深入学习89S51单片机应用.docx

1、深入学习89S51单片机应用MCS-51单片机基本特性工作频率： 8位的 CPU，片内有振荡器和时钟电路，工作频率为 112MHz（Atmel 89Cxx为024MHz）RAM（片内）：片内有 128/256字节 RAMROM（片内）：片内有 0K/4K/8K字节 程序存储器ROM数据存储器： 可寻址片外 64K字节 数据存储器RAM程序存储器： 可寻址片外 64K字节 程序存储器ROMSFR： 片内 21/26个 特殊功能寄存器（SFR）PIO ： 4个8位 的并行I/O口（PIO）SIO/UART ： 1个 全双工串行口（SIO/UART）TIMER/COUNTER ：2/3个16位 定时

2、器/计数器（TIMER/COUNTER）中断源： 可处理 5/6个中断源，两级中断优先级内置1个布尔处理器和1个布尔累加器（Cy）MCS-51指令集含 111条指令单片机的引脚定义从一片集成电路的角度去认识单片机2.1.2 引脚功能40个引脚双排直插DIP封装，大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。1、电源：1）VCC 芯片电源，接5V/3.3V/2.7V； 2）VSS 接地端；2、时钟：XTAL1、XTAL2 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 3、控制线：4根1）ALE/PROG：地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片内有E

3、PROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。2）PSEN:外ROM读选通信号。3）RST/VPD:复位/备用电源。 RST（Reset）功能：复位信号输入端。 VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。PSEN：寻址外部程序存储器时选通外部EPROM的读控制端（OE）低有效。4）EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功能：内外ROM选择端。 80C51单片机ROM寻址范围为64KB，其中4KB在片内，60KB在片外(80C31芯片无内ROM，全部在片外)。 当EA保持高电平时，先访问内ROM，但当PC（程序计数器）值超过4KB（0FFFH）时，将自动转向执

4、行外ROM中的程序。 当EA保持低电平时，则只访问外ROM，不管芯片内有否内ROM。对80C31芯片，片内无ROM，因此EA必须接地。 Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。4. I/O线80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。P3.0 RXD：串行口输入端；P3.1 TXD：串行口输出端； P3.2 INT0：外部中断0请求输入端； P3.3 INT1：外部中断1请求输入端； P3.4 T0：定时/计数器0外部信号输入端； P3.5 T1：定时/计

5、数器1外部信号输入端； P3.6 WR：外RAM写选通信号输出端； P3.7 RD：外RAM读选通信号输出端。2.2 存储空间配置和功能80C51的存储器配置方式与其他常用的微机系统不同，属哈佛结构(注意:什么是哈佛结构?)，它把程序存储器和数据存储器分开，各有自己的寻址系统、控制信号和功能。程序存储器用于存放程序和表格常数；数据存储器用于存放程序运行数据和结果。 80C51的存储器组织结构可以分为三个不同的存储空间，分别是：1）64KB程序存储器（ROM），包括片内ROM和片外ROM；2）64KB外部数据存储器（外RAM）；3）256B内部数据存储器（内RAM）（包括特殊功能寄存器） 。80

6、C51存储空间配置图 2.2.1 程序存储器（ROM）地址范围：0000HFFFFH，共64KB。其中: 低段4KB：0000H0FFFH （80C51和87C51在片内，80C31在片外。） 高段60KB：1000HFFFFH。在片外。读写ROM用MOVC指令，控制信号是PSEN和EA。 读ROM是以程序计数器PC作为16位地址指针，依次读相应地址ROM中的指令和数据，每读一个字节，PC+1PC，这是CPU自动形成的。但是有些指令有修改PC的功能，例如转移类指令和MOVC指令，CPU将按修改后PC的16位地址读ROM。读外ROM的过程CPU从PC(程序计数器)中取出当前ROM的16位地址，分

7、别由P0口（低8位）和P2口（高8位）同时输出，ALE信号有效时由地址锁存器锁存低8位地址信号，地址锁存器输出的低8位地址信号和P2口输出的高8位地址信号同时加到外ROM 16位地址输入端，当PSEN信号有效时，外ROM将相应地址存储单元中的数据送至数据总线（P0口），CPU读入后存入指定单元。 64KB中有一小段范围是80C51系统专用单元，0003H0023H是5个中断源中断服务程序入口地址(详见第5章)，用户不能安排其他内容。 80C51复位后，PC=0000H，CPU从地址为0000H的ROM单元中读取指令和数据。从0000H到0003H只有3B，根本不可能安排一个完整的系统程序，而8

8、0C51又是依次读ROM字节的。因此，这3B只能用来安排一条跳转指令，跳转到其他合适的地址范围去执行真正的主程序。2.2.2 外部数据存储器（外RAM）地址范围：0000HFFFFH，共64KB读写外RAM用MOVX指令，控制信号是P3口中的RD和WR。读外RAM的过程： 外RAM 16位地址分别由P0口（低8位）和P2口（高8位）同时输出，ALE信号有效时由地址锁存器锁存低8位地址信号，地址锁存器输出的低8位地址信号和P2口输出的高8位地址信号同时加到外RAM 16位地址输入端，当RD信号有效时，外RAM将相应地址存储单元中的数据送至数据总线（P0口），CPU读入后存入指定单元。写外RAM的

9、过程： 写外RAM的过程与读外RAM的过程相同。只是控制信号不同，信号换成WR信号。当WR信号有效时，外RAM将数据总线（P0口分时传送）上的数据写入相应地址存储单元中。 2.2.3 内部数据存储器（内RAM） 从广义上讲，80C51内RAM（128B）和特殊功能寄存器（128B）均属于片内RAM空间，读写指令均用MOV指令。但为加以区别，内RAM通常指00H7FH的低128B空间。80C51内RAM又可分成三个物理空间：工作寄存器区、位寻址区和数据缓冲区。 1、工作寄存器区有专用于工作寄存器操作的指令，读写速度比一般内RAM要快，指令字节比一般直接寻址指令要短，还具有间址功能，能给编程和应用

10、带来方便。 工作寄存器区分为4个区：0区、1区、2区、3区。每区有8个寄存器：R0R7，寄存器名称相同。但是，当前工作的寄存器区只能有一个，由PSW中的D4、D3位决定。 2、位寻址区1）地址： 从20H2FH共16字节（Byte，缩写为英文大写字母B）。每Byte有8位（bit，缩写为小写b），共128位，每一位均有一个位地址，可位寻址、位操作。即按位地址对该位进行置1、清0、求反或判转。 2）用途： 存放各种标志位信息和位数据。3）注意事项: 位地址与字节地址编址相同，容易混淆。区分方法：位操作指令中的地址是位地址；字节操作指令中的地址是字节地址。位寻址区的位地址映象表 3、数据缓冲区内R

11、AM中30H7FH为数据缓冲区，用于存放各种数据和中间结果，起到数据缓冲的作用。 2.2.4 特殊功能寄存器（SFR） 特殊功能寄存器地址映象表（一） 1）累加器AccMOV A,R0 MOV A,R1MOV A,30H ADD A,32HADD A,#32H2）寄存器BMOV A,B ADD A,B3）程序状态字寄存器PSWPSW也称为标志寄存器，存放各有关标志。其结构和定义如下： Cy 进位标志。 用于表示Acc.7有否向更高位进位。 AC 辅助进位标志。 用于表示Acc.3有否向Acc.4进位。 RS1、RS0 工作寄存器区选择控制位。 RS1、RS0 = 00 0区（00H07H） R

12、S1、RS0 = 01 1区（08H0FH） RS1、RS0 = 10 2区（10H17H） RS1、RS0 = 11 3区（18H1FH）4 OV 溢出标志。 表示Acc在有符号数算术运算中的溢出5 P 奇偶标志。 表示Acc中“1”的个数的奇偶性。 F0 、F1 用户标志。 4）数据指针DPTR16位，由两个8位寄存器DPH、DPL组成。主要用于存放一个16位地址，作为访问外部存储器（外RAM和ROM）的地址指针。5）堆栈指针SP专用于指出堆栈顶部数据的地址。堆栈中数据存取按先进后出、后进先出的原则。 堆栈操作分自动方式和指令方式。自动方式是在调用子程序或发生中断时CPU自动将断口地址存人

13、或者取出；指令方式是使用进出栈指令进行操作。 2.2.5 程序计数器PC PC不属于特殊功能寄存器，不可访问，在物理结构上是独立的。 PC是一个16位的地址寄存器，用于存放将要从ROM中读出的下一字节指令码的地址，因此也称为地址指针。 PC的基本工作方式有：1）自动加1。CPU从ROM中每读一个字节，自动执行PC+1PC；2）执行转移指令时，PC会根据该指令要求修改下一次读ROM新的地址；3）执行调用子程序或发生中断时，CPU会自动将当前 PC值压入堆栈，将子程序入口地址或中断入口地址装入PC；子程序返回或中断返回时，恢复原有被压入堆栈的PC值，继续执行原顺序程序指令。2.3 I/O端口结构及

14、工作原理 有4个8位并行I/O口，共32条端线：P0、P1、P2和P3口。每一个I/O口都能用作输入或输出。用作输入时，均须先写入“1”；用作输出时，P0口应外接上拉电阻。P0口的负载能力为8个LSTTL门电路；P1P3口的负载能力为4个LSTTL门电路。在并行扩展外存储器或I/O口情况下：P0口用于低8位地址总线和数据总线(分时传送)P2口用于高8位地址总线，P3口常用于第二功能，用户能使用的I/O口只有P1口和未用作第二功能的部分P3口端线。2.4 时钟和时序2.4.1 时钟电路 80C51单片机内有一高增益反相放大器，按图2-8a连接即可构成自激振荡电路，振荡频率取决于石英晶体的振荡频率

15、。1）时钟周期80C51振荡器产生的时钟脉冲频率的倒数，是最基本最小的定时信号。2）状态周期 它是将时钟脉冲二分频后的脉冲信号。状态周期是时钟周期的两倍。状态周期又称S周期。在S周期内有两个时钟周期，即分为两拍，分别称为P1和P2 。3）机器周期80C51单片机工作的基本定时单位，简称机器周期。一个机器周期含有6个状态周期，分别为S1、S2、S6，每个状态周期有两拍，分别为S1P1、S1P2、S2P1、S2P2，S6P1、S6P2。 机器周期是6个状态周期、 12个时钟周期。 当时钟频率为12MHz时，机器周期为1S。4）指令周期指CPU执行一条指令占用的时间(用机器周期表示)。80C51执行

16、各种指令时间是不一样的，可分为三类：单周指令、双周指令和四周指令。其中单机周指令有64条，双机周指令有45条，四机周指令只有2条(乘法和除法指令)，无三机周指令。 振荡周期(时钟周期)= 晶振频率fosc的倒数；1个机器周期 = 6个状态周期1个机器周期 = 12个时钟周期；1个指令周期 = 1、2、4个机器周期2.5 复位和低功耗工作方式80C51单片机的工作方式共有四种： 1）复位方式； 2）程序执行方式； 3）低功耗方式； 4）片内ROM编程（包括校验）方式。1、复位条件RST引脚保持2个机器周期以上的高电平。实现复位操作，必须使RST引脚保持两个机器周期以上的高电平。例如，若时钟频率为

17、12MHz，每机周为1 S ，则只需持续2 S以上时间的高电平；若时钟频率为6MHz，每个机器周期为2S ，则需要持续4S以上时间的高电平。2、复位电路上电复位电路。RC构成微分电路，在上电瞬间，产生一个微分脉冲，其宽度若大于2个机器周期，80C51将复位。为保证微分脉冲宽度足够大，RC时间常数应大于两个机器周期。一般取22电容、1k电阻。 按键复位电路。该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需按下图中RESET键，R1C2仍构成微分电路，使RST端产生一个微分脉冲复位，复位完毕C2经R2放电，等待下一次按下复位按键。 3、复位后CPU状态PC： 0000H TMOD： 00H Acc： 0

18、0H TCON： 00H B： 00H TH0： 00H PSW： 00H TL0： 00H SP： 07H TH1： 00H DPTR：0000H TL1： 00H P0P3：FFH SCON： 00H IP：00000B SBUF： 不定 IE：000000B PCON： 00000B2.5.2 低功耗工作方式1）待机（休闲）方式（Idle）2）掉电保护方式（Power Down）在Vcc=5V，fosc=12MHz条件下， 正常工作时电流约20mA； 待机（休闲）方式时电流约5mA； 掉电保护方式时电流仅75A。 两种低功耗工作方式由电源控制寄存器PCON确定。其中： SMOD：波特率倍

19、增位（在串行通信中使用） GF1、GF0：通用标志位 PD：掉电方式控制位， PD=1，进入掉电工作方式； IDL：待机(休闲)方式控制位， IDL=1，进入待机工作方式。 PCON字节地址87H，不能位寻址。读写时，只能整体字节操作，不能按位操作。1）待机（休闲）方式状态 片内时钟仅向中断源提供，其余被阻断； PC、特殊功能寄存器和片内RAM状态保持不变； I/O引脚端口值保持原逻辑值； ALE保持逻辑高电平； CPU不工作，但中断功能继续存在。2）待机（休闲）状态进入 只要使PCON中IDL位置1。3）待机（休闲）状态退出 产生中断； 复位。2、掉电保护方式片内振荡器停振，所有功能部件停止工作；片内RAM数据信息保存不变；ALE、PSEN为低电平；Vcc可降至2V，但不能真正掉电。2）掉电保护状态进入只要使PCON中PD位置1。3）掉电保护状态退出唯一方法是硬件复位，复位后片内RAM数据不变，特殊功能寄存器内容按复位状态初始化。