chp02單片機(jī)

1、第二章 MCS—51系列單片機(jī)芯片結(jié)構(gòu),2.1 MCS—51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)原理2.1.1 MCS-51單片機(jī)邏輯結(jié)構(gòu) MCS-51單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。,,圖2.1 MCS-51單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,128,由圖2.1可以看出，單片機(jī)內(nèi)部主要包含下列幾個(gè)部件：u       一個(gè)8位CPU；u  

2、0;    一個(gè)時(shí)鐘電路；u       4Kbyte程序存儲(chǔ)器；u       128byte數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；u       兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；u      

3、 64Kbyte擴(kuò)展總線(xiàn)控制電路；u       四個(gè)8-bit并行I/O端口；u       一個(gè)可編程串行接口；五個(gè)中斷源，其中包括兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷,,2.1.2 MCS－51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)MCS－51單片機(jī)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2所示。,,圖2.2 MCS－51單片機(jī)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,1

4、. CPU CPU即中央處理器的簡(jiǎn)稱(chēng)，是單片機(jī)的核心部件，它完成各種運(yùn)算和控制操作，CPU由運(yùn)算器和控制器兩部分電路組成。（1）運(yùn)算器電路 運(yùn)算器電路包括ALU（算術(shù)邏輯單元）、ACC（累加器）、B寄存器、狀態(tài)寄存器、暫存器1和暫存器2等部件，運(yùn)算器的功能是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。 （2）控制器電路 控制器電路包括程序計(jì)數(shù)器PC、PC加1寄存器、指令寄存器、指令譯碼器、數(shù)據(jù)指針DPTR、堆棧指針S

5、P、緩沖器以及定時(shí)與控制電路等?？刂齐娐吠瓿芍笓]控制工作，協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分正常工作。,(3).位處理器 單片機(jī)一般用做控制，需要有較強(qiáng)的位處理功能，也把它稱(chēng)為布爾處理器。位處理器以狀態(tài)寄存器中的進(jìn)位標(biāo)記為累加位，可進(jìn)行置位、復(fù)位、取反、等于“0”轉(zhuǎn)移、等于“1”轉(zhuǎn)移且清“0”以及C與可尋址位之間的傳送、邏輯與、邏輯或等位操作。俠處理操作也是通過(guò)運(yùn)算器實(shí)現(xiàn)的，但圖2.2中沒(méi)有具體畫(huà)出。 必須特別指出，雖然圖中沒(méi)有把位處理器

6、具體畫(huà)出，但位處理器是單片機(jī)的重要內(nèi)容，因?yàn)樗菃纹瑱C(jī)實(shí)現(xiàn)控制功能的保證。有關(guān)位處理器的問(wèn)題在第三章的“位處理指令”部分中還要介紹。,2. 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 MCS－51單片機(jī)片內(nèi)有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，即定時(shí)器0和定時(shí)器1。它們可以用于定時(shí)控制、延時(shí)以及對(duì)外部事件的計(jì)數(shù)和檢測(cè)等。3. 存儲(chǔ)器 MCS－51系列單片機(jī)的存儲(chǔ)器包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器，其主要特點(diǎn)是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址空間是相互

7、獨(dú)立的，物理結(jié)構(gòu)也不相同。4. 并行I/O口 MCS－51單片機(jī)共有4個(gè)8位的I/O口（P0、P1、P2和P3），每一條I/O線(xiàn)都能獨(dú)立地用作輸入或輸出。P0口為三態(tài)雙向口，能帶8個(gè)TTL門(mén)電路，P1、P2和P3口為準(zhǔn)雙向口，負(fù)載能力為4個(gè)TTL門(mén)電路。,5. 串行口 MCS－51單片機(jī)具有一個(gè)采用通用異步工作方式的全雙工串行通信接口，可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。6. 中斷控制系統(tǒng) 805

8、1共有5個(gè)中斷源，即外中斷2個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷2個(gè)，串行中斷1個(gè)。7. 時(shí)鐘電路 MCS－51芯片內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但晶體振蕩器和微調(diào)電容必須外接。時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，振蕩器的頻率范圍為1.2MHz～12MHz，典型取值為6MHz。8. 總線(xiàn) 以上所有組成部分都是通過(guò)總線(xiàn)連接起來(lái)，從而構(gòu)成一個(gè)完整的單片機(jī)。系統(tǒng)的地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)都是通過(guò)總線(xiàn)傳送的，總線(xiàn)結(jié)構(gòu)減少了單片機(jī)的連線(xiàn)和引腳，提高

9、了集成度和可靠性。,,2.1.3 引腳信號(hào) 圖2.3為MCS－51系列單片機(jī)引腳圖及邏輯符號(hào)，它們?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的40腳DIP封裝。,,圖2.3 MCS－51系列單片機(jī)引腳圖及邏輯符號(hào),電源引腳Vcc和Vss Vcc：電源端，接＋5V。 Vss：接地端。 時(shí)鐘電路引腳XTAL1和XTAL2 XTAL1：接外部晶振和微調(diào)電容的一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入，若使用外部

10、TTL時(shí)鐘時(shí)，該引腳必須接地。 XTAL2：接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出，若使用外部TTL時(shí)鐘時(shí)，該引腳為外部時(shí)鐘的輸入端。 地址鎖存允許ALE 系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制地址鎖存器鎖存P0口輸出的低8位地址，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與低位地址的復(fù)用。,,,,外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) 是讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)，低電平有效。 程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端

11、 /VPP 當(dāng)為高電平時(shí)，CPU執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器指令，但當(dāng)PC中的值超過(guò)0FFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器指令。當(dāng)為低電平時(shí)，CPU只執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器指令。 復(fù)位信號(hào)RST 該信號(hào)高電平有效，在輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平后，就可以完成復(fù)位操作。,,,,1.   輸入/輸出口引腳P0、P1、P2和P3 P0口（P0.0～P0.7）：該端口為漏極開(kāi)

12、路的8位準(zhǔn)雙向口，負(fù)載能力位8高LSTTL負(fù)載，它為8位地址線(xiàn)和8位數(shù)據(jù)線(xiàn)的復(fù)用端口。 P1口（P1.0～P1.7）：它是一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，P1口的驅(qū)動(dòng)能力為4個(gè)LSTTL負(fù)載。 P2口（P2.0～P2.7）：它為一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，P2口的驅(qū)動(dòng)能力也為4個(gè)LSTTL負(fù)載。在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，它作存儲(chǔ)器的高8位地址線(xiàn)。 P3口（P3.0～P3.7

13、）：P3口同樣是內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，P3口除了作為一般的I/O口使用之外，其還具有特殊功能。,,,2.2 MCS—51單片機(jī)的存儲(chǔ)器 MCS－51的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。在本節(jié)中我們將對(duì)單片機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器分別作一介紹。,,圖2.4 MCS－51的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu),,2.2.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,1. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128單元1.寄存器區(qū) 內(nèi)部RAM

14、的前32個(gè)單元是可作為寄存器使用的，共分為4組，每組有8個(gè)寄存器，組號(hào)依次為0、1、2、3。每個(gè)寄存器都是8位，在組中按R0 ~ R7編號(hào)。寄存器常用于存放操作數(shù)及中間結(jié)果等，由于功能使用作預(yù)規(guī)定，因此稱(chēng)之為通用寄存器，有時(shí)也叫工作寄存器。4組通用寄存器占據(jù)內(nèi)部RAM的00H~1FH單元地址。在任一時(shí)刻，CPU只能使用其中的一組寄存器，并且把正在使用的那組寄存器稱(chēng)之為當(dāng)前寄存器組。到底是那一組，由程序狀態(tài)字寄存器PSW中RS1、、RS0

15、位的狀態(tài)組合來(lái)決定。 通用寄存器為CPU提供了數(shù)據(jù)就近存取的便利，有利于提高單片機(jī)的處理速度。因此在MCS－51中使用通用寄存器的指令特別多，又多為單字節(jié)的指令，執(zhí)行速度最快。,為什么速度快，存儲(chǔ)代碼率高呢？,,2.位尋址區(qū) 內(nèi)部RAM的20H~2FH單元，既可作為一般RAM單元使用，進(jìn)行字節(jié)操作，也可以對(duì)單元中的每一位進(jìn)行位操作，因此把該區(qū)稱(chēng)之為位尋址區(qū)。位尋址區(qū)共有16個(gè)RAM單元，總計(jì)128位，位地址為此0H~7F

16、H，位尋址區(qū)是為位操作而準(zhǔn)備的，是MCS－51位處理器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，其中的所有位均可以直接尋址。表2－2為位尋址區(qū)的位地址表。其中：MSB——Most Significant Bit(最高有效位) LSB——Least Significant Bit(最低有效位) 通常在使用中，“位”有兩種表示方式。一種是以位地址的形式（如表2-2所示），例如俠尋址區(qū)的最后一個(gè)位是7FH；另一種是以存儲(chǔ)單元

17、地址加位的形式表示，例如同樣的最后位表示為2FH.7。,在內(nèi)部RAM低128單元中，通用寄存器占去32個(gè)單元，位尋址區(qū)占去16個(gè)單元，剩余80個(gè)單元，這就是供用戶(hù)使用的一般RAM區(qū)，其單元地址為30H~7FH。對(duì)于用戶(hù)RAM區(qū)，只能以存儲(chǔ)器的形式來(lái)使用，其他沒(méi)有任何規(guī)定或限制。但應(yīng)當(dāng)提及，在一般應(yīng)用中常把堆棧開(kāi)辟在此區(qū)中。,再次強(qiáng)調(diào)低128個(gè)字節(jié)都可以用做一般用戶(hù)RAM，只是在低32字節(jié)上又加上寄存器區(qū)和在20H—2FH再加上位尋址區(qū)

18、。,3.用戶(hù)RAM區(qū),2.   內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器高128單元 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的高128個(gè)單元是為專(zhuān)用寄存器提供的，因此該區(qū)也稱(chēng)作特殊功能寄存器區(qū)（SFR），它們主要用于存放控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)。除去程序計(jì)數(shù)器PC外，還有21個(gè)特殊功能寄存器，其地址空間為80H～FFH。這21個(gè)寄存器中有11個(gè)特殊功能寄存器具有位尋址能力，它們的字節(jié)地址剛好能被8整除。下面將對(duì)部分專(zhuān)用寄存器作簡(jiǎn)要介紹。,累加器ACC

19、 累加器為8位寄存器，是程序中最常用的專(zhuān)用寄存器，在指令系統(tǒng)中累加器的助記符為A。大部分單操作數(shù)指令的操作取自累加器，很多雙操作數(shù)指令的一個(gè)操作數(shù)也取自累加器。加、減乘和除等算術(shù)運(yùn)算指令的運(yùn)算結(jié)果都存放在累加器A或AB寄存器中，在變址尋址方式中累加器被作為變址寄存器使用。在MCS－51中由于只有一個(gè)累加器，而單片機(jī)中的大部分?jǐn)?shù)據(jù)操作都是通過(guò)累加器進(jìn)行的，故累加器的使用是十分頻繁的。,※程序計(jì)數(shù)器（PC——Program Counte

20、r） PC是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器。其內(nèi)容為將要執(zhí)行的指令地址，尋址范圍達(dá)64KB。PC有自動(dòng)加1的功能，以實(shí)現(xiàn)程序的順序執(zhí)行。PC沒(méi)有地址，是不可尋址的，因此用戶(hù)無(wú)法對(duì)它進(jìn)行讀寫(xiě)。但在執(zhí)行轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令時(shí)能自動(dòng)改變其內(nèi)容，以改變程序的執(zhí)行順序。,B寄存器 B寄存器為8位寄存器，主要用于乘除指令中。乘法指令的兩個(gè)操作數(shù)分別取自累加器A和寄存器B，其中B為乘數(shù)，乘法結(jié)果的高8位存放于寄存器B中。除法指令中，被除數(shù)取自

21、A，除數(shù)取自B，除法的結(jié)果商數(shù)存放于A，余數(shù)存放于B中。在其它指令中，B寄存器也可作為一般的數(shù)據(jù)單元來(lái)使用。 程序狀態(tài)字PSW 程序狀態(tài)字是一個(gè)8位寄存器，它包含程序的狀態(tài)信息。在狀態(tài)字中，有些位狀態(tài)是根據(jù)指令執(zhí)行結(jié)果，由硬件自動(dòng)完成設(shè)置的，而有些狀態(tài)位則必須通過(guò)軟件方法設(shè)定。PSW中的每個(gè)狀態(tài)位都可由軟件讀出，PSW的各位定義如表2.1。,,表2.1 PSW的各狀態(tài)位定義,(1)CY：進(jìn)位標(biāo)志位 在執(zhí)行某些算術(shù)和邏輯

22、指令時(shí)，可以被硬件或軟件置位或清零。在算術(shù)運(yùn)算中它可作為進(jìn)位標(biāo)志，在位運(yùn)算中，它作累加器使用，在位傳送、位與和位或等位操作中，都要使用進(jìn)位標(biāo)志位。(2) AC：輔助進(jìn)位標(biāo)志 進(jìn)行加法或減法操作時(shí)，當(dāng)發(fā)生低四位向高四位進(jìn)位或借位時(shí)，AC由硬件置位，否則AC位被置“0”。在進(jìn)行十進(jìn)制調(diào)整指令時(shí)，將借助AC狀態(tài)進(jìn)行判斷。,(3)用戶(hù)標(biāo)志位 該位為用戶(hù)定義的狀態(tài)標(biāo)記，用戶(hù)根據(jù)需要用軟件對(duì)其置位或清零，也可以用軟件測(cè)試F

23、0來(lái)控制程序的跳轉(zhuǎn)。(4)RS1和RS0：寄存器區(qū)選擇控制位 該兩位通過(guò)軟件置“0”或“1”來(lái)選擇當(dāng)前工作寄存器區(qū)。(5)OV：溢出標(biāo)志位 當(dāng)執(zhí)行算術(shù)指令時(shí)，由硬件置位或清零來(lái)指示溢出狀態(tài)。在帶符號(hào)的加減運(yùn)算中，OV＝1表示加減運(yùn)算結(jié)果超出了累加器A所能表示的符號(hào)數(shù)有效范圍（－128～＋127），即運(yùn)算結(jié)果是錯(cuò)誤的，反之，OV＝0表示運(yùn)算正確，即無(wú)溢出產(chǎn)生。 無(wú)符號(hào)數(shù)乘法指令MUL的執(zhí)行結(jié)

24、果也會(huì)影響溢出標(biāo)志，若置于累加器A和寄存器B的兩個(gè)數(shù)的乘積超過(guò)了255，則OV＝1，反之OV＝0。由于乘積的高8位存放于B中，低8位存放于A中，OV＝0則意味著只要從A中取得乘積即可，否則要從BA寄存器對(duì)中取得乘積結(jié)果。,在除法運(yùn)算中，DIV指令也會(huì)影響溢出標(biāo)志，當(dāng)除數(shù)為0時(shí)，OV＝1，否則OV＝0。(6) P：奇偶標(biāo)志位 每個(gè)指令周期由硬件來(lái)置位或清零用以表示累加器A中1的個(gè)數(shù)的奇偶性，若累加器中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)則P＝1

25、，否則P＝0。※     數(shù)據(jù)指針DPTR 數(shù)據(jù)指針DPTR為一個(gè)16位的專(zhuān)用寄存器，其高位用DPH表示，其低位用DPL表示，它即既可以作為一個(gè)16位的寄存器來(lái)使用，也可作為兩個(gè)8位的的寄存器DPH和DPL使用。DPTR在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)既可用來(lái)存放16位地址，也可作地址指針使用。如MOVX @DPTR，A。,2.專(zhuān)用寄存器的字節(jié)尋址 如上所述，MCS－51的22個(gè)專(zhuān)用寄存

26、器中，有21個(gè)是可尋址的。這些可尋址寄存器的名稱(chēng)、符號(hào)及地址列于表2－3中。 對(duì)專(zhuān)用寄存器的字節(jié)尋址問(wèn)題作如下幾點(diǎn)說(shuō)明： ·21個(gè)可尋址的專(zhuān)用寄存器是不連續(xù)地分散在內(nèi)部RAM高128單元之中。盡管還剩余許多空閑單元，但用戶(hù)并不能使用。如果訪(fǎng)問(wèn)了這些沒(méi)有定義的單元，讀出的為不定數(shù)，而寫(xiě)入的數(shù)被舍棄。 ·在22個(gè)專(zhuān)用寄存器中，唯一一個(gè)不可尋址的專(zhuān)用寄存器就是程序計(jì)數(shù)器（PC）。PC在物理上是獨(dú)立的，不占據(jù)R

27、AM單元，因此是不可尋址的寄存器。 ·對(duì)專(zhuān)用寄存器只能使用直接尋址方式，在指令中既可使用寄存器符號(hào)表示，也可使用寄存器地址表示。,3.專(zhuān)用寄存器的位尋址 在21個(gè)可尋址的專(zhuān)用寄存器中，有11個(gè)寄存器是可尋址的，即表2－3中在寄器符號(hào)前打星號(hào)的寄存器。 80C51專(zhuān)用寄存器中可尋址位共有83個(gè)，其中許多位還有其專(zhuān)用名稱(chēng)，尋址時(shí)既可使用位地址，也可使用位名稱(chēng)。專(zhuān)用寄存器的可尋址位加工位尋址區(qū)的128個(gè)運(yùn)用位，構(gòu)成了MC

28、S－51位處理器的整個(gè)數(shù)據(jù)位存儲(chǔ)空間。下面再把各專(zhuān)用寄存器的位地址／位名稱(chēng)列于表2－4中。,2.2.3 MCS－51的堆棧操作,堆棧是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所謂堆棧就是只允許在其一端進(jìn)行數(shù)據(jù)插入和數(shù)據(jù)刪除操作的線(xiàn)性表。數(shù)據(jù)寫(xiě)入堆棧稱(chēng)為插入運(yùn)算（PUSH），也叫入棧。數(shù)據(jù)從堆棧中讀出稱(chēng)之為刪除運(yùn)算（POP），也叫出棧。堆棧的大特點(diǎn)就是“后進(jìn)先出”的數(shù)據(jù)操作規(guī)則，常把后進(jìn)先出寫(xiě)為L(zhǎng)IFO（Last-In First-Out），這里所說(shuō)的進(jìn)與出就是數(shù)

29、據(jù)的入棧和出棧。即先入棧的數(shù)據(jù)由于存放的棧的底部，因此后出棧；而后入棧的數(shù)據(jù)存放在棧的頂部，因此先出棧。這跟往彈倉(cāng)壓入子彈和從彈倉(cāng)中彈出子彈的情形非常類(lèi)似。,1.堆棧的功用堆棧主要是為子程序調(diào)用和中斷操作而設(shè)立。其具體功能有兩：保護(hù)斷點(diǎn)和保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)。因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)中無(wú)論是執(zhí)行子程序調(diào)用操作還是執(zhí)行中斷操作，最終都要返主程序。因此在計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)去執(zhí)行子程序或中斷服務(wù)之前，必須考慮其返回問(wèn)題。為此應(yīng)預(yù)先把主程序的斷點(diǎn)保護(hù)起來(lái)，為程序的正確返回作準(zhǔn)

30、備。計(jì)算機(jī)在轉(zhuǎn)去執(zhí)行子程序或中斷服務(wù)程序以后，很可能要使用單片機(jī)中的一些寄存單元，這樣就會(huì)破壞這些寄存單元中的原有內(nèi)容。為了既能在子程序或中斷服務(wù)程序中使用這些寄存單元，又能保證在返回主程序之,后恢復(fù)這些寄存單元的原有內(nèi)容。所以在轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序之前要把單片機(jī)中各有關(guān)寄存單元的內(nèi)容保存起來(lái)，這就是所謂現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)。,那么把斷點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)容保存在哪兒呢？保存在堆棧中?？梢?jiàn)堆棧主要是為中斷服務(wù)操作和子程序調(diào)用而設(shè)立的。為了使計(jì)算機(jī)能進(jìn)行多級(jí)中斷嵌

31、套及多重子程序嵌套，所以要求堆棧具有足夠的容量（或者說(shuō)足夠的堆棧深度）。此外，堆棧也可用于數(shù)據(jù)的臨時(shí)存放，在程序設(shè)計(jì)中時(shí)常用到,2.堆棧的開(kāi)辟 鑒于單片機(jī)的單片特點(diǎn)，堆棧只能開(kāi)辟在芯片的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，即所謂的內(nèi)堆棧形式。MCS－51當(dāng)然也不例外。內(nèi)堆棧的主要優(yōu)點(diǎn)是操作速度快，但堆棧容量有限。,3.堆棧指示器如前所述，堆棧共有兩種操作：進(jìn)棧和出棧。但不論是數(shù)據(jù)進(jìn)棧還是數(shù)據(jù)出棧，都是對(duì)堆棧的棧頂單元進(jìn)行的，即對(duì)棧頂單元的和讀

32、操作。為了指示棧頂?shù)刂?，所以要設(shè)置堆棧指示器SP（Stack Pointer），SP的內(nèi)容就是堆棧棧頂?shù)拇鎯?chǔ)單元地址。MCS－51單片機(jī)由于堆棧設(shè)在內(nèi)部RAM中，因此SP是一個(gè)8位寄存器，實(shí)際上SP就是專(zhuān)用寄存器的一員。系統(tǒng)復(fù)位后，SP的內(nèi)容為07H，便由于堆棧最好在內(nèi)部RAM的30H~7FH單元中開(kāi)辟，所以在程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意把SP值初始化為30H以上，以免占用寶貴的寄存器區(qū)和位尋址區(qū)。SP的內(nèi)容一經(jīng)確定，堆棧的位置也就跟著確定下來(lái)，

33、由于SP可初始化為不同值，因此堆棧位置是浮動(dòng)的。,4.堆棧類(lèi)型堆?？捎袃煞N類(lèi)型：向上生長(zhǎng)型和向下生長(zhǎng)型，如圖2.5所示。向上生長(zhǎng)型堆棧，棧底在低地址單元。隨著數(shù)據(jù)進(jìn)棧，地址遞增，SP的內(nèi)容越來(lái)越大，指針上移；反之，隨著數(shù)據(jù)的出棧，地址遞減，SP的內(nèi)容越來(lái)越小，指針下移。MCS－51屬向上生長(zhǎng)型堆棧，這種堆棧操作規(guī)則如下：進(jìn)棧操作：先SP加1，后寫(xiě)入數(shù)據(jù)出棧操作：先讀出數(shù)據(jù)，后SP減1向下生長(zhǎng)型堆棧，棧底設(shè)在高地址單元。隨著數(shù)

34、據(jù)進(jìn)棧。地址遞減，SP內(nèi)容越來(lái)越小，指針下移；反之，隨著數(shù)據(jù)的出棧，地址遞增，SP內(nèi)容越來(lái)越大，指針上移。其堆棧操作規(guī)則與向上生長(zhǎng)型正好相反。,2.2.4 程序存儲(chǔ)器 在MCS－51系列中，程序存儲(chǔ)器被用來(lái)存放程序、常數(shù)或表格等。在8051中，其片內(nèi)有4K字節(jié)的ROM存儲(chǔ)單元，地址為0000H～0FFFH。8751有4K字節(jié)的EPROM，而8052和8752則有8K字節(jié)的片內(nèi)存儲(chǔ)器。8031和8032無(wú)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，所以片內(nèi)

35、程序存儲(chǔ)器的有無(wú)是區(qū)分芯片的主要標(biāo)志。 在程序存儲(chǔ)器中，以下6個(gè)單元具有特殊含義：,5.堆棧使用方法堆棧抽使用有兩種方法。一種是自動(dòng)方式，即在調(diào)用子程序或中斷時(shí)，返回地址（斷點(diǎn)）自動(dòng)進(jìn)棧。程序返回時(shí)，斷點(diǎn)再自動(dòng)彈回PC。這種堆棧操作無(wú)需用戶(hù)干預(yù)，因此稱(chēng)為自動(dòng)方式。另一種是指令方式，即使用專(zhuān)用的堆棧操作指令，進(jìn)行進(jìn)出棧操作。其進(jìn)棧指令為PUSH，出棧指令為POP，例如現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)就是指令方式的進(jìn)棧操作；而現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)則是指令方式的

36、出棧操作。,0000H：?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位后，PC＝0000H，程序從0000H開(kāi)始執(zhí)行指令。 0003H：外部中斷0入口地址。 000BH：定時(shí)器0中斷入口地址。 0013H：外部中斷1入口地址。 001BH：定時(shí)器1中斷入口地址。 0023H：串行口中斷入口地址。 在系統(tǒng)中斷相應(yīng)之后，將自動(dòng)轉(zhuǎn)各中斷入口地址處執(zhí)行程序，而中斷服務(wù)程序一般無(wú)法存放于幾個(gè)單元之內(nèi)，因此在中斷入口地址處

37、往往存放一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令進(jìn)行跳轉(zhuǎn)，以便執(zhí)行中斷服務(wù)程序。,,2.3MCS－51單片機(jī)輸入/輸出（I/O）口2.3.1 P0口 圖2.6給出了P0口的邏輯結(jié)構(gòu)，它由一個(gè)鎖存器、兩個(gè)三態(tài)輸入緩沖器、一個(gè)多路復(fù)用開(kāi)關(guān)以及控制電路和驅(qū)動(dòng)電路等組成。,,,圖2.6 P0口的邏輯結(jié)構(gòu),P0口可以作為輸入輸出口，在實(shí)際應(yīng)用中它通常作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線(xiàn)。在訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，P0口為真正的雙向口。 2.3.2 P1口

38、 P1口是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，通常作為I/O口使用，其位結(jié)構(gòu)圖如圖2.7。由于在其輸出端接有上拉電阻，故可以直接輸出而無(wú)需外接上拉電阻。,圖2.7 位結(jié)構(gòu)圖,,2.3.3 P2口 P2口位結(jié)構(gòu)圖如圖2.8。P2通用為一個(gè)準(zhǔn)雙向口，其位結(jié)構(gòu)與P0口相似。對(duì)于8031單片機(jī)來(lái)說(shuō)，P2口通常用作地址信號(hào)輸出。,,圖2.8 P2口位結(jié)構(gòu)圖,P2.x,2.3.4 P3口 P3口的位結(jié)構(gòu)

39、圖如圖2.9。P3口為雙功能口，當(dāng)P3口作為通用I/O口使用時(shí)，它為準(zhǔn)雙向口，且每位都可定義為輸入或輸出口，其工作原理同P1口類(lèi)似。,,圖2.9 P3口的位結(jié)構(gòu)圖,P3.x,,P3口還具有第二功能，其引腳描述如表2-5。表2-5 P3口特殊功能,,,,,,,2.4 單片機(jī)的工作方式2.4.1 復(fù)位及復(fù)位電路 在MCS－51中，最常見(jiàn)的復(fù)位電路為圖2.10所示的上電復(fù)位電路，它能有效的實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位和手動(dòng)

40、復(fù)位。RST引腳是復(fù)位信號(hào)輸入端，復(fù)位信號(hào)為高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期以上才能完成復(fù)位操作，若使用6MHz晶振，則需持續(xù)4μS以上才能完成復(fù)位操作。圖2.10中，在通電瞬間，由于RC的充電過(guò)程，在 RST端出現(xiàn)一定寬度的正脈沖，只要該正脈沖保持10ms以上，就能使單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，在6MHz時(shí)鐘時(shí)，通常CR取22μF，R1取200Ω，R2取1KΩ，這時(shí)能可靠的上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。,,,,CPU在第二個(gè)機(jī)器周期內(nèi)執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位

41、操作，以后每個(gè)機(jī)器周期重復(fù)一次，直至RST端電平變低。在單片機(jī)復(fù)位期間，AlE和 信號(hào)都不產(chǎn)生。復(fù)位操作將對(duì)部分專(zhuān)用寄存器產(chǎn)生影響 。,圖2.10 上電復(fù)位電路,,2.4.2 時(shí)鐘電路和時(shí)序1. 時(shí)鐘電路 根據(jù)硬件電路的不同，單片機(jī)的時(shí)鐘連接方式可分為內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式，如圖2.11所示。,,（a）內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 （b）外接時(shí)鐘電路

42、 圖2.11 時(shí)鐘電路,2. 指令時(shí)序（1）振蕩周期 振蕩周期指為單片機(jī)提供定時(shí)信號(hào)的振蕩源的周期或外部輸入時(shí)鐘的周期。（2）時(shí)鐘周期 時(shí)鐘周期又稱(chēng)作狀態(tài)周期或狀態(tài)時(shí)間S，它是振蕩周期的兩倍，它分為P1節(jié)拍和P2節(jié)拍，通常在P1節(jié)拍完成算術(shù)邏輯操作，在P2節(jié)拍完成內(nèi)部寄存器之間的傳送操作。（3）機(jī)器周期 一個(gè)機(jī)器周期由6個(gè)狀態(tài)組成，如果把一條指令的

43、執(zhí)行過(guò)程分作幾個(gè)基本操作，則將完成一個(gè)基本操作所需的時(shí)間稱(chēng)作機(jī)器周期。單片機(jī)的單周期指令執(zhí)行時(shí)間就為一個(gè)機(jī)器周期。,,（4）指令周期 指令周期即執(zhí)行一條指令所占用的全部時(shí)間，通常為1～4個(gè)機(jī)器周期。在圖2.12中給出了MCS－51單片機(jī)的典型取指、執(zhí)行時(shí)序。,,圖2.12 MCS－51單片機(jī)取指、執(zhí)行時(shí)序,2.4.3 單片機(jī)的低功耗方式 對(duì)于MCS－51系列機(jī)型來(lái)說(shuō)，它們有待機(jī)方式和掉電保護(hù)方式兩種

44、低功耗方式。通過(guò)設(shè)置電源控制寄存器PCON的相關(guān)位可以確定當(dāng)前的低功耗方式。PCON寄存器格式如下：,其中SMOD：波特率倍增位 GF0，GF1：通用標(biāo)志位 PD：掉電方式位，PD＝1為掉電方式 IDL：待機(jī)方式位，IDL＝1為待機(jī)方式,,1.       待機(jī)方式 將PCON寄