交大单片机第二章

1、第 1 页u 51内核单片机内核单片机CPU以以MCS-51为基础为基础 系统结构相同系统结构相同 指令集兼容指令集兼容p MCS-51单片机简介单片机简介 51系列：系列：8031、8051、8751等等 52系列：系列：8032、8052、8752等等2. 512. 51内核单片机的应用基础内核单片机的应用基础 第 2 页2.1 MCS-512.1 MCS-51单片机简介单片机简介 型号型号片内存储器片内存储器片外片外存储器存储器数据数据+ +程序程序I IO O口线口线中断中断入口入口个数个数定时器计数器定时器计数器（个（个/ /位）位）工作工作频率频率（MHzMHz）机器机器周期周期（

2、s）ROMROMEPROMEPROMCPUCPURAMRAM并并串串8031803112812864K+64K64K+64K8 8* *4 4UARTUART5 52/162/162 2121212/12/频率频率805180514K4K12812864K+64K64K+64K8 8* *4 4UARTUART5 52/162/162 2121212/12/频率频率875187514K4K12812864K+64K64K+64K8 8* *4 4UARTUART5 52/162/162 2121212/12/频率频率8032803225625664K+64K64K+64K8 8* *4 4UA

3、RTUART6 63/163/162 2121212/12/频率频率805280528K8K25625664K+64K64K+64K8 8* *4 4UARTUART6 63/163/162 2121212/12/频率频率875287528K8K25625664K+64K64K+64K8 8* *4 4UARTUART6 63/163/162 2121212/12/频率频率第 3 页2.2 MCS-512.2 MCS-51单片机的组成单片机的组成第 4 页2.2 MCS-512.2 MCS-51单片机的组成单片机的组成第 5 页u 控制器控制器 振荡器振荡器 指令寄存器指令寄存器 定时与控制单

4、元定时与控制单元 与控制器共同完成控制作用的寄存器与控制器共同完成控制作用的寄存器程序计数器程序计数器PC ，16位、位、程序无法直接访问程序无法直接访问堆栈指针堆栈指针SP（Stack Pointer），）， 8位，指向在位，指向在CPU内部内部RAM中建立的堆栈的栈顶中建立的堆栈的栈顶数据指针数据指针DPTR（Data Pointer），地址不同的），地址不同的 两个两个8位，可构成一个位，可构成一个16位位2.2 MCS-512.2 MCS-51单片机的组成单片机的组成第 6 页u 运算器运算器 ALU和两个暂存器组成和两个暂存器组成 累加器，双重身份：累加器，双重身份： A累加器，累加

5、器，ACC通用寄通用寄存器（存器（C语言不能操作语言不能操作A，只能操作，只能操作ACC） B寄存器，主要用于乘法和除法操作，通用寄存器，主要用于乘法和除法操作，通用寄存器寄存器 逻辑处理机（又称布尔处理机）逻辑处理机（又称布尔处理机） 程序状态字程序状态字PSW（Program Status Word）用来存储表示单片机运行结果的一些标志用来存储表示单片机运行结果的一些标志C语言一般不操作语言一般不操作PSW2.2 MCS-512.2 MCS-51单片机的组成单片机的组成第 7 页 进位标志进位标志CY（CarrY flag） 表示运算是否有进位（或借位）产生表示运算是否有进位（或借位）产生

6、 用于无符号数运算结果的判断用于无符号数运算结果的判断 辅助进位标志辅助进位标志AC（Auxiliary Carry flag） 半进位标志半进位标志 用于用于BCD（binary coded decimal）运算调整）运算调整 溢出标志位溢出标志位OV（OVery flag） 用于符号数的加减运算用于符号数的加减运算 表示乘法的积的位数扩展表示乘法的积的位数扩展 当除法溢出时（除数为零）当除法溢出时（除数为零）2.2 MCS-512.2 MCS-51单片机的组成单片机的组成uPSWPSW第 8 页 奇偶标志奇偶标志P（Parity flag） 反映累加器或反映累加器或ACC内容的奇偶性内容的

7、奇偶性 P与累加器（与累加器（ACC）组成偶校验）组成偶校验保证此保证此9位数据中位数据中1的个数为偶数的个数为偶数 如（如（ACC） = 11001100B，则，则P = 0 用户的标志：用户的标志：F1（Flag 1）、）、F0（Flag 0） 无特定的含义，可供用户使用无特定的含义，可供用户使用 在在51系列单片机中系列单片机中F1未定义未定义2.2 MCS-512.2 MCS-51单片机的组成单片机的组成第 9 页 通用寄存器的组号通用寄存器的组号 RSRegister bank Selector bit 用于表示当前操作的寄存器组的组号用于表示当前操作的寄存器组的组号 用自然二进制数

8、表示用自然二进制数表示2.2 MCS-512.2 MCS-51单片机的组成单片机的组成第 10 页u 总线总线 片内总线，连接单片机内部的部件片内总线，连接单片机内部的部件 片外总线，提供扩展外部器件的总线接口片外总线，提供扩展外部器件的总线接口u 存储器存储器 非标准的哈佛结构非标准的哈佛结构l ROM与与RAM独立编址（两个独立的存储器空独立编址（两个独立的存储器空间）间）l 数据总线和地址总线共用数据总线和地址总线共用2.2 MCS-512.2 MCS-51单片机的组成单片机的组成第 11 页 定时器计数器定时器计数器 51系列：两个系列：两个16位的定时器计数器（位的定时器计数器（0/

9、1） 52系列：三个系列：三个16位的定时器计数器（位的定时器计数器（02） 定时器计数器的信号引脚与端口定时器计数器的信号引脚与端口3（0/1）和端口和端口1（2）的某些位共用）的某些位共用 输入输出接口输入输出接口 四个四个8位的通用输入输出位的通用输入输出GIO端口端口 一个通用异步收发器一个通用异步收发器UART2.2 MCS-512.2 MCS-51单片机的组成单片机的组成第 12 页 ROM 通过总线与单片机连接通过总线与单片机连接 寻址能力寻址能力64KB（16位地址，位地址，0000H0FFFFH） 外部外部RAM 通过总线与单片机连接通过总线与单片机连接 寻址能力寻址能力64

10、KB I0总线扩展与外部总线扩展与外部RAM统一编址统一编址 有些有些51内核的单片机已集成部分外部内核的单片机已集成部分外部RAM，称之为片内称之为片内RAM，而称通过外部总线扩展的，而称通过外部总线扩展的外部外部RAM为片外为片外RAM2.2 MCS-512.2 MCS-51单片机的组成单片机的组成第 13 页 内部内部RAM 通过总线与单片机连接通过总线与单片机连接 8XX1是是128个字节，地址为个字节，地址为00H7FH 8XX2是是256个字节，地址为个字节，地址为00H0FFH 其中高其中高128个字节的地址与个字节的地址与SFR重叠重叠 通用寄存器区通用寄存器区l 地址从地址从

11、00H到到1FH，分成四个寄存器组，分成四个寄存器组l 每组占用每组占用8个字节，记为个字节，记为R0R7l 组号由组号由RS1和和RS0确定确定2.2 MCS-512.2 MCS-51单片机的组成单片机的组成第 14 页2.3 2.3 存储器体系结构与寻址方式存储器体系结构与寻址方式 寄存器寄存器位寻址位寻址SFRSFR堆栈堆栈第 15 页2.3 2.3 存储器体系结构与寻址方式存储器体系结构与寻址方式RS1RS1、RS0RS0组号组号内部内部RAMRAM的地址的地址00000 000H00H07H07H01011 108H08H0FH0FH10102 210H10H17H17H11113

12、318H18H1FH1FH 寄存器区寄存器区字节地址：字节地址：00H1FH寄存器编号：寄存器编号：R0R7（四组）（四组）第 16 页2.3 2.3 存储器体系结构与寻址方式存储器体系结构与寻址方式字节地址字节地址 = 8RS1RS0 + 寄存器的下标寄存器的下标如：如：RS1RS0 = 10，R2的地址的地址= 82+2 = 18 = 12H返回返回第 17 页 位寻址区位寻址区字节地址：字节地址：20H2FH位地址：位地址：00H7FH2.3 2.3 存储器体系结构与寻址方式存储器体系结构与寻址方式返回返回第 18 页2.3 2.3 存储器体系结构与寻址方式存储器体系结构与寻址方式符号符

13、号地址地址功能介绍功能介绍复位值复位值BF0HB寄存器寄存器00HACCE0H与与A为同一个物理寄存器为同一个物理寄存器00HPSWD0H程序状态字程序状态字00HIPB8H中断优先级控制寄存器中断优先级控制寄存器XX000000P3B0HP3口锁存器口锁存器0FFHIEA8H中断允许控制寄存器中断允许控制寄存器0X000000P2A0HP2口锁存器口锁存器0FFHSBUF99H串行口锁存器串行口锁存器XSCON98H串行口控制寄存器串行口控制寄存器00H返回返回第 19 页 堆栈堆栈u 操作规则操作规则 先进后出（先进后出（First-In Last-Out，FILO）= 后进先出（后进先出

14、（Last -In First -Out，LIFO）u 特性特性 位于内部位于内部RAM 浮动浮动堆底可设在任何位置，深度可变堆底可设在任何位置，深度可变 满递增满递增堆栈指针堆栈指针SP指向栈顶位置（最后指向栈顶位置（最后压入的数据的地址）、方向由低到高压入的数据的地址）、方向由低到高 SP复位后的值为复位后的值为7，一般需根据内部，一般需根据内部RAM的使的使用情况进行设定用情况进行设定2.3 2.3 存储器体系结构与寻址方式存储器体系结构与寻址方式第 20 页 堆栈操作可分为入栈和出栈操作堆栈操作可分为入栈和出栈操作 硬件自动硬件自动l 返回地址入栈返回地址入栈 响应中断响应中断 子程序

15、调用子程序调用l 返回地址出栈返回地址出栈 响应中断返回（响应中断返回（RETI） 子程序调用返回（子程序调用返回（RET） 软件控制软件控制只支持只支持直接寻址直接寻址 入栈指令为入栈指令为PUSH ADDR 出栈指令为出栈指令为POP ADDR2.3 2.3 存储器体系结构与寻址方式存储器体系结构与寻址方式第 21 页外部外部2.3 2.3 存储器体系结构与寻址方式存储器体系结构与寻址方式 第 22 页p 寻址方式寻址方式 u 外部总线的存储器所支持的寻址方式外部总线的存储器所支持的寻址方式 ROMMOVC指令指令 目的操作数必须是累加器寻址目的操作数必须是累加器寻址 源操作数必须是使用源

16、操作数必须是使用A+DPTR或或A+PC的变址基的变址基址接寻址址接寻址 RAMMOVX指令指令 一个操作数必须是累加器寻址一个操作数必须是累加器寻址 而另一个操作数只支持寄存器间接寻址而另一个操作数只支持寄存器间接寻址16位地址使用位地址使用DPTR、8位地址使用位地址使用R0或或R12.3 2.3 存储器体系结构与寻址方式存储器体系结构与寻址方式第 23 页u 内部总线的存储器内部总线的存储器MOV等指令等指令 完成对所有内部总线的存储器的操作完成对所有内部总线的存储器的操作通过不同的寻址方式来指定不同的区域通过不同的寻址方式来指定不同的区域 SFR 直接寻址（字节地址：直接寻址（字节地址

17、：80H0FFH） 位寻址（位地址：位寻址（位地址：80H0FFH） 高高128个字节的内部个字节的内部RAM 寄存器间接寻址寄存器间接寻址 地址寄存器必须使用地址寄存器必须使用R0或或R12.3 2.3 存储器体系结构与寻址方式存储器体系结构与寻址方式第 24 页 低低128个字节的内部个字节的内部RAM 直接寻址或寄存器间接寻址直接寻址或寄存器间接寻址 寄存器寻址（寄存器寻址（4组，组，R0R7） 位寻址（位地址：位寻址（位地址：00H7FH）2.3 2.3 存储器体系结构与寻址方式存储器体系结构与寻址方式第 25 页2.4 MCS-512.4 MCS-51单片机的指令系统单片机的指令系统

18、共有共有111种指令，按功能分为五大类：种指令，按功能分为五大类： 数据传送类指令数据传送类指令 算术运算类指令算术运算类指令 逻辑运算类指令逻辑运算类指令 控制转移类指令控制转移类指令 位操作指令位操作指令第 26 页2.4 MCS-512.4 MCS-51单片机的指令系统单片机的指令系统p 指令的执行时间指令的执行时间指令指令MCS-51STC12CXXXXC8051FXXXADD A,Rn1221ADD A,direct1232ADD A,Ri1232ADD A,#data1222SUBB A,Rn1221SUBB A,direct1232SUBB A,Ri1232SUBB A,#dat

19、a1222第 27 页2.4 MCS-512.4 MCS-51单片机的指令系统单片机的指令系统指令指令地址地址CY（PSW.7PSW.7）OV（PSW.2PSW.2）AC（PSW.6PSW.6）ADD第第7 7位有进位时置位有进位时置1 1，否则清除，否则清除第第7 7位和第位和第6 6位不同时有进位时置位不同时有进位时置1 1，否则清除，否则清除第第3 3位有进位时置位有进位时置1 1，否则清，否则清除除ADDC同上同上同上同上同上同上SUBB第第7 7位有借位时置位有借位时置1 1，否则清除，否则清除第第7 7位和第位和第6 6位不同时有借位时置位不同时有借位时置1 1，否则清除，否则清除

20、第第3 3位有借位时置位有借位时置1 1，否则清，否则清除除MUL0积大于积大于255255时置时置1 1，否则清除，否则清除 DIV0除数为除数为0 0时置时置1 1，否则清除，否则清除 DA第第7 7位有进位时置位有进位时置1 1，否则清除，否则清除 RRC等于第等于第0 0位位 RLC等于第等于第7 7位位 SETB C1 CLR C0 CPL C等于原值的非等于原值的非 ANL C,BIT根据运算结果确定根据运算结果确定 ANL C,/BIT同上同上 ORL C,BIT同上同上 ORL C,/BIT同上同上 MOV C,BIT等于等于BITBIT CJNE第第1 1个操作数大于等于第个

21、操作数大于等于第2 2个操个操作数时清除，否则置作数时清除，否则置1 1 第 28 页2.5 C8051F2.5 C8051F单片机简介单片机简介第 29 页v 高速高速CIP-51CIP-51内核内核 指令与指令与MCS-51MCS-51兼容兼容 流水线流水线 指令以时钟周期为运行单位指令以时钟周期为运行单位 平均运行速度为平均运行速度为MCS-51MCS-51的的9.59.5倍倍 最高时钟频率：最高时钟频率：100MHz100MHz2.5 C8051F2.5 C8051F单片机简介单片机简介第 30 页2.5 C8051F2.5 C8051F单片机简介单片机简介C8051F300C8051

22、F300第 31 页2.5 C8051F2.5 C8051F单片机简介单片机简介v 灵活的灵活的I/OI/O交叉开关配置交叉开关配置以硬件方式实现以硬件方式实现I/OI/O端口的灵活配置端口的灵活配置v I/OI/O端口端口增加单向输出增加单向输出推挽推挽v 先进的时钟系统先进的时钟系统 可变时钟，动态切换可变时钟，动态切换 片内和外部振荡器片内和外部振荡器 时钟输出时钟输出v 多复位源系统多复位源系统增强系统的安全和微控制器的功耗管理功能增强系统的安全和微控制器的功耗管理功能第 32 页2.5 C8051F2.5 C8051F单片机简介单片机简介v 混合信号片上系统混合信号片上系统 片内片内

23、扩展扩展RAMRAM 具有具有ISPISP和和IAPIAP能力的能力的FLASHFLASHv JTAGJTAG系统调试接口系统调试接口采用同一开发工具进行调试和程序烧录采用同一开发工具进行调试和程序烧录v 低电压低电压/ /宽电压宽电压2.72.73.6V/2.03.6V/2.05.2V5.2V第 33 页2.5 C8051F2.5 C8051F单片机简介单片机简介与与MCS-51MCS-51的区别的区别P.29 表表2-5第 34 页2.5 C8051F2.5 C8051F单片机简介单片机简介v 有些片内集成一定容量的数据存储器有些片内集成一定容量的数据存储器v 有些提供有些提供EMIFEM

24、IF（External External Data MemoryData Memory InterfaceInterface），数据存储器的分布可通过软件），数据存储器的分布可通过软件设置设置片内与片外有可能重叠片内与片外有可能重叠第 35 页2.5 C8051F2.5 C8051F单片机简介单片机简介0FFFFH0FFFFH0000H0000H片内数据存储器片内数据存储器片内数据存储器片内数据存储器片内数据存储器片内数据存储器片内数据存储器片内数据存储器。(a)(a)无片外数据存储器无片外数据存储器片内数据存储器地址重迭片内数据存储器地址重迭0FFFFH0FFFFH0000H0000H片外数

25、据存储器片外数据存储器（无组选择）（无组选择）片内数据存储器片内数据存储器(b)(b)片内、外数据存储器片内、外数据存储器片外数据存储器无组选择片外数据存储器无组选择0FFFFH0FFFFH0000H0000H片外数据存储器片外数据存储器（组选择）（组选择）片内数据存储器片内数据存储器(c)(c)片内、外数据存储器组片内、外数据存储器组片外数据存储器组选择片外数据存储器组选择0FFFFH0FFFFH0000H0000H片外数据存储器片外数据存储器（无组选择）（无组选择）(d)(d)无片内数据存储器无片内数据存储器片外数据存储器无组选择片外数据存储器无组选择MCS-51MCS-51方式方式第 3

26、6 页2.5 C8051F2.5 C8051F单片机简介单片机简介 EMIFEMIF功能功能低端口方式低端口方式高端口方式高端口方式 复复用用方方式式A15A15：88P2P2P6P6AD7AD7：00P3P3P7P7ALEALEP0.5P0.5P4.5P4.5/WR/WRP0.7P0.7P4.7P4.7/RD/RDP0.6P0.6P4.6P4.6非非复复用用方方式式A15A15：88P1P1P5P5A7A7：00P2P2P6P6D7D7：00P3P3P7P7/WR/WRP0.7P0.7P4.7P4.7/RD/RDP0.6P0.6P4.6P4.6第 37 页2.5 C8051F2.5 C805

27、1F单片机简介单片机简介第 38 页2.5 C8051F2.5 C8051F单片机简介单片机简介第 39 页2.5 C8051F2.5 C8051F单片机简介单片机简介第 40 页2.5 C8051F2.5 C8051F单片机简介单片机简介FLASHFLASH可存放程序和数据可存放程序和数据v 以页以页(PAGE)/(PAGE)/扇区扇区(SECTOR) (SECTOR) （512B512B、1024B1024B等）等）为单位的，擦除操作将擦除整个页为单位的，擦除操作将擦除整个页/ /扇区；写扇区；写入可按字节进行。入可按字节进行。v 有些有仅供存放数据的数百有些有仅供存放数据的数百B B的便

28、笺式的便笺式FLASHFLASH，页为页为128B128B。v ISPISP，使用由，使用由CYGNALCYGNAL或第三方供应商提供的编或第三方供应商提供的编程工具通过程工具通过JTAGJTAG接口编程，这是对未初始化接口编程，这是对未初始化器件的唯一的编程方法。器件的唯一的编程方法。v IAPIAP，使用，使用MOVXMOVX指令对指令对FLASHFLASH进行编程。进行编程。v 程序中使用程序中使用MOVCMOVC指令可读取指令可读取FLASHFLASH内的数据内的数据第 41 页2.5 C8051F2.5 C8051F单片机简介单片机简介FLASHFLASH存储器主体存储器主体低端地址

29、：低端地址：00000000FLASHFLASH存储器加密选项存储器加密选项FLASHFLASH存储器保留区域存储器保留区域便便笺式笺式FLASHFLASH存储器存储器容量小于容量小于64K FLASH64K FLASH结构示意图结构示意图第第N N组组FLASHFLASH存储器主体存储器主体第第0 0组组低端地址：低端地址：00000000FLASHFLASH存储器加密选项存储器加密选项FLASHFLASH存储器保留区域存储器保留区域便便笺式笺式FLASHFLASH存储器存储器容量大于容量大于64K FLASH64K FLASH结构示意图结构示意图第 42 页2.5 C8051F2.5 C8

30、051F单片机简介单片机简介程序组（代码空间）程序组（代码空间） 数据组（数据组（数据空间数据空间） PSBANK PSBANKCOBANK COBANK 和和 SFLESFLE（PSCTL.2PSCTL.2）控制）控制PSBANKPSBANKIFBANK IFBANK 控制控制 SFLE=0 SFLE=1SFLE=0 SFLE=10FFFFH0FFFFH7FFFH7FFFH8000H8000H0000H0000H第第0 0组组第第0 0组组第第0 0组组第第1 1组组。第第0 0组组第第0 0组组第第0 0组组第第1 1组组。便便笺式笺式程序组（代码空间）程序组（代码空间） 数据组（数据组（

31、数据空间数据空间）物理地址物理地址0FFFFH7FFFH8000H物理地址物理地址0000H程序地址程序地址0FFFFH0FFFFH7FFFH7FFFH8000H8000H0000H0000H第第0 0组组第第1 1组组第第0 0组组第第2 2组组17FFFH7FFFH10000H0000HMOVXMOVX写操作写操作MOVCMOVC读操作读操作第 43 页2.5 C8051F2.5 C8051F单片机简介单片机简介v 提供安全选项和保密选项提供安全选项和保密选项 防止防止FLASHFLASH被意外修改被意外修改 防止程序和常数被非法读取防止程序和常数被非法读取 安全选项安全选项某些某些SFR

32、SFR被用来保护被用来保护FLASHFLASH，防止被软件意外修改，防止被软件意外修改（不同微控制器方式不同），用软件修改（不同微控制器方式不同），用软件修改FLASHFLASH时，必须满足安全选项时，必须满足安全选项 擦除允许位和写允许位擦除允许位和写允许位 操作顺序操作顺序第 44 页2.5 C8051F2.5 C8051F单片机简介单片机简介 保密选项保密选项n 对对JTAGJTAG接口的保密选项接口的保密选项FLASHFLASH中的某个字节（或该字节的某些位）被用中的某个字节（或该字节的某些位）被用来作为读锁定标志来作为读锁定标志 锁定位总是可读的并可以被清零（即使保护锁定位总是可读的并可以被清零（即使保护有效）有效） 存储块被锁定后，解锁的唯一办法是通过存储块被锁定后，解锁的唯一办法是通过JTAGJTAG接口进行整个程序存储器空间擦除。接口进行整个程序存储器空间擦除。第 45