外文翻譯-- mcs-51硬件系列簡介

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯</p><p>　　系　　部： 電子電氣工程系 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程系 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號：

2、 </p><p>　　外文出處： The 8051 Microcontroller </p><p>　　附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。</p><p>　　附件1：外文資料翻譯譯文</p><p><b>　　硬件結(jié)構(gòu)&

3、lt;/b></p><p>　　2.1 MCS-51系列簡介</p><p>　　MCS-51系列微控制器芯片是由英特爾公司發(fā)展、生產(chǎn)并且推向市場的。其他的芯片生產(chǎn)廠商，諸如西門子、AMD、 富士、飛利浦也獲得了MCS-51系列微控制器的許可證。在MCS-51系列中，每種型號的微控制器都有著其各自獨特的功能，以便與種特殊的裝置能夠相匹配。</p><p>

4、　　在這一章節(jié)中，我們將介紹MCS-51系列的硬件結(jié)構(gòu)。從附錄E中可以找到英特爾的入口標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)表單(例如：8051)。這個附錄只是為更進(jìn)一步的研究作參考。例如像在電類模具設(shè)備上。</p><p>　　硬件的許多特性都附一短的指令加以闡明，每條指令也都給出了簡短的解釋，指令設(shè)置的完整內(nèi)容將會在在第三章中會看到。在附錄A中可以看到8051指令的集合，或是從附錄 C中查到8051每條指令的定義。</p>

5、<p>　　8051是MCS-51系列中最常見的一種芯片，也是此系列中最先面世的型號。它的特性總結(jié)如下：</p><p>　　□4KB ROM（工廠掩膜預(yù)編程）</p><p><b>　　□128B RAM</b></p><p>　　□4個8位輸入\輸出口</p><p>　　□2個16位的定時器</

6、p><p><b>　　□1個串行接口</b></p><p>　　□64K外部編碼存儲器(ROM)</p><p>　　□64K外部數(shù)據(jù)存儲器(RAM)</p><p>　　□布爾處理機(jī)（進(jìn)行位處理）</p><p>　　□210個位尋址空間</p><p><b>

7、;　　□4μs乘/除法</b></p><p>　　MCS-51系列的其他型號提供了不同容量的片上ROM或EPROM，或者不同容量的片上PAM，或者是擁有第三個定時器。每種型號還提供了低功耗的CMOS版本(見表2-1)。</p><p>　　8051在本書中泛指MCS-51系列的所有型號，如果具體討論某種型號的增強(qiáng)功能，會用其型號說明的。 上面所提到的各種特征都包含在圖2-1的

8、8051的結(jié)構(gòu)框圖中（也可參見附錄D）。</p><p>　　2.2 8051的引腳</p><p>　　這一節(jié)從外部引腳來介紹8051硬件結(jié)構(gòu)(見圖2-2)。各引腳功能簡述如下：</p><p>　　如圖2-2所示，8051的40個引腳，其中有32個是作為I/O口線使用，在這32條I/O口線中，有24個是具有兩種用途(8032/8052有26個)，它們既可作為I

9、/O口線使用，或是作為控制線又或是作為地址或數(shù)據(jù)總線的一部分使用。</p><p>　　設(shè)計最小外存儲器或是其他外部組件設(shè)計中，這些口時作為通用I/O來使用。每個端口的8根線在類似打印機(jī)、A\D轉(zhuǎn)換等設(shè)備的連接中，可以作為一個整體使用，又或是像開關(guān)、LED、晶體管、電磁鐵、電動機(jī)、擴(kuò)音器等單個“位”控制的設(shè)備連接中，每根線又可以獨立使用。</p><p><b>　　P0口<

10、;/b></p><p>　　8051芯片的32～39腳為P0口，作為雙用途I/O口。在組件設(shè)備最小化設(shè)計中，它作為通用I/O口使用。在接有片外存儲器的較大設(shè)備中，它又可以復(fù)用為地址總線和數(shù)據(jù)總線(見2.6節(jié)“外存儲器”)。</p><p><b>　　P1口</b></p><p>　　1～8腳為P1口，專用于I/O。這些引腳設(shè)計為P1

11、.0、P1.1、 P1.2等，當(dāng)外部設(shè)備發(fā)送請求時作為接口使用。對P1口來說，無其他功能，因此它們單獨用于與外部設(shè)備連接的接口。但8032/0852芯片例外，P1.0和 P1.1即可用作I/O口線也可用作第3個定時器的外部輸入端。</p><p><b>　　P2口</b></p><p>　　P2口(21～28腳)可作為雙用途I/O口使用。在接有片外存儲器或擴(kuò)展I/

12、O口或是尋址范圍超過256字節(jié)時，P2口用作高8位地址總線(見2.6節(jié)“外存儲器”)。</p><p><b>　　P3口</b></p><p>　　P3口(10～17腳)作為雙用途I/O口使用。8051中，這些引腳具有多功能，除作為通用I/O外，每一位還可以將用于第二個特殊功能。P3口和P1口引腳第二個功能總結(jié)如表2-2。</p><p>

13、　　PSEN (程序存儲使能信號)</p><p>　　8051有4個專用總線控制信號。程序存儲使能信號 (PSEN) 是通過引腳29輸出的信號，它是選通外部程序（代碼）存儲器的控制信號。它通常連接到EPROM的允許輸出(OE)引腳以便讀取其中的程序。</p><p>　　在讀取指令階段，PSEN為低電平。程序的二進(jìn)制代碼（操作碼）通過數(shù)據(jù)總線被讀取，并且鎖存到8051指令寄存器等待譯碼。

14、在執(zhí)行內(nèi)部ROM（8051/8052）中的指令時，PSEN信號無效（高電平）。</p><p>　　ALE (地址鎖存使能信號)</p><p>　　ALE信號通過引腳30輸出，對于使用過Intel8085、8088或是8086微處理器的人來說應(yīng)該非常熟悉。8051同樣使用ALE信號分離復(fù)用的地址總線和數(shù)據(jù)總線。當(dāng)P0口作為數(shù)據(jù)總線和地址總線的低字節(jié)使用時，在存儲器存取周期的前半周期，AL

15、E信號將總線上的地址存入外部寄存器，接著，當(dāng)數(shù)據(jù)改變時，在存取的后半周期P0口用于輸入或輸出數(shù)據(jù)(見2.6節(jié)“外存儲器”）。</p><p>　　ALE信號脈沖頻率是1/6個片上振蕩器工作頻率，可以作為系統(tǒng)其它部分的通用時鐘。如果8051的晶振周期為12MHz，那么，ALE信號的頻率為2MHz。唯一的例外是在執(zhí)行MOVX指令時，會有一個ALE脈沖錯過（見圖2-10）。在EPROM版本的8051上，這個引腳還可用來

16、輸入編程脈沖。</p><p>　　EA (外部訪問信號)</p><p>　　EA信號通過引腳31輸入，通常接高電平（+5V）或是低電平（接地）。若是高電平，當(dāng)訪問的指令位于存儲器中低地址的4K/8K內(nèi)，8051/8052執(zhí)行內(nèi)部存儲器中的程序；若是低電平，僅執(zhí)行外部存儲器中的程序（同時PSEN應(yīng)為低電平）。在8031/8032芯片上，EA必須為低電平，因為它們沒有片上程序存儲器。如果8

17、051/8052的EA為低電平，那么內(nèi)部ROM不可用，執(zhí)行的程序來自外部EPROM。在EPROM版本的8051上，EA接在+21V供給電壓上，用于內(nèi)部EPROM編程。</p><p>　　RST (復(fù)位信號)</p><p>　　RST信號通引腳9輸入，它是8051的主復(fù)位信號。RST信號至少被置2個機(jī)器周期的高電平，那么內(nèi)部寄存器就是被置為一個合適的數(shù)值，以便系統(tǒng)順序啟動（見2.8節(jié)“復(fù)

18、位” ）。</p><p><b>　　片上振蕩器輸入</b></p><p>　　如圖2-2所示，8051包含一個片上振蕩器，驅(qū)動它的典型方法是在引腳18和引腳19之間用一個晶振連接，正如所示的，還有穩(wěn)定電容。MCS-51系列的大多數(shù)芯片正常的晶振頻率為12MHz，80C31BH-1晶振頻率高達(dá)16MHz才能工作。片上振蕩器不一定需要晶振來驅(qū)動。如圖2-3所示，TT

19、L時鐘信號源可以通過XTAL1和XTAL2與8051連接。</p><p><b>　　電源接口</b></p><p>　　8051的工作電壓為+5V。VCC接在引腳40上，VSS（地）接在引腳20上。</p><p>　　2.3 I/O端口結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2-4簡要描述了端口引腳的內(nèi)部電路。往一個端口引

20、腳寫入數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)會被送入端口鎖存器中，鎖存器驅(qū)動一個場效應(yīng)管與端口引腳連接。端口1、2、3可以驅(qū)動4個低功耗的肖特基TTL負(fù)載，P0口可以驅(qū)動8個LS TTL負(fù)載（見附錄E的詳細(xì)介紹）。注意，P0口沒有上拉電阻（但作為外部地址總線/數(shù)據(jù)總線時除外）。根據(jù)所驅(qū)動的設(shè)備的輸入特性來看，也許會需要外角上拉電阻。</p><p>　　8051具有“讀取鎖存器”和“讀取引腳”這兩種功能。如果負(fù)載很大時（例如，驅(qū)動晶體管的

21、基極），“讀取—修改—寫入”一類的指令（如CPL P1.5）從鎖存器中讀取數(shù)據(jù)以免錯誤地判斷引腳電平。輸入一個端口位的指令（如MOV C,P1.5）讀取的是引腳上的數(shù)據(jù)。在這種情況下，鎖存器內(nèi)容必須為1，否則輸出場效應(yīng)管導(dǎo)通，會拉低輸出電平。系統(tǒng)復(fù)位重置鎖存器后，沒有準(zhǔn)確設(shè)置端口鎖存器也可以使用端口引腳作為輸入。但是，如果端口鎖存器沒有被清除（如CLR P1.5），就不能把該端口作為輸入使用，除非先把對應(yīng)的鎖存器進(jìn)行設(shè)置（如SETB

22、P1.5）。</p><p>　　圖2-4沒有顯示P0口、P2口和P3口第二功能的電路。當(dāng)使用第二功能時，輸出驅(qū)動器會適當(dāng)?shù)那袚Q為內(nèi)部地址信號（P2口）、地址/數(shù)據(jù)信號（P0口）或是控制信號（P3口）。</p><p>　　2.4 存儲器組織</p><p>　　大多數(shù)微處理器中的數(shù)據(jù)和程序會共用存儲空間。這是合理的，因為程序通常存儲在磁盤中，執(zhí)行時載入到RAM中

23、，因此數(shù)據(jù)和程序同時存儲在系統(tǒng)RAM中。而另一方面呢，微控制器又很少被用作“計算機(jī)系統(tǒng)”的CPU，而是作為面向控制的設(shè)計中的核心部件。這樣的設(shè)計中，存儲器空間有限，沒有磁盤驅(qū)動器和磁盤操作系統(tǒng)?？刂瞥绦虮仨毚鎯υ赗OM中。</p><p>　　為此，8051將程序（代碼）和數(shù)據(jù)的存儲空間分開。如表2-1所示，代碼和數(shù)據(jù)存儲器可是內(nèi)部的，也可以是外部存儲器，它最大可以擴(kuò)展到64K代碼存儲器和64K數(shù)據(jù)存儲器。<

24、;/p><p>　　內(nèi)部存儲器由片上ROM（只有8051/8052）和片上數(shù)據(jù)RAM組成。片上RAM由通用存儲器、位尋址存儲器、寄存器和專用寄存器等許多用途的存儲器組成。</p><p>　　兩個顯著的特點：（a）寄存器和輸入/輸出端口為存儲器映射，像其他存儲器地址一樣可以很容易找到；（b）堆棧存儲在內(nèi)部RAM中，而微處理器通常存儲在外部RAM。</p><p>　　圖

25、2-5總結(jié)了不帶ROM的8031的存儲空間，略去了片上存儲器的細(xì)節(jié)（8032/8052的增強(qiáng)部分將在后面介紹）。</p><p>　　圖2-6給出了片上數(shù)據(jù)存儲器的細(xì)節(jié)。正如所示，內(nèi)部存儲器空間被分為寄存器組（00H～1FH），位尋址RAM（20H～2FH），通用RAM（30H～7FH）和專用寄存器（80～FFH）。下面討論每一段存儲器空間。</p><p><b>　　通用RA

26、M</b></p><p>　　雖然圖2-6只給出了通用RAM從地址30H～7FH之間的80個字節(jié)，但地址00H～2FH之間的32個字節(jié)的使用很類似（這些空間有其他用途，后面討論）。</p><p>　　通用RAM中的任意地址可以用直接或是間接尋找方式來自由訪問。例如，讀取內(nèi)部RAM地址5FH中的內(nèi)容到累加器中，可以用下面的指令：</p><p>　　M

27、OV A,5FH</p><p>　　這個指令用直接尋找方式將指定的“源地址”（即地址5FH）的數(shù)據(jù)移動了一個字節(jié)。像累加器A中的指令操作碼隱含了指定數(shù)據(jù)移動的目標(biāo)地址（注意：尋找方式細(xì)節(jié)將在第3章中討論）。</p><p>　　內(nèi)部RAM也可以通過寄存器R0或R1用間接尋找方式來訪問。例如下面兩條指令執(zhí)行的結(jié)果與上面的1條指令相同：</p><p>　　MOV

28、 R0,#5FH</p><p>　　MOV A,@R0</p><p>　　第1條指令用立即數(shù)尋址方式將5FH送人寄存器R0，第2條指令用間接尋找方式，將以R0中的內(nèi)容為地址，將此地址中的內(nèi)容送到累加器A中。</p><p><b>　　位尋址RAM</b></p><p>　　8051包含210個位尋址空間，其中1

29、28個是內(nèi)部RAM，位于地址20H～2FH ，其他的是專用寄存器（后面討論）。</p><p>　　通過軟件進(jìn)行以“位”為單位訪問存儲器的方法是大多數(shù)微控制器的一強(qiáng)大功能。一條指令就可以對位進(jìn)行設(shè)置、清除、與、或的操作。大多數(shù)微處理器需要“讀取—修改—寫入”指令來完成相同的功能。而8051的I/O端口是位尋址，簡化了單個“位”輸入/輸出的軟件接口。</p><p>　　有128個位尋址的通

30、用存儲空間在字節(jié)地址20H～2FH中（8位/字節(jié)×16字節(jié)=128位）。通過指令可以以字節(jié)或“位”為單位訪問這些空間。例如，設(shè)置地址67H的內(nèi)容為1，可以使用下面的指令：</p><p><b>　　SETB 67H</b></p><p>　　由圖2-6注意到“位地址67H”是“字節(jié)地址2CH”處的最高有效位。上面的指令對該字節(jié)的其他“位”沒有影響。大多

31、數(shù)微處理器是一下面的指令完成相同的操作：</p><p>　　MOV A,2CH ;讀取整個字節(jié)</p><p>　　ORL A,#10000000B ;置最高有效位為“1”</p><p>　　MOV 2CH,A ;重新寫入整個字節(jié)</p><p><b>

32、;　　通用RAM</b></p><p>　　內(nèi)部存儲器底部的32個字節(jié)空間是寄存器組。8051的指令設(shè)置支持R0～R7這8個寄存器。默認(rèn)情況下（系統(tǒng)復(fù)位后），它們位于地址00H～07H處。因此，下面的指令為讀取地址05H中的內(nèi)容到累加器中：</p><p><b>　　MOV A,R5</b></p><p>　　使用寄存器尋址

33、方式是，指令只有1個字節(jié)大小。當(dāng)然，使用2個字節(jié)的直接地址以2個字節(jié)的大小也可以完成上面的操作：</p><p>　　MOV A,05H</p><p>　　使用寄存器R0～R7的指令比起使用直接尋址的同等指令更短也更快。頻繁使用的數(shù)據(jù)應(yīng)該采用這些寄存器來存放。</p><p>　　改變程序狀態(tài)字（后面討論）中的工作寄存器組選擇位可以改變當(dāng)前的工作寄存器組。那么，

34、假設(shè)當(dāng)前是寄存器組3工作，下面的指令可以將累加器中的內(nèi)容寫入到地址18H中：</p><p><b>　　MOV R0,A</b></p><p>　　軟件的不同部分可以擁有獨立的寄存器，不受其他部分的影響，因此，“寄存器組”這一方法可以更快且更有效的進(jìn)行“上下文切換”。</p><p><b>　　附件2：外文原文</b&g