第11章 嵌入式微處理器及新技術(shù)

1、第第11 11章章 嵌入式處理器及新技術(shù)嵌入式處理器及新技術(shù) 1. 1. 單片微處理器的概念單片微處理器的概念組成：組成：運算器、控制器、存儲器、輸入運算器、控制器、存儲器、輸入/輸出接口電路等四個基輸出接口電路等四個基本部分，除具有典型微機的各功能部件外，在片內(nèi)還集成了本部分，除具有典型微機的各功能部件外，在片內(nèi)還集成了A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、高速輸入轉(zhuǎn)換器、高速輸入/輸出部件、串行通信控制和定時器輸出部件、串行通信控制和定時器/計數(shù)器計數(shù)器等部件等部件 。 用途：用途：適合控制應(yīng)用、自動化儀表等領(lǐng)域適合控制應(yīng)用、自動化儀表等領(lǐng)域 。1. 1. 單片微處理器的概念單片微處理器的概念CPUI/O

2、模塊ROMRAM時鐘定時器/計數(shù)器單片機內(nèi)部包括了微型計算機應(yīng)具有的全部基本要素：單片機內(nèi)部包括了微型計算機應(yīng)具有的全部基本要素：CPU、ROM（或（或EPROM）、）、RAM和和I/O接口電路。接口電路。單片機不但是一個有效的數(shù)據(jù)單片機不但是一個有效的數(shù)據(jù)處理器，而且更是一個功能很強的過程控制機。處理器，而且更是一個功能很強的過程控制機。圖11-1 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 1971年11月Intel公司首先設(shè)計出集成度為2 000只晶體管/片的4位微處理器Intel 4004, 并配有RAM、 ROM和移位寄存器, 構(gòu)成了第一臺MCS4微處理器, 而后又推出了8位微處理器Intel 8008,

3、以及其它各公司相繼推出的8位微處理器。1.1.單片微處理器的概念單片微處理器的概念第第1階段（階段（19711976）: 單片機發(fā)展的初級階段。單片機發(fā)展的初級階段。單片微機的發(fā)展歷史單片微機的發(fā)展歷史1.1.單片微處理器的概念單片微處理器的概念第第1階段（階段（19711976）: 單片機發(fā)展的初級階段。單片機發(fā)展的初級階段。第第2階段（階段（19761980）: 低性能低性能8位單片機階段。位單片機階段。 以1976年Intel公司推出的MCS48系列為代表, 采用將8位CPU、 8位并行I/O接口、 8位定時/計數(shù)器、 RAM和ROM等集成于一塊半導(dǎo)體芯片上的單片結(jié)構(gòu), 雖然其尋址范圍有

4、限（不大于4 KB）, 也沒有串行I/O, RAM、 ROM容量小, 中斷系統(tǒng)也較簡單, 但功能可滿足一般工業(yè)控制和智能化儀器、 儀表等的需要。單片微機的發(fā)展歷史單片微機的發(fā)展歷史1.1.單片微處理器的概念單片微處理器的概念第第1階段（階段（19711976）: 單片機發(fā)展的初級階段。單片機發(fā)展的初級階段。第第2階段（階段（19761980）: 低性能低性能8位單片機階段。位單片機階段。第第3階段（階段（19801983）: 高性能高性能8位單片機階段。位單片機階段。 這一階段推出的高性能8位單片機普遍帶有串行口, 有多級中斷處理系統(tǒng), 多個16位定時器/計數(shù)器。 片內(nèi)RAM、 ROM的容量加

5、大,且尋址范圍可達64 KB, 個別片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換接口。單片微機的發(fā)展歷史單片微機的發(fā)展歷史1.1.單片微處理器的概念單片微處理器的概念第第1階段（階段（19711976）: 單片機發(fā)展的初級階段。單片機發(fā)展的初級階段。第第2階段（階段（19761980）: 低性能低性能8位單片機階段。位單片機階段。第第3階段（階段（19801983）: 高性能高性能8位單片機階段。位單片機階段。第第4階段（階段（198380年代末）年代末）: 16位單片機階段。位單片機階段。 1983年Intel公司又推出了高性能的16位單片機MCS96系列, 由于其采用了最新的制造工藝, 使芯片集成度高達12萬只晶

6、體管/片。這一階段也是8位單片機發(fā)展和應(yīng)用最活躍的階段，Intel公司的8X252、UPI-452、83C152；Zilog公司的Super8；Motorola公司的MC68HC11等超強功能8位單片機。 單片微機的發(fā)展歷史單片微機的發(fā)展歷史1.1.單片微處理器的概念單片微處理器的概念第第1階段（階段（19711976）: 單片機發(fā)展的初級階段。單片機發(fā)展的初級階段。第第2階段（階段（19761980）: 低性能低性能8位單片機階段。位單片機階段。第第3階段（階段（19801983）: 高性能高性能8位單片機階段。位單片機階段。第第4階段（階段（198380年代末）年代末）: 16位單片機階段

7、。位單片機階段。 第第5階段（階段（90年代）年代）: 提高性能的全面發(fā)展階段。提高性能的全面發(fā)展階段。 不但CPU具有了8位、16位、32位，也出現(xiàn)了雙CPU的內(nèi)部流水線結(jié)構(gòu)，時鐘達到20MHz，更高集成度、高速度和低功耗，具有PWM輸出、監(jiān)視定時器WDT、DMA傳輸控制器、CAN現(xiàn)場總線控制器、雙標準串口以及SPI與I2C串行總線等豐富的特殊功能部件紛紛被嵌入到片內(nèi)等等。STC系列屬于第五階段的最新產(chǎn)品。系列屬于第五階段的最新產(chǎn)品。 單片微機的發(fā)展歷史單片微機的發(fā)展歷史 單片機的特點單片機的特點1）片內(nèi)集成存儲器，但容量有限）片內(nèi)集成存儲器，但容量有限 片內(nèi)集成了少量的程序存儲器片內(nèi)集成了

8、少量的程序存儲器ROM 和數(shù)和數(shù)據(jù)存儲器據(jù)存儲器RAM。2）控制功能強，運行速度快）控制功能強，運行速度快 采用面向控制的軟、硬件設(shè)計，具有豐富的采用面向控制的軟、硬件設(shè)計，具有豐富的條件分支轉(zhuǎn)移和很強的位處理能力。條件分支轉(zhuǎn)移和很強的位處理能力。3）引腳的功能復(fù)用較多）引腳的功能復(fù)用較多 為了解決實際引腳數(shù)和需要的信號線數(shù)的矛盾，為了解決實際引腳數(shù)和需要的信號線數(shù)的矛盾，較多地采用了引腳功能復(fù)用的方法，引腳的功能通常由指令設(shè)置或由較多地采用了引腳功能復(fù)用的方法，引腳的功能通常由指令設(shè)置或由機器狀態(tài)來區(qū)分。機器狀態(tài)來區(qū)分。4）產(chǎn)品類型多，功能擴展靈活）產(chǎn)品類型多，功能擴展靈活 硬件電路有不同硬

9、件電路有不同I/O接口，不同附加功能和接口，不同附加功能和性能指標各異。性能指標各異。5）可靠性較高）可靠性較高 單片機的全部電路集成到一塊芯片上，大大縮短了系統(tǒng)內(nèi)單片機的全部電路集成到一塊芯片上，大大縮短了系統(tǒng)內(nèi)信號傳送距離，提高了抗干擾能力。信號傳送距離，提高了抗干擾能力。6）功耗較低）功耗較低 單片機大多使用單片機大多使用CHMOS工藝，且可以進入節(jié)電模式工作。工藝，且可以進入節(jié)電模式工作。1.1.單片微處理器的概念單片微處理器的概念 如數(shù)控機床、溫度控制、可編程順序控制、電機控制、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)檢測和各種工業(yè)過程控制系統(tǒng)都有單片機的大量應(yīng)用。 應(yīng)用于儀器儀表、智能傳感器、智能儀器、醫(yī)療器

10、械等方面。 1）智能化的民用電器）智能化的民用電器 如空調(diào)機、電冰箱、洗衣機、電子玩具、聲像設(shè)備等。 2）工農(nóng)業(yè)檢測和控制系統(tǒng)）工農(nóng)業(yè)檢測和控制系統(tǒng) 3）智能化儀器儀表）智能化儀器儀表 4）辦公自動化和計算機外設(shè)）辦公自動化和計算機外設(shè) 5）多機應(yīng)用和局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)）多機應(yīng)用和局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 如圖形終端機、圖文傳真機、復(fù)印機、打印機、繪圖儀、數(shù)據(jù)采集卡等各種智能終端和接口設(shè)備。 1.1.單片微處理器的概念單片微處理器的概念單片機的應(yīng)用單片機的應(yīng)用 1） MCS-51系列單片機（系列單片機（8051內(nèi)核單片機內(nèi)核單片機） （1）基本型）基本型 基本型包括8051/8751/8031三種芯片，常稱為8

11、051子系列。采用采用HMOS工藝，片內(nèi)集成有工藝，片內(nèi)集成有8位位CPU；片內(nèi)駐留片內(nèi)駐留4K字節(jié)字節(jié)ROM（8751片內(nèi)片內(nèi)4K字節(jié)字節(jié)EPROM，8031片內(nèi)無片內(nèi)無ROM）和）和128字節(jié)字節(jié)RAM以及以及21個特殊功能寄存器；個特殊功能寄存器；片內(nèi)包括兩個片內(nèi)包括兩個16位定時器位定時器/計數(shù)器，一個全雙工串行計數(shù)器，一個全雙工串行I/O口口（UART），），4個并行個并行I/O口、口、2級中斷的級中斷的5個中斷源；個中斷源；可尋址可尋址64KB程序存儲器程序存儲器ROM和和64KB數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器RAM（需片外（需片外擴展）擴展）主時鐘頻率達到主時鐘頻率達到12MHz。1.1.

12、單片微處理器的概念單片微處理器的概念常見單片機類型常見單片機類型1.1.單片微處理器的概念單片微處理器的概念 1） MCS-51系列單片機（系列單片機（8051內(nèi)核單片機）內(nèi)核單片機） （1）基本型）基本型 基本型包括8051/8751/8031三種芯片，常稱為8051子系列。 （2）增強型（改進型）增強型（改進型） 增強型包括8052/8752/8032三種芯片，常稱為8052子系列。 增強型的8052子系列與基本型的不同為：片內(nèi)片內(nèi)ROM增加到增加到8K字節(jié)字節(jié)RAM增加到增加到256字節(jié)字節(jié)增加了一個增加了一個16位定時器位定時器/計數(shù)器和一個中斷源計數(shù)器和一個中斷源串行接口（串行接口（

13、UART）的通信速率提高）的通信速率提高6倍倍常見單片機類型常見單片機類型1.1.單片微處理器的概念單片微處理器的概念 1） MCS-51系列單片機（系列單片機（8051內(nèi)核單片機）內(nèi)核單片機） （1）基本型）基本型 基本型包括8051/8751/8031三種芯片，常稱為8051子系列。 （2） 增強型（改進型）增強型（改進型） 增強型包括8052/8752/8032三種芯片，常稱為8052子系列。 （3） CHMOS型型 CHMOS型主要包括80C51/87C51/80C31以及80C252/87C252 /80C232等。采用采用CHMOS工藝制造工藝制造集成度高和功耗低。集成度高和功耗低

14、。常見單片機類型常見單片機類型1.1.單片微處理器的概念單片微處理器的概念表表11-1 MCS-51 系列單片機系列單片機PWM、計數(shù)器陣列7同步/異步位數(shù)可控48326425680C23287C2528KB80C2528KB6同步/異步位數(shù)可控483264256803287528KB80528KBMCS-52子系列87C51兩級保密系統(tǒng)5同步/異步位數(shù)可控48226412880C3187C514KB80C514KB5同步/異步位數(shù)可控482264128803187514KB80514KBMCS-51子系列片內(nèi)無ROM片內(nèi)EPROM片內(nèi)掩膜ROM其它中斷源數(shù)串行通信方式I/O口數(shù)目16 位定時

15、器/計數(shù)器程序和數(shù)據(jù)尋址空間/KB片 內(nèi)RAM/字節(jié)ROM形式 特性 類別1.1.單片微處理器的概念單片微處理器的概念 8096是整個MCS-96系列代表性的產(chǎn)品，與8位機相比較,其性能 提高主要表現(xiàn)在以下方面：（1） CPU為16位，主頻12MHz，采用寄存器堆/運算邏輯部件（RALU）提高運算速度。（2）片內(nèi)ROM增加到8KB，RAM增加到232B(寄存器堆)。（3）集成度高。片內(nèi)有5個8位的并行I/O口，4個16位的定時器/計數(shù)器，有的還具48個通道的10位A/D轉(zhuǎn)換器或PWM及監(jiān)視定時器WDT。（4）有4條高速觸發(fā)輸入線，6條高速脈沖輸出線，并具有定時功能。（5） 運算速度快。具有豐富

16、的指令系統(tǒng)、先進的尋址方式和帶符號運算等功能，使運算速度大大提高。（6）8級中斷處理系統(tǒng)。 2）MCS-96系列系列16位單片機位單片機1.1.單片微處理器的概念單片微處理器的概念 MCS-96 系列芯片可細分為六類：系列芯片可細分為六類：第一類第一類 是是NHMOS 的的8X9X，其中，其中8098 在我國應(yīng)用最廣。在我國應(yīng)用最廣。第二類第二類 是以是以CHMOS 的的80C196KB為代表，可工作于兩種節(jié)電方式。為代表，可工作于兩種節(jié)電方式。第三類第三類 是以是以80C196KC 為代表，重要特征是增加了外設(shè)事物服務(wù)器為代表，重要特征是增加了外設(shè)事物服務(wù)器（PTS），大大提高了中斷事件的實

17、時處理能力。），大大提高了中斷事件的實時處理能力。第四類第四類 是以是以80C196KR 為代表，增添了同步串行口和適用于主從機通為代表，增添了同步串行口和適用于主從機通信的從口（信的從口（SlavePort）功能，并以事件處理器陣列（）功能，并以事件處理器陣列（EPA）代替原來的高速輸入代替原來的高速輸入/輸出部件（輸出部件（HIHO）。）。第五類第五類 是以是以80C196MC 為代表，其主要特征是增添了一個三相波形為代表，其主要特征是增添了一個三相波形發(fā)生器，特別適應(yīng)于電機控制系統(tǒng)。發(fā)生器，特別適應(yīng)于電機控制系統(tǒng)。第六類第六類 包括包括80C196NC/NP，其尋址空間由，其尋址空間由6

18、4KB 擴大到了擴大到了1MB。1.1.單片微處理器的概念單片微處理器的概念 （1）具有A/D轉(zhuǎn)換器或PWM輸出的單片機具有具有810位位A/D轉(zhuǎn)換器：轉(zhuǎn)換器：除MCS-96以外，還有8XC552、PIC16F74、 ADUC824、EM78P25X、HT46R71D、T89C2501以及P89LPC900等。具有具有PWM輸出：輸出：EM78P458、ATMEL公司的AVR單片機（ATMEGA 16L）、凌陽SPMC65系列、hilips公司的P87LPC768、P89LPC932等系列單片機。 （2） 具有快速擦寫存儲器Flash Memery的單片機 如ATMEL公司的AT89C51系列

19、，Philips公司的P89LPC900系列， STC10、11、12系列等。3） 具有豐富外圍功能的單片機具有豐富外圍功能的單片機 （4） 具有雙UART串行口的單片機 如W77E58、DS80C320、C8051F021等型號 （5） 具有CAN總線控制器的單片機 如Philips公司的P8XC591 （6） 具有在系統(tǒng)編程ISP和應(yīng)用中編程IAP功能的單片機 如宏晶公司如宏晶公司STC10、11系列，系列，STCPHILIPS公司的89C51Rx、LPC900，DALLAS公司的S89C420，AT公司的89C58等ISP功能單片機。 （3） 具有I2C串行總線的單片機 如PHILIPS

20、公司的 P87LPC67X和P89LPC9XX等1.1.單片微處理器的概念單片微處理器的概念3） 具有豐富外圍功能的單片機具有豐富外圍功能的單片機 圖圖 MCS- -51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2. 單片微機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片微機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)STC11增加增加可配置可配置P4.44.7STC1132k 程序程序Flash32k EEPROMSTC11增加增加電源監(jiān)控電源監(jiān)控（上電復(fù)位、（上電復(fù)位、掉電復(fù)位）掉電復(fù)位）STC11增加增加硬件看門狗硬件看門狗（WDT）STC11增加增加可配置的可配置的RC振蕩器振蕩器STC11增加增加1024B RAMSTC11增加增加第二串口第二串口（P1.6

21、 P1.7）2. 單片微機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片微機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1） 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及主要功能內(nèi)部結(jié)構(gòu)及主要功能包括包括中央處理器中央處理器CPU（算術(shù)邏輯部件（算術(shù)邏輯部件ALU、控制器等）、程序存儲器、控制器等）、程序存儲器ROM、數(shù)據(jù)存儲器、數(shù)據(jù)存儲器RAM、位定時器、位定時器/計數(shù)器、并行和串行計數(shù)器、并行和串行I/O接口、中接口、中斷系統(tǒng)以及定時控制邏輯電路斷系統(tǒng)以及定時控制邏輯電路等?；咎匦匀缦拢旱??；咎匦匀缦拢?（1）8位位CPU。（2）片內(nèi)帶片內(nèi)帶RC振蕩器，時鐘頻率振蕩器，時鐘頻率fosc范圍為范圍為535MHz；（3） 256B片內(nèi)片內(nèi)RAM +1k擴展擴展RAM。（4）832kB的

22、片內(nèi)的片內(nèi)Flash程序存儲器程序存儲器+32kB EEPROM。（5）程序存儲器的尋址范圍為程序存儲器的尋址范圍為64K字節(jié)。字節(jié)。（6）片外數(shù)據(jù)存儲器的尋址范圍為片外數(shù)據(jù)存儲器的尋址范圍為64K字節(jié)。字節(jié)。（7）21B SFR專用寄存器專用寄存器+27B SFR(STC11F配置用配置用)2. 單片微機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片微機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（8）4個個8位并行位并行I/O接口：接口：P0、P1、P2、P3。+P4口口（9）1個個全雙工串行全雙工串行I/O接口，可多機通信。接口，可多機通信。+第二串口第二串口,在線下載在線下載（10）2個個16位位定時器定時器/計數(shù)器計數(shù)器T0和和T1。+獨立波特率發(fā)

23、生器獨立波特率發(fā)生器（11）可編程為兩個優(yōu)先級的可編程為兩個優(yōu)先級的5個個中斷源。中斷源。+WDT、低壓檢測、低壓檢測、 低功耗喚醒等中斷低功耗喚醒等中斷（12）111條條指令，含乘法指令和除法指令。指令，含乘法指令和除法指令。（13）有較強的有較強的位尋址、位處理能力位尋址、位處理能力。（14）用用單一單一+5V電源電源。STC寬電壓范圍寬電壓范圍2.76V運算器運算器 運算部件以算術(shù)邏輯單元運算部件以算術(shù)邏輯單元ALU為核心，包括布爾處理器、累為核心，包括布爾處理器、累加器加器ACC、寄存器、寄存器B、暫存器、程序狀態(tài)字、暫存器、程序狀態(tài)字PSW等許多部件。它等許多部件。它能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)

24、邏輯運算、位變量處理和數(shù)據(jù)傳輸操作能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)邏輯運算、位變量處理和數(shù)據(jù)傳輸操作 2. 單片微機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片微機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元ALU累加器累加器ACC (Accumulator) 通用寄存器通用寄存器B (General Register) 程序狀態(tài)字寄存器程序狀態(tài)字寄存器PSW PSWCyACF0RS1RS0OV- -P Cy（PSW.7）：進位標志位。如果操作結(jié)果在最高位：進位標志位。如果操作結(jié)果在最高位D7有有進位或有借位則該位置為進位或有借位則該位置為“1”，否則清為，否則清為“0” AC（PSW.6）：輔助進位（或稱半進位）標志。它反映了：輔助進位（或稱半進

25、位）標志。它反映了兩個兩個8位數(shù)運算時，低四位的位數(shù)運算時，低四位的D3向高四位的向高四位的D4是否有有進位是否有有進位（或借位）。（或借位）。 F0（PSW.5）：由用戶定義的標志位。：由用戶定義的標志位。 RS1（PSW.4）、）、RS0（PSW.3）：工作寄存器組選擇位。：工作寄存器組選擇位。 OV（PSW.2）：溢出標志位。：溢出標志位。 由硬件置位或清零。由硬件置位或清零。 P（PSW.0）：奇偶標志位。如果累加器的：奇偶標志位。如果累加器的8位中位中“1”的個的個數(shù)為奇數(shù)，則數(shù)為奇數(shù)，則P為為“1”狀態(tài)，否則狀態(tài)，否則P為為“0”。 2. 單片微機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片微機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 布爾

26、處理機是運算器的一個重要組成部分?？商峁┎紶柼幚頇C是運算器的一個重要組成部分?？商峁?7條位操條位操作指令，硬件有自己的作指令，硬件有自己的“位累加器位累加器”（進位位（進位位Cy）和自己的位尋）和自己的位尋址址RAM和和I/O空間，所以是一個獨立的位處理機?？臻g，所以是一個獨立的位處理機。 位累加器由進位位位累加器由進位位Cy完成。位操作指令允許直接尋址內(nèi)部數(shù)完成。位操作指令允許直接尋址內(nèi)部數(shù)據(jù)據(jù)RAM中的中的128個位和特殊功能寄存器里的位地址空間個位和特殊功能寄存器里的位地址空間。 布爾處理機可執(zhí)行置位、取反、等于布爾處理機可執(zhí)行置位、取反、等于1轉(zhuǎn)移，等于轉(zhuǎn)移，等于0轉(zhuǎn)移并清轉(zhuǎn)移并清0

27、和送入和送入/取自進位位的操作。取自進位位的操作。 可執(zhí)行邏輯與、邏輯或操作，其結(jié)果送回到進位標志可執(zhí)行邏輯與、邏輯或操作，其結(jié)果送回到進位標志Cy。 布爾處理機布爾處理機2. 單片微機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片微機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)控制器控制器（1）程序計數(shù)器）程序計數(shù)器PC（program counter） 程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC是中央控制器中最基本的寄存器，是一個獨是中央控制器中最基本的寄存器，是一個獨立的計數(shù)器，不屬于內(nèi)部的特殊功能寄存器，立的計數(shù)器，不屬于內(nèi)部的特殊功能寄存器，PC中存放的是下中存放的是下一條將要從程序存儲器中取出的指令地址一條將要從程序存儲器中取出的指令地址。 程序計數(shù)器的寬度決定了

28、程序存儲器可以直接尋址的范圍程序計數(shù)器的寬度決定了程序存儲器可以直接尋址的范圍。程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC是一個是一個16位的位的計數(shù)器，程序存儲器尋址范圍是計數(shù)器，程序存儲器尋址范圍是64KB。2. 單片微機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片微機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)控制器控制器（1）程序計數(shù)器）程序計數(shù)器PC（program counter）（2）數(shù)據(jù)指針）數(shù)據(jù)指針DPTR DPTR是一個是一個16位的特殊功能寄存器位的特殊功能寄存器，主要功能是，主要功能是作為片外作為片外數(shù)據(jù)存儲器或數(shù)據(jù)存儲器或I/O尋址用的地址寄存器（間接尋址）尋址用的地址寄存器（間接尋址），故稱為數(shù)，故稱為數(shù)據(jù)存儲器地址指針。據(jù)存儲器地址指針。 DP

29、TR寄存器既可以作為一個寄存器既可以作為一個16位寄存器處理，位寄存器處理，也可以作為也可以作為兩個兩個8位寄存器處理，其高位寄存器處理，其高8位用位用DPH表示，低表示，低8位用位用DPL表示表示。 用用MOVX指令時，指令時， MOVX A, DPTR2. 單片微機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片微機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)控制器控制器（1）程序計數(shù)器）程序計數(shù)器PC（program counter）（2）數(shù)據(jù)指針）數(shù)據(jù)指針DPTR（3）指令寄存器）指令寄存器IR、指令譯碼器以及控制邏輯、指令譯碼器以及控制邏輯 指令寄存器指令寄存器IR是用來存放指令操作碼的專用寄存器。執(zhí)行是用來存放指令操作碼的專用寄存器。執(zhí)行程序時，首

30、先從程序存儲器中取出指令，送給指令寄存器程序時，首先從程序存儲器中取出指令，送給指令寄存器IR，IR的輸出送指令譯碼器；然后進行譯碼，譯碼結(jié)果送定時控制的輸出送指令譯碼器；然后進行譯碼，譯碼結(jié)果送定時控制邏輯電路，控制計算機的各部件進行相應(yīng)的工作，執(zhí)行指令。邏輯電路，控制計算機的各部件進行相應(yīng)的工作，執(zhí)行指令。 指令的執(zhí)行，指令的執(zhí)行，是一個取指令是一個取指令指令譯碼指令譯碼執(zhí)行指令的不斷執(zhí)行指令的不斷循環(huán)過程。循環(huán)過程。2. 單片微機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片微機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)MCS-51MCS-51單片機是單片機是4040引腳的引腳的DIPDIP封裝，按引腳的功能可以分為三部分。封裝，按引腳的功能可以分為

31、三部分。 圖圖11-2 MCS-5111-2 MCS-51引腳圖引腳圖VCC(40腳腳)：接接+5 V電源。電源。1）主電源引腳和時鐘振蕩電路引腳）主電源引腳和時鐘振蕩電路引腳點擊分析引腳 VSS(20腳腳)：電源地。電源地。3. 單片微機的引腳簡介單片微機的引腳簡介繼續(xù)分析引腳MCS-51MCS-51單片機是單片機是4040引腳的引腳的DIPDIP封裝，按引腳的功能可以分為三部分。封裝，按引腳的功能可以分為三部分。 圖圖11-2 MCS-5111-2 MCS-51引腳圖引腳圖1）主電源引腳和時鐘振蕩電路引腳）主電源引腳和時鐘振蕩電路引腳XTAL2 (18腳腳) ：用作晶體振用作晶體振蕩電路的

32、反相器輸出端。當采蕩電路的反相器輸出端。當采用外部振蕩器時，用外部振蕩器時，XTAL2接收接收振蕩器信號，對振蕩器信號，對CHMOS單片單片機，此引腳應(yīng)懸浮。機，此引腳應(yīng)懸浮。 XTAL1(19腳腳)：接外部石英接外部石英晶體的一端。當采用外部時鐘晶體的一端。當采用外部時鐘時，對于時，對于HMOS單片機，該引單片機，該引腳接地；對于腳接地；對于CHMOS單片機，單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。入端。3. 單片微機的引腳簡介單片微機的引腳簡介繼續(xù)分析引腳圖圖11-2 MCS-5111-2 MCS-51引腳圖引腳圖3. 單片微機的引腳簡介單片微機的引腳簡介P0.0

33、P0.7(3932腳腳)：在在不接片外存儲器與不擴展不接片外存儲器與不擴展I/O口時，可作為準雙向輸口時，可作為準雙向輸入入/輸出口。在接有片外存輸出口。在接有片外存儲器或擴展儲器或擴展I/O口時，口時，P0口分時復(fù)用為低口分時復(fù)用為低8位地址位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。總線和雙向數(shù)據(jù)總線。2）輸入輸出）輸入輸出I/O引腳引腳 P2.0P2.7(2128腳腳)： 8位內(nèi)部帶上拉電阻的準雙位內(nèi)部帶上拉電阻的準雙向向I/O口引腳。當使用片外口引腳。當使用片外存儲器時，輸出高存儲器時，輸出高8位地位地址。址。P1.0P1.7(18腳腳)： 8位位內(nèi)部帶上拉電阻的準雙向內(nèi)部帶上拉電阻的準雙向I/O口引腳

34、。在編程口引腳。在編程/校驗期校驗期間，用做輸入低間，用做輸入低8位地址。位地址。對于對于8052，P1.0是定時器是定時器T2的計數(shù)輸入端；的計數(shù)輸入端；P1.1是是定時器定時器T2的外部輸入端。的外部輸入端。P3.0P3.7(1017腳腳)： 8位內(nèi)部帶上拉電阻的準位內(nèi)部帶上拉電阻的準雙向雙向I/O口引腳，口引腳， 此外此外P3口還具有第二功能?？谶€具有第二功能。3. 單片微機的引腳簡介單片微機的引腳簡介表表11-2 P3口的第二功口的第二功能能圖圖11-2 MCS-5111-2 MCS-51引腳圖引腳圖3. 單片微機的引腳簡介單片微機的引腳簡介3）控制信號引腳）控制信號引腳 RST/VP

35、D (9腳腳)：輸入，輸入，保持兩個機保持兩個機器周期以上器周期以上的高電平使的高電平使單片機完成單片機完成復(fù)位操作。復(fù)位操作。第二功能第二功能VPD為內(nèi)部為內(nèi)部RAM的備的備用電源輸入用電源輸入端。端。ALE/ -PROG (30腳腳) ：ALE為地為地址鎖存允許信號。在訪問外部存址鎖存允許信號。在訪問外部存儲器時，儲器時，ALE用來鎖存用來鎖存P0擴展地擴展地址低址低8位的信號。位的信號。 在不訪問外部存儲器時，在不訪問外部存儲器時，ALE也以時鐘振蕩頻率的也以時鐘振蕩頻率的1/6的固定速的固定速率輸出率輸出ALE能驅(qū)動能驅(qū)動8個個LSTTL門門輸入。輸入。 第二功能第二功能PROG#是對

36、是對8751內(nèi)內(nèi)部部EPROM編程時的編程脈沖輸編程時的編程脈沖輸入端。入端。 圖圖11-2 MCS-5111-2 MCS-51引腳圖引腳圖3. 單片微機的引腳簡介單片微機的引腳簡介3）控制信號引腳）控制信號引腳 RST/VPD (9腳腳)：輸入，輸入，保持兩個機保持兩個機器周期以上器周期以上的高電平使的高電平使單片機完成單片機完成復(fù)位操作。復(fù)位操作。第二功能第二功能VPD為內(nèi)部為內(nèi)部RAM的備的備用電源輸入用電源輸入端。端。-PSEN (29腳腳)：外部程序存儲外部程序存儲器器ROM的讀選通信號。當訪問的讀選通信號。當訪問外部外部ROM時，產(chǎn)生負脈沖作為時，產(chǎn)生負脈沖作為外部外部ROM的選通

37、信號。的選通信號。 而在訪問外部數(shù)據(jù)而在訪問外部數(shù)據(jù)RAM或片或片內(nèi)內(nèi)ROM時，不會產(chǎn)生有效的時，不會產(chǎn)生有效的PSEN#信號。信號。 PSEN#可驅(qū)動可驅(qū)動8個個LSTTL門輸入。門輸入。 圖圖11-2 MCS-5111-2 MCS-51引腳圖引腳圖3. 單片微機的引腳簡介單片微機的引腳簡介3）控制信號引腳）控制信號引腳 RST/VPD (9腳腳)：輸入，輸入，保持兩個機保持兩個機器周期以上器周期以上的高電平使的高電平使單片機完成單片機完成復(fù)位操作。復(fù)位操作。第二功能第二功能VPD為內(nèi)部為內(nèi)部RAM的備的備用電源輸入用電源輸入端。端。-EA/VPP(31腳腳)：-EA訪問外部程序存儲訪問外部

38、程序存儲器控制信號。器控制信號。 對對8051 和和8751，當當-EA=1時時 情形情形1：04KB內(nèi)，訪片內(nèi)程序內(nèi)，訪片內(nèi)程序 存儲器存儲器情形情形2：超：超4KB 時，自動訪問外部時，自動訪問外部ROM 對于對于8031，-EA 必須接地，只能訪必須接地，只能訪問外部問外部ROM。 Vpp為對為對8751的的EPROM的編程電源的編程電源輸入。輸入。 單片機是把程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器分開，屬于獨立尋址的單片機是把程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器分開，屬于獨立尋址的Harvard結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 STC11F存儲器組織分存儲器組織分4塊不同的存儲空間：塊不同的存儲空間： 1）片內(nèi)片內(nèi)862 KB的的Fl

39、ash程序存儲器空間程序存儲器空間;2）片內(nèi)基本片內(nèi)基本RAM（又分高（又分高128B，低，低128B和和21+27SFR專用區(qū)）專用區(qū)）; 3）片內(nèi)擴展片內(nèi)擴展RAM(XRAM);4) 片內(nèi)片內(nèi)32k Flash存儲器（存儲器（EEPROM）。）。 編址編址 程序存儲器用于存放程序及表格常數(shù)。最大程序存儲器用于存放程序及表格常數(shù)。最大64KB的的尋址空間。尋址空間。STC11F系列為系列為8kB62kB Flash。 8kB 0000H1FFFH， 16kB 0000H2FFFH1. 程序存儲器（程序程序存儲器（程序Flash）系統(tǒng)復(fù)位和中斷入口地址系統(tǒng)復(fù)位和中斷入口地址 002BH 預(yù)留預(yù)

40、留 003BH LVD 低電壓檢測中斷低電壓檢測中斷2. 基本內(nèi)部基本內(nèi)部RAM 低低128字節(jié)地址空間（字節(jié)地址空間（00H7FH）為內(nèi)部）為內(nèi)部RAM區(qū)，作為數(shù)據(jù)緩沖器。區(qū)，作為數(shù)據(jù)緩沖器。特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（80HFFH）（簡稱）（簡稱SFR區(qū)），區(qū)）， 基本型僅有基本型僅有21個個，8052子系列為子系列為26個，個，STC11F有有21+27個個被使用。被使用。對于對于STC11F為為256字節(jié)內(nèi)部字節(jié)內(nèi)部RAM區(qū)區(qū).對對SFR和高和高128字節(jié)字節(jié)RAM的訪問，的訪問，可通過直接尋址和寄存器間接尋址方式加以區(qū)分?？赏ㄟ^直接尋址和寄存器間接尋址方式加以區(qū)分。 （1） 低低

41、128字節(jié)字節(jié)分成分成4塊區(qū)域使用塊區(qū)域使用 工作寄存器組，工作寄存器組， 位尋址區(qū)，堆棧區(qū)，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)位尋址區(qū)，堆棧區(qū)，數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 工作寄存器組工作寄存器組u00H1FH單元為工作寄存器區(qū)。工作寄存器分成單元為工作寄存器區(qū)。工作寄存器分成4組，每組都有組，每組都有8個個寄存器，用寄存器，用R0R7來表示。來表示。u使用哪一組寄存器工作由程序狀態(tài)字使用哪一組寄存器工作由程序狀態(tài)字PSW中的中的PSW.3(RS0)和和 PSW.4(RS1)兩位來選擇。兩位來選擇。2. 基本內(nèi)部基本內(nèi)部RAM 通過軟件設(shè)置通過軟件設(shè)置RS0和和RS1兩位的狀態(tài)，就可任意選一組工作寄存兩位的狀態(tài)，就可任意選一組工作

42、寄存器工作。器工作。 例如：例如：如果要選如果要選1組的工作寄存器作為組的工作寄存器作為R0-R7，應(yīng)執(zhí)行下面的指令：，應(yīng)執(zhí)行下面的指令： SETB RS0 CLR RS1 位尋址區(qū)位尋址區(qū)20H2FH單元是位尋址區(qū)。單元是位尋址區(qū)。位地址范圍為位地址范圍為00H7FH。 對它們直接進行清零、置位、對它們直接進行清零、置位、取反和邏輯、測試等操作。取反和邏輯、測試等操作。 例如：例如：MOV 78H , C ；一般用字節(jié)地址加位號表示；一般用字節(jié)地址加位號表示如：如：2FH.4位。位。另一部分位尋址區(qū)在部分另一部分位尋址區(qū)在部分SFR中。中。2. 基本內(nèi)部基本內(nèi)部RAM 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)l

43、 內(nèi)部內(nèi)部RAM的的30H7FH為通用數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，即用戶為通用數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，即用戶RAM區(qū)，共區(qū)，共80個單元，作為一般的數(shù)據(jù)緩沖使用。個單元，作為一般的數(shù)據(jù)緩沖使用。2. 基本內(nèi)部基本內(nèi)部RAMl 按照按照先進后出（先進后出（FILO）或后進先出（）或后進先出（LIFO）的原則存取信息。的原則存取信息。l 堆棧堆棧原則上可以設(shè)在內(nèi)部原則上可以設(shè)在內(nèi)部RAM的任意區(qū)域的任意區(qū)域，但由于，但由于00H1FH為工作寄存器區(qū)，為工作寄存器區(qū)，20H2FH為位尋址區(qū)，堆棧為位尋址區(qū)，堆棧通常設(shè)在內(nèi)部通常設(shè)在內(nèi)部RAM的的30H7FH地址空間內(nèi)的頂部地址空間內(nèi)的頂部，但要考慮到堆棧的最大，但要考慮到堆棧的

44、最大深度。深度。 堆棧區(qū)堆棧區(qū)（2） 高高128字節(jié)字節(jié)n 高高128 RAM字節(jié)與字節(jié)與SFR重合編址，重合編址， 均為均為80HFFH 普通數(shù)據(jù)區(qū)普通數(shù)據(jù)區(qū)n 高高128 RAM必需用寄存器間接尋址，必需用寄存器間接尋址， SFR 必需用直接尋址必需用直接尋址n 也可用于堆棧。也可用于堆棧。2. 基本內(nèi)部基本內(nèi)部RAM3. SFR （80HFFH部分單元）部分單元） 特殊功能寄存器特殊功能寄存器(SFR) 專用于控制、管理片內(nèi)算術(shù)邏輯部件、并行專用于控制、管理片內(nèi)算術(shù)邏輯部件、并行I/O口、串行口、串行I/O口、定時器口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能模塊的工作。計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能模塊

45、的工作。 8051片內(nèi)含有片內(nèi)含有21個字節(jié)個字節(jié)8位的位的SFR，離散地分布在，離散地分布在80HFFH空間內(nèi)。空間內(nèi)。 STC11FXX有有21個基本個基本+27個新擴個新擴3. SFR（80HFFH部分單元）部分單元）3. SFR（80HFFH部分單元）部分單元） 與運算器有關(guān)與運算器有關(guān)SFR 3個個 ACC, B, PSW (ACC, B, PSW (已講已講) ) 指針類寄存器指針類寄存器3個個 1616位數(shù)據(jù)指針寄存器位數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR DPTR （已講（已講, DPH DPL, DPH DPL）；）； 堆棧指針堆棧指針SPSP 堆棧指針堆棧指針SP為為8位的位的SFR。S

46、P初值初值=07H，SP必須先賦值必須先賦值30H7FH區(qū)域內(nèi)，如用指令區(qū)域內(nèi)，如用指令MOV SP，#60H 。 堆棧指針堆棧指針SP是一個雙向計數(shù)器，始終指向堆棧的棧頂。在進棧是一個雙向計數(shù)器，始終指向堆棧的棧頂。在進棧操作時，操作時，SP指針先加指針先加1，出棧操作時，出棧后，出棧操作時，出棧后SP自動減自動減1。 堆棧操作指令堆棧操作指令PUSH和和POP對堆棧直接進行存取數(shù)據(jù)。對堆棧直接進行存取數(shù)據(jù)。3. SFR（80HFFH部分單元）部分單元）與運算器有關(guān)與運算器有關(guān)SFR 3個個指針類寄存器指針類寄存器3個個 5個個I/O口寄存器口寄存器 P0、P1、P2、P3、P4。 11個模

47、式控制寄存器個模式控制寄存器 P0M1、P0M0P4M1、P4M0；P4SW 與與I/O口有關(guān)的口有關(guān)的SFR 16個個 (藍字為藍字為STC11F獨有獨有)定時器定時器/計數(shù)器有關(guān)的計數(shù)器有關(guān)的SFR 9個個 4個字節(jié)個字節(jié)T1、T0 （TH1、TL1，TH0、TL0） 5個字節(jié)定時個字節(jié)定時/計數(shù)控制寄存器計數(shù)控制寄存器 TMOD方式控制、方式控制、 TCON控制；控制；AUXR輔助、輔助、WDT_CONTR看門看門狗控制、狗控制、WAKE_CLKO時鐘控制。時鐘控制。 3. SFR（80HFFH部分單元）部分單元）與運算器有關(guān)與運算器有關(guān)SFR 3個個指針類寄存器指針類寄存器3個個與與I

48、/O口有關(guān)的口有關(guān)的SFR 16個個定時器定時器/計數(shù)器有關(guān)的計數(shù)器有關(guān)的SFR 9個個與串口有關(guān)與串口有關(guān)SFR 5個個 SCON串口控制、串口控制、SBUF串行緩沖器、和串行緩沖器、和PCON電源控制電源控制。 AUXR輔助（輔助（與計數(shù)共用與計數(shù)共用），），AUXR1輔助輔助1與中斷有關(guān)與中斷有關(guān)SFR 6個個 IE、IP；TCON（共用）（共用）、PCON（共用）（共用）、SCON（共用）（共用） WAKE_CLKO喚醒與時鐘控制喚醒與時鐘控制與線編程與線編程ISP與在應(yīng)用編程與在應(yīng)用編程IAP有關(guān)有關(guān) 6個個 外加外加3個字節(jié)：個字節(jié)：WKTCL、WKTCH、CLK_DIV 3+3+

49、169+5+6+6+附加附加3=51個個因有因有4個共用，則減個共用，則減4，共使用共使用47個字節(jié)。個字節(jié)。4. 擴展擴展RAM與數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)Flash 擴展擴展RAM (XRAM) 000003FFH 1024字節(jié)；字節(jié)； 與外擴展與外擴展64KB RAM相同，相同，WOVX訪問；訪問； 不能與片外擴展不能與片外擴展RAM并存，由并存，由AUXR選擇區(qū)域。選擇區(qū)域。 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)Flash 00007FFFH 32kB字節(jié)；字節(jié)； 512字節(jié)提個扇區(qū)，共字節(jié)提個扇區(qū)，共64個扇區(qū)；個扇區(qū)； 操作有扇區(qū)擦除、字節(jié)讀、字節(jié)寫。操作有扇區(qū)擦除、字節(jié)讀、字節(jié)寫。5 單片微機的并行單片微機的并行I/O口口

50、 I/O口功能與工作模式口功能與工作模式 1. 各各I/O口功能口功能 （1）基本功能：）基本功能：P0P4各各/口均有一般輸入口均有一般輸入/輸出功能。輸出功能。（2）復(fù)用功能：）復(fù)用功能：P1.0CLKOUT2 P1.6、P1.7第二串行口第二串行口RXD2、TXD2 P3.0、P3.1第一串行口第一串行口RXD1、TXD1 P3.2、P3.3外部中斷外部中斷INT0、INT1 P3.4、P3.5CLKOUT0、CLKOUT1 / T0、 T1 / -INT P3.6、P3.7 -WR、-RD P4.5、P4.7 ALE、RST 5 單片微機的并行單片微機的并行I/O口口 并行并行I/O口

51、功能與工作模式口功能與工作模式 2. 各各I/O口的工作模式口的工作模式 P0P4各各/口均具有口均具有4種工作模式：種工作模式： 模式模式 PnM1、PnM0 性能性能 準雙向準雙向 0 0 8051模式，但驅(qū)動能力強，灌模式，但驅(qū)動能力強，灌20mA,拉拉230A 推挽輸出推挽輸出 0 1 強上拉輸出，強上拉輸出，20mA，要外接限流電阻，要外接限流電阻 高阻輸入高阻輸入 1 0 僅為輸入僅為輸入 開漏模式開漏模式 1 1 開漏：無上拉電阻，適應(yīng)開漏：無上拉電阻，適應(yīng)5V器件外接器件外接3V器件。器件。 MCS-51系列單片機片內(nèi)含有一個高增益的反相放大器，其頻率系列單片機片內(nèi)含有一個高增

52、益的反相放大器，其頻率范圍為范圍為1.212MHz，XTAL1和和XTAL2分別為放大器的輸入端和輸出分別為放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內(nèi)部或外部方式產(chǎn)生。端。時鐘可以由內(nèi)部或外部方式產(chǎn)生。 STC11Fxx f0sc=535MHz 內(nèi)部內(nèi)部RC時鐘時鐘56.9MHz 時鐘電路時鐘電路內(nèi)部方式時鐘外接作為反饋元件的晶體后成為自激振蕩器，晶體呈感性，內(nèi)部方式時鐘外接作為反饋元件的晶體后成為自激振蕩器，晶體呈感性，與與 C1、C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。振蕩器的振蕩頻率主要取決于晶體，電容的構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。振蕩器的振蕩頻率主要取決于晶體，電容的值常取值常取1530pF左右。左右。下載界面選擇時鐘

53、源：內(nèi)部下載界面選擇時鐘源：內(nèi)部RC時鐘（引腳懸空），時鐘（引腳懸空）， 外接晶振或時鐘外接晶振或時鐘。 分頻系數(shù)設(shè)定分頻系數(shù)設(shè)定 fsys=fosc/N 時鐘分頻寄存器時鐘分頻寄存器 CLK_DIV=0 0 0 0 0 CLKS1、CLKS1、CLKS0 N=1128 （對應(yīng)（對應(yīng)CLKS1、CLKS1、CLKS0 =000-111）時鐘電路時鐘電路復(fù)位電路復(fù)位電路1) 單片機上電復(fù)位、按鍵與上電復(fù)位和僅內(nèi)部復(fù)位三種電路單片機上電復(fù)位、按鍵與上電復(fù)位和僅內(nèi)部復(fù)位三種電路 2) 冷起動復(fù)位與熱啟動復(fù)位冷起動復(fù)位與熱啟動復(fù)位 見表見表11.5 復(fù)位實現(xiàn)及復(fù)位門檻電壓選擇等以后實訓解決復(fù)位實現(xiàn)及復(fù)位門檻電壓選擇等以后實訓解決1. Flash存儲技