单片机原理与应用以及C51编程技术——硬件体系结构梳理

文章目录

一、单片机的结构原理

1.1 主要性能和特点

  1. 内部程序存储器ROM :4K的flash程序存储器;
  2. 寄存器区:4个寄存器区,每个区有R0-R7八个工作寄存器;
  3. 8位并行输入输出端口:P0、P1、P2和P3;
  4. 定时/计数器:2个16位的定时/计数器 T0、T1;
  5. 串型口:全双工串行端口(RXD:接收端、TXD发送端);
  6. 中断系统:设有5个中断源(T0、T1、Int0、Int1、ES);
  7. 系统扩展能力:可外接64K的 ROM 和64K的 RAM;
  8. 堆栈:设在RAM单元、位置可以浮动(通过指针SP来确定堆栈在RAM中的位置)系统复位时SP=07H;
  9. 布尔处理机:配合布尔运算的指令进行各种逻辑运算;
  10. 指令系统:111条指令。按功能可分为数据传送、算术运算、逻辑运算、控制转移和布尔操作5大类。

1.2 内部框图

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1.3 CPU

CPU由运算器和控制器两部分组成,主要完成取指令、指令译玛、发出各种操作所需的控制信号,使单片机各个部分协调工作。

1.3.1 运算器

运算器是以算术逻辑单元ALU为核心,加上累加器A、寄存器B、程序状态字PSW及专门用于位操作的布尔处理机等组成的,它可以实现数据的算术运算、逻辑运算、位变量处理和数据传送等操作。

1.3.2 控制器

控制器是单片机的控制中心,它包括定时和控制电路、指令寄存器、指令译码器、程序计数器PC、堆栈指针SP、数据指针DPTR以及信息传送控制部件等。

它先以振荡信号为基准产生CPU的时序,从ROM中取出指令到指令寄存器,然后在指令译码器中对指令进行译码,产生指令执行所需的各种控制信号,送到单片机内部的各功能部件,指挥各功能部件产生相应的操作,完成指令对应的功能。

1.4 几个主要的特殊功能寄存器SFR说明

1.4.1 程序指针PC

  1. 为CPU指明将要执行的指令地址,(存放下一条指令的地址)。长度为16位,所以寻址范围为0-65535(64K)。
  2. 单片机在复位时PC=0000H,这就意味着一旦将单片机复位,CPU就从ROM的0000H单元执行程序。
  3. 在物理上是独立于SFR。

1.4.2 累加器A

最常用的寄存器。所有的算术运算指令所要使用的寄存器且运算结果都存放在A中。

1.4.3 寄存器B

乘、除法指令专用的寄存器,当然也可作为一般的工作寄存器使用。

1.4.4 数据指针DPTR

  1. 由两个8位寄存器构成。高八位寄存器DPH和低八位寄存器DPL构成16位的寄存器DPTR。
  2. DPTR主要用来存放外部数据存储器RAM的地址,作为CPU访问外部RAM的数据指针
  3. CPU的查表指令使用DPTR提供ROM中表格的首地址;
  4. 在MCS-51单片机中,CPU访问外部RAM中的数据或ROM中的表格、常数必须借助DPTR做指针来实现数据的读取访问。

1.4.5 程序状态字PSW

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8位寄存器,表征程序执行的状态信息。

介绍

  1. CY(PSW.7)进位标志:
    在加减法运算中,累加器A的最高位D7有进位,则CY=1,否则CY=0。同理,在减法运算中,如果A7有借位,则CY=1.因此CY往往作为无符号数运算是否有溢出的标志。
  2. AC(PSW.6)辅助进位位:
    用来判断加减法运算时,低四位是否向高四位进位或借位(既A3的进位或借位)。往往用来处理压缩的BCD码的运算处理。
  3. F0(PSW.5) 用户标志位:
    完全由用户来定义和使用。
  4. RS1,RS0工作寄存器区选择位:
    补充:寄存器区:4个寄存器区,每个区有R0-R7八个工作寄存器;
    确定工作寄存器R0-R7在4个区中的位置(单片机在复位后RS1、RS0=00 — 选择0区)。可以通过修改RS1,RS0的值来改变工作寄存器区的选择。
  5. OV(PSW.2)溢出标志位
    判断有符号数运算时是否有溢出。
    OV的结果可以用一个算法来表示: OV=CP异或CS
    其中:CP为A7的进位,CS为A6的进位OV=1表明有溢出。
    百度解释:溢出标志位:对于单字节的有符号数,若用最高位(b7)表示正、负号,则只有7位有效数位(b6~b0),能表示-128~+127之间的数。运算结果超出了这个数值范围,就会发生溢出,此时OV=1,否则OV=0。
  6. P(PSW.0)奇偶标志位:
    用来标志累加器A中运算后“1”的个数。
    当P=1时,表明A中1的个数为奇数个,反之为偶数个。

例子

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1.4.6 堆栈指针SP

SP 堆栈指针:8位寄存器,用来指示堆栈的位置,可由软件修改。

堆栈的介绍

堆栈是一种按“先进后出”规律操作的存储结构。不同类型的处理器其堆栈的设计各不相同:

SP寄存器作为堆栈指针。这种结构的特点是充分的利用RAM的空间,使堆栈的空间得以扩大。但它也有一种“致命”的弱点:数据很容易与堆栈发生冲突,特别是初学编程者。
为了避免上述问题的出现,编程者往往在程序的开始加上一条指令: MOV SP,60H 试分析为什么?

百度解释:
单片机复位后SP的值一般要用一条指令赋值为60H,这只是个别人写程序的爱好与习惯罢了,没有任何规定必须是赋值60H,更没有任何原因必须选60H。
就单片机复位后,SP=07H,不用重新赋值也是可以的,否则,为什么当初设计者会这么设计呢。由于51单片机的堆栈是向上增长的,所以,为了避免堆栈区与用户数据区互相影响,才将SP设置在60H以后,比较合理的是赋值为6FH,这样堆栈区可用70H~7FH,预留有16个单元足够,也不浪费。

堆栈的作用

①保护程序的断点地址(既返回地址);
②保护数据(也称保护现场)。

堆栈操作的两种方式

①断点地址的保护是靠执行子程序调用指令或发生中断调用时,由硬件自动实现断点地址的进栈保护;在子程序或中断服务程序返回时有RET或RETI指令实现恢复断点;
②而对于其它需要保护的数据都要由专用的指令PUSH或POP来实现进栈保护或恢复。

二、单片机的存储器结构

  1. 程序存储器ROM要掌握的要点是:6个特定的入口单元
  2. 数据存储器RAM要掌握的要点是:内部结构(包括寄存器区、堆栈区、位寻址区和特殊功能寄存器SFR区)。
    ① 内部集成了4K的程序存储器ROM
    ② 内部具有256B的数据存储器RAM
    ③ 可以外接64K的程序存储器ROM和数据存储器RAM。

从物理结构的角度讲,51单片机的存储系统可以分为四个存储空间:既片内ROM,RAM和片外ROM、RAM。
从逻辑上讲(既编程的角度),51单片机的存储系统实际上分为三个存储空间。
1. 片内数据存储器RAM;
2. 片外数据存储器RAM;
3. 片内或外的程序存储器ROM(由EA电平决定)。
结构图:
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2.1 程序存储器ROM(片内、片外)

  1. 程序存储器ROM用于存放程序、常数或表格。

  2. 在51单片机中,由引脚 /EA 上的电平选择内、外ROM;
    EA=1时,CPU执行片内的4KROM中的程序;
    EA=0时,CPU选择片外ROM中的程序。

  3. 无论是使用片内还是使用片外ROM,程序的起始地址都是从ROM的0000H单元开始。

  4. 尽管系统可以同时具备片内ROM和外部ROM,但是在一般正常使用情况下,通过/EA的设定来选择其一(或者使用内部ROM,或者使用外部ROM)。

  5. 如果EA=1(执行片内程序存储器中程序时):
    如果程序计数器的指针PC值超过0FFFH(4K)时,单片机就要自动的转向片外的ROM存储器且从1000H单元开始执行程序(无法使用片外ROM的低4K空间)。
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2.1.1 程序存储器六个特殊的单元

0000H单元:复位时程序计数器PC所指向的单元,因此用来 存放程序中的第一条指令;
0003H单元:外部中断/INT0的矢量入口地址;
000BH单元:定时器T0溢出中断的矢量入口地址;
0013H单元:外部中断/INT1的矢量入口地址;
001BH单元:定时器T1的溢出中断矢量入口地址;
0023H单元:串行口接收、传送的中断矢量入口地址。
矢量入口单元:在编写中断程序时,写入对应的“跳板指令”。
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因为在复位时,程序指针PC指向0000H

2.1.2 外部程序存储器

当单片机使用外ROM存储器时(扩展系统),必须设定/EA=0,此时单片机的端口功能就要发生相应的改变:
① P0、P2作为外部ROM的地址和数据总线;
② 使用引脚/psen信号来选通外部ROM的数据三态输出。
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2.2 数据存储器RAM

无论在物理上还是逻辑上,系统中RAM 都可分为两个独立空间:内部和外部RAM。由不同的指令来访问。

  1. 访问内部数据存储单元时,使用 MOV 指令;
  2. 访问外部数据存储器时,使用 MOVX 指令。

内部RAM从功能上将256B空间分为二个不同的块:

  1. 低128B的RAM块;
  2. 高128B的SFR(Special Function Register )块。

在低128B的RAM存储单元中又可划分为:

  1. 工作寄存器区;
  2. 位寻址区;
  3. 通用存储数据的“便签区”。

高128B的专用寄存器区SFR中仅仅使用了21寄存器(51系列),其它107个单元不能使用。

2.2.1 AT89 片内、片外数据存储器示意图

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2.2.2 片内RAM低128B 字节功能分配图

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工作寄存区区结构图(0区)

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片内RAM中具有双重功能的存储结构图

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RAM的20H~2FH的存储特点(位寻址区)

  1. 20H~2FH本身是字节地址,因此这些单元可以按照常规存储16个字节的数据。如:

    MOV 20H,A ;将累加器A中的数据送RAM的 20H单元(字节传送操作)

  2. 将20H~2FH中的16*8既128个bit分别定义其位地址00H~7FH(如图),这样CPU可以按位来访问这些bit:

    MOV 20H,C ;将Cy中的布尔变量送20H位地 址中(位传送)

2.2.3 特殊功能寄存器SFR

特殊功能寄存器 SFR (Special Function Register) 离散分布在256B字节中的高128B中。

  1. 设定单片机内部各模块的工作方式,存放相关模块的状态与标志。如定时器、串行口,并行端口和中断设置等。
  2. 尽管特殊功能寄存器与RAM在同一个单元中,但不能作为普通的RAM存储单元来使用。
  3. 在编程中根据需要,进行一些特定功能的设定,或者是从中查寻相关部件的状态时,才能对其进行读、写操作。如中断方式的设定、定时器工作模式的设定,查询串行口发送或接收是否结束等等。
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    具有位地址和位名称的SFR才可以位寻址。
    位地址有以下4种表示形式:
  • 直接使用位地址表示
    例如:0D7H —— PSW最高位的位地址
  • 使用位名称表示、
    例如:CY —— PSW最高位的位名称
  • 使用SFR字节地址.位形式表示
    例如:0D7H.7 —— PSW字节地址.最高位
  • 使用SFR名称. 位形式表示
    例如:PSW.7 —— PSW名称.最高位

位寻址:20H-2FH和能被8整除的SFR

2.3 外部数据存储器

当单片机需要外加RAM存储器时(扩展系统),必须使用专用的MOVX指令,此时单片机的端口功能就要发生相应的改变:
① P0、P2作为外部RAM的地址和数据总线;
② 使用MOVX指令进行读写操作。
③ MOVX指令在执行时,会自动地产生/RD或/WR信号对 外部RAM实现控制。

指令通过P0、P2输出DPTR中的16位地址信号。这里使用了16位的寄存器DPTR,其寻址范围为64KB。
此时: P0口做低8位地址总线和数据的“复用”总线;
P2口做高8位地址总线。

2.4 小结

MCS-51单片机的存储器的配置
片内4K的程序存储器ROM;
片内256B的数据存储器RAM;
片外可以扩展64K的ROM和RAM.

  1. 程序存储器
    当引脚EA=1时, CPU从片内ROM的0000H单元运行程序;
    若引脚EA=0时, CPU从片外ROM的0000H单元运行程序。
    当引脚EA=1,且PC值大于0FFFH时, CPU会自动从内部ROM转到片外ROM的1000H单元运行程序。

    无论是片内还是片外, ROM有六个单元是有特定意义的:

    1. 0000H单元:上电,复位后的启动地址;
    2. 0003H单元:外部中断INT0的入口地址;
    3. 000BH单元:定时器T0的中断入口地址;
    4. 0013H单元:外部中断INT1的入口地址;
    5. 001BH单元:定时器T1的中断入口地址;
    6. 0023H单元:串行口中断的入口地址。
  2. 内部数据存储器RAM
    低128B: 1,工作寄存器区;2,位寻址区;3,便笺区;
    高128B: 做特殊功能寄存器SFR用。
    注意:

    1. SFR不同于一般的数据RAM,它不是用于存储数据,而是用来控制和 表征单片机内部几个逻辑部件的特征,状态等重要信息。
    2. 在使用RAM时,要注意字节地址和位地址的概念.
    3. 访问内部RAM的指令为 MOV 指令。
  3. 外部数据存储器

    1. 在硬件具备的条件下,MCS-51单片机可以使用64KB的外部数据存储器.如果要访问外部数据存储器RAM时,只能使用间址的寻址方式.
    2. 间址寄存器有R0,R1或DPTR.前者寻址范围为256KB(00H-FFH);后者为64KB(0000H-FFFFH).使用的指令是 MOVX。

三、单片机的引脚功能

3.1 51单片机的外形和逻辑符号

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3.2 51单片机的引脚定义

3.2.1 主电源引脚

主电源引脚:Vcc(+5V— 40脚)和 Vss (GND 20脚);
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3.2.2 外接晶体引脚

外接晶体引脚:XTAL1(19脚)、XTAL2(18脚)
两脚之间接入一个晶体震荡器,单片机就以此晶体的频率开始工作(其频率范围为:0~24MHz)。
频率越高,单片机的工作速度就越快,但单片机的功耗就要增加,其产生的高次谐波也会对系统内部的模拟电路(如ADC)产生严重的干扰。
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3.2.3 控制与电源复用引脚

RST / V pd(9脚)

RST / V pd(9脚):复位信号输入,高电平有效。

  • 复位操作可以确保CPU从程序的开始端运行程序;
  • 微处理器在“上电”时必须对其施行“复位”操作,以避免电源从0V至5V时电源的过度性造成系统“混乱”。而MCS-51单片机不具备“上电复位”功能。因此,必须通过外部对此引脚施加一个(大于两个时钟周期的)高电平使单片机复位。
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    在复位状态下:
  1. 程序指针PC=0000H;
  2. 堆栈指针SP=07H;
  3. SFR的内容全变为“0”;
  4. P0~P3四个端口输出“全1”(FFH);
  5. RAM内容不变。

【思考题】PC=0000H 意味着什么?
意味着程序从头开始执行
Vpd 功能:当单片机掉电时,此引脚可以接入备用电源向单片机内部的RAM供电,防止RAM中的数据丢失。

ALE/PROG(30脚)

以系统时钟 fosc 的1/6的频率,周期性输出方波脉冲。

  1. 系统扩展时,作为外部存储器低八位地址的锁存信号;
  2. 可为系统提供一个频率为 fosc/6 的方波信号;
  3. EPROM型单片机编程时编程输入脉冲(第二功能)。
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/PSEN(29脚)

/PSEN(29脚):外部程序程序存储器的选通输出信号。

  • 当单片机使用外部程序存储器时,此脚在一个机器周期内产生两次负脉冲,作为外部程序存储器ROM的选通信号;
  • 访问外部数据存储器 RAM 时,此信号无效。
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/EA / Vdd (31脚)

/EA / Vdd (31脚):程序存储器的选择控制端
CPU 执行片内ROM还是外部ROM中的程序,由硬件设计者通过对EA引脚的设置来决定:
/EA=“1” 时:单片机使用内部的程序存储器ROM;
/EA=“0” 时:单片机使用外部的程序存储器ROM。
【注意】:如果EA=1既使用单片机内部的程序存储器时,如果程序计数器PC的值超过0FFFH时,单片机将自动转向外部程序存储器1000H开始的单元。
对于EPROM型的单片机,此脚还是用于写程序时,加入21伏的编程电压。
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四、单片机的I/O口

4.1 P0

P0.0 - P0.7: P0端口线(39-32脚)
输出能力最强的端口,可带动8个TTL负载;

  • 具有两种工作方式:
    ①普通的I/O方式;
    ②系统扩展时的总线方式。
  • 当处于I/O方式时:端口内部输出电路呈“开路结构”,所以当驱动MOS负载时,应接一个10K左右的上拉电阻,否则无法输出高电平。
  • 当处于扩展方式时:P0口成为外部存储器提供低八位地址和数据的“复用总线” (此时不能作为通用的I/O端口)。
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4.2 P1

P1.0 - P1.7: P1端口线(1 – 8脚):

  • 负载能力4个TTL负载。
  • MCS-51单片机中唯一“功能单一”的I/O端口。在系统设计中只能设计为“通用的I/O端口”;
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4.3 P2

P2.0 – P2.7: P2端口线(21 – 28脚):

  • 同P0端口类似:具有两种工作方式:
    ①普通的I/O方式;
    ②系统扩展时的总线方式(高八位地址总线)。
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4.4 P3

P3.0 – P3.7 P3端口线 (10 – 17脚):

  • P3口的引脚具有两种用途:
    ①做通用的I/O端口,负载能力为4个TTL ;
    ②引脚具有第二功能。
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4.4.1 小结

【注意】: 在系统设计中,P3端口原则上不作I/O端口,而是尽量保留其第二功能;

如:串行通信中所使用的发送TXD、接收RXD以及外部中断的两个输入信号INT0、INT1等。

   **这种方法利于系统设计中最大限度的调用MCS-51单片机的内部硬件资源,以简化外部电路的设计。**

4.5 片外总线结构

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4.5.1 地址总线(AB)

地址总线的宽度是16位,因此可以寻址的范围是64 KB。采用分时复用技术,可以对外部64 KB的数据存储器或程序存储器直接寻址。它由P0口提供16位地址总线的低8位(A0~A7),由P2口提供地址总线的高8位(A8~A15)。

4.5.2 数据总线(DB)

数据总线的宽度是8位,它由P0口提供。

4.5.3 控制总线(CB)

控制总线由P3口的第二功能(RXD、TXD、INT0、INT1、T0、T1、RD、WR)和4根独立的控制线(RST、EA、ALE、PSEN)组成。

4.6 小结

  1. MCS-51单片机的四个端口其功能在芯片设计中各不相同,所以其内部结构和特点也不一样;
  2. P0~P3四个端口都可以作为普通的具有双向传输功能的I/O端口;
  3. 当系统硬件设计中如果采用外部存储器(ROM或RAM)扩展方式时,P0、P2端口变为系统总线。在此时P0、P2不能再做I/O端口。
  4. P3口在系统设计上,尽可能的保留其第二功能,以可充分利用单片机的内部系统资源。
  5. 对程序存储器ROM的使用选择取决于引脚EA的设定:EA=1使用片内4K的ROM;EA=0时使用外部ROM。
  6. 一个微处理器在上电时,必须进行“复位”操作,而MCS-51单片机不具备“上电复位”功能,所以必须外加一个上电复位电路,其复位时间大于2个机器周期即可;
  7. 单片机的工作频率 fosc 取决于外接晶体的振荡频率。如何选择晶体的振荡频率不单纯考虑系统的工作速度,还要考虑到系统的功耗、工作的稳定向和可靠性,而这些都与外接晶体的振荡频率有着直接的关系;

五、单片机内部看门狗定时器

看门狗定时器(WDT)简介

  WDT是为了解决CPU运行时可能进入混乱或死循环而设置的,AT89S51的WDT由一个14bit计数器和看门狗复位SFR(WDTRST)构成。
  **外部复位时,WDT默认为关闭状态,要打开WDT,用户必须顺序将01EH和0E1H写到WDTRST寄存器(SFR地址为0A6H)中。**
  当启动WDT后,它会随晶体振荡器在每个机器周期计数,除硬件复位或WDT溢出复位外没有其它方法关闭WDT。
  WDT溢出将使RST引脚输出**高电平的复位脉冲**,复位脉冲持续时间**98个时钟周期** 

六、单片机复位工作方式

6.1 介绍

复位:将单片机系统置成特定初始状态的操作,复位后程序从头(0000H单元)开始执行程序。
系统刚接通电源或重新启动时均进入复位状态。
当系统处于正常工作状态时,如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上,则CPU就可以实现可靠复位,如图2-17所示,其中TCY为机器周期,等于12个时钟周期。各寄存器和程序计数器PC的状态见表2-11所示。
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6.2 两种上电复位电路

6.2.1 上电复位电路

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上电复位电路:当接通电源的瞬间,RST端与VCC同电位,随着电容上的电压逐渐上升,RST端的电压逐渐下降,于是在RST端便形成了一个正脉冲,只要该正脉冲的宽度持续两个机器周期的高电平,就可实现系统自动复位。

6.2.2 上电复位及按钮复位

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上电复位和按钮复位:(也称为手动复位)的组合,当人工按下P按钮后就可实现系统复位。单片机复位后,各寄存器和程序计数器PC的状态见表2-11所示。

6.3 复位的初始状态

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七、单片机低功耗方式

7.1 介绍

AT89系列单片机提供了两种省电工作方式:空闲方式和掉电方式。其目的是尽可能地降低系统的功耗。
在空闲工作方式中(IDL=1),振荡器继续工作,时钟脉冲输出到中断系统、串行口以及定时器模块,但却不提供给CPU。在掉电方式中(PD=1),振荡器停止工作。
两种工作方式都是由SFR中的电源控制寄存器PCON的控制位来定义的,PCON寄存器的控制格式如图2-19所示。
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SMOD:串行口波特率倍率控制位。
GF0,GF1:通用标志位。
PD:掉电方式控制位。PD=1,进入掉电工作方式。
IDL:空闲方式控制位。IDL=1,进入空闲工作方式。
PCON寄存器的复位值为0XXX000,PCON.4~PCON.6为保留位,用户不要对它们进行写操作。

7.2 空闲工作方式

当CPU执行完置IDL=1( ORL PCON,#01H,PCON.0=1)的指令后,系统进入了空闲工作方式。
这时,内部时钟不提供给CPU,而只供给中断、串行口、定时器部分。CPU的内部状态维持不变,即包括堆栈指针SP、程序计数器PC、程序状态字PSW、累加器ACC等其他所有的内容保持不变,端口状态也保持不变。ALE保持逻辑高电平。

有两种方法可以使系统退出空闲工作方式:
1、**任何的中断请求都可以由硬件将PCON.0(IDL)清0而中止空闲工作方式。**当执行完中断服务程序返回时,从置空闲工作方式指令的下一条指令开始继续执行程序。
2、**硬件复位。**RST端的复位信号直接将PCON.0(IDL)清0,从而退出空闲状态,CPU则从进入空闲方式的下一条指令开始重新执行程序。

7.3 掉电工作方式

当CPU执行一条置PCON.1位(PD)为1的指令后,系统进入掉电工作方式。
在这种工作方式下,内部振荡器停止工作。由于没有振荡时钟,因此所有的功能部件都停止工作,但内部RAM区和特殊功能寄存器的内容被保留,而端口的输出状态值都保存在对应的SFR中,ALE和都为低电平。
**退出掉电方式的惟一方法是硬件复位。**复位后将所有的特殊功能寄存器的内容初始化,但不改变内部RAM区的数据。
而在准备退出掉电方式之前,**Vcc必须恢复到正常的工作电压值,并维持一段时间(约10 ms),**使振荡器重新启动并稳定后,方可退出掉电方式。

八、单片机的时序

8.1 介绍

单片机取出指令后要对指令进行译码产生各种操作信号,所谓时序,就是指各种操作信号的时间序列,它表明了指令执行中各种信号之间的相互关系。为达到同步协调工作的目的,各操作信号在时间上有严格的先后次序,这些次序就是CPU的时序。
CPU执行指令的一系列动作都是在时序电路控制下一拍一拍进行的,为了便于对CPU时序进行分析,人们按指令的执行过程规定了几种周期,即时钟周期、状态周期、机器周期和指令周期,也称为时序定时单位。

8.2 基本时序

8.2.1 时钟周期

也称为振荡周期,定义为时钟脉冲频率(fosc)的倒数,是计算机中最基本的、最小的时间单位。
在一个时钟周期内,中央处理器CPU仅完成一个最基本的动作。一个振荡周期也称为一个节拍,用P表示,通常称为P节拍,如图2.20所示。
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8.2.2 状态周期

时钟周期经2分频后成为内部的时钟信号,用作单片机内部各功能部件按序协调工作的控制信号,称为状态周期,用S表示。
**一个状态周期包含两个时钟周期,前半状态周期相应的时钟周期定义为P1,后半周期对应的时钟周期定义为P2。**一般情况下,CPU中的算术逻辑运算在P1有效期间完成,在P2有效期间进行内部寄存器间的信息传送。

8.2.3 机器周期

机器周期:完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。
51单片机有固定的机器周期,规定一个机器周期有6个状态,分别表示为S1~S6,而一个状态包含两个时钟周期,那么一个机器周期就有12个时钟周期,可以表示为S1P1, S1P2, …, S6P1, S6P2,一个机器周期共包含12个振荡脉冲,即机器周期就是振荡脉冲的12分频。

8.2.4 指令周期

指令周期:指CPU执行一条指令所需要的时间,一般由若干个机器周期组成,指令不同,所需要的机器周期数也不同。51系统中,一个指令周期通常含1~4个机器周期。大多数指令是单字节单周期指令,还有一些指令是单字节双周期指令和双字节双周期指令,而乘法指令MUL和除法指令DIV都是单字节四周期指令(参见附录B)。

posted @ 2022-09-29 00:13  周末不下雨  阅读(589)  评论(0编辑  收藏  举报