(shí)別、圖像轉(zhuǎn)換、模式識(shí)別、 動(dòng)畫(huà)、電子地圖、動(dòng)畫(huà)、電子地圖、 機(jī)器人視覺(jué)等；機(jī)器人視覺(jué)等； 如：保密通信如：保密通信 雷達(dá)處理雷達(dá)處理 聲納處理聲納處理 導(dǎo)航導(dǎo)航 導(dǎo)彈制導(dǎo)導(dǎo)彈制導(dǎo) 電子對(duì)抗電子對(duì)抗 全球定位全球定位GPS 搜索與跟蹤搜索與跟蹤 情報(bào)收集與處理等情報(bào)收集與處理等 如：頻譜分析、函數(shù)發(fā)生、如：頻譜分析、函數(shù)發(fā)生、 數(shù)據(jù)采集、鎖相環(huán)、數(shù)據(jù)采集、鎖相環(huán)、 模態(tài)分析、暫態(tài)分析、模態(tài)分析、暫態(tài)分析、 石油石油/地質(zhì)勘探、地質(zhì)勘探、 地震預(yù)測(cè)與處理等；地震

22、預(yù)測(cè)與處理等； 如：引擎控制如：引擎控制 聲聲 控控 發(fā)動(dòng)機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)控制 自動(dòng)駕駛自動(dòng)駕駛 機(jī)器人控制機(jī)器人控制 磁盤(pán)磁盤(pán)/光盤(pán)伺服控制光盤(pán)伺服控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等如：助聽(tīng)器如：助聽(tīng)器 X-射線掃描射線掃描 心電圖心電圖/腦電圖腦電圖 超聲設(shè)備超聲設(shè)備 核磁共振核磁共振 診斷工具診斷工具 病人監(jiān)護(hù)等病人監(jiān)護(hù)等 如：高保真音響如：高保真音響 音樂(lè)合成音樂(lè)合成 音調(diào)控制音調(diào)控制 玩具與游戲玩具與游戲 數(shù)字電話數(shù)字電話/電視電視 高清晰度電視高清晰度電視HDTV 變頻空調(diào)變頻空調(diào) 機(jī)頂盒等機(jī)頂盒等 如：震裂處理器如：震裂處理器 圖形加速器圖形加速器 工作站工作站 多媒體計(jì)算機(jī)等多媒體

23、計(jì)算機(jī)等 C64xC55x,C547xC28x30/31/32C55+ARM 四個(gè)工作平臺(tái)四個(gè)工作平臺(tái)TMS320C2000: TMS320C2000: 用于優(yōu)化用于優(yōu)化和控制系統(tǒng)和控制系統(tǒng)TMS320C5000: TMS320C5000: 省電型處省電型處理器、用于通信理器、用于通信TMS320C6000: TMS320C6000: 業(yè)內(nèi)最快業(yè)內(nèi)最快的處理器提高單片的多通的處理器提高單片的多通道的處理能力道的處理能力TMS320C3X TMS320C3X 浮點(diǎn)處理器浮點(diǎn)處理器用于圖像處理和工業(yè)控制用于圖像處理和工業(yè)控制定點(diǎn)式：定點(diǎn)式：動(dòng)態(tài)范圍小，易溢出，需利用定標(biāo)防止溢出；功耗低。動(dòng)態(tài)范圍小

24、，易溢出，需利用定標(biāo)防止溢出；功耗低。浮點(diǎn)式：浮點(diǎn)式：動(dòng)態(tài)范圍大，沒(méi)有溢出風(fēng)險(xiǎn)；功耗較大。動(dòng)態(tài)范圍大，沒(méi)有溢出風(fēng)險(xiǎn)；功耗較大。 TMS320C28X指令周期指令周期（ns）片內(nèi)片內(nèi)RAM（字）（字）片內(nèi)片內(nèi)FLM（字）（字）12bitA/D串行口串行口PWMC28126.6720K16ch216C28116.6720K16ch216F28126.6718K128K16ch216F28116.6718K128K16ch216F28106.6718K64K16ch216F28081018K64K16ch216C281x Block Diagram（1）事件管理模塊）事件管理模塊EVA/EVB（2）

25、串行通信模塊）串行通信模塊SCI（3）串行外設(shè)接口）串行外設(shè)接口 SPI（4） eCAN 總線模塊總線模塊（5）多通道緩沖串行接口）多通道緩沖串行接口 McBSP（6）模數(shù)轉(zhuǎn)換器）模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADCF2812F2812主要的外設(shè)模塊主要的外設(shè)模塊 F2812提供了提供了2個(gè)結(jié)構(gòu)和功能相同的事件管理器個(gè)結(jié)構(gòu)和功能相同的事件管理器EVA和和EVB模塊，具有強(qiáng)大的控制功能，特別在運(yùn)動(dòng)控制和電機(jī)控模塊，具有強(qiáng)大的控制功能，特別在運(yùn)動(dòng)控制和電機(jī)控制領(lǐng)域。制領(lǐng)域。 每個(gè)事件管理器模塊都包含：每個(gè)事件管理器模塊都包含： (1) 通用定時(shí)器通用定時(shí)器(General-Purpose timers) (2) 全

26、比較全比較/PWM單元單元(Full-compare units) (3) 捕獲單元捕獲單元(Capture Unit) (4) 正交編碼脈沖電路正交編碼脈沖電路 (Quadrature-encode Pulse Circuit) 通過(guò)一個(gè)三相逆變橋來(lái)滿足功率管的互補(bǔ)控制，同時(shí)還通過(guò)一個(gè)三相逆變橋來(lái)滿足功率管的互補(bǔ)控制，同時(shí)還可以提供可以提供2個(gè)非互補(bǔ)的個(gè)非互補(bǔ)的PWM信號(hào)。信號(hào)。2.2 MCS51單片機(jī)的引腳及其功能單片機(jī)的引腳及其功能u MCS-51MCS-51系列中各種芯片的引腳是互相兼容的，如系列中各種芯片的引腳是互相兼容的，如80518051，87518751和和80318031均采

27、用均采用4040腳雙列直插封裝腳雙列直插封裝(DIP)(DIP)方方式。式。u 當(dāng)然，不同芯片之間引腳功能也略有差當(dāng)然，不同芯片之間引腳功能也略有差異異80518051單片機(jī)是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭艿揭_數(shù)單片機(jī)是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭艿揭_數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。uMCS51MCS51單片機(jī)的引腳及其功能單片機(jī)的引腳及其功能如下圖所示。如下圖所示。2.3 8051存儲(chǔ)器配置存儲(chǔ)器配置u 一般微機(jī)通常只有一個(gè)地址空間，一般微機(jī)通常只有一個(gè)地址空間，ROMROM和和RAMRAM可以隨意安排在可以隨意安排在這一地址范圍內(nèi)不同的空間，這一地址范圍內(nèi)不

28、同的空間，CPUCPU訪問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)，一個(gè)地址對(duì)應(yīng)訪問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)，一個(gè)地址對(duì)應(yīng)唯一的存儲(chǔ)器單元，可以是唯一的存儲(chǔ)器單元，可以是ROMROM，也可以是，也可以是RAMRAM，此種存儲(chǔ)器結(jié)，此種存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)稱(chēng)為構(gòu)稱(chēng)為普林斯頓結(jié)構(gòu)普林斯頓結(jié)構(gòu)。u 80518051的存儲(chǔ)器在物理結(jié)構(gòu)上分為程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存的存儲(chǔ)器在物理結(jié)構(gòu)上分為程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，共有四個(gè)存儲(chǔ)空間：儲(chǔ)器空間，共有四個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、片外程序存片內(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)器空間儲(chǔ)器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間。 這種程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)的結(jié)構(gòu)形式，稱(chēng)為這種程序存儲(chǔ)器和數(shù)

29、據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)的結(jié)構(gòu)形式，稱(chēng)為哈佛哈佛結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。2.3.1 程序存儲(chǔ)器地址空間程序存儲(chǔ)器地址空間2.3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間u 地址空間分為三類(lèi)地址空間分為三類(lèi): : 片內(nèi)、片外統(tǒng)一編址片內(nèi)、片外統(tǒng)一編址0000H-FFFFH0000H-FFFFH的的64KB64KB程序存儲(chǔ)器地址程序存儲(chǔ)器地址空間?？臻g。 64KB64KB片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間，地址也從片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間，地址也從0000H-FFFFH0000H-FFFFH地地址空間。址空間。 256B256B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間( (用用8 8位地址位地址) )。u 80518051存儲(chǔ)器空間配置如圖

30、存儲(chǔ)器空間配置如圖2424所示。所示。u u 80518051的指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)了不同的數(shù)據(jù)傳送指令：的指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)了不同的數(shù)據(jù)傳送指令： CPUCPU訪問(wèn)片內(nèi)、片外訪問(wèn)片內(nèi)、片外ROMROM指令用指令用MOVCMOVC； 訪問(wèn)片外訪問(wèn)片外RAMRAM指令用指令用MOVXMOVX； 訪問(wèn)片內(nèi)訪問(wèn)片內(nèi)RAMRAM指令用指令用MOVMOV。u 80518051程序存儲(chǔ)器用于存放編好的程序和表格常數(shù)。程序存儲(chǔ)器通過(guò)程序存儲(chǔ)器用于存放編好的程序和表格常數(shù)。程序存儲(chǔ)器通過(guò)1616位程序計(jì)數(shù)器尋址，尋址能力為位程序計(jì)數(shù)器尋址，尋址能力為64KB64KB。u 指令能在指令能在64KB64KB地址空間內(nèi)任意跳轉(zhuǎn)，

31、但不能使程序從程序存儲(chǔ)器空間地址空間內(nèi)任意跳轉(zhuǎn)，但不能使程序從程序存儲(chǔ)器空間轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間u 8051805187518751片內(nèi)片內(nèi)ROMROMEPROMEPROM的容量為的容量為4KB4KB，地址為，地址為0000H-0FFFH0000H-0FFFH，片外，片外最多可擴(kuò)至最多可擴(kuò)至64KBROM64KBROMEPROMEPROM，地址為，地址為1000H-FFFFH1000H-FFFFH，片內(nèi)外統(tǒng)一編址。，片內(nèi)外統(tǒng)一編址。u 當(dāng)引腳當(dāng)引腳EAEA接高電平時(shí)，程序計(jì)數(shù)器接高電平時(shí)，程序計(jì)數(shù)器PCPC在在0000HOFFFH0000HOFFFH范圍內(nèi)范圍內(nèi)( (即前即

32、前4KB4KB地址地址) )執(zhí)行片內(nèi)執(zhí)行片內(nèi)ROMROM中的程序，當(dāng)指令地址超過(guò)中的程序，當(dāng)指令地址超過(guò)OFFFHOFFFH后，后，就自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外就自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外ROMROM中去取指令。中去取指令。u 當(dāng)引腳當(dāng)引腳EAEA接低電平時(shí)，接低電平時(shí)，80518051片內(nèi)片內(nèi)ROMROM不起作用，不起作用，CPUCPU只能從片只能從片外外ROMROMEPROMEPROM中取指令，地址可以從中取指令，地址可以從0000H0000H開(kāi)始編址。這種接法特開(kāi)始編址。這種接法特別適用于采用別適用于采用80318031單片機(jī)的場(chǎng)合。單片機(jī)的場(chǎng)合。u 80518051從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器取指時(shí)執(zhí)行速度相

33、從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器取指時(shí)執(zhí)行速度相同。同。u程序存儲(chǔ)器的某些單元是留給系統(tǒng)使用的，見(jiàn)表程序存儲(chǔ)器的某些單元是留給系統(tǒng)使用的，見(jiàn)表22222.3.2 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間存儲(chǔ)器地址空間u 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAMRAM用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖標(biāo)志位用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖標(biāo)志位 等。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間也分成片內(nèi)和片外兩大部分，即片內(nèi)等。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間也分成片內(nèi)和片外兩大部分，即片內(nèi)RAMRAM和片和片 外外RAMRAMu 80518051片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間為片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間為64KB64KB，地址從，地址從0000H-FFFFH0000H-FFFFH。

34、 片內(nèi)存儲(chǔ)器空間為片內(nèi)存儲(chǔ)器空間為256B256B，地址從，地址從0000H-00FFH0000H-00FFH。u 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器最大可尋址片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器最大可尋址256256個(gè)單元，它們又分為兩個(gè)部分：個(gè)單元，它們又分為兩個(gè)部分： 低低128B(00H-7FH)128B(00H-7FH)是真正的是真正的RAMRAM區(qū)；區(qū)； 高高128B(80H128B(80HFFH)FFH)為特殊功能寄存器為特殊功能寄存器(SFR)(SFR)區(qū)，如圖區(qū)，如圖2525所示。所示。低低128BRAM128BRAM u 80518051的的3232個(gè)工作寄存器與個(gè)工作寄存器與RAMRAM安排在同一個(gè)隊(duì)列空間里，統(tǒng)

35、一編址并安排在同一個(gè)隊(duì)列空間里，統(tǒng)一編址并使用同樣的尋址方式使用同樣的尋址方式( (直接尋址和間接尋址直接尋址和間接尋址) )。u 00H-1FH00H-1FH地址安排為四組工作寄存器區(qū)，每組有地址安排為四組工作寄存器區(qū)，每組有8 8個(gè)工作寄存器個(gè)工作寄存器(R0-(R0-R7)R7)，共占，共占3232個(gè)單元，見(jiàn)表個(gè)單元，見(jiàn)表2424。u 通過(guò)對(duì)程序狀態(tài)字通過(guò)對(duì)程序狀態(tài)字PSWPSW中中RSlRSl，RS0RS0的設(shè)置，每組寄存器均可選作的設(shè)置，每組寄存器均可選作CPUCPU的當(dāng)前工作寄存器組。的當(dāng)前工作寄存器組。u 若程序中并不需要四組那么其余可用作一般若程序中并不需要四組那么其余可用作一

36、般RAMRAM單元。單元。u CPUCPU復(fù)位后，選中第一組寄存器為當(dāng)前的工作寄存器。復(fù)位后，選中第一組寄存器為當(dāng)前的工作寄存器。u 工作寄存器區(qū)后的工作寄存器區(qū)后的16B16B單元單元(20H(20H一一2FH)2FH)，可用位尋址方式訪問(wèn)其各位。，可用位尋址方式訪問(wèn)其各位。u 這這128128位的位地址為位的位地址為00H-7FH00H-7FH，其位地址分布見(jiàn)表，其位地址分布見(jiàn)表2525。u 低低128BRAM128BRAM單元地址范圍也是單元地址范圍也是00H-7FH00H-7FH，80518051采用不同尋址方采用不同尋址方式來(lái)加以區(qū)分，即訪問(wèn)式來(lái)加以區(qū)分，即訪問(wèn)128128個(gè)位地址用

37、位尋址方式，訪問(wèn)低個(gè)位地址用位尋址方式，訪問(wèn)低128B128B單單元用直接尋址和間接尋址。元用直接尋址和間接尋址。 MOV C,3AH;MOV C,3AH; MOV A,3AH; MOV A,R0; MOV A,3AH; MOV A,R0; 這樣就可以區(qū)分開(kāi)這樣就可以區(qū)分開(kāi)00H-7FH00H-7FH是位地址還是字節(jié)地址。是位地址還是字節(jié)地址。u 這些可尋址位，通過(guò)執(zhí)行指令可直接對(duì)某一位操作，如置這些可尋址位，通過(guò)執(zhí)行指令可直接對(duì)某一位操作，如置1 1、清清0 0、或判、或判l(wèi) l、判、判0 0等，可用作軟件標(biāo)志位或用于位等，可用作軟件標(biāo)志位或用于位( (布爾布爾) )處理。處理。 這種位尋址

38、能力是這種位尋址能力是80518051的一個(gè)重要特點(diǎn)。的一個(gè)重要特點(diǎn)。高高128B RAM -128B RAM -特殊功能寄存器特殊功能寄存器(SFR)(SFR) u 80518051片內(nèi)高片內(nèi)高128BRAM128BRAM中，有中，有2121個(gè)特殊功能寄存器個(gè)特殊功能寄存器(SFR)(SFR)，它們離散地分，它們離散地分 布在布在80H80HFFHFFH的的RAMRAM空間中?？臻g中。u 訪問(wèn)特殊功能寄存器只允許使用直接尋址方式訪問(wèn)特殊功能寄存器只允許使用直接尋址方式u 這些特殊功能寄存器見(jiàn)表這些特殊功能寄存器見(jiàn)表2626。 (1)(1)累加器累加器ACC(EOH)ACC(EOH) 累加器累

39、加器ACCACC是是80518051最常用、最繁忙的最常用、最繁忙的8 8位特殊功能寄存器，許多指令位特殊功能寄存器，許多指令的操作數(shù)取自于的操作數(shù)取自于ACCACC，許多運(yùn)算中間結(jié)果也存放于，許多運(yùn)算中間結(jié)果也存放于ACCACC中在指令系統(tǒng)中中在指令系統(tǒng)中用用A A作為累加器作為累加器ACCACC的助記符。的助記符。 (2)(2)寄存器寄存器B(FOH)B(FOH) 在乘、除指令中，用到了在乘、除指令中，用到了8 8位寄存器位寄存器B B。乘法指令的兩個(gè)操作數(shù)分別。乘法指令的兩個(gè)操作數(shù)分別取自取自A A和和B B，乘積存于，乘積存于B B和和A A兩個(gè)兩個(gè)8 8位寄存器中。除法指令中，位寄存

40、器中。除法指令中，A A中存放被除中存放被除數(shù)，數(shù)，B B中放除數(shù)，商存放于中放除數(shù)，商存放于A A中，中，B B中存放余數(shù)。中存放余數(shù)。 在其他指令中，在其他指令中，B B可作為一般通用寄存器或一個(gè)可作為一般通用寄存器或一個(gè)RAMRAM單元使用。單元使用。(3)(3)程序狀態(tài)寄存器程序狀態(tài)寄存器PSW(DOH)PSW(DOH) PSWPSW是一個(gè)是一個(gè)8 8位特殊功能寄存器，它的各位包含了程序執(zhí)行后的狀態(tài)位特殊功能寄存器，它的各位包含了程序執(zhí)行后的狀態(tài)信息，供程序查詢(xún)或判別之用。各位的含義及其格式如下：信息，供程序查詢(xún)或判別之用。各位的含義及其格式如下： 高高128B RAM -128B R

41、AM -特殊功能寄存器特殊功能寄存器(SFR)(SFR) PSW PSW除有確定的字節(jié)地址除有確定的字節(jié)地址(DOH)(DOH)外，每一位均有位地址，見(jiàn)表外，每一位均有位地址，見(jiàn)表2-72-7 RS0RS0和和RSl(PSW.3RSl(PSW.3和和PSW.4)PSW.4)：工作寄存器組選擇控制位。由用戶用軟：工作寄存器組選擇控制位。由用戶用軟件改變件改變RSlRSl和和RS0RS0值的組合，以切換當(dāng)前選用的工作寄存器組其組合關(guān)值的組合，以切換當(dāng)前選用的工作寄存器組其組合關(guān)系如表系如表2-82-8所示。所示。 (4)(4)棧指針棧指針SP(81H)SP(81H)u 堆棧指針堆棧指針SPSP為為

42、8 8位特殊功能寄存器，位特殊功能寄存器，SPSP的內(nèi)容可指向的內(nèi)容可指向80518051片內(nèi)片內(nèi)00H-00H-7FH RAM7FH RAM的任何單元。的任何單元。u 系統(tǒng)復(fù)位后，系統(tǒng)復(fù)位后，SPSP初始化為初始化為07H07H，即指向，即指向07H07H的的RAMRAM單元單元。u 在使用堆棧之前，先給在使用堆棧之前，先給SPSP賦值，以規(guī)定堆棧的起始位置，稱(chēng)為棧底。賦值，以規(guī)定堆棧的起始位置，稱(chēng)為棧底。當(dāng)數(shù)據(jù)壓入堆棧后，當(dāng)數(shù)據(jù)壓入堆棧后，SPSP自動(dòng)加自動(dòng)加l l，即，即RAMRAM地址單元加地址單元加1 1以指出當(dāng)前棧頂位置。以指出當(dāng)前棧頂位置。u 80518051的這種堆棧結(jié)構(gòu)屬于向

43、上生長(zhǎng)型的堆棧的這種堆棧結(jié)構(gòu)屬于向上生長(zhǎng)型的堆棧( (另一種屬于向下生長(zhǎng)型另一種屬于向下生長(zhǎng)型的堆棧的堆棧) )。(5)(5)數(shù)據(jù)指針數(shù)據(jù)指針DPTR(83HDPTR(83H，82H)82H) DPTRDPTR是一個(gè)是一個(gè)1616位的特殊功耗寄存器，其高位字節(jié)寄存器用位的特殊功耗寄存器，其高位字節(jié)寄存器用DPHDPH表示表示( (地地址址83H)83H)，低位字節(jié)寄存器用，低位字節(jié)寄存器用DPLDPL表示表示( (地址地址82H)82H)DPTRDPTR既可以作為一個(gè)既可以作為一個(gè)1616位位寄存器來(lái)處理，也可以作為兩個(gè)獨(dú)立的寄存器來(lái)處理，也可以作為兩個(gè)獨(dú)立的8 8位寄存器位寄存器DPHDPH

44、和和DPLDPL使用使用 DPTRDPTR主要用以存放主要用以存放1616位地址，以便對(duì)位地址，以便對(duì)64KB64KB片外片外RAMRAM作間接尋址。作間接尋址。(6)I(6)IO O端口端口P0-P3(80HP0-P3(80H，90H90H，A0HA0H，B0H)B0H) P0-P3P0-P3為四個(gè)為四個(gè)8 8位特殊功能寄存器，分別是四個(gè)并行位特殊功能寄存器，分別是四個(gè)并行I IO O端口的鎖存器。端口的鎖存器。它們都有字節(jié)地址，每一個(gè)口鎖存器還有位地址，所以每一條它們都有字節(jié)地址，每一個(gè)口鎖存器還有位地址，所以每一條I IO O線均可線均可獨(dú)立用作輸入或輸出。獨(dú)立用作輸入或輸出。 用作輸出

45、時(shí)，可以鎖存數(shù)據(jù)；用作輸入時(shí)，數(shù)據(jù)可以緩沖。用作輸出時(shí)，可以鎖存數(shù)據(jù)；用作輸入時(shí)，數(shù)據(jù)可以緩沖。(7) (7) 除上述除上述2121個(gè)個(gè)SFRSFR以外，還有一個(gè)以外，還有一個(gè)1616位的位的PCPC，稱(chēng)為程序計(jì)數(shù)器，稱(chēng)為程序計(jì)數(shù)器, ,它是不可它是不可尋址的。尋址的。u 80518051芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為器的輸入端為XTAL1XTAL1，輸出端為，輸出端為XTAL2XTAL2，分別是，分別是80518051的的1919腳和腳和1818腳。腳。u 在在XTALlXTALl和和XTAL2XT

46、AL2兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，見(jiàn)圖振蕩器，見(jiàn)圖2727。u 電容器電容器c1c1和和c2c2通常取通常取30pF30pF左右，對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用。振蕩頻率范圍左右，對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用。振蕩頻率范圍是是1.2MHz1.2MHz12 MHz12 MHz。2.4.2 時(shí)鐘周期、時(shí)鐘周期、機(jī)器周期和指令機(jī)器周期和指令周期周期2.4.3 CPU取指、取指、執(zhí)行周期時(shí)序執(zhí)行周期時(shí)序u 80518051也可使用外部振蕩脈沖信號(hào)，由也可使用外部振蕩脈沖信號(hào)，由XTAL2XTAL2端輸人，直接送至內(nèi)部時(shí)鐘端輸人，直接送至內(nèi)部時(shí)鐘電路

47、。而因?yàn)殡娐?。而因?yàn)閄TAL2XTAL2的邏輯電平與的邏輯電平與TTLTTL電平不兼容所以應(yīng)接一個(gè)上拉電阻電平不兼容所以應(yīng)接一個(gè)上拉電阻(5.1K(5.1K),),如圖如圖2828所示。所示。u 對(duì)于對(duì)于CHMOSCHMOS型型80C5180C51單片機(jī)，外部脈沖信號(hào)須從單片機(jī)，外部脈沖信號(hào)須從XTALlXTALl端輸入，端輸入，XTAL2XTAL2端懸端懸空?？铡 外部振蕩脈沖源方式常用于多塊外部振蕩脈沖源方式常用于多塊80518051芯片同時(shí)工作，以便于同步。芯片同時(shí)工作，以便于同步。 u 對(duì)外部脈沖信號(hào)只要求高電平的持續(xù)時(shí)間大于對(duì)外部脈沖信號(hào)只要求高電平的持續(xù)時(shí)間大于20ns20ns，

48、一般為低于，一般為低于12MHz12MHz的方波。的方波。u 晶體振蕩器的振蕩信號(hào)從晶體振蕩器的振蕩信號(hào)從XTAL2XTAL2端輸入到片內(nèi)的時(shí)鐘發(fā)生器上，如圖端輸入到片內(nèi)的時(shí)鐘發(fā)生器上，如圖2-92-9所示。所示。2.4.2 時(shí)鐘周期、時(shí)鐘周期、機(jī)器周期和指令周期機(jī)器周期和指令周期u 計(jì)算機(jī)的一條指令由若干個(gè)字節(jié)組成，執(zhí)行一條指令需要的時(shí)間則以機(jī)計(jì)算機(jī)的一條指令由若干個(gè)字節(jié)組成，執(zhí)行一條指令需要的時(shí)間則以機(jī)器周期為單位。器周期為單位。u 一個(gè)機(jī)器周期是指一個(gè)機(jī)器周期是指CPUCPU訪問(wèn)存儲(chǔ)器一次所需要的時(shí)間，例如，取指令、訪問(wèn)存儲(chǔ)器一次所需要的時(shí)間，例如，取指令、讀存儲(chǔ)器、寫(xiě)存儲(chǔ)器等等。讀存儲(chǔ)

49、器、寫(xiě)存儲(chǔ)器等等。u MCS-51MCS-51的一個(gè)機(jī)器周期包括的一個(gè)機(jī)器周期包括1212個(gè)振蕩周期，分為個(gè)振蕩周期，分為6 6個(gè)個(gè)S S狀態(tài)：狀態(tài)：S1-S6S1-S6。每。每個(gè)狀態(tài)又分為兩拍，稱(chēng)為個(gè)狀態(tài)又分為兩拍，稱(chēng)為P1P1和和P2P2。因此，一個(gè)機(jī)器周期中的。因此，一個(gè)機(jī)器周期中的1212個(gè)振蕩周期表個(gè)振蕩周期表示為示為S1P1S1P1，SIP2SIP2，S2P1S2P1，S6P2S6P2。u每條指令都由一個(gè)或幾個(gè)機(jī)器周期組成在每條指令都由一個(gè)或幾個(gè)機(jī)器周期組成在MCSMCS5l5l系統(tǒng)中，有單周期指系統(tǒng)中，有單周期指令、雙周期指令和四周期指令。令、雙周期指令和四周期指令。u 四周期指

50、令只有乘、除兩條指令，其余都是單周期或雙周期指令。四周期指令只有乘、除兩條指令，其余都是單周期或雙周期指令。u 指令的運(yùn)算速度和它的機(jī)器周期數(shù)直接相關(guān)，機(jī)器周期數(shù)較少則執(zhí)行速指令的運(yùn)算速度和它的機(jī)器周期數(shù)直接相關(guān)，機(jī)器周期數(shù)較少則執(zhí)行速度快。度快。u 在編程時(shí)應(yīng)注意選用具有同樣功能而機(jī)器周期數(shù)少的指令。在編程時(shí)應(yīng)注意選用具有同樣功能而機(jī)器周期數(shù)少的指令。 時(shí)鐘周期、時(shí)鐘周期、機(jī)器周期和指令周期機(jī)器周期和指令周期2.4.3 CPU取指、執(zhí)行周期時(shí)序取指、執(zhí)行周期時(shí)序u u 在取指階段，在取指階段，CPUCPU從內(nèi)部或者外部從內(nèi)部或者外部ROMROM中取出指令操作碼及操作數(shù)，然后中取出指令操作碼及

51、操作數(shù)，然后再執(zhí)行這條指令。再執(zhí)行這條指令。u 在在80518051指令系統(tǒng)中，根據(jù)各種操作的繁簡(jiǎn)程度，其指令可由單字節(jié)、雙指令系統(tǒng)中，根據(jù)各種操作的繁簡(jiǎn)程度，其指令可由單字節(jié)、雙字節(jié)和三字節(jié)組成。字節(jié)和三字節(jié)組成。u 從機(jī)器執(zhí)行指令的速度看，單字節(jié)和雙字節(jié)指令都可能是單周期或雙周從機(jī)器執(zhí)行指令的速度看，單字節(jié)和雙字節(jié)指令都可能是單周期或雙周期的，而三字節(jié)指令都是雙周期的，只有乘、除指令占四個(gè)周期。期的，而三字節(jié)指令都是雙周期的，只有乘、除指令占四個(gè)周期。u 圖圖2-102-10列舉了幾種典型指令的取指和執(zhí)指時(shí)序用戶通過(guò)觀察列舉了幾種典型指令的取指和執(zhí)指時(shí)序用戶通過(guò)觀察XTAL2XTAL2和和

52、ALEALE端信號(hào)，可以分析端信號(hào)，可以分析CPUCPU取指時(shí)序。取指時(shí)序。u 由圖可知在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，地址鎖存信號(hào)由圖可知在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，地址鎖存信號(hào)ALEALE兩次有效。兩次有效。 第一次出現(xiàn)在第一次出現(xiàn)在S1P2S1P2和和S2P1S2P1期間，第二次出現(xiàn)在期間，第二次出現(xiàn)在S4P2S4P2和和S5PlS5Pl期間。期間。返回返回1 1u 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把PCPC初始化為初始化為0000H0000H，使單，使單片機(jī)從片機(jī)從0000H0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。單元開(kāi)始執(zhí)行程序。u 當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死

53、鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。u 除除PCPC之外，復(fù)位操作還對(duì)其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表之外，復(fù)位操作還對(duì)其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表2929所示。所示。 2.5 復(fù)位及復(fù)位電路復(fù)位及復(fù)位電路u 產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的電路邏輯如圖產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的電路邏輯如圖211211所示所示u RSTRST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)應(yīng)持續(xù)2424個(gè)振蕩周期個(gè)振蕩周期( (即二個(gè)機(jī)器周期即二個(gè)機(jī)器周期)

54、)以上。以上。u 若使用頻率為若使用頻率為6MHz6MHz的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過(guò)的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過(guò)4us4us，才能完，才能完成復(fù)位操作。成復(fù)位操作。u 整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)(RST)(RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2S5P2時(shí)刻對(duì)施密時(shí)刻對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。復(fù)位電路復(fù)位電路u 復(fù)位操作有上電

55、自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。u 上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖212(a)212(a)所示所示, ,只要電源只要電源VccVcc的上升時(shí)間不超過(guò)的上升時(shí)間不超過(guò)1ms1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。u 按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。u 按健電平復(fù)位是通過(guò)使復(fù)位端經(jīng)電阻與按健電平復(fù)位是通過(guò)使復(fù)位端經(jīng)電阻與VccVcc

56、電源接通而實(shí)現(xiàn)的，其電電源接通而實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖路如圖212(b)212(b)所示。所示。u 按鍵脈沖復(fù)位則是利用按鍵脈沖復(fù)位則是利用RCRC徽分電路產(chǎn)生的正脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路如徽分電路產(chǎn)生的正脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖圖212(c)212(c)所示。所示。u 上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于6MHz6MHz晶振，能保證復(fù)位信號(hào)高晶振，能保證復(fù)位信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間大于電平持續(xù)時(shí)間大于2 2個(gè)機(jī)器周期。個(gè)機(jī)器周期。u 復(fù)位電路雖然簡(jiǎn)單，但其作用非常重要一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能否正常運(yùn)復(fù)位電路雖然簡(jiǎn)單，但其作用非常重要一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，首先要檢查是否能復(fù)位成

57、功。行，首先要檢查是否能復(fù)位成功。 89C5189C51提供兩種節(jié)電工作方式，即空閑提供兩種節(jié)電工作方式，即空閑IDLIDL（等待、待機(jī)）方式和掉（等待、待機(jī)）方式和掉 電（停機(jī)）電（停機(jī)）PDPD工作方式工作方式 圖圖217所示為實(shí)現(xiàn)這兩種方式的內(nèi)部電路。所示為實(shí)現(xiàn)這兩種方式的內(nèi)部電路。圖圖217 空閑和掉電方式控制電路空閑和掉電方式控制電路2.6 89C51單片機(jī)的低功耗工作方式單片機(jī)的低功耗工作方式2.6.1 方式的設(shè)定方式的設(shè)定2.6.2 空閑（等待、待機(jī)）工作方式空閑（等待、待機(jī)）工作方式2.6.3 掉電（停機(jī)）工作方式掉電（停機(jī)）工作方式 由圖由圖2 21717可見(jiàn)，若可見(jiàn)，若ID

58、L=0IDL=0，則，則89C5189C51將進(jìn)入空閑運(yùn)作方式。在這將進(jìn)入空閑運(yùn)作方式。在這種方式下，振蕩器仍繼續(xù)運(yùn)行，但種方式下，振蕩器仍繼續(xù)運(yùn)行，但I(xiàn)DLIDL封鎖了去封鎖了去CPUCPU的的“與與”門(mén)，門(mén)，故故CPUCPU此時(shí)得不到時(shí)鐘信號(hào)。而中斷、串行口和定時(shí)器等環(huán)節(jié)卻此時(shí)得不到時(shí)鐘信號(hào)。而中斷、串行口和定時(shí)器等環(huán)節(jié)卻仍在時(shí)鐘控制下正常運(yùn)行。掉電方式下（仍在時(shí)鐘控制下正常運(yùn)行。掉電方式下（PD=0PD=0），振蕩器凍結(jié)。），振蕩器凍結(jié)。 圖圖2 21717中，中，PDPD和和IDLIDL均為均為PCONPCON中中PDPD和和IDLIDL觸發(fā)器的輸出端。觸發(fā)器的輸出端。2.6.1 2.

59、6.1 方式的設(shè)定方式的設(shè)定u空閑方式和掉電方式是通過(guò)對(duì)空閑方式和掉電方式是通過(guò)對(duì)SFRSFR中的中的PCONPCON（地址地址87H)87H)相應(yīng)位置相應(yīng)位置1 1而啟動(dòng)的。而啟動(dòng)的。u圖圖2 21818所示為所示為89C5189C51電源控制寄存器電源控制寄存器PCONPCON各位的分布情況。各位的分布情況。HMOSHMOS器件的器件的PCONPCON只包括一個(gè)只包括一個(gè)SMODSMOD位，其他位，其他4 4位是位是CHMOSCHMOS器件獨(dú)器件獨(dú)有的。有的。3 3個(gè)保留位用戶不得使用。個(gè)保留位用戶不得使用。圖圖218 電源控制寄存器電源控制寄存器PCON圖圖2 21818中各符號(hào)的名稱(chēng)和

60、功能如下：中各符號(hào)的名稱(chēng)和功能如下：uSMOD： 波特率倍頻位。若此位為波特率倍頻位。若此位為1，則串行口方式，則串行口方式1、方式、方式2和和方式方式3的波特率加倍。的波特率加倍。uGF1和和GF0： 通用標(biāo)志位。通用標(biāo)志位。uPD： 掉電方式位。此位寫(xiě)掉電方式位。此位寫(xiě)1即啟動(dòng)掉電方式。由圖即啟動(dòng)掉電方式。由圖2-17可見(jiàn)，此可見(jiàn)，此時(shí)時(shí)鐘凍結(jié)。時(shí)時(shí)鐘凍結(jié)。uIDL： 空閑方式位。此位寫(xiě)空閑方式位。此位寫(xiě)1即啟動(dòng)空閑方式。這時(shí)即啟動(dòng)空閑方式。這時(shí)CPU因無(wú)時(shí)因無(wú)時(shí)鐘控制而停止運(yùn)作。如果同時(shí)向鐘控制而停止運(yùn)作。如果同時(shí)向PD和和IDL兩位寫(xiě)兩位寫(xiě)1，則，則PD優(yōu)先。優(yōu)先。u89C51中中PC