第2章MCS-51單片機(jī)介紹2.1單片機(jī)概述2.2MCS-51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2.3MCS-51單片機(jī)的指令2.4MCS-51單片機(jī)的并行接口2.5中斷2.6定時/計數(shù)器2.7串行接口2.8模擬通道接口 2.1單?片?機(jī)?概?述

2.1.1單片機(jī)的含義

單片機(jī)(SingleChipMicroComputer)也稱為微控制器MCU(MicroControllerUnit)。它是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理器(CPU)、一定容量的存儲器(RAM/ROM等)、多種輸入/輸出(I/O)接口和中斷系統(tǒng)、定時計數(shù)器等功能電路(可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上而構(gòu)成的一個小而完善的計算機(jī)處理系統(tǒng)。簡單地說，一個單片機(jī)就相當(dāng)于一個微型的計算機(jī)。與計算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。單片機(jī)具有功能強(qiáng)、體積小、成本低、功耗小、配置靈活等特點(diǎn)。以單片機(jī)為核心構(gòu)成的控制系統(tǒng)，成本低廉且能夠適應(yīng)各種現(xiàn)場環(huán)境，具有實(shí)時、快速的外部響應(yīng)，因而被廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制、智能化儀器儀表、通信、家電、汽車等領(lǐng)域中。事實(shí)上，單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計算機(jī)。現(xiàn)代人類生活中，幾乎所用的每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會集成有單片機(jī)。手機(jī)、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中會有1～2部單片機(jī)；汽車上一般會配備40多部單片機(jī)；復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能會有數(shù)百臺單片機(jī)同時工作。2.1.2單片機(jī)的產(chǎn)品分類

根據(jù)應(yīng)用范圍的不同，單片機(jī)可分為通用型單片機(jī)和專用型單片機(jī)兩種。

1.通用型單片機(jī)

通用型單片機(jī)是由單片機(jī)廠家生產(chǎn)的、供廣大用戶選擇使用的、具有基本功能的芯片，其性能全面、適應(yīng)性強(qiáng)、能夠滿足多種控制的需要。但使用時用戶必須進(jìn)行二次開發(fā)設(shè)計，即根據(jù)需要以通用單片機(jī)為核心配以其他外圍電路、芯片，從而構(gòu)成控制系統(tǒng)，同時還需要編寫控制程序。目前，世界上通用型單片機(jī)芯片的主要生產(chǎn)廠家有美國Intel公司、Motorola公司、荷蘭Philips公司、德國Siemens公司、日本Toshiba公司、韓國的Samsung公司等。其中，Intel公司的單片機(jī)最具有代表性，應(yīng)用也最廣。自1976年起，Intel公司相繼開發(fā)了MCS-48、MCS-51、MCS-96三大系列產(chǎn)品。此三大系列產(chǎn)品是我國目前的主流系列。在Intel公司對MCS-51系列單片機(jī)實(shí)行技術(shù)開放政策之后，許多公司，如Philips、Siemens、Atmel、華邦、LG等都以MCS-51中的8051為基核推出了許多各具特色且具有優(yōu)異性能的單片機(jī)。以8051為基核推出的各種型號的兼容型單片機(jī)統(tǒng)稱為51系列單片機(jī)。Intel公司MCS-51系列單片機(jī)中的8051是最基礎(chǔ)的單片機(jī)型號。

2.專用型單片機(jī)

專用型單片機(jī)是專門針對某一類產(chǎn)品甚至是某一個產(chǎn)品而設(shè)計制造的單片機(jī)。此類型的單片機(jī)即不需要進(jìn)行二次設(shè)計，也不用進(jìn)行功能開發(fā)，一般由廠家與芯片制造商合作生產(chǎn)設(shè)計。例如全自動洗衣機(jī)、來電顯示電話上的單片機(jī)都是專用型單片機(jī)。專用型單片機(jī)通用性差，但由于是專門針對某一控制系統(tǒng)設(shè)計的，因此其結(jié)構(gòu)緊湊、資源優(yōu)化、成本低，在其應(yīng)用領(lǐng)域具有明顯的綜合優(yōu)勢。2.1.3單片機(jī)在汽車電子控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

在現(xiàn)代的汽車中，電子設(shè)備比比皆是，均已涉及汽車的各主要部件(見表1-1)。其控制裝置中的單片機(jī)既有功能強(qiáng)大的16位機(jī)或32位機(jī)，也有低性能的8位機(jī)。

例如，現(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī)的功能越來越完善，其控制系統(tǒng)也越來越復(fù)雜。控制系統(tǒng)需要不斷地采集各個傳感器的信息，并按照預(yù)定的程序進(jìn)行實(shí)時計算，所以對單片機(jī)的運(yùn)算速度、數(shù)據(jù)字長、與外部設(shè)備的接口等方面不斷提出新的要求。目前，發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)單片機(jī)的總線頻率已經(jīng)提高到幾十兆赫，機(jī)型多為16位機(jī)或32位機(jī)。Motorola公司生產(chǎn)的MC68HC912DG128A單片機(jī)就被德爾福等汽車電子企業(yè)選用在自己的電控單元的產(chǎn)品中。再如，車身電子系統(tǒng)大量采用電子技術(shù)，其目標(biāo)是提高駕駛舒適程度并為駕駛員提供車況信息。如空調(diào)系統(tǒng)、座椅調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電動車窗、電動后視鏡等，這些應(yīng)用系統(tǒng)通常以較低的速率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但要求有大電流驅(qū)動模塊來驅(qū)動電動機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于控制對象的數(shù)目眾多，必須考慮成本，因而廉價的8位控制器就成了首選。

另外，隨著汽車上電子控制單元的增多，為節(jié)省導(dǎo)線、易于布線以及在各控制單元之間快速地傳輸信息，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)便成為了有效的手段。 2.2MCS-51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

2.2.1MCS-51單片機(jī)的性能介紹

MCS-51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。其內(nèi)部具有以下硬件資源：

(1)?8位的中央處理器(CPU)。CPU是單片機(jī)的核心，由運(yùn)算器和控制器組成。MCS-51單片機(jī)的CPU能同時處理8位二進(jìn)制數(shù)或代碼，故稱為8位機(jī)。

(2)?256個字節(jié)的內(nèi)部RAM(包括21個SFR)。RAM主要用于存儲可讀寫的數(shù)據(jù)，因此又稱為數(shù)據(jù)存儲器。

(3)內(nèi)部ROM。由于ROM通常用于存放程序、原始數(shù)據(jù)、表格等，所以又稱為程序存儲器。8051的內(nèi)部有4K字節(jié)的掩膜ROM和4K字節(jié)的EPROM，而8031無片內(nèi)ROM。

(4)?2個可編程的16位定時/計數(shù)器T0、T1，用于對外部脈沖進(jìn)行計數(shù)，也可用來實(shí)現(xiàn)定時操作。

(5)?4個8位的并行I/O口P0、P1、P2、P3，可用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入與輸出。

(6)?1個全雙工異步串行接口，可用來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)通信。該串行口功能較強(qiáng)，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。

(7)?5個中斷源，包括3個內(nèi)部中斷與2個外部中斷，可通過編程將其設(shè)置為兩個優(yōu)先級別。

(8)內(nèi)部時鐘電路，用于產(chǎn)生CPU正常工作所需的時鐘信號。其中，石英晶體振蕩器和微調(diào)電容需外接。圖2-1MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)2.2.2MCS-51單片機(jī)的存儲器

1.存儲器概述

存儲器是計算機(jī)中不可缺少的重要部件，用于儲存二進(jìn)制信息。下面介紹一些有關(guān)存儲器的基本概念。

(1)位：信息的基本單位是位(bit或b)，表示一個二進(jìn)制信息“1”或“0”。

(2)字節(jié)：在微型機(jī)中信息大多是以字節(jié)(Byte或B)形式存放的，一個字節(jié)由8個位組成(1Byte?=?8bit)，通常稱作一個存儲單元。

(3)存儲容量：存儲器芯片的存儲容量是指一片芯片所能存儲的信息位數(shù)，例如8K?×?8位的芯片，其存儲容量為8?×?1024?×?8位?=?65?536位信息。

(4)地址：地址表示存儲單元所處的物理空間的位置，用一組二進(jìn)制代碼來表示。地址相當(dāng)于存儲單元的“單元編號”。CPU可以通過地址碼訪問某一存儲單元，一個存儲單元對應(yīng)一個地址碼。例如8051單片機(jī)有16位地址線，能訪問的外部存儲器的最大地址空間為64K(65536)字節(jié)，對應(yīng)的16位地址碼為0000H～FFFFH。

(5)存取周期：是指存儲器存放或取出一次數(shù)據(jù)所需的時間。存儲容量和存取周期是存儲器的兩項(xiàng)重要性能指標(biāo)。

2.半導(dǎo)體存儲器的分類

半導(dǎo)體存儲器按讀、寫功能可以分為隨機(jī)讀/寫存儲器RAM(RandomAccessMemory)和只讀存儲器ROM(ReadOnlyMemory)。

RAM可以進(jìn)行多次信息寫入和讀出，每次寫入后，原來的信息將被新寫入的信息所取代。另外，RAM在斷電后再通電時，原存的信息會全部丟失，所以它主要用來存放臨時數(shù)據(jù)。

ROM的信息一旦寫入后，便不能隨機(jī)修改。在使用ROM時，只能讀出信息，而不能寫入，且在掉電后ROM中的信息仍然保留，所以它主要用來存放固定不變的程序和數(shù)據(jù)。ROM按生產(chǎn)工藝又可以分為以下幾種：

(1)掩膜ROM：其存儲的信息在制造過程中采用一道掩膜工藝生成，一旦出廠，信息就不可改變。

(2)可編程只讀存儲器PROM：其存儲的信息可由用戶通過特殊手段一次性寫入，但只能寫入一次。

(3)可擦除只讀存儲器：用戶可以多次擦除其存儲的信息，并可用專用的編程器重新寫入新的信息?？刹脸蛔x存儲器又可分為紫外線擦除的EPROM、電擦除的EEPROM和FlashROM。

3.?8051的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器

8051的內(nèi)部RAM有256個單元，通常在空間上分為兩個區(qū)：低128個單元(地址為00H～7FH)的內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM塊和高128個單元(地址為80H～0FFH)的專用寄存器SFR塊，見圖2-2。圖2-28051內(nèi)部的RAM配置

(1)工作寄存器區(qū)(00H～1FH)。工作寄存器區(qū)也稱為通用寄存器，該區(qū)域共有4組寄存器，每組由8個寄存單元組成，各組均以R0～R7作寄存器編號。在任一時刻，CPU只能使用其中的一組通用寄存器，稱為當(dāng)前通用寄存器組，具體使用哪組可由程序狀態(tài)寄存器PSW中RS1、RS0位決定，見表2-1。通用寄存器為CPU提供了就近存取數(shù)據(jù)的便利，提高了工作速度，也為編程提供了方便。(2)位尋址區(qū)(20H～2FH)。內(nèi)部RAM的20H～2FH地址段，共16個單元(計16?×?8?=?128位)為位尋址區(qū)，位地址為00H～7FH，見表2-2。既可將位尋址區(qū)作為一般的RAM區(qū)進(jìn)行字節(jié)操作，也可對單元的每一位進(jìn)行位操作。(3)用戶RAM區(qū)(30H～7FH)。單元地址為30H～7FH的80個單元為用戶RAM區(qū)，在一般應(yīng)用中把堆棧設(shè)置在該區(qū)域中。

(4)專用寄存器區(qū)(80H～0FFH)。內(nèi)部RAM的高128單元中分散有21個專用寄存器。表2-3為21個專用寄存器一覽表。下面介紹幾個常用的專用寄存器。

①累加器A(Accumulator)。累加器是最常用的一個8位專用寄存器，是運(yùn)算器的重要組成部分，大多數(shù)運(yùn)算操作都有它的參與。其既可存放操作數(shù)，又可存放運(yùn)算結(jié)果。

②寄存器B。寄存器B是8位寄存器，主要用于乘、除運(yùn)算，同時也可作為一般的寄存器使用。

③程序狀態(tài)字PSW(ProgramStatusWord)。程序狀態(tài)字是8位寄存器，用于指示程序的運(yùn)行狀態(tài)信息。其中有些位是根據(jù)程序執(zhí)行結(jié)果由硬件自動設(shè)置的，而有些位可由用戶通過指令來設(shè)定。PSW中各標(biāo)志位的名稱及定義如下：

?CY—進(jìn)(借)位標(biāo)志位。在加減運(yùn)算中，若操作結(jié)果的最高位有進(jìn)位或有借位時，CY由硬件自動置1，否則清0。在位操作中，CY作為位累加器使用。

AC—輔助進(jìn)(借)位標(biāo)志位。在加減運(yùn)算中，當(dāng)?shù)退奈幌蚋咚奈划a(chǎn)生進(jìn)位或借位時，此標(biāo)志位由硬件自動置1，否則清0。

F0—用戶標(biāo)志位。由用戶通過軟件設(shè)定，用以控制程序轉(zhuǎn)向。

RS1、RS0—寄存器組選擇位。用于設(shè)定當(dāng)前通用寄存器組的組號，具體組號見表2-1。

OV—溢出標(biāo)志位。在有符號數(shù)(補(bǔ)碼數(shù))的加減運(yùn)算中，若OV?=?1，表示加減運(yùn)算的結(jié)果超出了累加器A的八位有符號數(shù)的表示范圍(-128～+127)，產(chǎn)生溢出，因此運(yùn)算結(jié)果是錯誤的。若OV?=?0，表示結(jié)果未超出累加器A的符號數(shù)的表示范圍，運(yùn)算結(jié)果正確。

乘法運(yùn)算時，若OV?=?1，表示結(jié)果大于255，結(jié)果分別存在累加器A、寄存器B中。若OV?=?0，表示結(jié)果未超出255，結(jié)果只存在累加器A中。除法運(yùn)算時，若OV?=?1，表示除數(shù)為0。OV?=?0，表示除數(shù)不為0。

P—奇偶標(biāo)志位，表示累加器A中1的個數(shù)的奇偶性。在每個指令周期由硬件根據(jù)累加器A的內(nèi)容的奇偶性對P自動置位或復(fù)位。P?=?1，表示累加器A中的內(nèi)容有奇數(shù)個1。

④數(shù)據(jù)指針DPTR(DataPointer)。數(shù)據(jù)指針DPTR是唯一的一個供用戶使用的16位寄存器，它由兩個8位寄存器DPH與DPL組成。DPTR通常在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時作為地址指針使用，尋址范圍為64KB。

⑤堆棧指針SP(StackPointer)。程序運(yùn)行時需要一個連續(xù)的RAM塊作為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，以暫時存放程序運(yùn)行過程中的一些重要數(shù)據(jù)，此RAM塊稱為堆棧。堆棧的主要功用是保護(hù)斷點(diǎn)和保護(hù)現(xiàn)場。因?yàn)橛嬎銠C(jī)無論執(zhí)行的是中斷程序還是子程序，最終都要返回主程序。在轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷程序或子程序時，要把主程序的斷點(diǎn)保護(hù)起來，以便能正確的返回。同時，也要將中斷程序或子程序可能要用到的寄存器中的內(nèi)容保護(hù)起來，即保護(hù)現(xiàn)場。

堆棧指針SP用于指示棧頂單元地址，是一個8位寄存器。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位后，SP的內(nèi)容為07H。

堆棧的最大特點(diǎn)是按“后進(jìn)先出”的數(shù)據(jù)操作原則執(zhí)行。MCS-51系列單片機(jī)的堆棧是向上生長型，即數(shù)據(jù)進(jìn)棧時，SP的內(nèi)容先自動加1后再向棧區(qū)寫入數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)出棧時，SP所指示的棧區(qū)數(shù)據(jù)先彈出，然后SP的內(nèi)容再自動減1。

4.?8051的內(nèi)部程序存儲器

在介紹8051的內(nèi)部程序存儲器前，先介紹一個重要的專用寄存器——程序計數(shù)器PC。

PC(ProgramCounter)為一個16位的計數(shù)器，其存儲的內(nèi)容為單片機(jī)將要執(zhí)行的指令機(jī)器碼所在的存儲單元的地址。PC具有自動加1的功能，即CPU以PC的當(dāng)前值為地址從ROM中讀取一個字節(jié)指令后，PC自動加1，以指向下一個ROM單元，當(dāng)CPU再次以PC的當(dāng)前值為地址進(jìn)行指令讀取時，讀到的就是下一個ROM單元的內(nèi)容，這樣就實(shí)現(xiàn)了程序的自動按順序執(zhí)行。由于PC是不可尋址的，因此用戶無法對它直接進(jìn)行讀寫操作，但可以通過轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令改變其內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)移。復(fù)位后，PC=0000H。程序存儲器主要用于存放程序及重要的數(shù)據(jù)。大多數(shù)51系列單片機(jī)的內(nèi)部都配置有一定數(shù)量的程序存儲器ROM，如8051芯片內(nèi)有4KB的掩膜ROM存儲單元，AT89C51芯片內(nèi)部配置了4KB的FlashROM，它們的地址范圍均為0000H～0FFFH。內(nèi)部程序存儲器內(nèi)有如下一些特殊單元，使用時要注意。

0000H單元：系統(tǒng)復(fù)位后，PC?=?0000H，即單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。如果主程序不是從0000H單元開始存放，就必須在0000H～0002H單元中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便轉(zhuǎn)去執(zhí)行指定的應(yīng)用程序。

0003H單元：外部中斷0的中斷程序入口地址。

000BH單元：定時器/計數(shù)器0的中斷程序入口地址。

0013H單元：外部中斷1的中斷程序入口地址。

001BH單元：定時器/計數(shù)器1的中斷程序入口地址。

0023H單元：串行中斷程序入口地址。

在中斷程序入口地址單元中應(yīng)存放相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，但8個單元通常難以存下一個完整的中斷服務(wù)程序，因此往往需要在中斷程序入口地址單元中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序真正的入口地址。對程序存儲器的操作作以下說明：

(1)程序指令的自主操作。CPU按照PC指針自動地從程序存儲器中取出指令。

(2)用戶使用指令對程序存儲器中的常數(shù)表格進(jìn)行讀操作。此操作可用MOVC指令實(shí)現(xiàn)。圖2-3MCS-51單片機(jī)的引腳圖

5.?8051的外部存儲器

因8051的內(nèi)部程序計數(shù)器PC為16位計數(shù)器，同時8051共有16根地址線引腳，因此在8051單片機(jī)的外部可以分別擴(kuò)展64KB的ROM與64KB的RAM。2.2.3MCS-51單片機(jī)的引腳功能介紹

MCS-51單片機(jī)的引腳圖見圖2-3。下面對各引腳的作用進(jìn)行介紹。

1.主電源引腳VCC和VSS

VCC為電源輸入端，正常操作時接?+5V電源；VSS為接地線。

2.時鐘振蕩電路引腳XTAL1、XTAL2

XTAL1和XTAL2分別用作晶體振蕩電路的反相器輸入端和輸出端。MCS-51單片機(jī)的時鐘電路見圖2-4。圖2-4(a)中采用了芯片內(nèi)部的一個高增益反向放大器、芯片外連的晶體振蕩器和微調(diào)電容構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機(jī)的內(nèi)部時鐘電路。時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過二分頻以后，才成為單片機(jī)的時鐘信號。晶振的頻率fosc通常在6MHz～12MHz之間選擇。1個機(jī)器周期=12個振蕩周期?=12/fosc。圖2-4MCS-51單片機(jī)的時鐘電路

4.控制類引腳

(1)?RST/VPD(9腳)。RST為復(fù)位信號輸入端。復(fù)位是單片機(jī)系統(tǒng)的初始化操作，在該引腳上輸入持續(xù)2個機(jī)器周期以上的高電平時，單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位。系統(tǒng)復(fù)位后對專用寄存器的影響情況見表2-3。同時，復(fù)位操作還對單片機(jī)的個別引腳信號有影響，如把ALE和PSEN信號變?yōu)闊o效狀態(tài)，即ALE=1，PSEN=1。復(fù)位操作對內(nèi)部RAM不產(chǎn)生影響。復(fù)位電路見圖2-5。圖2-5MCS-51單片機(jī)的復(fù)位電路 2.3MCS-51單片機(jī)的指令

2.3.1單片機(jī)的指令系統(tǒng)概述

指令就是指揮計算機(jī)工作的命令。一臺計算機(jī)能執(zhí)行的全部指令稱為該計算機(jī)的指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)全面描述了CPU的功能。指令系統(tǒng)是由生產(chǎn)廠家確定的，不同的CPU有不同的指令系統(tǒng)。編程語言是人機(jī)對話的工具，按使用層次可分為機(jī)器語言、匯編語言和高級語言。機(jī)器語言(二進(jìn)制代碼)能直接被機(jī)器識別，用其編寫的程序運(yùn)行效率高，但編程效率低，不便于閱讀、書寫和交流。引入助記符將機(jī)器語言符號化后就成為匯編語言，其指令直觀易懂。用匯編語言編寫的程序稱為匯編語言程序。匯編語言程序必須經(jīng)過匯編(機(jī)器匯編或手工匯編)成為機(jī)器語言后才能被機(jī)器執(zhí)行。

例如將累加器A中的數(shù)據(jù)加9的指令，機(jī)器語言為0010010000001001B，而匯編指令為ADDA，#09H。

高級語言的編程效率高，但編寫出的程序運(yùn)行效率低。2.3.2匯編語言的語句格式

匯編語言程序由一系列語句組成，一行為一個語句。匯編語言的語句格式如下：

[標(biāo)號：]操作碼助記符[操作數(shù)][；注釋]

1.標(biāo)號

標(biāo)號表示該指令代碼第一字節(jié)的地址，是用戶根據(jù)程序需要(該指令為子程序入口指令或程序轉(zhuǎn)移的目標(biāo)指令)而設(shè)定的符號地址。標(biāo)號由英文字母、數(shù)字或下劃線組成，但必須以英文字母開頭，以“：”結(jié)束，一般包含1～8個字符。不能使用匯編語言中已經(jīng)定義的符號(如助記符、寄存器符號等)作標(biāo)號，一個標(biāo)號在同一程序中只能定義一次。

2.操作碼助記符

操作碼助記符是表示指令操作功能的英文縮寫，是語句的核心部分。每條語句都必須有操作碼。

3.操作數(shù)

操作數(shù)表示指令的操作對象，其表示形式與尋址方式有關(guān)。一條指令中可以沒有操作數(shù)，也可以有多個操作數(shù)，操作數(shù)和操作碼之間以空格分隔，操作數(shù)之間以逗號分隔。

4.注釋

注釋是編程者為方便程序的理解、交流而書寫的解釋性文字、符號，不屬于語句的功能部分，既不產(chǎn)生代碼，對匯編過程也不起作用。注釋必須以“；”開始。2.3.3尋址方式

操作數(shù)是指令的一個重要組成部分，所謂的尋址方式就是確定操作數(shù)所在的位置(地址)的方法。MSC-51系列單片機(jī)共有七種尋址方式。

1.立即尋址

立即尋址是指在指令中直接給出操作數(shù)的尋址方式。操作數(shù)作為指令的一個組成部分存放在程序存儲器中。該操作數(shù)稱為立即數(shù)。立即數(shù)前應(yīng)加“＃”標(biāo)記，如下面指令中的“#40H”：

MOV

A，＃40H

該指令將立即數(shù)40H送累加器A中。

2.直接尋址

直接尋址是在指令中直接給出操作數(shù)地址的尋址方式。這種尋址方式可對內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行訪問。如下面指令中的“50H”：

MOV

A，50H

該指令把內(nèi)部RAM中地址為50H的單元(直接尋址)中的內(nèi)容送入累加器A中。

3.寄存器尋址

寄存器尋址是指以指令指定的寄存器的內(nèi)容作為操作數(shù)的尋址方式。指定的寄存器有工作寄存器R0～R7、累加器A、數(shù)據(jù)指針DPTR。如下面指令中的“A、R2”：

MOV

A，R2

該指令是將工作寄存器R2的內(nèi)容送給累加器A。

4.寄存器間接尋址方式

寄存器間接尋址是以指令中指定寄存器的內(nèi)容作為地址取得操作數(shù)的方法。指定的寄存器有R0、R1、DPTR，使用時寄存器前面加“@”標(biāo)志。如下面指令中的“@R0”：

MOVA，@R0

該指令的操作為將寄存器R0的內(nèi)容(設(shè)(R0)?=?30H)作為地址，把片內(nèi)RAM地址為30H的單元中的內(nèi)容(設(shè)(30H)?=?48H)送入累加器A，指令執(zhí)行后(A)?=?48H。

5.基址加變址尋址

基址加變址就是以DPTR或PC為基址寄存器，以A為變址寄存器，然后以兩者內(nèi)容相加形成的16位地址作為操作數(shù)地址。例如下面指令中的“@A+DPTR”：

MOVCA，@A+DPTR

該指令是把DPTR的內(nèi)容作為基地址，把A的內(nèi)容作為偏移量，再將兩量相加形成16位地址，然后將該地址的程序存儲器ROM單元中的內(nèi)容送給累加器A。假設(shè)指令執(zhí)行前為：(DPTR)?=?1100H，(A)?=?56H，ROM(1156H)?=?80H，則該指令執(zhí)行后：(A)?=?80H。

基址加變址尋址只能對程序存儲器進(jìn)行尋址。

6.相對尋址

相對尋址方式只用于相對轉(zhuǎn)移指令中。相對轉(zhuǎn)移指令以當(dāng)前PC的值(即本指令下面一條指令的首字節(jié)地址)與指令中給定的相對偏移量rel之和作為程序轉(zhuǎn)移的目標(biāo)地址。偏移量rel是8位二進(jìn)制補(bǔ)碼，轉(zhuǎn)移范圍位于當(dāng)前PC值的-128～+127個字節(jié)單元之間。例如下面的指令：

JZ30H ；當(dāng)(A)?=?0時，則PC←?(PC)?+?2?+?rel，程序轉(zhuǎn)移

；當(dāng)(A)≠0時，則PC←?(PC)?+?2，程序按原順序執(zhí)行

7.位尋址

位尋址是對內(nèi)部RAM及專用寄存器的可尋址位的內(nèi)容進(jìn)行操作的尋址方式?？蛇M(jìn)行位尋址的空間有：

(1)片內(nèi)RAM的20H～2FH，共16個單元128位，其位地址編碼為00H～7FH。

(2)字節(jié)地址能被8整除的SFR(11個)。對這些尋址位，可以有以下幾種表示方法：

①直接位地址方式，如：0D5H；

②位名稱方式，如：F0；

③點(diǎn)操作符方式，如PSW.5或0D0H.5；

以上幾種方式指的都是PSW中的第5位。

例如指令：MOVC，07H

該指令屬位操作指令，將內(nèi)部RAM20H單元的D7位(位地址為07H)的內(nèi)容送給位累加器CY。2.3.4指令中符號的約定

下面對匯編指令系統(tǒng)中指令的符號約定進(jìn)行介紹。

Rn：當(dāng)前選中的工作寄存器組的工作寄存器，n?=?0～7。

?＠Ri：以R0或R1作寄存器間接尋址，“＠”為間址符，i?=?0、1。可以訪問片內(nèi)RAM的低128字節(jié)和片外RAM的低256字節(jié)。

?＠DPTR：以數(shù)據(jù)指針DPTR的內(nèi)容為地址的寄存器間接尋址，對外部RAM的64K字節(jié)地址空間進(jìn)行尋址。

direct：8位直接地址，可以是內(nèi)部RAM單元地址(00H～7FH)，也可以是特殊功能寄存器地址(80H～FFH)。

addr11：11位地址，短轉(zhuǎn)移(AJMP)及短調(diào)用(ACALL)指令中用于構(gòu)成轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址，可在2KB范圍內(nèi)轉(zhuǎn)移。實(shí)際編程時用標(biāo)號代替此指令。

addr16：16位地址，長轉(zhuǎn)移(LJMP)及長調(diào)用(LCALL)指令中為轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址，轉(zhuǎn)移范圍為64KB。實(shí)際編程時用標(biāo)號代替此指令。

bit：位地址，可以是內(nèi)部RAM中所有的可尋址位。

rel：用于相對轉(zhuǎn)移指令中，為8位二進(jìn)制補(bǔ)碼，表示偏移量為?-128～+127字節(jié)。實(shí)際編程時用標(biāo)號代替此指令。

?＃data：8位立即數(shù)?！埃！睘榱⒓磾?shù)的標(biāo)志。

?＃data16：16位立即數(shù)。

/：位操作數(shù)取反操作的前綴，如“/bit”。

(X)：X中的內(nèi)容。

((X))：由X間接尋址的單元中的內(nèi)容。

?←：將箭頭右邊的內(nèi)容送到箭頭所指的單元。2.3.5MCS-51單片機(jī)指令系統(tǒng)的分類

MCS-51單片機(jī)的指令系統(tǒng)共有111條指令，按功能分為五大類：數(shù)據(jù)傳送類指令、算術(shù)運(yùn)算類指令、邏輯運(yùn)算類指令、位操作類指令、控制程序轉(zhuǎn)移類指令。

1.數(shù)據(jù)傳送類指令

MSC-51單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳送類指令如表2-4所示。表2-4中：

(1)?MOV指令。

MOV目的操作數(shù)，源操作數(shù)

該指令的功能是把源操作數(shù)所表示的數(shù)據(jù)傳送到目的操作數(shù)指定的單元中，指令執(zhí)行之后源操作數(shù)不發(fā)生改變。

(2)?PUSH、POP指令為堆棧操作指令。PUSH為入棧指令；POP為出棧指令。

(3)?XCH為字節(jié)交換指令，該指令的功能是將累加器A中的值與另一個操作數(shù)指示的數(shù)據(jù)互換位置。

(4)?XCHD為半字節(jié)交換指令，該指令的功能是將累加器A中內(nèi)容與源操作數(shù)的低4位互換，而高4位不變。

(5)?SWAP指令的功能是將累加器A中的高4位與低4位互換。

(6)?MOVX指令的功能是實(shí)現(xiàn)片外RAM(或擴(kuò)展I/O)與累加器A之間的數(shù)據(jù)傳送。注意：片外RAM只能采用寄存器間接尋址的方式訪問。

(7)?MOVC指令的功能是從程序存儲器中讀取數(shù)據(jù)并送入累加器A，該指令可以訪問片內(nèi)ROM，也可以訪問片外ROM。2.算術(shù)運(yùn)算類指令

表2-5中：

(1)?ADD為加法指令，功能是將源操作數(shù)與累加器A中的內(nèi)容相加，結(jié)果存儲在累加器A中。該操作不改變源操作數(shù)，但影響PSW中的CY、AC、OV、P，影響如下：

若最高位有進(jìn)位，則CY置1，否則清0；

若低4位向高4位有進(jìn)位，則AC置1，否則清0；

若第6位有進(jìn)位而第7位無進(jìn)位或第6位無進(jìn)位而第7位有進(jìn)位，則OV置1，否則清0。

(2)?ADDC為帶進(jìn)位加法指令，功能是將源操作數(shù)、累加器A的內(nèi)容、進(jìn)位標(biāo)志CY的值三者相加，結(jié)果存儲在累加器A中。該指令對標(biāo)志位的影響與ADD指令的相同。

(3)?INC為增量指令，功能是將操作數(shù)指示的數(shù)據(jù)加1，結(jié)果仍然存儲在該操作數(shù)指示的單元中。該組指令除“INCA”指令影響P標(biāo)志位外，不影響任何標(biāo)志位。

(4)?SUBB為帶進(jìn)位減法指令，功能為用累加器A中的數(shù)據(jù)減去源操作數(shù)，再減去進(jìn)位CY，差存儲在累加器A中，該組指令影響PSW中的CY、AC、OV、P。

(5)?DEC為減量指令，功能是將操作數(shù)減1，結(jié)果仍然存儲在該操作數(shù)指示的單元中。

(6)?MUL為乘法指令，功能是將累加器A與寄存器B中的兩個8位無符號數(shù)相乘，所得16位乘積存儲在BA寄存器對中。

(7)?DIV為除法指令，功能是用累加器A中的數(shù)據(jù)除以寄存器B中的數(shù)據(jù)，運(yùn)算后，商存于累加器A中，余數(shù)存于寄存器B中。注意，除數(shù)與被除數(shù)都為無符號數(shù)。

(8)?DA為十進(jìn)制調(diào)整指令，功能是對累加器A中由上一條加法指令(加數(shù)和被加數(shù)均為壓縮BCD碼)所獲得的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。該指令需緊跟在ADD或ADDC指令后使用。3.邏輯運(yùn)算類指令

表2-6中：

(1)?ANL為邏輯與運(yùn)算法指令，功能是將指令中的兩個操作數(shù)指示的數(shù)據(jù)按位與運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果存儲在第一個操作數(shù)指示的單元中。

(2)?ORL為邏輯或運(yùn)算法指令，功能是將指令中的兩個操作數(shù)指示的數(shù)據(jù)按位或運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果存儲在第一個操作數(shù)指示的單元中。

(3)?XRL為邏輯異或運(yùn)算法指令，功能是將指令中的兩個操作數(shù)指示的數(shù)據(jù)按位異或運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果存儲在第一個操作數(shù)指示的單元中。

(4)?CLR、CPL為累加器A的清零、取反指令。

(5)?RL、RR、RLC、RRC為循環(huán)移位指令。4.位操作類指令

表2-7中：

(1)?MOV為位傳送指令，功能為將源操作數(shù)的值(可能為1或0)傳送至目的操作數(shù)中。

(2)?SETB、CLR、CPL分別為置位、清0、取反指令，功能是將操作數(shù)的值置為1、0或者取反。

(3)?ANL、ORL為位邏輯運(yùn)算指令。

5.控制程序轉(zhuǎn)移類指令

表2-8中：

(1)?LJMP、AJMP、SJMP、JMP為無條件轉(zhuǎn)移指令，指令中的操作數(shù)即為轉(zhuǎn)移的目標(biāo)。

(2)?JZ、JNZ指令為條件轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)移的條件為累加器的值是否為0。

(3)?JC、JNC指令為條件轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)移的條件為標(biāo)志位CY的值是為0還是為1。

(4)?JB、JNB、JBC指令為條件轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)移的條件為bit位的值為0還是為1。

(5)?CJNE為比較不相等轉(zhuǎn)移指令，指令的功能是將第1、第2操作數(shù)的值(無符號數(shù)據(jù))進(jìn)行比較，若不相同則轉(zhuǎn)移(轉(zhuǎn)移的目標(biāo)由第3操作數(shù)指示)，若相同則順序執(zhí)行。

(6)?DJNZ為減1不為0轉(zhuǎn)移指令，指令的功能是先將第1操作數(shù)的值減1，之后判斷結(jié)果是否為0，若不為0則轉(zhuǎn)移(轉(zhuǎn)移的目標(biāo)由第2操作數(shù)指示)，若為0則順序執(zhí)行。

(7)?LCALL、ACALL指令為子程序調(diào)用指令，RET為子程序返回指令，RETI為中斷返回指令。

(8)?NOP是空操作指令。2.3.6匯編偽指令

1.匯編起始地址偽指令ORG(Origin)

格式：ORG

addr16

功能：規(guī)定目標(biāo)程序段的起始地址。ORG后面的16位地址表示此語句后的程序或數(shù)據(jù)塊在程序存儲器中的起始地址。

例如：

ORG

1000H

START：MOV

A，＃32H

上述指令說明：START表示的地址為1000H，MOV指令從1000H存儲單元開始存放數(shù)據(jù)。

2.字節(jié)定義偽指令DB(DefineByte)

格式：[標(biāo)號：]

DBdata1，data2，data3，…，dataN

功能：從指定的地址單元開始，存入規(guī)定好的8位數(shù)據(jù)表。

例如：

?ORG

1000H

TAB1：DB

01H，04H，09H，10H

以上偽指令匯編后從1000H單元開始存放4個字節(jié)的數(shù)據(jù)平方表：(1000H)?=?01H，(1001H)?=?04H，(1002H)?=?09H，(1003H)?=?10H。

3.字定義偽指令DW(Defineword)

格式：[標(biāo)號：]

DW

data1，data2，…，dataN

功能：從指定的地址單元開始，存入規(guī)定好的16位數(shù)據(jù)表。每個數(shù)據(jù)(16位)占用兩個存儲單元，其中高8位存入小地址單元，低8位存入大地址單元。常用于定義一個地址表。

例如：

ORG

1000H

TAB2：DW1067H，765AH

匯編后：(1000H)?=?10H，(1001H)?=?67H，(1002H)?=?76H，(1003H)?=?5AH。

4.存儲區(qū)定義偽指令DS(DefineStorage)

格式：[標(biāo)號：]

DS

X

功能：從指定的地址單元開始，預(yù)留X字節(jié)單元作為備用。

例如：

ORG

2000H

DS

07H

L2：MOV

A，#00H

匯編后，從2000H開始保留7個字節(jié)單元，從而MOV指令的地址為2007H。

注意：DB、DW、DS偽指令只能對程序存儲器進(jìn)行賦值和初始化工作，不能用來對數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行賦值和初始化工作。

5.賦值偽指令EQU(Equate)

格式：字符名EQU數(shù)或匯編符號

功能：將右邊的值賦給左邊用戶定義的字符。賦值后，字符在整個程序內(nèi)有效，該偽指令一般放在程序的開始段。

例如：

TEMP

EQU

R0

X

EQU

16

第一條偽指令將TEMP等值為匯編符號R0，此后的指令中TEMP可以代替R0來使用。第二條指令表示指令中可以用X代替16來使用。注意使用EQU命令時必須先賦值后使用，字符名不能和匯編語言的關(guān)鍵字同名，如不能使用A、MOV、B等。

6.位地址定義偽指令BIT

格式：字符名BIT位地址

功能：將位地址賦予所定義的字符名。

7.匯編結(jié)束偽指令END

格式：END

功能：表示匯編語言源程序到此結(jié)束。 2.4MCS-51單片機(jī)的并行接口

1．并行接口的結(jié)構(gòu)

(1)?P0口。P0口的結(jié)構(gòu)見圖2-6。P0口是功能最強(qiáng)的口，即可作為一般的I/O口使用，也可作為單片機(jī)外部數(shù)據(jù)線、低8位地址線使用。當(dāng)P0口作為一般的I/O口輸出時，由于端口各口線的輸出電路是漏極開路電路，因此必須外接上拉電阻才能有高電平輸出。當(dāng)P0口作為一般的I/O口輸入時，必須使電路中的鎖存器寫入高電平“1”，使場效應(yīng)管FET截止、引腳處于“浮空”狀態(tài)，才能做到高阻輸入，以保證輸入正確的數(shù)據(jù)。圖2-6P0的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

(2)?P1口。P1口的結(jié)構(gòu)見圖2-7。P1口通常作為通用I/O口使用。作為輸出口時，由于P1電路內(nèi)部已經(jīng)帶有上拉電阻，因此無需外接上拉電阻；作為輸入口時，也需先向鎖存器寫入“1”。圖2-7P1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

(3)?P2口。P2口的結(jié)構(gòu)見圖2-8。P2口既可作為通用I/O口使用，也可作為單片機(jī)外部的高8位地址線使用。圖2-8P2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

(4)?P3口。P3口的結(jié)構(gòu)見圖2-9。P3口既可作為通用I/O口使用，也可作為第二功能按需要來使用，見表2-9。圖2-9P3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

(4)?I/O口功能的自動識別。無論是P0、P2口的總線復(fù)用功能，還是P3口的第二復(fù)用功能，單片機(jī)都會自動選擇，不需要用戶通過指令選擇。

(5)?I/O口的驅(qū)動特性。P0口的每一個I/O口可驅(qū)動8個LSTTL輸入，而P1、P2、P3口的每一個I/O口只可驅(qū)動4個LSTTL輸入。在使用時應(yīng)注意口的驅(qū)動能力。

3．并行接口的使用

在MCS-51單片機(jī)中，沒有專門的輸入/輸出指令，而是將I/O接口與存儲器一樣看待，即使用訪問存儲器的指令來實(shí)現(xiàn)I/O接口的輸入/輸出功能。當(dāng)向I/O口寫入數(shù)據(jù)時，即通過相應(yīng)引腳向外輸出，而當(dāng)從I/O口讀入數(shù)據(jù)時，則將通過引腳將外部設(shè)備的狀態(tài)信號輸入到單片機(jī)內(nèi)。

4個I/O口都可以進(jìn)行位尋址，即可通過位操作指令實(shí)現(xiàn)一位口線的輸入/輸出。為了使用方便，用Pm表示某一個并行口，Pm.n表示m口的第n位口線。

1)輸出數(shù)據(jù)

(1)使用MOV指令輸出字節(jié)數(shù)據(jù)，這是常用的輸出方法，例如：

MOVPm，#data

MOVPm，A

(2)使用位操作指令輸出各位數(shù)據(jù)。外部設(shè)備的輸入/輸出線往往只有一根，此時使用位操作指令更方便。例如：

MOVPm.n，C

SETBPm.n

CLRPm.n

(3)使用讀—修改—寫指令改變輸出數(shù)據(jù)。有時控制系統(tǒng)的前后輸出是有聯(lián)系的，下一個輸出必須根據(jù)前一個輸出決定，此時需要使用讀—修改—寫指令，例如：

ANLPm，#data

ORLPm，A

CPLPm.n

2)輸入數(shù)據(jù)

執(zhí)行對端口進(jìn)行讀操作的指令時，可以從相應(yīng)的口線上將外部設(shè)備的狀態(tài)信息輸入至單片機(jī)中。例如：

(1)字節(jié)數(shù)據(jù)輸入

MOVPm，#0FFH

MOVA，Pm

該程序段執(zhí)行后將從Pm端口中輸入一個8位數(shù)據(jù)，送至A中存放。

(2)位數(shù)據(jù)輸入

SETBPm.n

MOVC，Pm.n

該程序段執(zhí)行后將從Pm端口的第n位口線上輸入一位信息，并送至C中存放。

4．并行接口的應(yīng)用實(shí)例

1)并行接口控制七段LED顯示器

圖2-10為七段LED顯示器，它由8個發(fā)光二極管構(gòu)成各字段，內(nèi)部結(jié)構(gòu)有共陰極與共陽極兩種。圖2-10七段LED顯示器

例1

用8051控制共陽極七段LED顯示器循環(huán)顯示0～9十個數(shù)字，電路見圖2-11。圖2-11共陽極七段LED顯示器的控制電路程序如下：

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0100H

TAB： DB 0C0H，0F9H，0A4H，0B0H，99H ；0～9顯示碼

?? DB 92H，82H，0F8H，80H，90H

MAIN： MOV R0，#0

MOV DPTR，#TAB

LOOP： MOV A，R0

MOVC A，@A+DPTR ；查表取顯示碼

MOV P1，A ；輸出顯示

LCALL DELAY ；定時

INC R0

CJNE R0，#10，LOOP

LJMP MAIN

DELAY： MOV R2，#0C8H ；定時子程序

LOOP1： MOV R3，#0FAH

DJNZ R3，$

DJNZ R2，LOOP1

RET

END

2)并行接口驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)因其轉(zhuǎn)動角度與轉(zhuǎn)速可精確控制而廣泛應(yīng)用于數(shù)字電路，特別是在計算機(jī)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，直接由計算機(jī)的數(shù)字信號驅(qū)動以實(shí)現(xiàn)精確控制。

以三相步進(jìn)電機(jī)為例，步進(jìn)電機(jī)的控制包括以下三個方面。

(1)方向控制。給步進(jìn)電機(jī)的三個勵磁繞組A、B、C按照不同的順序通電、斷電，則可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動方式通常有三種：

①三相單三拍方式：A→B→C。

其中，“三相”指A、B、C三個繞組，“單”指每次只有一相繞組通電，“拍”指從一種通電狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種通電狀態(tài)。

②三相雙三拍方式：AB→BC→CA。

③三相六拍方式：A→AB→B→BC→C→CA。

假設(shè)按以上順序通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；若按相反方向通電，則步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。

例如用單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2分別控制步進(jìn)電機(jī)的A、B、C相繞組(見圖2-12)，則各種驅(qū)動方式下的控制代碼見表2-10～表2-12。圖2-12單片機(jī)控制三相步進(jìn)電機(jī)的硬件電路

(2)角度控制。步進(jìn)電機(jī)每一拍前進(jìn)一步，對應(yīng)一個脈沖。通過控制通電脈沖數(shù)可精確控制電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度。

(3)速度控制。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度由輸入到A、B、C三相繞組脈沖的頻率控制。

例2

編程控制步進(jìn)電機(jī)，控制電路見圖2-12。對步進(jìn)電機(jī)的要求如下：

①步進(jìn)電機(jī)以三相六拍方式工作。

②步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的總步數(shù)存儲在內(nèi)部RAM的0FFH單元中。

③轉(zhuǎn)向標(biāo)志存放在程序狀態(tài)寄存器用戶標(biāo)志位F0(D5H)中，當(dāng)F0為“0”時，步進(jìn)機(jī)正轉(zhuǎn)，反之步進(jìn)機(jī)反轉(zhuǎn)。

④步進(jìn)電機(jī)工作脈沖的頻率為100Hz。

⑤系統(tǒng)晶振頻率fosc為12MHz。

解步進(jìn)電機(jī)的控制流程如圖2-13所示。圖2-13步進(jìn)電機(jī)的控制流程程序清單如下：

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0100H

TAB6： DB 01H，03H，02H，06H，04H，05H ；正轉(zhuǎn)控制代碼

TAB_6： DB 05H，04H，06H，02H，03H，01H ；反轉(zhuǎn)控制代碼

DELAY： MOV R0，#100 ；延時0.01s

D_1： MOV R1，#48

NOP

DJNZ R1，$

DJNZ R0，D_1

RET

MAIN： JNB F0，CLW ；判斷轉(zhuǎn)向

MOV DPTR，#TAB_6 ；設(shè)置反轉(zhuǎn)控制代碼首地址

LJMP CON

CLW： MOV DPTR，#TAB6 ；設(shè)置正轉(zhuǎn)控制代碼首地址

CON： MOV A，#0 ；設(shè)置控制代碼偏移量

LOOP： PUSH ACC ；保護(hù)控制代碼偏移量

MOVC A，@A+DPTR ；取控制代碼

MOV P1，A ；輸出控制代碼

LCALL DELAY ；延時0.01s

DJNZ 0FFH，NEXT ；判斷轉(zhuǎn)動步數(shù)是否達(dá)到要求

LJMP FINISH ；控制完成

NEXT： POP ACC ；取控制代碼偏移量

INC A ；偏移量加1

CJNE A，#6，LOOP ；偏移量?=?6？不等則繼續(xù)

LJMP CON ；偏移量?=?6時開始新一次循環(huán)

FINISH： NOP ；程序結(jié)束

END 2.5中斷

中斷是日常生活中常見的現(xiàn)象。如你正在看書，突然電話鈴響了，你首先會看完這一句并在書上做個標(biāo)記，再放下書本去接電話，和來電話的人交談完畢之后，放下電話，回來接著從做標(biāo)記處繼續(xù)看書。這就是生活中的“中斷”現(xiàn)象，即正常的工作過程被外部的事件打斷了。

仔細(xì)研究一下生活中的中斷，我們發(fā)現(xiàn)要實(shí)現(xiàn)中斷需滿足以下幾點(diǎn)：

第一，需要有能夠引起中斷處理的事件，即中斷源。如：門鈴響了，鬧鐘叫了，你燒的水開了……，等等諸如此類的事件。第二，對中斷事件的緊急狀態(tài)進(jìn)行判斷。設(shè)想一下，你正在看書，有客來訪，同時電話又響了，你該怎么辦呢？如果你在等一個重要的客人，你可能會先會見訪客；如果你在等一個重要的電話，你一般會讓訪客稍等。這里涉及一個優(yōu)先級的問題。優(yōu)先級的問題不僅僅發(fā)生在兩個中斷同時產(chǎn)生的情況。也發(fā)生在一個中斷已正在處理，又有一個中斷產(chǎn)生的情況。若你正在接待訪客時，電話又響了，你又該怎么辦？第三，中斷的響應(yīng)與處理。當(dāng)有事件發(fā)生(如電話響了，訪客來訪)時，進(jìn)行處理之前你需要記住書看到第幾頁第幾行了，并做一下標(biāo)記，然后再去處理不同的事情(因?yàn)樘幚硗炅?，我們還要回來繼續(xù)看書)。而且，電話鈴響我們要到放電話的地方去，門鈴響我們要到門那邊去。也就是說不同的中斷，我們要在不同的地點(diǎn)處理，而這個地點(diǎn)通常是固定的。單片機(jī)中的中斷過程也是如此。一個完整的中斷過程包括以下幾個步驟：

(1)由中斷源提出中斷申請。MCS-51單片機(jī)中一共有5個事件可引起CPU中斷處理。

(2)中斷判優(yōu)。當(dāng)幾個中斷源同時向CPU提出請求時，CPU通常根據(jù)中斷源的輕重緩急進(jìn)行排隊(duì)，優(yōu)先處理最緊急的中斷請求源，暫時不被響應(yīng)的中斷請求則被掛起。MCS-51單片機(jī)的中斷事件可以編程設(shè)置為兩個優(yōu)先級別，即同時可以實(shí)現(xiàn)兩級中斷嵌套。中斷嵌套即為當(dāng)CPU正在處理一個中斷請求的時候，又發(fā)生了另一個優(yōu)先級更高的中斷請求，則CPU能夠暫時中止原來的中斷源的處理程序，而去處理優(yōu)先級更高的中斷請求；待處理完畢后，再回到原來的低優(yōu)先級中斷處理程序，這個過程稱為中斷嵌套。

(3)中斷響應(yīng)。當(dāng)把最緊急的事件發(fā)送給CPU后，CPU將自動保護(hù)斷點(diǎn)(即保存下一條將要執(zhí)行的指令的地址，通常是把這個地址送入堆棧)、尋找中斷入口(5個中斷源的處理程序有各自不同的且固定的入口地址)并跳轉(zhuǎn)到該位置。以上工作是由計算機(jī)自動完成的，與編程者無關(guān)，但要求編程者將中斷處理程序放在入口地址處，如果沒把中斷程序放在那兒，中斷程序就不能被執(zhí)行。

(4)執(zhí)行中斷處理程序。

(5)中斷返回。完成中斷處理后，就從中斷處返回到主程序斷點(diǎn)，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。圖2-14MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

?IE0：外部中斷0的中斷申請標(biāo)志位，由計算機(jī)根據(jù)情況自動置1或清0。

IT0：外部中斷0的觸發(fā)方式控制位，可由軟件進(jìn)行置位和復(fù)位。2)中斷允許寄存器IE(0A8H)

?EA：中斷允許總控制位。EA?=?1，CPU開放中斷；EA?=?0，CPU屏蔽所有的中斷請求。

ES：串行中斷允許位。ES?=?1，允許串口中斷；ES?=?0，禁止串口中斷。

ET1：定時/計數(shù)器T1的中斷允許位。ET1?=?1時，允許T1中斷；ET1?=?0時，禁止T1中斷。

EX1：外部中斷1的中斷允許位。EX1?=?1時，允許外部中斷1中斷；EX1?=?0時，禁止外部中斷1中斷。

ET0：定時/計數(shù)器T0的中斷允許位。ET0?=?1時，允許T0中斷；ET0?=?0時，禁止T0中斷。

EX0：外部中斷0的中斷允許位。EX0?=?1時，允許外部中斷0中斷；EX0?=?0時，禁止外部中斷0中斷。

2．中斷優(yōu)先級控制

MCS-51單片機(jī)的5個中斷源的優(yōu)先級別由中斷優(yōu)先級寄存器IP進(jìn)行設(shè)定。中斷優(yōu)先級寄存器IP(0B8H)的各位含義如下。

?PS：串行中斷的優(yōu)先級設(shè)定位。PS=1時，串口為高級中斷；PS?=?0，串口為低級中斷。

PT1：定時/計數(shù)器T1的中斷優(yōu)先級設(shè)定位。PT1?=?1時，T1為高級中斷；PT1?=?0時，T1為低級中斷。

PX1：外部中斷1的中斷優(yōu)先級設(shè)定位。PX1?=?1時，外部中斷1為高級中斷；PX1?=?0時，外部中斷1為低級中斷。

PT0：定時/計數(shù)器T0的中斷優(yōu)先級設(shè)定位。PT0?=?1時，T0為高級中斷；PT0?=?0時，T0為低級中斷。

PX0：外部中斷0的中斷優(yōu)先級設(shè)定位。PX0?=?1時，外部中斷0為高級中斷；PX0?=?0時，外部中斷0為低級中斷。

如果有多個中斷源同時向CPU提出中斷申請，則按照IP的設(shè)定，CPU先響應(yīng)高級中斷，再響應(yīng)低級中斷；如有幾個同優(yōu)先級的中斷源同時向CPU提出中斷申請，則按照自然優(yōu)先級的順序進(jìn)行響應(yīng)。自然優(yōu)先級的順序?yàn)椋和獠恐袛?(級別最高)→定時/計數(shù)器T0→外部中斷1→定時/計數(shù)器T1→串口中斷(級別最低)。

3．中斷響應(yīng)

MCS-51單片機(jī)工作時，CPU在每個機(jī)器周期中都會去查詢一下各個中斷標(biāo)記，看它們是否是“1”，如果是1，就說明有中斷請求了，之后按照優(yōu)先級的順序進(jìn)行中斷處理。但是當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時，中斷申請將被暫時封鎖。

(1)?CPU正在處理一個同級或更高級別的中斷請求。

(2)現(xiàn)行的機(jī)器周期不是當(dāng)前正在執(zhí)行指令的最后一個周期，即要保證把當(dāng)前的指令執(zhí)行完才能響應(yīng)中斷。

(3)若當(dāng)前正在執(zhí)行的指令是返回指令(RETI)或訪問IP、IE寄存器的指令，則CPU執(zhí)行該指令后至少再執(zhí)行一條指令才響應(yīng)中斷。如果正在訪問IP、IE，則可能會開、關(guān)中斷或改變中斷的優(yōu)先級，而中斷返回指令則說明本次中斷還沒有處理完，所以都要等本指令處理結(jié)束再執(zhí)行一條指令才可以響應(yīng)中斷。中斷響應(yīng)的過程如下：

(1)?CPU響應(yīng)中斷時，首先設(shè)置優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器，封鎖同級中斷與低級中斷，同時中斷標(biāo)志位自動清0，如邊沿觸發(fā)方式下的外部中斷標(biāo)志IE0、IE1和定時器溢出標(biāo)志TF0、TF1。但是串口的接收發(fā)送中斷標(biāo)志TI、RI只能由用戶在中斷程序中用指令清0。電平觸發(fā)方式下的外部中斷標(biāo)志IE0、IE1是根據(jù)、引腳的電平變化而變化的，CPU無法直接干預(yù)，因此需在引腳外加硬件(如D觸發(fā)器)使其自動撤銷外部中斷。

(2)將當(dāng)前程序計數(shù)器PC的內(nèi)容(即斷點(diǎn)位置指令的地址)壓入堆棧，然后將相應(yīng)的中斷入口地址送入PC，使程序跳轉(zhuǎn)到中斷入口處繼續(xù)執(zhí)行。中斷程序的入口地址如表2-13所示。

4．中斷處理

中斷響應(yīng)后，CPU將轉(zhuǎn)入中斷處理程序繼續(xù)工作。中斷處理程序的流程圖見圖2-15。

編寫中斷服務(wù)程序時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)中斷服務(wù)程序必須定位在該中斷源對應(yīng)的入口地址上，或者可以在中斷入口地址單元內(nèi)放入一條無條件轉(zhuǎn)移指令使CPU跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序處(此時中斷服務(wù)程序可靈活地安排在64KB的程序存儲器的任意位置)。

(2)在中斷服務(wù)程序中，要注意使用軟件保護(hù)現(xiàn)場，以免中斷返回后，原寄存器、累加器中的信息已經(jīng)丟失。

(3)要在執(zhí)行當(dāng)前中斷程序時禁止更高優(yōu)先級中斷，可以先用軟件關(guān)閉CPU中斷或禁止某中斷源的中斷，在中斷返回前再開放中斷。圖2-15中斷程序的一般結(jié)構(gòu)

5．中斷返回

在中斷服務(wù)程序的最后一行，應(yīng)寫上中斷返回指令RETI。執(zhí)行該指令時，將首先清除優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器，開放同級與低級中斷，然后從堆棧中取出斷點(diǎn)地址送給PC，最終讓CPU跳回到主程序斷點(diǎn)位置繼續(xù)運(yùn)行。

6．中斷舉例

例3

某汽車電子控制系統(tǒng)中，當(dāng)冷卻水溫過高、過低或燃油液面高度過低、潤滑油油壓過低以及倒車時均要報警，其具體要求如下：

①當(dāng)水溫過高時，應(yīng)啟動冷卻風(fēng)扇，點(diǎn)亮水溫報警燈；

②當(dāng)水溫過低時，風(fēng)扇停轉(zhuǎn)，水溫報警燈熄滅；

③當(dāng)燃油液面高度過低時，點(diǎn)亮燃油報警燈；

④當(dāng)潤滑油油壓過低時，報警喇叭鳴叫，油壓過低報警燈點(diǎn)亮，且該報警優(yōu)先級最高；

⑤當(dāng)?shù)管嚂r，倒車指示燈點(diǎn)亮。圖2-16汽車電子控制報警系統(tǒng)程序如下：

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0003H

SETB P1.3 ；油壓過低報警

SETB P1.4

RETI

ORG 0013H

LJMP INT

ORG 0100H ；主程序

MAIN： MOV P1，#0 ；令所有報警燈熄滅

CLR IT0 ；中斷初始化

CLR IT1

MOV IE，#10000101B

SETB PX0

；省略電子控制系統(tǒng)的其他功能部分

INT： MOV P0，#0FFH ；輸入腳鎖存器置1

MOV C，P0.3 ；倒車報警

CPL C

MOV P1.2，C

MOV C，P0.2 ；燃油報警

CPL C

MOV P1.1，C

JNB P0.0，TEM_HIGH ；判斷水溫是否過高

JNB P0.1，TEM_LOW ；判斷水溫是否過低

RETI…TEM_HIGH：SETB P1.0 ；水溫過高報警

SETB P1.5

RETI

TEM_LOW：CLR P1.0 ；水溫過低報警

CLR P1.5

RETI

END 2.6定時/計數(shù)器

1．定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)及工作原理

MCS-51單片機(jī)中的兩個定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)功能類似，下面以T0為例說明定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)及工作原理。T0的結(jié)構(gòu)如圖2-17所示。圖2-17方式0、方式1下定時/計數(shù)器T0的結(jié)構(gòu)示意圖定時/計數(shù)器T0(T1)的核心部件為16位的、可預(yù)置初值的加1計數(shù)器，它實(shí)際上由兩個獨(dú)立的RAM單元TH0、TL0(TH1、TL1)組成。工作之前，需由用戶對其預(yù)置一個初值，工作時在脈沖觸發(fā)下將會自動加1計數(shù)。當(dāng)計數(shù)器加滿溢出時，其值突變?yōu)?，其溢出信號會使其中斷標(biāo)志位TF0(TF1)置1，從而向CPU提出中斷申請。

注意：不同的工作方式下加1計數(shù)器的工作長度不同。

1)計數(shù)功能

圖中，當(dāng)C/T=1時，計數(shù)器與單片機(jī)的引腳T0即P3.4(T1即P3.5)接通，計數(shù)器對T0(T1)引腳輸入的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)(下降沿觸發(fā))，即定時器/計數(shù)器以計數(shù)方式工作。

當(dāng)工作在計數(shù)方式下時，CPU在每個機(jī)器周期會檢測一次輸入引腳。為確保外來信號被檢測到，要求輸入脈沖的高、低電平狀態(tài)各要維持一個機(jī)器周期以上的時間。

2)定時功能

圖中，當(dāng)C/T=0時，計數(shù)器的計數(shù)脈沖來自于單片機(jī)內(nèi)部。每經(jīng)過1個機(jī)器周期，計數(shù)器加1，這樣就可以根據(jù)計數(shù)器中設(shè)置的初值計算出定時時間。

2．定時/計數(shù)器的控制

定時/計數(shù)器的功能以及工作方式是由TCON及TMOD控制的。

1)定時器的方式控制寄存器TMOD(89H)圖2-19方式2下的T0結(jié)構(gòu)

2)定時器的控制寄存器TCON(88H)

3)定時器的初始化步驟

(1)根據(jù)控制要求設(shè)定TMOD，確定定時/計數(shù)器的功能、工作方式、啟動方式。

(2)根據(jù)選定的工作方式與控制要求，計算加1計數(shù)器的初值。定時條件下，加1計數(shù)器的初值計算式為其中，n取決于工作方式。方式0時，n?=?13；方式1時，n?=?16；方式2時，n?=?8。t為定時時間。

(3)在中斷處理方式下，對定時/計數(shù)器開放中斷，并設(shè)置優(yōu)先級別。

(4)啟動定時器工作。

3．應(yīng)用舉例

例4

設(shè)單片機(jī)的晶振頻率fosc為6MHz，使用T0產(chǎn)生周期為2ms的方波，由P1.0輸出。試分別用方式0(查詢方式)和方式1(中斷方式)來實(shí)現(xiàn)。

解

(1)方式0—查詢方式。

要產(chǎn)生1ms的方波，只需在P1.0腳交替輸出寬度為1ms的高、低電平即可。

定時器的初始化過程如下：

①設(shè)置TMOD。因?yàn)門0的工作方式為方式0，功能為定時，并由軟件啟動，所以

TMOD?=?00000000B。②計算初值。晶振頻率fosc為6MHz，則取計算出的初值的低5位送入TL0的低5位，其余送入TH0，則③令TR0?=?1，啟動工作。

參考程序如下：

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0100H

MAIN： MOV TMOD，#00H ；設(shè)置T0為定時功能、工作方式0

MOV TL0，#0CH ；設(shè)置初值

MOV TH0，#0F0H

SETB TR0 ；啟動定時器

LOOP： JNB TF0，LOOP ；查詢是否溢出

CPL P1.0 ；輸出取反

MOV TL0，#0CH ；重新設(shè)置計數(shù)初值

MOV TH0，#0F0H

CLR TF0 ；清除溢出標(biāo)志

LJMP LOOP

END

(2)方式1—中斷方式。

定時器的初始化過程如下：

①設(shè)置TMOD。因?yàn)門0的工作方式為方式1，功能為定時，且由軟件啟動，所以TMOD?=?00000001B。②計算初值。則③開放中斷，即EA=1，ET0=1。

④啟動工作，即令TR0?=?1。

參考程序如下：

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 000BH

CPL P1.0 ；中斷處理程序

MOV TL0，#0CH ；重新設(shè)置計數(shù)初值

MOV TH0，#0F0H

RETI

ORG 0100H

MAIN： MOV TMOD，#01H ；設(shè)置T0為定時功能、工作方式1

MOV TL0，#0CH ；設(shè)置初值

MOV TH0，#0FEH

SETB EA ；開放中斷

SETB ET0

SETB TR0 ；啟動定時器

LJMP $

END

例5

利用定時器測定外部脈沖的頻率。設(shè)被測脈沖的頻率在10kHz～100kHz之間。系統(tǒng)的晶振頻率fosc為6MHz。檢測結(jié)果存入片內(nèi)RAM的20H單元。

解將被測脈沖送至單片機(jī)的T0引腳，由T0進(jìn)行計數(shù)，其工作方式為方式1，并進(jìn)行查詢處理。而T1選擇為定時功能，定時時間為1ms，工作方式為方式1，并執(zhí)行中斷處理。

參考程序：

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 001BH

CLR TR0

MOV IE，#0

MOV 20H，TL0；將頻率(單位為kHz)存入緩沖單元20H單元

RETI

ORG 0100H

MAIN： MOV TMOD，#00010101B ；T0為計數(shù)方式1，T1為定時方式1

MOV TL1，#0CH ；fosc?=?6?MHz，定時1?ms

MOV TH1，#0FEH

MOV TL0，#0

MOV IE，#10001000B ；開放T1中斷

MOV TCON，#01010000B ；啟動T0、T1工作

LJMP $

END 2.7串行接口

1．串行通信與并行通信

計算機(jī)與外界的信息交換稱為通信。常用通信方式有兩種：并行通信與串行通信，見圖2-20。圖2-20串行通信與并行通信并行通信的傳送速度快、效率高，但傳送多少數(shù)據(jù)位就需要多少根數(shù)據(jù)線，故成本高，適合于近距離通信；串行通信是逐位按順序傳送，最少僅需要一根傳輸線即可完成，成本低、速度慢，適合于遠(yuǎn)距離傳送。

MCS-51單片機(jī)中有一個全雙工的異步通信接口，可以同時完成數(shù)據(jù)的串行發(fā)送與串行接收，其數(shù)據(jù)傳輸格式見圖2-21。圖2-21異步通信格式

MCS-51