1、單元二 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu),2.1 任務(wù)一 單燈受控閃爍,2.1.1 硬件電路與工作原理 2.1.2 控制程序 2.1.3 源程序編輯、編譯、下載 2.1.4 相關(guān)知識,返回主目錄,2.1 單燈受控閃爍 學(xué)習(xí)目標(biāo)：過學(xué)習(xí)任務(wù)一的完成方法，熟悉mcs-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，掌握mcs-51單片機(jī)各組成部分的功能和特點(diǎn) 。 任務(wù)描述： 單片機(jī)上電工作時(shí)，發(fā)光二極管按1HZ左右頻率閃爍，按鍵S1后在原狀態(tài)基礎(chǔ)上停止5秒，再按原頻率閃動 。,2.1.1 硬件電路與工作原理,1.硬件電路,2.工作原理 從圖上可以看出，當(dāng)P1.0P1.7中某個(gè)引腳輸出低電平時(shí)，則發(fā)光二極管上有電流流過，發(fā)光二極管

2、發(fā)光，否則，當(dāng)對應(yīng)引腳為高電平時(shí)，發(fā)光二極管上無電流流過，發(fā)光二極管熄滅。S1S4由于按鍵一端接地，當(dāng)按鍵按下時(shí)，對應(yīng)的引腳被拉成低電平。單片機(jī)通過查詢這幾根口線的高低電平狀態(tài)，就知道對應(yīng)的按鍵是否按下。,1.主程序流程圖,2.1.2 控制程序,2.控制程序,ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H CLR 20H.0 RETI ORG 000BH LJMP DELAY MAIN: SETB 20H.0 MOV TMOD,#01H MOV TL0,#00H MOV TH0,#4CH MOV B,#20 SETB IT0 SETB EA SETB EX0,ORG、END等偽指令

3、將在核心模塊的單元三、四中詳細(xì)講解,SETB ET0 SETB PX0 MOV P1,#00H SETB TR0 BEGIN:JB 20H.0,SHOW MOV B,#250 CJNE B,#00,$ MOV A,P1 CPL A MOV P1,A ； SJMP BEGIN DELAY:MOV TL0,#00H MOVTH0,#4CH DJNZB,LOOP MOV B,#20 LOOP:RETI END,任務(wù)中假設(shè)單片機(jī)外接的石英晶體振蕩器的頻率為11.0592MHz,2.1.3 源程序的編輯、編譯、下載,1.打開“偉?！蹦M仿真軟件進(jìn)行程序的編輯、編譯。 1、正確選擇單片機(jī)類型8751或80

4、31 2、正確選擇編譯器偉福編譯器 3、選擇模擬仿真功能 4、打開或新建文件進(jìn)行編輯 5、編譯 2.打開“ISP下載軟件”將目標(biāo)文件下載到ISP-4實(shí)驗(yàn)開發(fā)板上的AT89S51單片機(jī)芯片，觀察程序運(yùn)行結(jié)果。 1、編譯成功后打開下載軟件 2、選擇好單片機(jī)89S51并測試 3、打開偉福6000編譯生成的.BIN或.HEX文件 4、選擇自動寫完成擦除、寫、讀、校驗(yàn)過程 5、觀看運(yùn)行結(jié)果,2.1.4 相關(guān)知識,1.單片機(jī)程序運(yùn)行的結(jié)果如何送給發(fā)光二極管？,從剛才的任務(wù)中，我們看到發(fā)光二極管隨著程序的運(yùn)行，有規(guī)律的閃動，那么，現(xiàn)在我們來看看單片機(jī)是怎樣將程序中運(yùn)行的結(jié)果送給發(fā)光二極管的。 原來，89S5

5、1單片機(jī)上有4組8位I/O口：P0、P1、P2和P3口，P1、P2和P3為準(zhǔn)雙向口，P0口則為雙向三態(tài)輸入輸出口，他們在單片機(jī)中，主要承擔(dān)了和單片機(jī)外部設(shè)備打交道的任務(wù)，下面我們分別介紹這幾個(gè)I/O口：,（1）P0和P2口,P0口鎖存器和緩沖器結(jié)構(gòu),P0口除了作普通的I/O口，直接和外部設(shè)備打交道外;還用作片外總線的地址總線AB0-AB7的低八位、數(shù)據(jù)總線。,P2口鎖存器和緩沖器結(jié)構(gòu),P2口除了作普通的I/O口，直接和外部設(shè)備打交道外;還用作片外總線的地址總線的高八位地址線AB8-AB15,注意：P0口在作輸出入口使用時(shí)，由于它無內(nèi)部上拉電阻，為了在口線上輸出高電平并具有一定的驅(qū)動能力，必須外

6、接上拉電阻。作輸入口使用時(shí)，為了防止口鎖存器對輸入口線的輸入信號造成影響，必須先往口鎖存器寫1。同理，P2口作輸入時(shí)，也必須先往口鎖存器寫1。,（2）P1口,P1口鎖存器和緩沖器結(jié)構(gòu),P1口只用作普通輸入輸出口,注意：和P0、P2口一樣，為防止口鎖存器對輸入口線造成影響，P1口作輸入時(shí)，也必須先往口鎖存器寫1。,（3）P3口,P3口鎖存器和緩沖器結(jié)構(gòu),P3口除了作普通的I/O口（功能和P1口一樣）直接和外部設(shè)備打交道外;還具有第二功能。,P3.0串行輸入口(RXD) P3.1串行輸出口(TXD) P3.2外中斷0(INT0) P3.3外中斷1(INT1) P3.5定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的外部輸入口(T

7、1) P3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通(WR) P3.4定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的外部輸入口(T0) P3.7外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通(RD),2.單片機(jī)的軟件及數(shù)據(jù)如何存放？,從前面的任務(wù)中，我們還看到要控制燈閃爍，必須編制程序，還必須將控制燈的相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)先存儲，那么，在單片機(jī)中的程序和數(shù)據(jù)是怎樣保存的？原來，在單片機(jī)內(nèi)部有程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，如果內(nèi)部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的容量不夠的話，還可以在單片機(jī)外部為它擴(kuò)展，最大我們可以將程序存儲器空間總?cè)萘繑U(kuò)大到64K，將數(shù)據(jù)存儲器在片外再單獨(dú)擴(kuò)展64K，這樣，以89S51為例，數(shù)據(jù)存儲器的總?cè)萘靠蛇_(dá)64K（片外）128字節(jié)（片內(nèi)）。,MCS-51單片機(jī)的存儲器

8、組織結(jié)構(gòu)，采用典型的哈佛結(jié)構(gòu)，即程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器完全獨(dú)立，擁有各自的尋址系統(tǒng)，包括片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器與片外數(shù)據(jù)存儲器都擁有自己獨(dú)立的尋址系統(tǒng)。,MCS-51單片機(jī)存儲器組織結(jié)構(gòu),（1）程序存儲器,用途： 存放程序及程序運(yùn)行時(shí)所需的常數(shù)。,尋址范圍：0000H FFFFH 容量64KB，即地址長度：16位,，尋址內(nèi)部ROM；,說明：當(dāng)PC值超過片內(nèi)ROM容量時(shí)會自動轉(zhuǎn)向 外部存儲器 空間。,，尋址外部ROM。,程序存儲器中6個(gè)具有特殊含義的單元,0000H 系統(tǒng)復(fù)位，PC指向此處； 0003H 外部中斷0入口 000BH T0溢出中斷入口 0013H 外中斷1入口 001BH T1溢出中斷入口

9、 0023H 串口中斷入口,（2）數(shù)據(jù)存儲器,用途：存放程序執(zhí)行的中間結(jié)果和過程數(shù)據(jù)的 。,物理上分為兩大區(qū)域： 00H 7FH即128B用戶RAM區(qū)。 80H FFH即特殊功能寄存器區(qū)。,位尋址區(qū),位尋址區(qū)（20H2FH）16個(gè)字節(jié)。 16*8=128位，每一位都有一個(gè)位地址，范圍為：00H7FH，位地址區(qū)也可作為一般的用戶RAM使用。,（3）特殊功能寄存器,1）程序計(jì)數(shù)器PC(program Counter),程序計(jì)數(shù)器在物理上是獨(dú)立的，它不屬于特殊內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器塊中。 PC是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，由兩個(gè)八位寄存器PCH和PCL組成，用于存放一條要執(zhí)行的指令地址，尋址范圍為64kB，PC有自

10、動加1功能，即完成了一條指令的執(zhí)行后，其內(nèi)容自動加1。 PC本身并沒有地址，因而不可尋址，用戶無法對它進(jìn)行讀寫，但是可以通過轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令改變其內(nèi)容，以控制程序的執(zhí)行順序。,2）累加器ACC(Accumulator),累加器A是一個(gè)最常用的專用寄存器，大部分單操作指令的一個(gè)操作數(shù)取自累加器，很多雙操作數(shù)指令中的一個(gè)操作數(shù)也取自累加器。 加、減、乘、除法運(yùn)算的指令，運(yùn)算結(jié)果都存放于累加器A或寄存器B中。 大部分的數(shù)據(jù)操作都會通過累加器A進(jìn)行，它形象于一個(gè)數(shù)據(jù)運(yùn)輸中轉(zhuǎn)站，在數(shù)據(jù)傳送過程中，任何兩個(gè)不能直接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送單元之間，通過累加器A中轉(zhuǎn)，都能送達(dá)目的。,3）寄存器B,在乘除法指令中

11、，乘法指令中的兩個(gè)操作數(shù)分別取自累加器A和寄存器B，其結(jié)果存放于AB寄存器對中。除法指令中，被除數(shù)取自累加器A，除數(shù)取自寄存器B，結(jié)果商存放于累加器A，余數(shù)存放于寄存器B中。,4）程序狀態(tài)字(Program Status Word),CY 進(jìn)位/借位標(biāo)志；位累加器。 AC 輔助進(jìn)/借位標(biāo)志；用于十進(jìn)制調(diào)整。 F0 用戶定義標(biāo)志位；軟件置位/清零。 OV 溢出標(biāo)志； 硬件置位/清零。 P 奇偶標(biāo)志；A中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù) P = 1；否則 P = 0。,5）數(shù)據(jù)指針(DPTR),數(shù)據(jù)指針為16位寄存器，編程時(shí)，既可以按16位寄存器來使用，也可以按兩個(gè)8位寄存器來使用，即高位字節(jié)寄存器DPH和低位字節(jié)

12、DPL。,DPTR主要是用來保存16位地址，當(dāng)對64kB外部數(shù)據(jù)存儲器尋址時(shí)，可作為間址寄存器使用，此時(shí)，使用如下兩條指令： MOVXA,DPTR MOVXDPTR,A,在訪問程序存儲器時(shí)，DPTR可用來作基址寄存器，采用基址+變址尋址方式訪問程序存儲器，這條指令常用于讀取程序存儲器內(nèi)的表格數(shù)據(jù)。 MOVCA,A+DPTR,6）堆棧指針SP(Stack Pointer),指明棧頂元素的地址，8位，可軟件設(shè)置初值，復(fù)位時(shí)SP = 07H。,7）I/O口專用寄存器(P0、P1、P2、P3),I/O口寄存器P0、P1、P2和P3分別是MCS-51單片機(jī)的四組I/O口鎖存器。,8）定時(shí)/計(jì)數(shù)器(TL0

13、、TH0、TL1和TH1),MCS-51單片機(jī)中有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1，它們由四個(gè)8位寄存器組成的，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器卻是完全獨(dú)立的。我們可以單獨(dú)對這四個(gè)寄存器進(jìn)行尋址，但不能把T0和T1當(dāng)作16位寄存來使用。,9）定時(shí)/計(jì)數(shù)器方式選擇寄存器(TMOD),TMOD寄存器是一個(gè)專用寄存器，用于控制兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器的工作方式，TMOD可以用字節(jié)傳送指令設(shè)置其內(nèi)容，但不能位尋址 。,3.單片機(jī)如何運(yùn)行程序？,知道了單片機(jī)通過I/O口與外設(shè)打交道，也知道了單片機(jī)的程序與數(shù)據(jù)如何保存，到底單片機(jī)是如何運(yùn)行程序的？原來單片機(jī)和其他微機(jī)一樣，也擁有一個(gè)中央處理器（CPU）。,它通過單片機(jī)的內(nèi)

14、部總線，將單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部分：程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等聯(lián)系在一起 。,內(nèi)部總線有三種,數(shù)據(jù)總線：專門用來傳送數(shù)據(jù)信息 。,地址總線：專門用來傳送地址信息，選中各操作單元。,控制總線：專門用來傳送CPU各種控制命令，以便CPU統(tǒng)一指揮協(xié)調(diào)工作。完成程序所要執(zhí)行的各種功能。,CPU執(zhí)行程序一般包括兩個(gè)主要過程,第一，就是從程序存儲器中取出指令，指令的地址由PC指針提供。,第二，就是執(zhí)指過程，取出的指令代碼首先被送到CPU中控制器中的指令寄存器，再通過指令譯碼器譯碼變成各種電信號，從而實(shí)現(xiàn)指令的各種功能。,執(zhí)行,取指令,分析,4.怎樣

15、保證CPU工作 ？,現(xiàn)在我們知道了單片機(jī)怎樣取指、執(zhí)指，即怎樣運(yùn)行程序了。那么怎樣才能保證CPU有序的工作？這就必須提到單片機(jī)的兩個(gè)非常重要的外圍電路：單片機(jī)的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。,Pin19: 時(shí)鐘XTAL1腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。 Pin18: 時(shí)鐘XTAL2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。,時(shí)鐘電路如下,【振蕩周期】：單片機(jī)外接石英晶體振蕩器的周期。如外接石英晶體的頻率若為12MHz，這其振蕩周期就是1/12微秒。 【狀態(tài)周期】：單片機(jī)完成一個(gè)最基本的動作所需的時(shí)間周期。如掃描一次定時(shí)器T0引腳狀態(tài)所需要的時(shí)間。一個(gè)狀態(tài)周期2個(gè)振蕩周期。 【機(jī)器周期】：單片機(jī)完成一次完整的具有一定功能的動作

16、所需的時(shí)間周期。如一次完整的讀操作或?qū)懖僮鲗?yīng)的時(shí)間。一個(gè)機(jī)器周期6個(gè)狀態(tài)周期。 【指令周期】： 執(zhí)行完某條指令所需要的時(shí)間周期，一般需要14個(gè)機(jī)器周期，如MUL AB指令是四機(jī)器周期指令。一個(gè)指令周期14個(gè)機(jī)器周期。,單周期單字節(jié)指令時(shí)序,復(fù)位電路如下,單片機(jī)工作時(shí)，除了需要時(shí)鐘支持外，還必須有一個(gè)初始狀態(tài)，即單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，89S51的初始態(tài)如下表：,Pin9: RESET復(fù)位信號腳，當(dāng)89S51通電，時(shí)鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。,5.按鍵為何能打斷原來的工作？,在前面的任務(wù)中，我

17、們還看到一個(gè)現(xiàn)象，只要按一下S1鍵，發(fā)光管的閃動就停止5秒，這就相當(dāng)于打斷了原來既定的工作，等到5秒延時(shí)一到，又恢復(fù)原來的工作。這就象我們平時(shí)通常所說的“中斷”。單片機(jī)中也有中斷系統(tǒng)，它有5個(gè)中斷源，它們能打斷單片機(jī)原來的工作，直到中斷結(jié)束才能繼續(xù)原來的工作。我們將在單元五中詳細(xì)闡述。,6.發(fā)光二極管為何按一定頻率閃爍？,在前面的任務(wù)中，燈有規(guī)律的閃動和按鍵停5秒，都離不開時(shí)間。那么，這個(gè)時(shí)間我們在前面的程序中是怎樣得到的？原來，在89S51單片機(jī)中有兩個(gè)定時(shí)器T0、T1，我們在前面也已經(jīng)提到了，它在單片機(jī)中能夠?qū)崿F(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。詳細(xì)的用法，在單元五進(jìn)行講解。,7.單片機(jī)的其他資源,通過本次任務(wù)的分析，我們基本上知道MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)，它由CPU、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、并行輸入輸出口、