MCS51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理

1、第1章 mcs-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理主要內(nèi)容： 典型單片機(jī)（ mcs-51, msp430, em78, pic, motorola, avr ）的性能，mcs-51內(nèi)部結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、工作方式、時(shí)序和最小應(yīng)用系統(tǒng)。為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)、利用單片機(jī)解決工程實(shí)際問(wèn)題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。重點(diǎn)在于基本概念、組成原理、特點(diǎn)及mcs-51的最小應(yīng)用系統(tǒng)，難點(diǎn)在于時(shí)序。 典型單片機(jī)有mcs-51、msp430、em78、pic、motorola、avr等。 mcs-51為主流產(chǎn)品，性能如表1.1.1。 msp430為低功耗產(chǎn)品，功能較強(qiáng)，性能如表1.1.2。 em78為低功耗產(chǎn)品，價(jià)格較低，性能如表

2、1.1.3。 pic為低電壓、低功耗、大電流lcd驅(qū)動(dòng)、低價(jià)格產(chǎn)品，性能如表1.1.4。 motorola是世界上最大的單片機(jī)生產(chǎn)廠家之一，品種全、選擇余地大、新產(chǎn)品多。其特點(diǎn)是噪聲低，抗干擾能力強(qiáng)，比較適合于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境。性能如表1.1.5。 avr為高速、低功耗產(chǎn)品，支持isp、iap，i/o口驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)。性能如表1.1.6。1.1 1.1 典型單片機(jī)性能概覽典型單片機(jī)性能概覽 1.2 mcs-51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)及引腳單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)及引腳 mcs-51系列單片機(jī)都是以intel公司最早的典型產(chǎn)品8051為核心，增加了一定的功能部件后構(gòu)成的，因此，本章以8051為主介紹mcs-51

3、系列單片機(jī) 。 1.2.1 mcs-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) mcs-51單片機(jī)的組成： cpucpu( (進(jìn)行運(yùn)算、控制進(jìn)行運(yùn)算、控制) )、ramram( (數(shù)據(jù)存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器儲(chǔ)器) )、romrom( (程序存儲(chǔ)器）、程序存儲(chǔ)器）、i/oi/o口口( (串口、并口）、串口、并口）、內(nèi)部總線內(nèi)部總線 和中斷系統(tǒng)和中斷系統(tǒng)等。等。組成框圖如下：內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下： 組成：組成：運(yùn)算器、控制器。80518051的的cpucpu包含以下功能部件包含以下功能部件： （1）8位cpu。（2）布爾代數(shù)處理器，具有位尋址能力。（3）128b內(nèi)部ram數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，21個(gè)專用寄存器。（4）4kb內(nèi)部掩膜r

4、om程序存儲(chǔ)器。（5）2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。（6）32個(gè)（48位）雙向可獨(dú)立尋址的i/o口。（7）1個(gè)全雙工uart（異步串行通信口）。（8）5個(gè)中斷源、兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷控制器。（9）時(shí)鐘電路，外接晶振和電容可產(chǎn)生1.2mhz12 mhz的時(shí)鐘頻率。（10）外部程序/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間均為64kb。（11）111條指令，大部分為單字節(jié)指令。（12）單一+5v電源供電，雙列直插40引腳dip封裝。 1. 中央處理器（cpu）（1）運(yùn)算器組成：組成：8位算術(shù)邏輯運(yùn)算單元alu（arithmetic logic unit）、8位累加器a（accumulator）、8位寄存器b、程序狀態(tài)

5、字寄存器psw（program status word）、8位暫存寄存器tmp1和tmp2等。功能：功能：完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。（2）控制器組成：組成：程序計(jì)數(shù)器pc（program counter）、指令寄存器ir（instruction register）、指令譯碼器id（instruction decoder）、堆棧指針sp、數(shù)據(jù)指針dptr、定時(shí)控制邏輯和振蕩器osc等電路。功能：功能：cpu根據(jù)pc中的地址將欲執(zhí)行指令的指令碼從存儲(chǔ)器中取出，存放在ir中，id對(duì)ir中的指令碼進(jìn)行譯碼，定時(shí)控制邏輯在osc配合下對(duì)id譯碼后的信號(hào)進(jìn)行分時(shí)，以產(chǎn)生執(zhí)行本條指令所需的全部信號(hào)。 mcs-

6、51系列單片機(jī)配置一覽表系列片內(nèi)存儲(chǔ)器（字節(jié)）定時(shí)器計(jì)數(shù)器并行i/o串行i/o中斷源片內(nèi)rom片內(nèi)ram無(wú)有rom有epromintel51子系列803180c31805180c51(4k字節(jié))875187c51(4k字節(jié))128字節(jié)2x164x8位15intel52子系列803280c32805280c52(8k字節(jié))875287c52(8k字節(jié))256字節(jié)3x164x8位16ateml89c系列(常用型)1051(1k)/2051(2k)/4051(4k)（20條引腳dip封裝）1282151589c51(4k)/89c52(8k)（40條引腳dip封裝）128/2562/33215/6

7、中國(guó)最大的資料庫(kù)下載2. 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 mcs-51的存儲(chǔ)器可分為程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,又有片內(nèi)和片外之分。（1）程序存儲(chǔ)器 一般將只讀存儲(chǔ)器（rom）用做程序存儲(chǔ)器?？蓪ぶ房臻g為64kb，用于存放用戶程序、數(shù)據(jù)和表格等信息。 mcs-51單片機(jī)按程序存儲(chǔ)器可分為內(nèi)部無(wú)rom型（如8031）和內(nèi)部有rom型（如8051）兩種，連接時(shí) 引腳有區(qū)別。程序存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)如右圖所示：ea（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 一般將隨機(jī)存儲(chǔ)器（ram）用做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器?？蓪ぶ房臻g為64kb。mcs-51數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可分為片內(nèi)和片外兩部分。片外片外ram： 最大范圍：0000hffffh，64kb；用指令movx訪問(wèn)。片內(nèi)片內(nèi)ra

8、m： 最大范圍：00hffh，256b；用指令mov訪問(wèn)。又分為兩部分：低128b（007fh）為真正的ram區(qū)，高128b（80ffh）為特殊功能寄存器（sfr）區(qū)。如右圖所示。 內(nèi)部ram的20h2fh單元為位尋址區(qū)，既可作為一般單元用字節(jié)尋址，也可對(duì)它們的位進(jìn)行尋址。位地址為00h7fh。 cpu能直接尋址這些位（稱mcs-51具有布爾處理功能），位地址分配如右表所示。3特殊功能寄存器 （sfr） mcs-51有21個(gè)特殊功能寄存器（也稱為專用寄存器），包括算術(shù)運(yùn)算寄存器、指針寄存器、i/o口鎖存器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口、中斷、狀態(tài)、控制寄存器等，它們被離散地分布在內(nèi)部ram的80hf

9、fh地址單元中（不包括pc） ，共占據(jù)了128個(gè)存儲(chǔ)單元，構(gòu)成了sfr存儲(chǔ)塊。其字節(jié)地址可被8整除的sfr可位尋址。sfr反映了mcs-51單片機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。特殊功能寄存器分布如右表所示。（2）累加器a （accumulator） 累加器a是8位寄存器，又記做acc，是一個(gè)最常用的專用寄存器。在算術(shù)/邏輯運(yùn)算中用于存放操作數(shù)或結(jié)果。（3）寄存器b 寄存器b 是8位寄存器，是專門(mén)為乘除法指令設(shè)計(jì)的，也作通用寄存器用。（1）程序計(jì)數(shù)器pc（program counter） 程序計(jì)數(shù)器pc在物理上是獨(dú)立的，它不屬于sfr存儲(chǔ)器塊。 pc是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，專門(mén)用于存放cpu將要執(zhí)行的指令 地址（即

10、下一條指令的地址），尋址范圍為64kb，pc有自動(dòng) 加1功能，不可尋址，用戶無(wú)法對(duì)它進(jìn)行讀寫(xiě)，但是可以通過(guò) 轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令改變其內(nèi)容，以控制程序執(zhí)行的順序。表2-5 工作寄存器組選擇控制表（4）工作寄存器 內(nèi)部ram的工作寄存器區(qū)00h1fh共32個(gè)字節(jié)被均勻地分成四個(gè)組（區(qū)），每個(gè)組（區(qū)）有8個(gè)寄存器，分別用r0r7表示，稱為工作寄存器或通用寄存器，其中，r0、r1還經(jīng)常用于間接尋址的地址指針。在程序中通過(guò)程序狀態(tài)字寄存器（psw）第3、4位設(shè)置工作寄存器區(qū)。（5）程序狀態(tài)字psw （program status word） 程序狀態(tài)字psw是8位寄存器，用于存放程序運(yùn)行的狀態(tài)信息，

11、psw中各位狀態(tài)通常是在指令執(zhí)行的過(guò)程中自動(dòng)形成的，但也可以由用戶根據(jù)需要采用傳送指令加以改變。其定義格式如下頁(yè)表所示。其中：cy：進(jìn)借位標(biāo)志； ac：輔助進(jìn)借位標(biāo)志； f0 ：用戶標(biāo)志； rs1、rs0：工作寄存器組（區(qū)）選擇（如下表所示）； ov：溢出標(biāo)志位，有溢出時(shí)置1； p：奇偶標(biāo)志位。a中有奇數(shù)個(gè)1時(shí)置1。（6）數(shù)據(jù)指針dptr（data pointer） 數(shù)據(jù)指針dptr是16位的專用寄存器，即可作為16位寄存器使用，也可作為兩個(gè)獨(dú)立的8位寄存器dph （高8位） 、dpl （低8位）使用。 dptr主要用作16位間址寄存器，訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)寄存器。（7）堆棧指針sp（st

12、ack pointer） 堆棧是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是內(nèi)部ram的一段區(qū)域。堆棧存取數(shù)據(jù)的原則是“后進(jìn)先出后進(jìn)先出”。堆棧指針sp是一個(gè)8位寄存器，用于指示堆棧的棧頂，它決定了堆棧在內(nèi)部ram中的物理位置。 mcs-51單片機(jī)的堆棧地址向大的方向變化（與微機(jī)堆棧地址向小的方向變化相反）。系統(tǒng)復(fù)位后，sp初值為07h，實(shí)際應(yīng)用中通常根據(jù)需要在主程序開(kāi)始處對(duì)堆棧指針sp進(jìn)行初始化，一般設(shè)置sp為60h。 設(shè)立堆棧的目的是用于數(shù)據(jù)的暫存，中斷、子程序調(diào)用時(shí)斷點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)與恢復(fù)。（8）i/o口專用寄存器（p0, p1, p2, p3） 8051片內(nèi)有4個(gè)8位并行i/o接口p0, p1, p2和p3，在sf

13、r中相應(yīng)有4個(gè)i/o口寄存器p0, p1, p2和p3。（9）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（tl0, th0, tl1和th1） mcs-51單片機(jī)中有兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t0和t1，它們由4個(gè)8位寄存器（tl0, th0, tl1和th1）組成，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是完全獨(dú)立的?？梢詥为?dú)對(duì)這4個(gè)寄存器進(jìn)行尋址，但不能把t0和t1當(dāng)做16位寄存器來(lái)使用。（10）串行數(shù)據(jù)緩沖器（sbuf） 串行數(shù)據(jù)緩沖器sbuf用于存放需要發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)，它由兩個(gè)獨(dú)立的寄存器組成（發(fā)送緩沖器和接收緩沖器），要發(fā)送和接收的操作其實(shí)都是對(duì)串行數(shù)據(jù)緩沖器sbuf進(jìn)行的。（11）其他控制寄存器 除上述外，還有ip, ie

14、, tcon, scon和pcon等幾個(gè)寄存器，主要用于中斷、定時(shí)和串行口的控制， i/o接口是mcs-51單片機(jī)對(duì)外部實(shí)現(xiàn)控制和信息交換的必經(jīng)之路，用于信息傳送過(guò)程中的速度匹配和增加它的負(fù)載能力。 8051內(nèi)部有4個(gè)8位并行接口p0, p1, p2, p3，有1個(gè)全雙工的可編程串行i/o接口。 5 5定時(shí)器定時(shí)器/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 8051內(nèi)部有兩個(gè)16位可編程序的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，均為二進(jìn)制加1計(jì)數(shù)器，分別命名為t0和t1。 t0和t1均有定時(shí)器和計(jì)數(shù)器兩種工作模式。在定時(shí)器模式下，t0和t1的計(jì)數(shù)脈沖可以由單片機(jī)時(shí)鐘脈沖經(jīng)12分頻后提供。在計(jì)數(shù)器模式下，t0和t1的計(jì)數(shù)脈沖可以從p3.4和

15、p3.5引腳上輸入。對(duì)t0和t1的控制由定時(shí)器方式選擇寄存器tmod和定時(shí)器控制寄存器tcon完成。 4 4i/oi/o接口接口6中斷系統(tǒng) 中斷：中斷：指cpu暫停原程序執(zhí)行，轉(zhuǎn)而為外部設(shè)備服務(wù)（執(zhí)行中斷服務(wù)程序），并在服務(wù)完后返回到原程序執(zhí)行的過(guò)程。 中斷系統(tǒng)：中斷系統(tǒng)：指能夠處理上述中斷過(guò)程所需要的硬件電路。 中斷源：中斷源：指能產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)的源泉。 8051可處理5個(gè)中斷源（2個(gè)外部，3個(gè)內(nèi)部）發(fā)出的中斷請(qǐng)求，并可對(duì)其進(jìn)行優(yōu)先權(quán)處理。外部中斷的請(qǐng)求信號(hào)可以從p3.2, p3.3（即 和 ）引腳上輸入，有電平或邊沿兩種觸發(fā)方式；內(nèi)部中斷源有3個(gè)，2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷源和1個(gè)串行口中斷

16、源。 8051的中斷系統(tǒng)主要由中斷允許控制器ie和中斷優(yōu)先級(jí)控制器ip等電路組成。0int1int1.2.2 mcs-51單片機(jī)外部引腳 1電源線 gndgnd：接地引腳。 v vcccc：正電源引腳。接5v電源。 mcs-51系列單片機(jī)中，各類單片機(jī)都是相互兼容的，只是引腳功能略有差異。8051單片機(jī)有40個(gè)引腳，分為端口線、電源線和控制線三類。2端口線 p0p0p3p3口：口：48=32條。（1）p0口（ p0.0p0.7 ） 8位雙向三態(tài)i/o口，可作為外部擴(kuò)展時(shí)的數(shù)據(jù)總線/低8位地址總線的分時(shí)復(fù)用口。又可作為通用i/o口，每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl負(fù)載。 對(duì)eprom型芯片（如8751）

17、進(jìn)行編程和校驗(yàn)時(shí)，p0口用于輸入/輸出數(shù)據(jù)。（2）p1口（p1.0p1.7） 8位準(zhǔn)雙向i/o口，內(nèi)部具有上拉電阻，可作為通用i/o口。每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl負(fù)載。 （3）p2口（p2.0p2.7） 8位準(zhǔn)雙向i/o口，內(nèi)部具有上拉電阻，可作為外部擴(kuò)展時(shí)的高8位地址總線。又可作為通用i/o口，每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl負(fù)載。 對(duì)eprom型芯片（如8751）進(jìn)行編程和校驗(yàn)時(shí)，用來(lái)接收高8位地址。 （4）p3口（ p3.0p3.7 ） 8位準(zhǔn)雙向i/o口，內(nèi)部具有上拉電阻。它是雙功能復(fù)用口，作為通用i/o口時(shí)，功能與p1口相同，常用第二功能。每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl負(fù)載。作為第二功能使用時(shí)，各位

18、的作用如下頁(yè)表所示。3 3控制線控制線 （1）rst/vpd rst/vpd引腳是復(fù)位信號(hào)/備用電源線引腳。當(dāng)8051通電時(shí)，在rst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。 （2）ale/ 地址鎖存允許/編程引腳。當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ale的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)，以便p0口實(shí)現(xiàn)地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。當(dāng)不訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ale端將輸出一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)。 ale/ 是復(fù)用引腳，其第二功能是對(duì)eprom型芯片（如8751）進(jìn)行編程和校驗(yàn)時(shí)，此引腳傳送52ms寬的負(fù)脈沖選通信號(hào)，程序計(jì)數(shù)器pc的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在p0和p2口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令碼放到p

19、0口上，由cpu讀入并執(zhí)行。 （3） /vpp 允許訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器/編程電源引腳。對(duì)于片內(nèi)無(wú)程序存儲(chǔ)器的mcs-51單片機(jī)（如8031）， 必須接地。片內(nèi)有程序存儲(chǔ)器的mcs-51單片機(jī)（如8051）， 必須接高電平。 /vpp是復(fù)用引腳，其第二功能是片內(nèi)eprom編程/校驗(yàn)時(shí)的電源線，在編程時(shí)，vpp腳需加上21v的編程電壓。 progprogeaeaeaea（4）xtal1和xtal2 xtal1腳為片內(nèi)振蕩電路的輸入端，xtal2腳為片內(nèi)振蕩電路的輸出端。8051的時(shí)鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在xtal1和xtal2腳外接石英晶體（頻率為1.212mhz）和振蕩電容，

20、振蕩電容的值一般取1030pf，典型值為30pf；另外一種是外部時(shí)鐘方式，即將xtal1接地，外部時(shí)鐘信號(hào)從xtal2腳輸入，如下圖所示。 （5）psenpsen 片外rom選通線。在執(zhí)行訪問(wèn)片外rom的指令movc時(shí)，8051自動(dòng)在 引腳產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，用于對(duì)片外rom的選通。其他情況下，該引腳均為高電平封鎖狀態(tài)。 1.3 mcs-51單片機(jī)的工作方式 mcs-51系列單片機(jī)的工作方式可分為：復(fù)位方式、程序執(zhí)行方式、單片執(zhí)行方式、掉電保護(hù)方式、節(jié)電工作方式和eprom編程/校驗(yàn)方式。 1.3.1 復(fù)位方式 系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行和重新啟動(dòng)靠復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種工作方式為復(fù)位方式。 單片機(jī)在開(kāi)機(jī)時(shí)都需要

21、復(fù)位，以便cpu及其他功能部件都處于一種確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。 mcs-51單片機(jī)在rst引腳產(chǎn)生兩個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)時(shí)鐘周期）以上的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。 復(fù)位電路有兩種：上電自動(dòng)復(fù)位和上電/按鍵手動(dòng)復(fù)位，如下圖所示。 復(fù)位后，8051的各特殊功能寄存器的初始狀態(tài)如下表所示。1.3.2 程序執(zhí)行方式 程序執(zhí)行方式是單片機(jī)基本工作方式，可分為連續(xù)執(zhí)行工作方式和單步執(zhí)行工作方式。1連續(xù)執(zhí)行工作方式 這是所有單片機(jī)都需要的一種方式。單片機(jī)復(fù)位后，pc值為0000h，因此單片機(jī)復(fù)位后立即轉(zhuǎn)到0000h處執(zhí)行程序。單片機(jī)按照程序事先編排的任務(wù)，自動(dòng)連續(xù)地執(zhí)行下去。2單步執(zhí)行工作方式 這

22、是用戶調(diào)試程序的一種工作方式，在單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)上有一專用的單步按鍵（或軟件調(diào)試環(huán)境）。按一次，單片機(jī)就執(zhí)行一條指令（僅僅執(zhí)行一條），這樣就可以逐條檢查程序，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行修改。 單步執(zhí)行方式是利用單片機(jī)外部中斷功能實(shí)現(xiàn)的。 節(jié)電工作方式是一種低功耗的工作方式，可分為空閑（等待）方式和掉電（停機(jī)）方式。是針對(duì)chmos類芯片而設(shè)計(jì)的，hmos型單片機(jī)不能工作在節(jié)電方式，但它有一種掉電保護(hù)功能。 1hmos單片機(jī)的掉電保護(hù) 當(dāng)vcc突然掉電時(shí)，單片機(jī)通過(guò)中斷將必須保護(hù)的數(shù)據(jù)送入內(nèi)部ram，備用電源vpd可以維持內(nèi)部ram中的數(shù)據(jù)不丟失。 2chmos單片機(jī)的節(jié)電方式 chmos型單片機(jī)是一種低功耗器

23、件，正常工作時(shí)電流為1122ma，空閑狀態(tài)時(shí)為1.75ma，掉電方式為550a。因此，chmos型單片機(jī)特別適用于低功耗應(yīng)用場(chǎng)合，它的空閑方式和掉電方式都是由電源控制寄存器pcon中相應(yīng)的位來(lái)控制。 1.3.3 節(jié)電方式 （1）電源控制寄存器pcon pcon各位的定義如下表所示。idlidl：空閑方式控制位，該位為1時(shí)，單片機(jī)進(jìn)入空閑待機(jī)工作方式。pdpd： 掉電方式控制位，為1時(shí)，單片機(jī)進(jìn)入掉電工作方式。 上面的idl、pd同時(shí)為1，則進(jìn)入掉電工作方式，同時(shí)為0，則工作在正常運(yùn)行狀態(tài)。gf0, gf1gf0, gf1：通用標(biāo)志位，描述中斷是來(lái)自正常運(yùn)行還是來(lái)自空閑方式，用戶可通過(guò)指令設(shè)定它

24、們的狀態(tài)。smodsmod：為串行口波特率倍率控制位，用于串行通信。 （2）空閑工作方式 將idl位置為1（用指令mov pcon, #01h），則進(jìn)入空閑工作方式，其內(nèi)部控制電路如右圖所示。此時(shí)，cpu進(jìn)入空閑待機(jī)狀態(tài)，中斷系統(tǒng)、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，仍有時(shí)鐘信號(hào)，仍繼續(xù)工作。 退出空閑狀態(tài)有兩種方法：一是中斷退出，二是硬件復(fù)位退出。（3）掉電工作方式 將pd置為1（用指令mov pcon, #02h），可使單片機(jī)進(jìn)入掉電工作方式。此時(shí)振蕩器停振，只有片內(nèi)的ram和sfr中的數(shù)據(jù)保持不變，而包括中斷系統(tǒng)在內(nèi)的全部電路都將處于停止工作狀態(tài)。退出掉電工作方式，只能采用硬件復(fù)位的方法。 欲使80

25、51從掉電方式退出后繼續(xù)執(zhí)行掉電前的程序，則必須在掉電前預(yù)先把sfr中的內(nèi)容保存到片內(nèi)ram中，并在掉電方式退出后恢復(fù)sfr掉電前的內(nèi)容。1.3.4 編程和校驗(yàn)方式 編程和校驗(yàn)方式用于內(nèi)部含有eprom的單片機(jī)芯片（如8751），一般的單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)都提供實(shí)現(xiàn)這種方式的設(shè)備和功能。 編程的主要操作是將原始程序、數(shù)據(jù)寫(xiě)入內(nèi)部eprom中。 校驗(yàn)的主要操作是在向片內(nèi)程序存儲(chǔ)器eprom寫(xiě)入信息時(shí)或?qū)懭胄畔⒑?，可將片?nèi)eprom的內(nèi)容讀出進(jìn)行校驗(yàn)，以保證寫(xiě)入信息的正確性。 1.4 單片機(jī)的時(shí)序 時(shí)序：cpu在執(zhí)行指令時(shí)所需控制信號(hào)的時(shí)間順序稱為時(shí)序。 時(shí)序是用定時(shí)單位來(lái)描述的，mcs-51的時(shí)序單位

26、有四個(gè)，分別是時(shí)鐘周期（節(jié)拍）、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期。 1.4.1 mcs-51的時(shí)序單位 1. 時(shí)鐘周期：又稱為振蕩周期、節(jié)拍（用p表示），定義為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)的振蕩源（osc）的周期。它是時(shí)序中的最小單位。2. 狀態(tài)（用s表示）：?jiǎn)纹瑱C(jī)振蕩脈沖經(jīng)過(guò)二分頻后即得到整個(gè)單片機(jī)工作系統(tǒng)的狀態(tài)。一個(gè)狀態(tài)有兩個(gè)節(jié)拍，前半周期對(duì)應(yīng)的節(jié)拍定義為p1，后半周期對(duì)應(yīng)的節(jié)拍定義為p2。3. 機(jī)器周期：通常將完成一個(gè)基本操作所需的時(shí)間稱為機(jī)器周期。 mcs-51中規(guī)定一個(gè)機(jī)器周期包含12個(gè)時(shí)鐘周期，即有6個(gè)狀態(tài)，分別表示為s1s6。 若晶振為6mhz，則機(jī)器周期為2s，若晶振為12mhz，則機(jī)器周期為1

27、s。4. 指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間稱為指令周期。它是時(shí)序中的最大單位。一個(gè)指令周期通常含有14個(gè)機(jī)器周期。指令所包含的機(jī)器周期數(shù)決定了指令的運(yùn)算速度，機(jī)器周期數(shù)越少的指令，其執(zhí)行速度越快。 以機(jī)器周期為單位，指令可分為單周期、雙周期和四周期指令。1.4.2 mcs-51指令的取指/執(zhí)行時(shí)序 指令的集合稱為程序，執(zhí)行程序的過(guò)程就是執(zhí)行指令的過(guò)程。單片機(jī)執(zhí)行任何一條指令時(shí)都可以分為取指階段和執(zhí)行階段。在取指階段，cpu從程序存儲(chǔ)器中取出指令操作碼，送指令寄存器，再經(jīng)指令譯碼器譯碼，產(chǎn)生一系列控制信號(hào)，完成本指令規(guī)定的操作。 單周期和雙周期指令的取指時(shí)序圖如下頁(yè)圖所示。 ale信號(hào)是用于鎖

28、存低8位地址的選通信號(hào)，每出現(xiàn)一次該信號(hào)，單片機(jī)即進(jìn)行一次讀指令操作。當(dāng)指令為多字節(jié)或多周期指令時(shí)，只有第一個(gè)ale信號(hào)進(jìn)行讀指令操作，其余的ale信號(hào)為無(wú)效操作（或讀操作數(shù)操作）。1.4.3 訪問(wèn)片外rom/ram指令的時(shí)序1外部程序存儲(chǔ)器讀時(shí)序外部程序存儲(chǔ)器讀時(shí)序 從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，必須有兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行控制：ale信號(hào)和 信號(hào)（外部rom讀選通脈沖）。 psen 2外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀時(shí)序外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀時(shí)序 第一個(gè)機(jī)器周期是取指周期，是從rom中讀取指令數(shù)據(jù)，第二個(gè)機(jī)器周期才開(kāi)始讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ram中的內(nèi)容。有三個(gè)信號(hào)進(jìn)行控制：ale信號(hào)、 信號(hào)（外部rom讀選通脈沖）和 信號(hào)（外部ram讀選通脈沖）。 psenrd1.5 c8051f系列片上系統(tǒng)（soc）簡(jiǎn)介 cygnal的c8051f帶有soc色彩，集成了嵌入式系統(tǒng)的許多先進(jìn)技術(shù)。1.5.1 概述 cygnal公司生產(chǎn)的c8051fxxx系列單片機(jī)，與mcs-51內(nèi)核及指令集完全兼容。是mcs-51單片機(jī)的典型代表，也是目前功能最全、速度最快的8051衍生單片機(jī)。c8051f已成為一個(gè)完善的、系統(tǒng)級(jí)的芯片。到目前為止，cygnal共提供有41個(gè)型號(hào)工業(yè)級(jí)的c8051f片上系統(tǒng)單片機(jī)，其典型芯片性能概覽見(jiàn)教材p32表1.5.1所示。1.5.2 基本結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) cygnal公司的c8051f單片機(jī)的內(nèi)部