《单片机技术应用》-项目3

任务一探究51单片机内部结构一、MCS−51单片机硬件资源单片机的内部结构如图3−1所示，主要包括CPU、存储器和I/O口、时钟、定时器、中断以及串口。二、微处理器的组成图3−2为STC89C52RC/RD+单片机内部结构框图，STC89C52RC系列单片机包含中央处理器（CPU）、程序存储器（Flash）、数据存储器（SRAM）、定时/计数器、UART串口、I/O接口、EEPROM、看门狗等模块。STC89C52RC/RD+系列单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上一个片上系统。下一页返回任务一探究51单片机内部结构三、机器周期和指令周期第18、19号引脚：为外部时钟输入引脚，为单片机的工作提供时钟周期。51单片机的时钟是为单片机提供工作时序，单片机从内部FlashROM中取指令和各种操作都是按时序走的，所以时序是单片机正常工作的一个必要条件。系统时钟是一切微处理器、微控制器内部电路工作的基础。51单片机的时钟频率可以在0～33MHz范围。单片机内部有一个可以构成振荡器的放大电路。在这个放大电路的对外引脚XTAL2（引脚18）和XTAL1（引脚19）接上晶体和电容就可以构成单片机的时钟电路。上一页下一页返回任务一探究51单片机内部结构常用时钟电路有内部振荡方式和外部振荡方式，电容C1与C2的取值范围为30～50pF。51系列单片机以晶体振荡器的振荡周期（或外部引入的时钟信号的周期）为最小的时序单位。所以片内的各种微操作都是以时钟周期为时序基准。如图3−3所示为51系列单片机的时钟信号图。由图中可以看出，51单片机的基本定时单位共有4个，它们从小到大分别是：①时钟周期：由振荡电路产生的振荡脉冲的周期，又称节拍（如P1、P2）。时钟周期=1/fosc(fosc为时钟信号频率)②状态周期：它是时钟周期的2倍，也即一个状态周期包含两个相互错开的节拍，又称S状态时间。上一页下一页返回任务一探究51单片机内部结构状态周期=2×时钟周期③机器周期：MCS−51单片机有固定的机器周期，它是由晶振频率12分频后形成的，也就是说，一个机器周期是时钟周期的12倍宽。机器周期=12×时钟周期单片机的基本操作周期为机器周期。一个机器周期有6个状态，每个状态由两个脉冲（时钟周期）组成。即：1个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期若单片机采用12MHz的晶体振荡器，则一个机器周期为1μs，若采用6MHz的晶体振荡器，则一个机器周期为2μs。上一页下一页返回任务一探究51单片机内部结构④指令周期：指令周期是执行一条指令所需要的时间。不同的指令，其执行时间各不相同，如果用占用机器周期多少来衡量，那么MCS−51单片机的指令可分为单周期指令、双周期指令及四周期指令。单片机指令的执行过程分为取指令、译码、执行三个过程。取指令的过程实质上是访问程序存储器的过程，其时间长短取决于指令的字节数；译码与执行的时间长短取决于指令的类型。对于MCS−51单片机的指令系统，其指令长度为1～3个字节。其中单字节指令的运行时间有单机器周期、双机器周期和四机器周期；双字节指令有双字节单机器周期指令和双字节双机器周期指令；三字节指令则都为双机器周期指令。上一页下一页返回任务一探究51单片机内部结构四、单片机存储结构51单片机的存储器在物理结构上可以分为片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器，如图3−4所示。片内片外统一编址64KB程序存储器地址空间；片内独立编址256B数据存储器地址空间；片外独立编址64KB数据存储器地址空间。上一页返回任务二汇编语言入门MCS−51单片机的编程语言可以是汇编语言也可以是C语言，无论是高级语言还是汇编语言，源程序都要转换成目标程序（机器语言）单片机才能执行。源程序编译、连接及生成HEX文件的过程如图3−6所示。汇编的方法主要有两种，即手工汇编与机器汇编。（1）手工汇编：通过人工查指令表，查出程序中每条指令对应的机器代码。早期的计算机使用手工汇编方法。（2）机器汇编：用计算机中的汇编程序对用户源程序进行汇编。用机器汇编要提供给汇编器一些信息，遵循汇编程序的一些约定。下一页返回任务二汇编语言入门一、指令的基本概念1.指令概述一台单片机所具有的所有指令的集合，就构成了指令系统。指令系统越丰富，说明CPU的功能越强。由于计算机只能识别二进制数，所以指令也是用二进制数形式表示的，这种二进制数称为指令的机器码。MCS−51系列单片机指令系统共有33种功能，42种助记符，111条指令。2.汇编语言指令类型（1）机器指令：指令系统的全部指令。每条机器指令都有对应的机器代码，可以被CPU执行。上一页下一页返回任务二汇编语言入门（2）伪指令：汇编控制指令，没有指令代码，只用于汇编过程，为汇编程序提供汇编信息。（3）宏汇编功能：将需要反复多次执行的程序段定义成一个宏指令名（宏定义）。编程时，可在程序中使用宏指令名来替代被定义的程序段（宏调用）。二、伪指令（常用伪指令及功能）1.起始指令ORGnn功能：定义程序或数据块的起始地址。指示此语句后面的程序或数据块以nn为起始地址，连续存放在程序存储器中。上一页下一页返回任务二汇编语言入门指令地址机器码

源程序

ORG2000H2000H7830MAIN:MOVR0,#30H2002HE6MOVA,@R0…ORG3000H3000H23TAB:DB23H,100,‘A’3001H643002H41上一页下一页返回任务二汇编语言入门2.字节定义标号：DB（字节常数或字符或表达式）功能：指示在程序存储器中以标号为起始地址的单元里存放的数为字节数据。3.字定义标号：DW（字常数或表达式）功能：指示在程序存储器中以标号为起始地址的单元里存放的数为字数据（即16位的二进制数）。上一页下一页返回任务二汇编语言入门4.保留字节标号：DS（数值表达式）功能：指示在程序存储器中保留以标号为起始地址的若干字节单元，其单元个数由数值表达式指定。例如L1：DS32；从L1地址开始保留32个存储单元。5.等值指令标号EQU（数值表达式）功能：表示EQU两边的量等值，用于为标号或标识符赋值。上一页下一页返回任务二汇编语言入门6.位定义标号BIT［位地址］功能：同EQU指令，不过定义的是位操作地址。7.汇编结束END功能：指示源程序段结束。END指令放在程序的最后。三、数据传送类指令单片机数据传送类指令，即单片机的累加器A与片外RAM之间的数据传送类指令：上一页下一页返回任务二汇编语言入门MOVXA,@RiMOVX@Ri,AMOVXA,@DPTRMOVX@DPTR,A在51系列单片机中，与外部存储器RAM打交道的只能是A累加器。所有需要传送入外部RAM的数据必须要通过A送去，而所有要读入的外部RAM中的数据也必须通过A读入。在此我们能看出内外部RAM的区别了，内部RAM间能直接进行数据的传递，而外部则不行，比如，要将外部RAM中某一单元（设为0100H单元的数据）送入另一个单元（设为0200H单元），也必须先将0100H单元中的内容读入A，然后再传送到0200H单元中去。上一页下一页返回任务二汇编语言入门要读或写外部的RAM，当然也必须要知道RAM的地址，在后两条单片机指令中，地址是被直接放在DPTR中的。而前两条指令，由于Ri（即R0或R1）只是一个8位的寄存器，所以只供给低8位地址。因为有时扩展的外部RAM的数量比较少，少于或等于256个，因此只需要供给8位地址就够了。使用时应当首先将要读或写的地址送入DPTR或Ri中，然后再用读写命令。本指令是将ROM中的数送入A中。本指令也被称为单片机查表指令，常用此指令来查一个已做好在ROM中的表格。此条指令引出一个新的寻址办法：变址寻址。上一页下一页返回任务二汇编语言入门本指令是要在ROM的一个地址单元中找出数据，显然必须知道这个单元的地址，这个单元的地址是这样确定的：在执行本指令过程中DPTR中有一个数，A中有一个数，执行指令时，将A和DPTR中的数加起来，就成为要查找的单元的地址。查找到的结果被放在A中，因此，本条指令执行前后，A中的值不一定相同。设R0中的值为2，送入A中，而DPTR中的值则为TABLE，则最终确定的ROM单元的地址就是TABLE+2，也就是到这个单元中去取数，取到的是4，显然它正是2的平方。其他数据也能类推。上一页下一页返回任务二汇编语言入门标号的真实含义：从这个地方也能看到另一个问题，我们使用了标号来替代具体的单元地址。事实上，标号的真实含义就是地址数值。在这里它代表了0，1，4，9，16，25这几个数据在ROM中存放的起点位置。而在以前我们学过的如“LCALLDELAY”单片机指令中，DELAY则代表了以DELAY为标号的那段程序在ROM中存放的起始地址。事实上，CPU正是通过这个地址才找到这段程序的。可通过以下的例程再来看一看标号的含义：MOVDPTR,#100HMOVA,R0MOVCA,@A+DPTR上一页下一页返回任务二汇编语言入门ORG0100HDB0,1,4,9,16,25如果R0中的值为2，则最终地址为100H+2为102H，到102H单元中找到的是4。堆栈操作：PU