《單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)》課件1第1章

第1章單片機(jī)原理1.1單片機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)及結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)簡(jiǎn)介1.2MCS-51單片機(jī)的功能結(jié)構(gòu)1.3MCS-51單片機(jī)存儲(chǔ)器1.4單片機(jī)最小系統(tǒng)1.5小結(jié)習(xí)題與思考題1.1單片機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)及結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)簡(jiǎn)介單片機(jī)中的數(shù)以器件的物理狀態(tài)表示，由于具有兩個(gè)狀態(tài)的物理器件容易制造，有10個(gè)狀態(tài)的物理器件難于制成，因此在單片機(jī)中廣泛使用二進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制數(shù)的N次方所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)如表1-1所示。閱讀和記憶二進(jìn)制數(shù)極易出錯(cuò)，考慮到4位二進(jìn)制數(shù)就是1位十六進(jìn)制數(shù)，因此在單片機(jī)中幾乎全用十六進(jìn)制數(shù)書寫二進(jìn)制數(shù)。而在大型機(jī)中還經(jīng)常用八進(jìn)制數(shù)書寫二進(jìn)制數(shù)。相應(yīng)各種進(jìn)制數(shù)之間的關(guān)系如表1-2所示。單片機(jī)中區(qū)別不同數(shù)制的方法是在數(shù)的后面加一個(gè)字母：二進(jìn)制數(shù)用B(Binary)；八進(jìn)制數(shù)用Q(Octal)，手寫時(shí)O、0易混淆，故用Q；十進(jìn)制數(shù)用D(Decimal)或省略D；十六進(jìn)制數(shù)用H(Hexadecimal)。也可以直接將數(shù)制寫在數(shù)的右下角。單片機(jī)中為了簡(jiǎn)化表示，常用K表示210，用M表示220，用G表示230，用T表示240。即

1K＝210＝1024 1M＝220＝1KK＝1048576 1G＝230＝1KM＝1073741824 1T＝240＝1MM＝10995116277761.1.1運(yùn)算基礎(chǔ)

1．?dāng)?shù)制轉(zhuǎn)換將各種進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)的方法是按權(quán)展開(kāi)然后相加：

101.1H＝1×162＋0×161＋1×160＋1×16-1＝257.0625D 101.1B＝1×22＋0×21＋1×20＋1×2-1＝5.5D將十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成其它進(jìn)制數(shù)，使用除進(jìn)率取余法，即用進(jìn)率不停地去除需轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制數(shù)，直至商為0，把每次相除所得余數(shù)倒序排放，就是所需轉(zhuǎn)換的數(shù)。例如，將298D轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)：第一次除法：298÷16＝18余10(最低位)，10的十六進(jìn)制數(shù)是AH；第二次除法：18÷16＝1余2(次低位)；第三次除法：1÷16＝0余1。所以298D＝12AH把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六(八)進(jìn)制數(shù)，只需從最低位向左每4(3)位為一組，每組用1位十六(八)進(jìn)制數(shù)表示，最高位不足4(3)位的補(bǔ)足4(3)位，湊成一組，如：

1011010110111B→0001011010110111B ↓↓↓↓? 16B?7H所以1011010110111B＝16B7H

十六(八)進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，只需每位用相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)代替：

372Q→372 ↓↓↓ 011111010＝11111010B

2．有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的符號(hào)表示方法無(wú)符號(hào)數(shù)在單片機(jī)中表示成二進(jìn)制數(shù)時(shí)，所有的二進(jìn)制位都是數(shù)值位。有符號(hào)數(shù)要想在單片機(jī)中表示出來(lái)，必須將符號(hào)數(shù)碼化，通常用“0”表示正號(hào)，用“1”表示負(fù)號(hào)。例如，使用8位二進(jìn)制數(shù)表示＋1001001B，就表示成

01001001B

符號(hào)位數(shù)值位或?qū)懗墒M(jìn)制數(shù)49H。而－1001001B就表示成

11001001B

符號(hào)位數(shù)值位或?qū)懗墒M(jìn)制數(shù)C9H。無(wú)論有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)是用8位、16位、32位，還是用64位表示，都只用一位表示符號(hào)位，就是最高位，而其余位全部都是數(shù)值位。已經(jīng)把符號(hào)數(shù)碼化了的二進(jìn)制數(shù)被稱為機(jī)器數(shù)，相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)或十進(jìn)制數(shù)的值被稱為機(jī)器數(shù)的真值。機(jī)器數(shù)有原碼、反碼和補(bǔ)碼三種表示方法。

1)原碼最高位為符號(hào)位，其余位為數(shù)值位的二進(jìn)制數(shù)碼叫做機(jī)器數(shù)的原碼。例如X＝＋76＝＋1001100B，則[X]原＝01001100B＝4CH這里用8位二進(jìn)制數(shù)表示，最高位為符號(hào)位，其余7位為數(shù)值位。如果用16位二進(jìn)制數(shù)表示，則[X]原＝0000000001001100B＝004CH又假設(shè)Y＝－76＝－1001100B，則[Y]原＝11001100B＝CCH如果用16位二進(jìn)制數(shù)表示，則[Y]原＝1000000001001100B＝804CH在書寫機(jī)器數(shù)的時(shí)候，必須首先指明二進(jìn)制數(shù)用多少位，一般不加申明時(shí)常用8位。從原碼的表示中可以看出：如果一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)的首位大于等于8，那它必然是一個(gè)負(fù)數(shù)的原碼。例如CCH、83H等就是負(fù)數(shù)的原碼，因?yàn)樗鼈兓啥M(jìn)制數(shù)后最高位是1。

2)反碼正數(shù)的反碼與正數(shù)的原碼相同；負(fù)數(shù)的反碼等于負(fù)數(shù)的原碼除符號(hào)位外逐位求反。例如X＝＋76＝＋1001100B，則[X]反＝[X]原＝4CH又如Y＝－76＝－1001100B，則因[Y]原＝11001100B＝CCH，所以[Y]反＝10110011B＝B3H

3)補(bǔ)碼正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于其反碼加1。例如：

[＋76]補(bǔ)＝[＋76]反＝[＋76]原＝4CH [－76]補(bǔ)＝[－76]反＋1＝10110100＝B4H

【例1-1】

已知[X]補(bǔ)＝A7H，求X。

解：因X的符號(hào)位為1，故X＜0，

[X]反＝[X]補(bǔ)－1＝A6H＝10100110B所以[X]原＝11011001B→X＝－1011001B＝－89雖然原碼與真值轉(zhuǎn)換簡(jiǎn)單，但兩數(shù)相減時(shí)，需要減法器硬件電路的支持。而單片機(jī)為了簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)，CPU內(nèi)只設(shè)計(jì)了一個(gè)加法器，為此引進(jìn)了補(bǔ)碼的概念。反碼正是為了計(jì)算補(bǔ)碼而設(shè)立的一種表示法。

3．二進(jìn)制數(shù)及補(bǔ)碼運(yùn)算

1)二進(jìn)制數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算加法運(yùn)算規(guī)則是逢二進(jìn)一。例如：

101B

＋11B 1000B減法運(yùn)算規(guī)則是向高位借1到本位的大小等于十進(jìn)制數(shù)的2。例如：

101B

－11B 10B乘法運(yùn)算規(guī)則是只有當(dāng)兩個(gè)1相乘時(shí)，部分積才為1，否則為0。例如：

101B

×11B 101

＋101 ?1111B除法運(yùn)算規(guī)則是夠減商為1，不夠減商為0且把被除數(shù)下一位移至除數(shù)。例如：

1B

11B?101B

－

11B

余?10B

2)二進(jìn)制數(shù)邏輯運(yùn)算“與”運(yùn)算規(guī)則為只有兩個(gè)1相“與”時(shí)，結(jié)果才為1，否則為0。例如：101B∧011B＝001B“或”運(yùn)算規(guī)則為只要“或”的雙方有一個(gè)為1時(shí)，結(jié)果就為1。例如：101B∨011B＝111B“非”運(yùn)算規(guī)則為“非0即1，非1即0”。例如：A＝1010B，則＝0101B“異或”運(yùn)算規(guī)則為兩個(gè)相同邏輯變量“異或”，結(jié)果為0；不同邏輯變量“異或”，結(jié)果為1。例如：101B001B＝100B

3)補(bǔ)碼運(yùn)算補(bǔ)碼運(yùn)算規(guī)律是有符號(hào)數(shù)的符號(hào)位和數(shù)值位具有相同的進(jìn)位規(guī)則，這就意味著如果參加運(yùn)算的二進(jìn)制數(shù)是補(bǔ)碼形式，那么在進(jìn)位時(shí)，有符號(hào)數(shù)完全同于無(wú)符號(hào)數(shù)，而運(yùn)算的結(jié)果也是補(bǔ)碼。

【例1-2】設(shè)[X]補(bǔ)＝36H，[Y]補(bǔ)＝20H，求[X]補(bǔ)＋[Y]補(bǔ)。解：[X]補(bǔ)＋[Y]補(bǔ)＝36H＋20H＝56H，相加結(jié)果是56H的補(bǔ)碼。

【例1-3】設(shè)[X]補(bǔ)＝63H，[Y]補(bǔ)＝F4H，求[X]補(bǔ)＋[Y]補(bǔ)。解：[X]補(bǔ)＋[Y]補(bǔ)＝63H＋F4H，列豎式如下：

01100011B

＋11110100B 101010111B＝157H＝57H最高進(jìn)位位1將自然丟失。相加前，[X]補(bǔ)＝63H是X＝＋99的補(bǔ)碼，[Y]補(bǔ)＝F4H是－12的補(bǔ)碼；相加后，結(jié)果57H是87的補(bǔ)碼。補(bǔ)碼運(yùn)算有兩個(gè)特征：一個(gè)是能把減法轉(zhuǎn)換成加法，另一個(gè)是存在溢出問(wèn)題。

【例1-4】利用補(bǔ)碼完成64－11。直接相減結(jié)果為53，化成十六進(jìn)制數(shù)是35H。

解：

64－11＝64＋[－11]

＝[64]補(bǔ)＋[－11]補(bǔ)

＝40H＋F5H

＝135H在最高位進(jìn)位自然丟失后，結(jié)果為35H，恰是十進(jìn)制數(shù)53的補(bǔ)碼，與直接相減結(jié)果相同。

【例1-5】溢出問(wèn)題舉例。設(shè)[X]補(bǔ)＝40H，[Y]補(bǔ)＝41H，此時(shí)，X＝＋64，Y＝＋65，直接相加后結(jié)果為＋129。但如果用補(bǔ)碼相加，有[X]補(bǔ)＋[Y]補(bǔ)＝81H＝10000001B，最高位為1表明和是負(fù)數(shù)，81H是－127的補(bǔ)碼。兩個(gè)正數(shù)相加，結(jié)果成了負(fù)數(shù)，說(shuō)明補(bǔ)碼相加出了問(wèn)題。出問(wèn)題的原因在于8位二進(jìn)制數(shù)補(bǔ)碼所能表示數(shù)的范圍是－128～＋127，如果相加的和超出了這個(gè)范圍，結(jié)果必然出錯(cuò)，這種情況稱為溢出。本例就是溢出的例子，40H與41H的和＋129＞＋127。

8位、16位二進(jìn)制數(shù)表示無(wú)符號(hào)數(shù)和有符號(hào)數(shù)的范圍如表1-3所示。判斷補(bǔ)碼運(yùn)算是否產(chǎn)生溢出，有一個(gè)比較簡(jiǎn)單的方法。假設(shè)參加相加的兩個(gè)數(shù)及結(jié)果都用補(bǔ)碼，且將結(jié)果的進(jìn)位位丟失，則有：兩個(gè)正數(shù)相加得負(fù)數(shù)，有正溢出；兩個(gè)負(fù)數(shù)相加得正數(shù)，有負(fù)溢出；有三種情況下無(wú)溢出：①兩個(gè)正數(shù)相加得正數(shù)；②兩個(gè)負(fù)數(shù)相加得負(fù)數(shù)；③一個(gè)正數(shù)與一個(gè)負(fù)數(shù)相加。溢出的判斷方法如表1-4所示。兩個(gè)無(wú)符號(hào)數(shù)相加時(shí)無(wú)溢出問(wèn)題，只存在進(jìn)位問(wèn)題。兩個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)相加，結(jié)果為9位，其中相加的和為8位，進(jìn)位位為1位(或?yàn)?，或?yàn)?)。

【例1-6】無(wú)符號(hào)數(shù)9AH＋81H，結(jié)果為11BH，進(jìn)位位1不能丟失。1.1.2二進(jìn)制編碼

1．BCD碼

BCD碼(BinaryCodedDecimal)的全稱是用二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)。用4位二進(jìn)制數(shù)表示1位十進(jìn)制數(shù)，由于4位二進(jìn)制數(shù)可以區(qū)分16種不同的狀態(tài)，因此表示方法很多，其中用得最多的是8421BCD碼，如表1-5所示。要注意BCD碼的4位不能省略，例如5的BCD碼是0101BCD，而不是101BCD。使用4位二進(jìn)制數(shù)表示1位十進(jìn)制數(shù)的BCD碼稱為壓縮BCD碼。例如十進(jìn)制數(shù)265用壓縮BCD碼表示為

001001100101BCD使用8位二進(jìn)制數(shù)表示1位十進(jìn)制數(shù)的BCD碼稱為非壓縮BCD碼，其中的高4位為0000。十進(jìn)制數(shù)265用非壓縮BCD碼表示為

000000100000011000000101BCD

2．ASCII碼

ASCII碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼的縮寫。它用6位、7位或8位二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)字符，其中7位二進(jìn)制數(shù)表示字符的ASCII碼用得最多，為了書寫成8位二進(jìn)制數(shù)，最高位通常寫“0”。7位二進(jìn)制數(shù)能表示128個(gè)字符，其中最常用的字符如表1-6所示。如十進(jìn)制數(shù)符號(hào)0～9用30H～39H表示，它們的高4位全為“3”，低4位與BCD碼相同，這種表示方法又稱為ASCIIBCD碼。英文字母ASCII碼分大、小寫，其中A～Z用41H～5AH表示，a～z表示成61H～7AH。

BCD碼和ASCII碼都能參加運(yùn)算，運(yùn)算時(shí)它們遵循各自的運(yùn)算規(guī)則。壓縮BCD碼運(yùn)算的基本規(guī)則是：先按二進(jìn)制數(shù)加法規(guī)則進(jìn)行；再根據(jù)相加過(guò)程或結(jié)果決定是否要調(diào)整。調(diào)整的方法是：只有當(dāng)?shù)?位向高4位有進(jìn)位或低4位和大于9時(shí)，才加6調(diào)整；同理，只有當(dāng)高4位有進(jìn)位或高4位和大于9時(shí)，才加60H調(diào)整。

【例1-7】27＋38＝00100111BCD＋00111000BCD

＝01011111B低4位相加得15＞9，故加6調(diào)整得：

27＋38＝01011111B＋0110B＝01100101BCD＝65非壓縮BCD碼運(yùn)算的基本規(guī)則與壓縮BCD碼相同，但要注意個(gè)位向十位的進(jìn)位問(wèn)題。因?yàn)樗?位二進(jìn)制數(shù)表示1位十進(jìn)制數(shù)，且高4位始終是0000B，不能參加運(yùn)算。

【例1-8】27＋38＝0000001000000111BCD＋0000001100001000BCD

＝0000010100001111B

＝0000010100001111B＋00000110B ＝0000011000000101BCD ＝65在ASCII碼中，只有代表數(shù)字符號(hào)的字符可以參加加減運(yùn)算，其它字符不能參加加減運(yùn)算。但可以進(jìn)行傳送、比較、查詢等非數(shù)值處理。ASCII碼的運(yùn)算規(guī)則與壓縮BCD碼完全相同，僅注意高4位始終要保持為0011B，不參與相加，否則將出錯(cuò)。

【例1-9】27＋38變成ASCII碼數(shù)字字符運(yùn)算。

27＋38→3237H＋3338H＝353FH＝353FH＋36H(加6調(diào)整) →3635H＝651.1.3微型計(jì)算機(jī)的一般結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)(Microcomputer)簡(jiǎn)稱微機(jī)，記為MC，是指以微處理器為核心，配以內(nèi)部存儲(chǔ)器、I/O(輸入/輸出)接口電路和系統(tǒng)總線的計(jì)算機(jī)。

1．常用術(shù)語(yǔ)

位(Bit)：二進(jìn)制位，只有0、1兩種狀態(tài)，是信息存儲(chǔ)的最小數(shù)據(jù)單位。若干個(gè)二進(jìn)制位可以表示各種數(shù)據(jù)和字符。字節(jié)(Byte)：簡(jiǎn)寫為B，相鄰8位二進(jìn)制數(shù)為1個(gè)字節(jié)。1B＝8位，或說(shuō)1個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度為8位。存儲(chǔ)器1個(gè)存儲(chǔ)單元通常為1B。字(Word)：簡(jiǎn)寫為W，是微機(jī)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本單位。一般情況下，相鄰16位二進(jìn)制數(shù)為1個(gè)字。1W＝2B＝16位。1個(gè)字可分成低字節(jié)和高字節(jié)。雙字(DoubleWord)：簡(jiǎn)寫為DW，由相鄰32位二進(jìn)制數(shù)組成。1DW＝2W＝4B＝32位。可分成低位字和高位字。

●四字(QuadWord)：簡(jiǎn)寫為QW,由相鄰64位二進(jìn)制數(shù)組成。1QW＝2DW＝4W＝8B＝64位。可分成低位雙字和高位雙字。

●雙四字(DoubleQuadWord)：簡(jiǎn)寫為DQW，由相鄰128位二進(jìn)制數(shù)組成。1DQW＝2QW＝4DW＝8W＝16B＝128位。可分成低位四字和高位四字。雙四字用于具有SSE擴(kuò)展的PentiumⅢ及以上的CPU結(jié)構(gòu)。

●字長(zhǎng)：基本數(shù)據(jù)單元所包含的二進(jìn)制位數(shù)，通常和微機(jī)內(nèi)部寄存器、運(yùn)算器、數(shù)據(jù)總線寬度相一致。8位機(jī)、16位機(jī)和32位機(jī)就是指字長(zhǎng)分別為8位、16位和32位的機(jī)器。

●位串(BitString)：若干二進(jìn)制數(shù)位的集合。一個(gè)位串最短是1位，最長(zhǎng)包含232位。從“位”到“雙四字”都可以看做是位串的一種。位串存放在存儲(chǔ)器中，1個(gè)字節(jié)位串占1個(gè)存儲(chǔ)單元，1個(gè)字位串占2個(gè)存儲(chǔ)單元。依此類推，1個(gè)雙四字位串占16個(gè)存儲(chǔ)單元。

●字符串(CharacterString)：字節(jié)、字和雙字的相鄰序列，分別有字節(jié)串、字串和雙字串。使用專用的字符串操作指令(可加重復(fù)前綴)完成傳送、比較和查詢。位于最低位的串地址就是該字符串的起始地址。

●微處理器(Processor)：簡(jiǎn)稱為MPU或μp，是由一片或多片超大規(guī)模集成電路組成的具有運(yùn)算控制功能的中央處理單元邏輯部件。中央處理單元(CentralProcessingUnit)簡(jiǎn)稱CPU。CPU是一個(gè)比MPU更為廣泛的概念，CPU可以是MPU中的一部分，也可以包括1片或幾片功能不同的MPU，形成多處理器芯片。

●微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(MicrocomputerSystem)：簡(jiǎn)稱微機(jī)系統(tǒng)，記為MCS或μcs，是以微型計(jì)算機(jī)為核心，配以相應(yīng)的I/O硬件設(shè)備和連接它們的信息公共通道，以及系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件等構(gòu)成的系統(tǒng)。一些典型的I/O設(shè)備有CRT顯示器、鍵盤、打印機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器、電源、機(jī)架等。信息公共通道為各種不同功能的總線。系統(tǒng)軟件是統(tǒng)一指揮各邏輯電路正常工作的監(jiān)控程序，應(yīng)用軟件是用戶為解題或控制自行編制的程序。微機(jī)系統(tǒng)是硬件電路和軟件程序相互結(jié)合的產(chǎn)物，硬軟件缺一不可。

●網(wǎng)絡(luò)(Network)：是一種按一定的協(xié)議規(guī)則，把一個(gè)又一個(gè)微機(jī)系統(tǒng)以資源共享為目的連接在一起，實(shí)現(xiàn)通信和交換數(shù)據(jù)功能的系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)按照覆蓋的地域、接入微機(jī)數(shù)量的多少和交換信息規(guī)模的程度，分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。

2．微機(jī)的三總線結(jié)構(gòu)微機(jī)由CPU、內(nèi)部存儲(chǔ)器、I/O接口和系統(tǒng)總線四部分組成，如圖1-1所示。中央處理單元CPU的功能是完成算術(shù)邏輯運(yùn)算和實(shí)現(xiàn)對(duì)微機(jī)各邏輯電路的控制。存儲(chǔ)器(Memory)的功能是存放各種程序代碼、數(shù)據(jù)代碼和運(yùn)算結(jié)果。存儲(chǔ)器按照所在位置有內(nèi)部存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器之分，其中片內(nèi)RAM和片內(nèi)ROM是單片機(jī)芯片內(nèi)部的存儲(chǔ)器，片外RAM和片外ROM是單片機(jī)芯片外部的存儲(chǔ)器。對(duì)于PC機(jī)，內(nèi)存條是微機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱內(nèi)存)；硬盤、磁盤、光盤、U盤等則是它的外部存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱外存)。圖1-1微機(jī)基本結(jié)構(gòu)輸入設(shè)備和輸出設(shè)備簡(jiǎn)稱I/O設(shè)備。I/O接口(Input/OutputInterface)電路是I/O設(shè)備連接微機(jī)的惟一通道，其功能是轉(zhuǎn)換信息格式、傳送CPU的控制命令和反映I/O設(shè)備自身的狀態(tài)。I/O接口電路又叫適配器。系統(tǒng)總線(SystemBus)是連接各邏輯部件且能傳送信息的公共通道，包括地址總線(AB)、數(shù)據(jù)總線(DB)和控制總線(CB)。

3．中央處理單元CPU

CPU是一個(gè)比微處理器更為廣泛的概念，CPU可以是MPU中的一部分，也可以含有1片或幾片MPU。它的基本結(jié)構(gòu)如圖1-2所示，由運(yùn)算器、控制器和內(nèi)部寄存器陣列三部分組成。運(yùn)算器又稱算術(shù)邏輯單元ALU(ArithmeticLogicalUnit)，功能是執(zhí)行算術(shù)、邏輯和移位操作，運(yùn)算結(jié)果送CPU芯片內(nèi)部寄存器或經(jīng)數(shù)據(jù)總線送存儲(chǔ)單元，運(yùn)算結(jié)果的一些特殊位送標(biāo)志寄存器。圖1-2微處理器的基本結(jié)構(gòu)控制器(Controller)由指令寄存器IR(InstructionRegister)、指令譯碼和時(shí)序控制電路組成。指令寄存器IR用于暫時(shí)存放從存儲(chǔ)器中取出的指令代碼；指令譯碼電路的功能是把指令代碼翻譯成相關(guān)的控制和定時(shí)信號(hào)，確定執(zhí)行什么操作，使用哪種尋址方式，如何根據(jù)尋址方式取得操作數(shù)等；時(shí)序控制電路的功能是：發(fā)出一系列的控制命令和時(shí)序命令，開(kāi)啟相關(guān)的組合邏輯門電路，觸發(fā)相關(guān)的時(shí)序邏輯電路，指揮微機(jī)各邏輯部件統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作，完成指令的操作。要想順利執(zhí)行指令，必須準(zhǔn)確地找到操作數(shù)或操作數(shù)的地址。操作數(shù)可能出現(xiàn)在四個(gè)地方：①直接在指令中給出；②在CPU內(nèi)部寄存器中；③在微機(jī)存儲(chǔ)器中；④在I/O端口中。內(nèi)部寄存器(Register)陣列含有累加器A、標(biāo)志寄存器FLAGS、程序計(jì)數(shù)器PC、堆棧指示器SP、地址寄存器AR、數(shù)據(jù)寄存器DR等。累加器A(Accumulator)用于存放參加運(yùn)算的一個(gè)操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果。累加器A使用最頻繁，算術(shù)邏輯運(yùn)算通常以累加器A為核心進(jìn)行。標(biāo)志寄存器FLAGS提供兩類標(biāo)志：運(yùn)算標(biāo)志和控制標(biāo)志。運(yùn)算標(biāo)志記錄運(yùn)算結(jié)果的一些特征，常見(jiàn)的有六種：①有無(wú)進(jìn)(借)位；②有無(wú)半進(jìn)(借)位；③有無(wú)溢出；④結(jié)果是否為“0”；⑤“1”的個(gè)數(shù)是奇是偶；⑥符號(hào)是正還是負(fù)?？刂茦?biāo)志記錄程序的走向，常見(jiàn)的有三種：①是否需要跟蹤；②是否允許中斷；③串操作指令是按增址方向還是按減址方向執(zhí)行。程序計(jì)數(shù)器PC(ProgramCounter)又稱指令指針I(yè)P(InstructionPointer)，功能是存放下一條要執(zhí)行指令的地址。程序存放在存儲(chǔ)器的代碼段中，當(dāng)CPU從存儲(chǔ)器取出1個(gè)指令字節(jié)時(shí)，IP的值將自動(dòng)加1。

SP用于指示堆棧棧頂?shù)牡刂?，AR、DR分別用于暫存和緩沖地址及數(shù)據(jù)信息。

4．存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是存放程序和數(shù)據(jù)的部件。

1)存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器分為一個(gè)個(gè)存儲(chǔ)單元。每個(gè)存儲(chǔ)單元有兩個(gè)屬性：一個(gè)是為便于存取而建立的地址編碼；一個(gè)是它存放的內(nèi)容。存儲(chǔ)單元的地址和內(nèi)容雖然都是二進(jìn)制代碼，但卻是兩個(gè)完全不同的概念。圖1-3給出了256B存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)，該存儲(chǔ)器由256個(gè)單元組成，每單元字長(zhǎng)8位。256個(gè)單元地址編號(hào)從00H到FFH(從0到255)。存儲(chǔ)器和CPU之間用三組總線連接，其中8/256地址譯碼器接收CPUAB送來(lái)的地址碼。當(dāng)?shù)刂肪€上出現(xiàn)8位地址信息時(shí)，經(jīng)譯碼器選中相應(yīng)一個(gè)單元，該單元的數(shù)據(jù)線與DB相連。在控制總線的讀/寫信號(hào)控制下，數(shù)據(jù)經(jīng)由DB完成存儲(chǔ)單元內(nèi)容的存取操作。圖1-3存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)為存儲(chǔ)體、地址譯碼器和控制電路。存儲(chǔ)體是存儲(chǔ)單元的集合；地址譯碼器負(fù)責(zé)選中存儲(chǔ)單元；控制電路控制讀/寫操作過(guò)程。

2)存儲(chǔ)單元的地址和內(nèi)容尋找存儲(chǔ)單元的地址，簡(jiǎn)稱尋址。存儲(chǔ)單元的地址是存儲(chǔ)單元的順序號(hào)，地址與存儲(chǔ)單元一一對(duì)應(yīng)，是存儲(chǔ)單元的惟一標(biāo)志。要想訪問(wèn)存儲(chǔ)單元，必須首先尋址。幾乎所有微機(jī)的存儲(chǔ)器都是按字節(jié)編址的，存儲(chǔ)器的每個(gè)存儲(chǔ)單元固定存放1個(gè)字節(jié)(8位二進(jìn)制數(shù))。CPU從存儲(chǔ)器中取出信息(簡(jiǎn)稱“讀”)，或往存儲(chǔ)器中存放信息(簡(jiǎn)稱“寫”)，稱為訪問(wèn)存儲(chǔ)器。訪問(wèn)過(guò)程為：地址信息經(jīng)譯碼器譯碼后選中某一存儲(chǔ)單元，再根據(jù)控制總線送來(lái)的“讀”、“寫”命令將數(shù)據(jù)信息經(jīng)數(shù)據(jù)總線完成“讀”、“寫”。下面以256B存儲(chǔ)器為例，分析將78H單元的內(nèi)容讀出到CPU、將15H寫入到B3H單元的訪問(wèn)存儲(chǔ)器過(guò)程。

(1)讀出操作。存儲(chǔ)器讀出操作示意圖如圖1-4所示。首先按照指令由CPU的地址寄存器AR給出地址號(hào)78H，然后地址總線上出現(xiàn)地址信號(hào)A7～A0＝78H＝01111000B送到譯碼器，譯碼后選中78H單元；再由CPU的控制總線發(fā)出“讀”控制命令，存儲(chǔ)器在接收“讀”命令后，78H單元的內(nèi)容3AH出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線DB上，并進(jìn)入CPU的數(shù)據(jù)寄存器DR。存儲(chǔ)器的讀出是非破壞性的。數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)單元讀出后，存儲(chǔ)單元的內(nèi)容應(yīng)保持不變。如果存儲(chǔ)器由雙極型或CMOS雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等構(gòu)成，會(huì)自動(dòng)保持不變。如果存儲(chǔ)器由動(dòng)態(tài)電容構(gòu)成，則需要及時(shí)補(bǔ)充電荷，定時(shí)給那些該充電的電容充電，保證二進(jìn)制信息不發(fā)生變化。圖1-4存儲(chǔ)器讀出操作示意圖

(2)寫入操作。存儲(chǔ)器寫入操作示意圖如圖1-5所示。首先按照指令由CPU的地址寄存器AR給出地址號(hào)B3H，然后地址總線上出現(xiàn)地址信號(hào)A7～A0＝B3H送到譯碼器，譯碼后選中B3H單元；接著數(shù)據(jù)寄存器DR的內(nèi)容15H進(jìn)入數(shù)據(jù)總線DB；隨后CPU發(fā)出“寫”命令，DB上的數(shù)據(jù)15H寫入B3H。數(shù)據(jù)寫入后，存儲(chǔ)單元原先的內(nèi)容被改寫。圖1-5存儲(chǔ)器寫入操作示意圖

3)程序和數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中存放的方式存儲(chǔ)單元的內(nèi)容就是該單元存放的數(shù)據(jù)信息，例如30H單元的內(nèi)容為9FH，可以表示成(30H)＝9FH。通常在微機(jī)中直接書寫的十六進(jìn)制數(shù)30H表示存儲(chǔ)單元的地址，加括號(hào)后表示該單元的數(shù)據(jù)內(nèi)容。程序和數(shù)據(jù)以代碼的形式在內(nèi)存中以字節(jié)為單位進(jìn)行存儲(chǔ)。一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)占一個(gè)存儲(chǔ)單元。多字節(jié)數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中存放時(shí)，需要相鄰存儲(chǔ)單元，不能分開(kāi)。1個(gè)“字”占相鄰兩個(gè)存儲(chǔ)單元，1個(gè)“雙字”占相鄰四個(gè)存儲(chǔ)單元，1個(gè)“四字”占相鄰八個(gè)存儲(chǔ)單元。多字節(jié)數(shù)據(jù)存放規(guī)則是高字節(jié)進(jìn)入高地址；低字節(jié)進(jìn)入低地址，且低字節(jié)的地址是多字節(jié)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)地址。例如，一個(gè)字0AB56H存放在地址為58H和59H的兩個(gè)單元中，其中58H單元放數(shù)據(jù)56H，59H單元放數(shù)據(jù)ABH，表示方法只需寫出低字節(jié)地址：(58H)＝0AB56H不足8位的數(shù)據(jù)要在最高位加0補(bǔ)足8位，形成一個(gè)字節(jié)才能存放。例如，7位ASCII碼字符X放入40H單元中，記為‘X’＝(40H)＝58H。

4)存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo)存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo)有存儲(chǔ)容量、存取速度和性能價(jià)格比。存儲(chǔ)容量定義為：存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元數(shù)與每個(gè)存儲(chǔ)單元位數(shù)的乘積。即存儲(chǔ)容量＝存儲(chǔ)單元數(shù)×位/每單元微機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱內(nèi)存)通常由廠家生產(chǎn)的存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成。知道了存儲(chǔ)芯片的存儲(chǔ)容量和內(nèi)存的存儲(chǔ)容量，就可以計(jì)算出組成內(nèi)部存儲(chǔ)器所需要的芯片片數(shù)。例如，用Intel公司生產(chǎn)的存儲(chǔ)器芯片27256(32K×8位)組成128K×16位的內(nèi)部存儲(chǔ)器，則所需芯片數(shù)＝＝＝8片尋址存儲(chǔ)器的地址線根數(shù)為n，存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)線根數(shù)為m，則該存儲(chǔ)器的容量為2n×m。例如，EPROM27256(32K×8位)存儲(chǔ)器芯片，有15根地址線A14～A0，8根數(shù)據(jù)線D7～D0，則該芯片的存儲(chǔ)容量為215×8bit(位)，即32KB。反之，從存儲(chǔ)容量也能推算出存儲(chǔ)器有多少根地址線和數(shù)據(jù)線。存取速度用一次存儲(chǔ)器訪問(wèn)所需的時(shí)間來(lái)表示。采用MOS工藝的存儲(chǔ)器，存取時(shí)間約為幾十～幾百ns；雙極型RAM最快可達(dá)10ns以下。無(wú)論哪種主存儲(chǔ)器，存取速度均低于CPU，為此，當(dāng)代微機(jī)存儲(chǔ)器都采用多層次結(jié)構(gòu)。性能價(jià)格比通常以每位為單位計(jì)價(jià)。每位的價(jià)位等于存儲(chǔ)器售價(jià)除以存儲(chǔ)容量。

5．I/O接口輸入設(shè)備的功能是將外界的各種信息，如圖形、圖像、聲音、文字、數(shù)字等，轉(zhuǎn)換成微機(jī)所能接收和識(shí)別的二進(jìn)制信息形式。輸出設(shè)備的功能是將微機(jī)對(duì)二進(jìn)制信息的處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成人們所能接收和識(shí)別的形式。由于I/O設(shè)備的信息格式明顯不同于微機(jī)，并且大多數(shù)都有機(jī)械動(dòng)作，數(shù)據(jù)傳送速度遠(yuǎn)低于微機(jī)，輸入/輸出時(shí)都需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖存儲(chǔ)處理，因此，I/O設(shè)備不能直接和微機(jī)相連，必須通過(guò)I/O接口電路與CPU交換信息。

I/O設(shè)備種類繁多，工作原理、信息格式各不相同，需要不同的接口電路。目前已生產(chǎn)了一些典型的I/O接口集成芯片，每種接口芯片只適配一種或信息格式相近的二三種I/O設(shè)備。這些接口芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度不亞于CPU芯片。

I/O接口電路和CPU之間的數(shù)據(jù)傳送，是依靠I/O端口實(shí)現(xiàn)的。對(duì)CPU而言，每一個(gè)I/O端口和每一個(gè)存儲(chǔ)單元完全一樣，有自己的端口地址和端口內(nèi)容。一個(gè)接口芯片可以有一個(gè)或幾個(gè)端口，或者幾個(gè)接口芯片的某些功能共用一個(gè)端口。為了滿足傳送數(shù)據(jù)信息和控制/狀態(tài)信息的不同需要，I/O端口被劃分成數(shù)據(jù)口和控制/狀態(tài)口兩種不同類型的端口，統(tǒng)一進(jìn)行編址。要想正確使用不同用途的接口芯片，必須首先知道芯片有幾個(gè)端口，是數(shù)據(jù)口還是控制口，端口地址各是多少，才能正確編制初始化程序和工作程序。

6．系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線按功能劃分為地址總線AB(AddressBus)、數(shù)據(jù)總線DB(DataBus)和控制總線CB(ControlBus)。圖1-6為系統(tǒng)總線示意圖?？偩€上能夠并行傳送的二進(jìn)制位數(shù)，稱為總線的寬度。每一種類型的總線都有自己的寬度。圖1-6系統(tǒng)總線地址總線是傳送地址信息用于選中某一存儲(chǔ)單元和某一I/O端口的一組系統(tǒng)總線。地址信息流向單方向，由CPU指向存儲(chǔ)器或I/O接口。CPU通過(guò)地址總線尋找存儲(chǔ)單元或I/O端口地址的操作，稱為尋址。地址總線的寬度決定了微機(jī)所能尋址的最大存儲(chǔ)空間和最大I/O端口地址空間。8031單片機(jī)的地址總線寬度為20位，用A15～A0表示，可尋址的存儲(chǔ)單元和I/O端口總數(shù)為216＝64K個(gè)。數(shù)據(jù)總線是傳送數(shù)據(jù)信息的一組系統(tǒng)總線。數(shù)據(jù)信息流向雙方向，既可以從CPU流向存儲(chǔ)器或I/O端口，也可以從存儲(chǔ)器或I/O端口流向CPU。此外，在微機(jī)處于DMA(直接存儲(chǔ)器存取)工作方式下，存儲(chǔ)器和I/O接口還能相互傳送數(shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)總線為雙向總線。數(shù)據(jù)總線的寬度成為按字長(zhǎng)劃分的計(jì)算機(jī)名稱來(lái)源之一。MCS-51單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線寬度為８位，MCS-51單片機(jī)就是一種８位機(jī)。當(dāng)代PentiumCPU的數(shù)據(jù)總線寬度為64位二進(jìn)制數(shù)，以Pentium為核心構(gòu)成的計(jì)算機(jī)就被稱為64位機(jī)?？刂瓶偩€是傳送控制命令和狀態(tài)信息的一組系統(tǒng)總線?？刂泼钍荂PU發(fā)布的控制存儲(chǔ)器或I/O端口完成某一特定操作的命令信息，如讀信號(hào)、寫信號(hào)、地址鎖存允許信號(hào)ALE等。狀態(tài)信息是存儲(chǔ)器或I/O端口向CPU發(fā)出的反映自身狀態(tài)或請(qǐng)求的信號(hào)，如忙信號(hào)、中斷申請(qǐng)信號(hào)等?？刂瓶偩€就單根線來(lái)講信息流向是單方向的，有的從CPU指向存儲(chǔ)器或I/O端口，有的從存儲(chǔ)器或I/O端口指向CPU，因此從成組來(lái)講可以看成是雙向的。由于采用了總線結(jié)構(gòu)，使得CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口芯片之間的連接變得十分清晰，任何一個(gè)邏輯部件只要符合總線標(biāo)準(zhǔn)，都可以單掛在總線上。1.1.4微機(jī)工作原理微機(jī)按照程序存儲(chǔ)式原理工作，只能被動(dòng)執(zhí)行人們事先編制好的程序。程序是指令有規(guī)律的集合，而指令(Instruction)則是人們規(guī)定微機(jī)完成一項(xiàng)操作的命令。表1-7列出了一個(gè)把2和3兩數(shù)相加的程序，由兩條指令組成。每條指令的二進(jìn)制代碼包含操作碼和操作數(shù)，操作碼指出完成什么操作，操作數(shù)是參加運(yùn)算的數(shù)。假設(shè)把程序放到容量為256B的存儲(chǔ)器中，從30H單元開(kāi)始存放，需要4個(gè)單元，如圖1-7所示。圖1-7取指令示意圖從存儲(chǔ)器中取出指令操作碼和操作數(shù)(以第1條指令第1字節(jié)為例)的過(guò)程如下：

(1)?CPU中的PC(或IP)存放著30H，這是被執(zhí)行指令代碼的存儲(chǔ)單元地址。執(zhí)行開(kāi)始，PC中的30H送地址寄存器AR，隨后PC自動(dòng)加1，成為31H，指向下一個(gè)單元。

(2)?AR中的內(nèi)容30H經(jīng)AB及地址譯碼器選中存儲(chǔ)器30H單元。

(3)?CPU經(jīng)CB發(fā)出“讀”信號(hào)，30H的內(nèi)容74H經(jīng)DB進(jìn)入數(shù)據(jù)寄存器DR，并經(jīng)內(nèi)部總線送入指令寄存器IR。經(jīng)指令譯碼器確認(rèn)，74H的含義為“MOVA，#n”，即把31H單元的內(nèi)容02H送入A寄存器。

(4)相關(guān)的控制門電路開(kāi)啟，為取出31H單元的內(nèi)容02H做好準(zhǔn)備。至此，第1條指令第1字節(jié)的內(nèi)容取出并執(zhí)行完畢，由于PC已經(jīng)指向31H，CPU開(kāi)始取出31H單元的內(nèi)容并執(zhí)行。

通過(guò)以上的分析可以推知，微機(jī)執(zhí)行程序的過(guò)程，是一個(gè)不斷地取指(確切地講是取指令的1個(gè)字節(jié))、(翻)譯(指令代)碼、執(zhí)行指令(執(zhí)行指令的操作碼)的過(guò)程。取指是CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀數(shù)操作。譯碼和執(zhí)行指令是在CPU內(nèi)部進(jìn)行的操作。運(yùn)算結(jié)果如果放在CPU內(nèi)部寄存器中，則在CPU內(nèi)部進(jìn)行；如果放到存儲(chǔ)器中，則是CPU對(duì)存儲(chǔ)器的寫數(shù)操作。比較兩種操作所需的時(shí)間，CPU內(nèi)部進(jìn)行的操作時(shí)間短、速度快；CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀/寫操作時(shí)間長(zhǎng)、速度慢。為了提高運(yùn)行速度，可以將CPU和小容量的存儲(chǔ)器集成在一個(gè)芯片內(nèi)，單片機(jī)就是基于這一原理設(shè)計(jì)的。對(duì)于PC機(jī)，從80486開(kāi)始，已經(jīng)把小容量的存儲(chǔ)器集成到CPU內(nèi)，變CPU對(duì)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)為CPU內(nèi)部的操作。一段程序的開(kāi)頭必須要有確定程序從哪個(gè)存儲(chǔ)單元開(kāi)始執(zhí)行的命令。對(duì)于單片機(jī)程序，由編程人員用偽指令設(shè)定。對(duì)于PC機(jī)程序，由微機(jī)的操作系統(tǒng)自動(dòng)管理，無(wú)需編程人員考慮。一段程序正確與否與“取指”和“執(zhí)行程序”的過(guò)程無(wú)關(guān)，取決于編程人員使用指令是否正確、指令順序有無(wú)失誤等。1.2MCS－51單片機(jī)的功能結(jié)構(gòu)1.2.1MCS-51基本型單片機(jī)內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)

HMOS基本型單片機(jī)典型型號(hào)產(chǎn)品有8031、8051和8751；CHMOS基本型單片機(jī)典型型號(hào)產(chǎn)品有80C31、80C51和87C51，即在HMOS型單片機(jī)名稱中加一個(gè)“C”字。這兩類單片機(jī)器件功能完全兼容，制造工藝上的差別使得CHMOS器件功耗低、工作電流小。之所以能降低功耗并以小電流形式工作，是因?yàn)镃HMOS器件能夠采用空閑方式和掉電方式工作。以掉電方式(芯片不工作但能持續(xù)保持片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)不變)為例，CHMOS器件的消耗電流通常不足10μA，而HMOS器件做不到這一點(diǎn)。由于基本型單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所敘述的工作原理在一切單片機(jī)上均能適用，因此本書在提到“MCS-51單片機(jī)”時(shí)，在不加特別申明的場(chǎng)合，都是指HMOS基本型單片機(jī)。由于功能兼容，原理圖中可將HMOS器件改換成CHMOS器件，但在實(shí)際應(yīng)用中不能直接取代，必須要重新計(jì)算電路元件參數(shù)并重新調(diào)試，把工作方式和功率損耗改動(dòng)考慮在內(nèi)。

8051單片機(jī)內(nèi)部由以下幾個(gè)邏輯部件組成：①?1個(gè)8位中央處理單元CPU；②?1個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘發(fā)生器；③?128B數(shù)據(jù)RAM；④?21個(gè)特殊功能寄存器SFR；⑤?4KB程序ROM；⑥?4個(gè)8位I/O并行端口P0口～P3口；⑦?1個(gè)全雙工串行端口；⑧?2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器T1、T2；⑨?1個(gè)可管理5個(gè)中斷源、2級(jí)優(yōu)先級(jí)嵌套的中斷管理系統(tǒng)；⑩?1個(gè)可尋址64KB外部程序ROM和64KB外部數(shù)據(jù)RAM空間的控制電路。

MCS-51系列單片機(jī)有幾種不同的型號(hào)，它們的主要區(qū)別是片內(nèi)ROM設(shè)置不同：

●8031無(wú)片內(nèi)ROM；

●8051片內(nèi)有4KB掩膜ROM；

●8751內(nèi)部有4KBEPROM。由于8051片內(nèi)掩膜ROM是Intel公司預(yù)先為用戶燒制好的專用程序，難于為其他用戶接受，而8751價(jià)格偏高，如果8031外接一片EPROM，如2716或2732，就可以由用戶自行設(shè)計(jì)程序使用。因此HMOS基本型的幾個(gè)產(chǎn)品中，8031具有使用方便、結(jié)構(gòu)靈活、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在早期的單片機(jī)使用中處于主導(dǎo)地位。

MCS-51系列單片機(jī)的一般結(jié)構(gòu)如圖1-8所示，各邏輯部件均掛接在內(nèi)部總線上。圖中“/”前的是基本型芯片，“/”后的是部分增強(qiáng)型芯片。有關(guān)程序ROM部分，8051/8052使用掩膜ROM，8751/8752使用EPROM，89C51/89C52使用FlashROM。圖1-851系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.2.2MCS-51增強(qiáng)型單片機(jī)內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)基本型單片機(jī)從1980年問(wèn)世后，持續(xù)生產(chǎn)、使用了10多年之久，直到1996年3月，才出現(xiàn)了增強(qiáng)型單片機(jī)芯片。增強(qiáng)型單片機(jī)制造工藝全是CHMOS，不再使用HMOS。所謂“增強(qiáng)”是指在原有基礎(chǔ)上為滿足不同的需要增加了一些電路或軟件程序。增強(qiáng)型單片機(jī)有不同的增強(qiáng)類型。

1)增容型“增容”是指片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量增加。將片內(nèi)程序存儲(chǔ)器從4KB增加的有：

83C51FA、87C51FA、87C52、89C52等增加到8KB；

83C51FB、87C51FB、87C54、89C54、P89C660等增加到16KB;

83C51FC、87C51FC、87C58、89C58、P89C51RC等增加到32KB；

P89C51RD、P89C664、P89C6XX2等增加到64KB。將片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器從128B增加的有：

P89C51RC、P89C660、P89C60X2等增加到512B；

P89C51RD、P89C662、P89C61X2等增加到1KB；

P89C668增加到8KB。除片內(nèi)存儲(chǔ)器容量增加外，還將其它一些功能電路進(jìn)行了擴(kuò)展，如8052AH、8032AH、8752BH的16位計(jì)數(shù)器擴(kuò)展為3個(gè)。

2)?ROM改進(jìn)型基本型單片機(jī)的片內(nèi)程序ROM通常是掩膜ROM、EPROM或EEPROM，無(wú)法在線擦除，而增強(qiáng)型單片機(jī)多以O(shè)TPROM和FlashROM取代?；拘蛦纹瑱C(jī)有Intel公司的87C51GB、Philips公司的80C51系列產(chǎn)品；增強(qiáng)型單片機(jī)有Philips的P89C51/52/54/58系列產(chǎn)品，如P89C51RX、P89C66X等，還有ATMEL公司的AT89C51系列機(jī)。從單片機(jī)的發(fā)展前景看，大有FlashROM取代其它ROM構(gòu)成程序存儲(chǔ)器的趨勢(shì)。

3)接口電路擴(kuò)展型

80C451、83C451、87C451有7個(gè)I/O接口，56條I/O引腳；

80CL31、80CL51、80CL410、83CL410可管理10個(gè)中斷源；

80C51GA、83C51GA、87C51GA增設(shè)了8路8位A/D轉(zhuǎn)換功能以及半雙工同步串行接口；

80C51FA、83C51FA、87C51FA增加了可編程計(jì)數(shù)陣列PCA，編程功能大為改觀。有的芯片還增設(shè)了PWM脈沖寬度調(diào)制接口、比較捕獲單元CCU、I2C總線、SPI總線、CAN總線等。尤其在集成了一些總線接口后，實(shí)現(xiàn)了規(guī)范化，與相應(yīng)總線接口存儲(chǔ)器、時(shí)鐘芯片的連接變得十分方便。

4)軟件改進(jìn)型相當(dāng)多的增強(qiáng)型芯片都能支持C語(yǔ)言等高級(jí)語(yǔ)言，8052AH-BASIC芯片內(nèi)固化有MCS

BASIC52解釋程序，使BASIC語(yǔ)言能和匯編語(yǔ)言混用。87C51內(nèi)還設(shè)計(jì)有兩級(jí)程序存儲(chǔ)器保密系統(tǒng)，能有效防止非法拷貝程序。從以上分析可見(jiàn)，新一代MCS-51增強(qiáng)型單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是基本型加不同功能的硬軟件擴(kuò)展部分。表1-8列出了Intel公司、Philips公司和ATMEL公司部分單片機(jī)產(chǎn)品的性能。1.2.3CPU結(jié)構(gòu)

8XX5X單片機(jī)的中央處理單元CPU由運(yùn)算器、控制器和寄存器陣列組成。運(yùn)算器的功能是進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算，算術(shù)運(yùn)算有加、減、乘、除、加1、減1、比較、十進(jìn)制調(diào)整等，邏輯運(yùn)算有與、或、非、異或、移位等。運(yùn)算器內(nèi)有一個(gè)稱為布爾處理器的邏輯部件，專門用于位操作運(yùn)算。位操作包含三種：一是邏輯操作，對(duì)可尋址位復(fù)位、置位、取反；一是傳送操作，在進(jìn)位標(biāo)志位CF與可尋址位之間相互傳送數(shù)據(jù)；一是轉(zhuǎn)移操作，程序轉(zhuǎn)移條件分別設(shè)置為等于1轉(zhuǎn)移、等于1轉(zhuǎn)移且清零、等于0轉(zhuǎn)移?？刂破魇钦麄€(gè)單片機(jī)各邏輯部件的指揮中心，由滿足各種不同功能的時(shí)序邏輯電路和組合邏輯電路構(gòu)成，在指令代碼的作用下，相關(guān)的控制門電路開(kāi)啟，無(wú)關(guān)的控制門電路斷開(kāi)，對(duì)各邏輯部件和內(nèi)部總線提供必需的控制信號(hào)。內(nèi)部寄存器陣列由程序計(jì)數(shù)器PC和指令寄存器IR組成。程序計(jì)數(shù)器PC是一個(gè)16位的寄存器，用于存放下一條將要執(zhí)行的指令地址，并能自動(dòng)加1。

PC的功能如圖1-9所示。假設(shè)PC的當(dāng)前值為PC＝A000H，它表明當(dāng)前要執(zhí)行的指令機(jī)器碼是地址為A000H單元的內(nèi)容74H，在取出這個(gè)指令機(jī)器碼后，PC自動(dòng)加1，變成為A001H，表明下一條要執(zhí)行的指令機(jī)器碼是位于A001H單元中的36H。圖1-9PC功能由于指令在程序存儲(chǔ)器中是以指令機(jī)器碼的形式按順序依次排放的，因此，指令的執(zhí)行也是按順序進(jìn)行。PC能夠自動(dòng)加1的性質(zhì)保證了程序依次執(zhí)行。但是，如果使用條件轉(zhuǎn)移指令，讓新的地址值送入PC，破壞了PC自動(dòng)加1的性質(zhì)，程序執(zhí)行的順序也將發(fā)生變化，程序發(fā)生了轉(zhuǎn)移。尋址時(shí)PC的地址值高8位經(jīng)P2口送出，低8位經(jīng)P0口送出，16位地址能尋址64KB程序存儲(chǔ)器。指令寄存器IR的功能是存放從存儲(chǔ)器取出的指令代碼，指令代碼經(jīng)譯碼器譯碼后使控制器發(fā)出相關(guān)的控制信號(hào)，讓那些該通的門電路開(kāi)通，該斷開(kāi)的門電路斷開(kāi)，完成相應(yīng)的指令操作。1.3MCS－51單片機(jī)存儲(chǔ)器

MCS-51單片機(jī)的存儲(chǔ)器有片內(nèi)和片外之分，這是因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)芯片面積所限，只能集成少量存儲(chǔ)單元，很多情況下不夠用，必須在單片機(jī)外進(jìn)行擴(kuò)展，連接一些存儲(chǔ)芯片。無(wú)論是片內(nèi)存儲(chǔ)器，還是片外存儲(chǔ)器，單片機(jī)采用的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)都是把程序和數(shù)據(jù)分開(kāi)存放，存放程序及程序中常數(shù)的存儲(chǔ)器稱為程序存儲(chǔ)器，通常由ROM構(gòu)成；存放數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，通常由RAM構(gòu)成。程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也就叫做程序ROM和數(shù)據(jù)RAM。這兩類存儲(chǔ)器各自有自己的尋址方式、控制方式和傳輸信息方式，其配置如圖1-10所示。圖1-10MCS-51片內(nèi)、片外存儲(chǔ)器從物理空間來(lái)說(shuō)，MCS-51系列單片機(jī)有4個(gè)相對(duì)獨(dú)立的存儲(chǔ)器尋址空間，分別是片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片外程序存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。按照邏輯空間劃分，又可以分成3個(gè)相對(duì)獨(dú)立的存儲(chǔ)器尋址空間，就是片內(nèi)、片外統(tǒng)一編址的程序存儲(chǔ)器，單獨(dú)編址的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，單獨(dú)編址的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。1.3.1片內(nèi)、外統(tǒng)一編址的程序存儲(chǔ)器

MCS-51單片機(jī)有16根地址線,最大尋址程序存儲(chǔ)空間為64KB。單片機(jī)的片內(nèi)、外程序存儲(chǔ)器采用統(tǒng)一的編址方式：

4KB的片內(nèi)ROM編址范圍為0000H～0FFFH；

64KB的片外ROM編址范圍為0000H～FFFFH，其中片外ROM有4KB(編址0000H～0FFFH)與片內(nèi)ROM有相同的地址編號(hào)，還有60KB片外ROM編址1000H～FFFFH。鑒于片外ROM有4KB與片內(nèi)ROM編址有重復(fù)，為了取指令操作碼時(shí)僅訪問(wèn)一個(gè)存儲(chǔ)單元，單片機(jī)設(shè)置了一根控制線，用于選擇是片內(nèi)ROM操作，還是片外ROM操作。當(dāng)＝1時(shí)，程序?qū)膬?nèi)部ROM開(kāi)始，PC所指存儲(chǔ)單元是片內(nèi)ROM中某一單元地址，如果PC值漸增到超過(guò)片內(nèi)ROM容量(PC值大于0FFFH)，程序指針將自動(dòng)轉(zhuǎn)向1000H～FFFFH的外部ROM存儲(chǔ)空間；當(dāng)＝0時(shí)，程序?qū)耐獠縍OM開(kāi)始，PC指向的存儲(chǔ)單元是片外ROM中某一單元地址。利用的高、低電平能夠選擇片內(nèi)ROM還是片外ROM，并順利安放或找到程序。對(duì)于那些無(wú)片內(nèi)ROM的單片機(jī)，如8031，應(yīng)固定接地，使正常工作時(shí)能直接從片外ROM中讀取指令代碼。在單片機(jī)上電或復(fù)位時(shí)，程序計(jì)數(shù)器PC內(nèi)容為0000H，單片機(jī)將從程序存儲(chǔ)器的0000H單元開(kāi)始取指令代碼，從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。由于MCS-51單片機(jī)規(guī)定程序存儲(chǔ)器的0003H～002FH單元專門用于為5個(gè)中斷服務(wù)程序作入口地址使用，因此有必要在0000H～0002H單元內(nèi)存放一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，使CPU從0002H單元跳離，避開(kāi)0003H～002FH區(qū)間，跳離的主程序首地址由用戶在程序中指定。單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器只能用指令“讀出”，不能“寫入”，沒(méi)有任何指令能修改程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容。在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，程序ROM中的數(shù)據(jù)既不能傳送給程序ROM中的其它單元，也不能傳送給片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，只能傳送給累加器A。1.3.2片內(nèi)、外單獨(dú)編址的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放程序執(zhí)行過(guò)程中需要使用的常數(shù)或變量數(shù)據(jù)。單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有片內(nèi)、片外之分，它們的存儲(chǔ)容量不同，各自單獨(dú)編址?；拘蛦纹瑱C(jī)配備的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有256B(其中片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器SFR各占128B)，地址編號(hào)為00H～FFH；片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量有64KB，地址編號(hào)為0000H～FFFFH。由于MCS-51單片機(jī)有16根地址線，因此最大尋址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間為64KB，與最大尋址程序存儲(chǔ)空間相同。

1.片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

64KB片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與64KB片外程序存儲(chǔ)器尋址時(shí)都使用單片機(jī)的16位地址線。為了區(qū)分是訪問(wèn)片外RAM還是訪問(wèn)片外ROM，通常采用兩種做法：

(1)使用不同的控制線，數(shù)據(jù)RAM用、選通，程序ROM用選通。

(2)使用不同的指令，訪問(wèn)數(shù)據(jù)RAM使用MOVX指令，訪問(wèn)程序ROM使用MOVC指令。

有關(guān)MOVX指令和MOVC指令的操作，詳見(jiàn)第2章。片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)既不能直接傳送至數(shù)據(jù)RAM的其它單元，也不能直接傳送給程序ROM的各個(gè)單元。要想在片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩個(gè)存儲(chǔ)單元之間傳送數(shù)據(jù)，或者把程序ROM中的數(shù)據(jù)傳送給片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，都必須通過(guò)累加器A間接傳送。累加器A是片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的一個(gè)存儲(chǔ)單元。

MCS-51單片機(jī)的片外I/O端口和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用統(tǒng)一編址的方式，共同占有64KB地址空間進(jìn)行分配，因此它們可統(tǒng)稱為片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

2.片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器基本型單片機(jī)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有256B，分成兩部分：由字節(jié)地址00H～7FH單元組成的128BRAM區(qū)，通常被稱為片內(nèi)RAM區(qū)；由字節(jié)地址80H～FFH單元組成的128BRAM區(qū)，是專用寄存器區(qū)，區(qū)內(nèi)有21個(gè)特殊功能寄存器SFR。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是單片機(jī)指令操作最為頻繁的地址空間，單片機(jī)的所有指令操作都可以在片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間上進(jìn)行。除送數(shù)、轉(zhuǎn)移操作外，其它如算術(shù)邏輯運(yùn)算、位操作等，只能在片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中進(jìn)行。1.3.3片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器SFR

1．片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM

128B的片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM在物理上可分成相對(duì)獨(dú)立且性質(zhì)不同的三部分，如表1-9所示。

1)?00H～1FH的32個(gè)單元此32個(gè)單元被稱為工作寄存器區(qū)，分為0組～3組，每組8個(gè)存儲(chǔ)單元，用R0～R7命名。R0～R7稱為工作寄存器，每個(gè)寄存器存放1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。在任一時(shí)刻，4個(gè)寄存器組中只有1個(gè)有資格成為工作寄存器組，其它不能成為工作寄存器組的3個(gè)組只能充當(dāng)一般的RAM使用。工作寄存器的選擇由程序狀態(tài)字PSW中的PSW.3(RS1)和PSW.4(RS0)位決定：

RS1RS0 00選中0組為工作寄存器組

01選中1組為工作寄存器組

10選中2組為工作寄存器組

11選中3組為工作寄存器組

RS1、RS0的取值通過(guò)指令設(shè)置，這樣，選擇哪個(gè)寄存器組作為工作寄存器組就取決于編程人員。當(dāng)單片機(jī)上電或復(fù)位時(shí)，由于PSW的狀態(tài)被置成00000000B，因此自動(dòng)選中0組。

2)?20H～2FH的16個(gè)單元此16個(gè)單元共有128位，被稱為位尋址區(qū)。16個(gè)單元可作為一般的字節(jié)存儲(chǔ)單元使用。128位的每一位都可以單獨(dú)利用位操作指令進(jìn)行清零(CLR)、取反(CPL)、置位(SETB)等操作。為此，給128位的每一位設(shè)置了位地址，地址范圍為00H～7FH。位尋址區(qū)的特點(diǎn)是既可進(jìn)行字節(jié)尋址，又可進(jìn)行位尋址。位尋址區(qū)常用于設(shè)置各種狀態(tài)變量、位控制變量等。

3)?30H～7FH的80個(gè)單元此80個(gè)單元被稱為一般RAM區(qū)，又叫其余空間。這些單元和工作寄存器區(qū)中未被選中的24個(gè)單元一起，使一般RAM區(qū)可用的存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)達(dá)到104個(gè)，它們作字節(jié)數(shù)據(jù)緩沖器使用，對(duì)這些單元只能進(jìn)行字節(jié)尋址，不能進(jìn)行位尋址。通常堆棧就設(shè)置在從30H開(kāi)始的區(qū)間內(nèi)。增強(qiáng)型單片機(jī)的片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM有256B，地址80H～FFH的128B和特殊功能寄存器SFR地址重合，區(qū)分方法是使用不同的尋址方式。有關(guān)尋址方式的內(nèi)容將在第2章介紹。

2.特殊功能寄存器SFR

MCS-51單片機(jī)內(nèi)有21個(gè)特殊功能寄存器SFR(SpecialFunctionRegister)，每一個(gè)寄存器是一個(gè)存儲(chǔ)單元，但不作一般RAM使用，而是有各自不同的特殊功能，它們分散在80H～FFH的128B地址空間內(nèi)，如表1-10所示。表內(nèi)部分寄存器名前標(biāo)有“△”符號(hào)，表示該寄存器可以進(jìn)行位尋址，位地址編號(hào)為80H～F7H，這樣的寄存器有11個(gè)，還有10個(gè)只能進(jìn)行字節(jié)操作，不能進(jìn)行位尋址。

128B地址空間內(nèi)僅有21個(gè)特殊功能寄存器占有字節(jié)地址，余下的地址沒(méi)有任何作用，也不能用指令操作。

21個(gè)SFR主要用于描述單片機(jī)的狀態(tài)字和控制字，它們大體上可以分為兩類：一類發(fā)布單片機(jī)的地址信號(hào)、控制命令以及輸入/輸出數(shù)據(jù)信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)引腳形成對(duì)外電路的三組總線信號(hào)；還有一類作單片機(jī)內(nèi)部控制使用。21個(gè)SFR簡(jiǎn)要介紹如下。

(1)?P0端口，地址線/數(shù)據(jù)線分時(shí)使用端口。作地址線使用時(shí)，輸出低8位地址信A0～A7；作數(shù)據(jù)線使用時(shí)，可外接I/O端口，輸入/輸出數(shù)據(jù)信號(hào)D0～D7。對(duì)于地址信號(hào)，需要在單片機(jī)外使用鎖存器(例如8D觸發(fā)器74LS373、8282等)將其鎖存，也需要單片機(jī)提供一條地址鎖存允許ALE實(shí)現(xiàn)鎖存功能。由于外接的I/O端口和數(shù)據(jù)RAM統(tǒng)一編址，因此I/O操作使用存儲(chǔ)器操作指令就能完成。例如，MOV30H,A是把累加器A的內(nèi)容送地址為30H的存儲(chǔ)單元；而MOVP0,A就能實(shí)現(xiàn)累加器A的內(nèi)容經(jīng)P0口送到單片機(jī)外的I/O設(shè)備。

(2)?SP，堆棧指針，用于指示堆棧的棧頂。堆棧是存儲(chǔ)器內(nèi)按照“先入后出”原則組織起來(lái)的一段區(qū)間，單片機(jī)內(nèi)的堆棧通常設(shè)置在片內(nèi)RAM中，具有向下生長(zhǎng)的性質(zhì)。

MCS-51單片機(jī)上電或復(fù)位時(shí)，SP被置成07H，使得堆棧實(shí)際從08H單元開(kāi)始。為了不影響工作寄存器組R0～R7的選擇和位尋址區(qū)的使用，通常使用MOV指令將SP的值設(shè)置在30H～7FH其余空間內(nèi)，SP的初始值越小，堆棧的深度就會(huì)越深。堆棧操作為字節(jié)操作，有入棧操作和出棧操作兩種，分別用PUSH和POP指令實(shí)現(xiàn)。圖1-11分別畫出了指令PUSH

ACC和POP

B的執(zhí)行示意圖。圖1-11堆棧及其操作入棧過(guò)程分為兩步完成：①?SP自動(dòng)加1，指向下一單元；②?A的內(nèi)容進(jìn)入SP所指單元。完成后，SP依舊指向棧頂。出棧過(guò)程分為兩步完成：①?SP所指單元內(nèi)容送入A；②?SP自動(dòng)減1，棧頂發(fā)生變化，但SP依舊指向棧頂。在執(zhí)行調(diào)用子程序指令和響應(yīng)中斷時(shí)，將自動(dòng)產(chǎn)生16位的PC值入棧操作；在執(zhí)行子程序返回和中斷返回指令時(shí)，將產(chǎn)生出棧操作，棧頂內(nèi)容自動(dòng)彈送到PC內(nèi)。如果在子程序或中斷服務(wù)程序中要用到主程序中正在使用的一些寄存器，必須在子程序或中斷服務(wù)程序一開(kāi)始用PUSH指令將它們?nèi)霔１Ｗo(hù)，在返回之前用POP指令恢復(fù)這些寄存器的原有值。

(3)?DPL，8位數(shù)據(jù)寄存器。

(4)?DPH，8位數(shù)據(jù)寄存器。DPH和DPL除作兩個(gè)獨(dú)立的8位數(shù)據(jù)寄存器使用外，還可以合在一起構(gòu)成1個(gè)16位的數(shù)據(jù)指針DPTR(DataPointer)，DPL是DPTR的低8位，DPH是DPTR的高8位。DPTR用于存放64KB片外程序ROM或64KB片外數(shù)據(jù)RAM的地址。

(5)?PCON，電源控制寄存器，對(duì)于采用HMOS工藝結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，用于串行方式中選擇波特率的倍數(shù)。對(duì)于采用CHMOS工藝結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)型單片機(jī)，如8XC5X系列和8XC5XX2系列，除用于串行方式中選擇波特率的倍數(shù)外，還用于選擇工作在正常操作方式，還是工作在低功耗操作方式。

(6)?TCON，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器，用于確定采用什么觸發(fā)方式和有無(wú)中斷申請(qǐng)。

(7)?TMOD，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式控制寄存器，用于規(guī)定定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式。

(8)?TL0，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0的低8位。

(9)?TL1，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1的低8位。

(10)?TH0，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0的高8位。

(11)?TH1，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1的高8位。

(12)?P1端口，8位I/O數(shù)據(jù)端，作8條數(shù)據(jù)線使用。

(13)?SCON，串行口控制寄存器，用于設(shè)定串行口的工作方式、接收/發(fā)送標(biāo)志。

(14)?SBUF，串行I/O緩沖器，用于接收/發(fā)送數(shù)據(jù)。指令MOVSBUF,A能實(shí)現(xiàn)將累加器A中的字節(jié)數(shù)據(jù)從串行口一位一位地發(fā)送出去；指令MOVA,SBUF能實(shí)現(xiàn)單片機(jī)外的字節(jié)數(shù)據(jù)一位一位地經(jīng)串行口進(jìn)入到累加器A中。

(15)?P2端口，高8位地址線/8位I/O數(shù)據(jù)線合用端口，P2和P0組成了單片機(jī)的16位地址線。通常P2作地址線用時(shí)，不再用作I/O數(shù)據(jù)線，因此不需鎖存P2。

(16)?IE，中斷允許寄存器，用于是否允許或禁止中斷。

(17)?P3端口，8位I/O數(shù)據(jù)線/第2功能線合用端口，在作數(shù)據(jù)線使用時(shí)，不作第2功能線；作第2功能線使用時(shí)，不作數(shù)據(jù)線用。

(18)?IP，中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器，用于選擇中斷優(yōu)先級(jí)別。

(19)PSW，程序狀態(tài)字，反映運(yùn)算結(jié)果標(biāo)志及選擇工作寄存器組。8位定義如表1-11所示。除RS1、RS0前已敘述外，其余各位含義如下：

P：奇偶標(biāo)志，指令運(yùn)算結(jié)果有奇數(shù)個(gè)“1”時(shí)，P＝1；有偶數(shù)個(gè)“1”時(shí)，P＝0。

OV：溢出標(biāo)志，運(yùn)算結(jié)果超出補(bǔ)碼表示范圍時(shí)有溢出，OV＝1；無(wú)溢出，OV＝0。

F0：留給用戶自己去定義。

AC：半進(jìn)(借)位，又稱輔助進(jìn)(借)位，運(yùn)算中低4位向高4位有進(jìn)(借)位時(shí)，AC＝1；否則AC＝0。

CY：進(jìn)(借)位，在加(減)法運(yùn)算中有進(jìn)(借)位時(shí)，CY＝1；無(wú)進(jìn)(借)位時(shí)，CY＝0。

(20)?A，累加器，8位數(shù)據(jù)寄存器，字節(jié)地址E0H，符號(hào)地址ACC，是單片機(jī)指令操作中用得最多的寄存器。本身帶有零標(biāo)志Z，當(dāng)A＝0時(shí)Z＝1，A≠0時(shí)Z＝0。零標(biāo)志常用于條件轉(zhuǎn)移。

(21)?B，B寄存器，存放8位數(shù)據(jù)用。1.4單片機(jī)最小系統(tǒng)1.4.1單片機(jī)引腳功能

MCS-51系列單片機(jī)有40引腳雙列直插封裝和44引腳方形封裝兩種形式，其中40引腳DIP封裝如圖1-12所示。無(wú)論哪種封裝，引腳功能共分成4種不同類型：地址線、數(shù)據(jù)線、控制線和電源線。大多數(shù)引腳只具備一個(gè)功能，部分引腳有兩種功能?，F(xiàn)以40引腳封裝為例說(shuō)明。圖1-1240引腳封裝

P0～P3：占32個(gè)引腳，其中P0是低8位地址線/數(shù)據(jù)線端口，P1是數(shù)據(jù)線端口，P2是高8位地址線/數(shù)據(jù)線端口，P3是數(shù)據(jù)線/第2功能線端口。

ALE/：地址鎖存允許/編程。作ALE用時(shí)為輸出信號(hào)，頻率為時(shí)鐘振蕩頻率的1/6，用于鎖存P0口的低8位地址;作用時(shí)為輸入引腳，在EPROM編程時(shí)輸入編程脈沖。：程序存儲(chǔ)器允許作輸出用。頻率為時(shí)鐘振蕩頻率的1/6，用于選通片外程序存儲(chǔ)器。如果發(fā)生訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的操作，則在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生。

/VPP：片外程序ROM有效/編程電源。作用時(shí)為輸出信號(hào)，＝0片外程序ROM有效，＝1片內(nèi)程序ROM有效。作VPP用時(shí)為電源輸入，輸入21V編程電源VPP。

XTAL1和XTAL2：外部時(shí)鐘振蕩信號(hào)輸入端。

VCC：＋5V電源。

VSS：地。

RST/VPD：復(fù)位/備用電源接入。正常工作時(shí)作復(fù)位信號(hào)引入，當(dāng)VCC失電時(shí)，此腳接入備用電源，使片內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)處于低功耗保護(hù)。方形封裝的單片機(jī)芯片雖然有44根引腳，但實(shí)際使用的引腳依舊是40根，還有4根空置不用。44引腳LCC和PQFP封裝如圖1-13所示。圖1-1344引腳封裝(a)?LCC封裝；(b)?PQFP封裝1.4.2時(shí)鐘電路與復(fù)位電路

1.時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)由兩種電路產(chǎn)生：內(nèi)振蕩電路和外振蕩電路。在任一時(shí)刻，只需要一種振蕩電路便能使單片機(jī)正常工作。使用內(nèi)振蕩電路提供時(shí)鐘脈沖，需要在XTAL1和XTAL2之間外接石英晶體振蕩器或陶瓷振蕩器，這時(shí)的內(nèi)部振蕩電路僅相當(dāng)于一個(gè)高增益放大器，和晶振接在一起形成一個(gè)正反饋的自激振蕩，再經(jīng)整形和分頻形成單片機(jī)內(nèi)各邏輯部件所需的時(shí)鐘脈沖。內(nèi)振蕩電路如圖1-14所示。圖1-14內(nèi)振蕩電路外振蕩方式是將外部時(shí)鐘信號(hào)直接從XTAL1(用于CHMOS)或XTAL2(用于HMOS)引入，這時(shí)XTAL1和XTAL2只需使用1個(gè)，另1個(gè)懸空。外振蕩電路如圖1-15所示。在需要時(shí)鐘穩(wěn)定的情況下用內(nèi)部振蕩產(chǎn)生時(shí)鐘；在要求單片機(jī)與外界信號(hào)同步時(shí)使用外部振蕩。圖1-15外振蕩電路

2.復(fù)位及復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位操作由復(fù)位引腳RST/VPD上出現(xiàn)的高電平引起，高電平持續(xù)時(shí)間不少于兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)，CPU在第2個(gè)機(jī)器周期內(nèi)執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST/VPD持續(xù)為高電平，那么每隔24個(gè)振蕩周期重復(fù)一次復(fù)位操作。復(fù)位后機(jī)內(nèi)各特殊功能寄存器初始狀態(tài)如表1-12所示，而片內(nèi)128BRAM的狀態(tài)不受復(fù)位信號(hào)的影響。各個(gè)特殊功能寄存器的復(fù)位狀態(tài)解釋如下：

P0～P3＝FFH：表示已向各端口線寫入1，使各端口既能作輸入線，又能作輸出線使用。

SP＝07H：表示堆棧棧底位于07H單元，第1個(gè)進(jìn)棧字節(jié)將寫入08H單元中。

DPTR＝0000H：表示片外存儲(chǔ)器的操作將從0000H單元開(kāi)始。

PCON：HMOS單片機(jī)的PCON＝0xxxxxxxB，最高位為0表示串行工作時(shí)的波特率不加倍。CHMOS單片機(jī)的PCON＝00xxxx00B，最低兩位為00表示復(fù)位后單片機(jī)處于正常操作方式。

TCON＝00H：表示T0、T1的工作均被停止。

TL0＝00H，TH0＝00H：表示T0的初值為0000H。

TL1＝