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[導(dǎo)讀]單片機(jī)8051的CPU由運(yùn)算器和控制器組成。一、運(yùn)算器運(yùn)算器以完成二進(jìn)制的算術(shù)/邏輯運(yùn)算部件ALU為核心,再加上暫存器TMP、累加器ACC、寄存器B、程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器PSW及布爾處理器。累加器ACC是一個(gè)八位寄存器,它是CP

單片機(jī)8051的CPU由運(yùn)算器和控制器組成。

一、運(yùn)算器

運(yùn)算器以完成二進(jìn)制的算術(shù)/邏輯運(yùn)算部件ALU為核心,再加上暫存器TMP、累加器ACC、寄存器B、程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器PSW及布爾處理器。累加器ACC是一個(gè)八位寄存器,它是CPU中工作最頻繁的寄存器。在進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算時(shí),累加器ACC往往在運(yùn)算前暫存一個(gè)操作數(shù)(如被加數(shù)),而運(yùn)算后又保存其結(jié)果(如代數(shù)和)。寄存器B主要用于乘法和除法操作。標(biāo)志寄存器PSW也是一個(gè)八位寄存器,用來存放運(yùn)算結(jié)果的一些特征,如有無進(jìn)位、借位等。其每位的具體含意如下所示。PSW CY AC FO RS1 RS0 OV - P對(duì)用戶來講,最關(guān)心的是以下四位。

1?進(jìn)位標(biāo)志CY(PSW?7)。它表示了運(yùn)算是否有進(jìn)位(或借位)。如果操作結(jié)果在最高位有進(jìn)位(加法)或者借位(減法),則該位為1,否則為0。

2?輔助進(jìn)位標(biāo)志AC。又稱半進(jìn)位標(biāo)志,它反映了兩個(gè)八位數(shù)運(yùn)算低四位是否有半進(jìn)位,即低四位相加(或減)有否進(jìn)位(或借位),如有則AC為1狀態(tài),否則為0。

3?溢出標(biāo)志位OV。MCS-51反映帶符號(hào)數(shù)的運(yùn)算結(jié)果是否有溢出,有溢出時(shí),此位為1,否則為0。

4?奇偶標(biāo)志P。反映累加器ACC內(nèi)容的奇偶性,如果ACC中的運(yùn)算結(jié)果有偶數(shù)個(gè)1(如11001100B,其中有4個(gè)1),則P為0,否則,P=1。

PSW的其它位,將在以后再介紹。由于PSW存放程序執(zhí)行中的狀態(tài),故又叫程序狀態(tài)字?運(yùn)算器中還有一個(gè)按位(bit)進(jìn)行邏輯運(yùn)算的邏輯處理機(jī)(又稱布爾處理機(jī))。其功能在介紹位指令時(shí)再說明。

二、控制器

控制器是CPU的神經(jīng)中樞,它包括定時(shí)控制邏輯電路、指令寄存器、譯碼器、地址指針DPTR及程序計(jì)數(shù)器PC、堆棧指針SP等。這里程序計(jì)數(shù)器PC是由16位寄存器構(gòu)成的計(jì)數(shù)器。要單片機(jī)執(zhí)行一個(gè)程序,就必須把該程序按順序預(yù)先裝入存儲(chǔ)器ROM的某個(gè)區(qū)域。單片機(jī)動(dòng)作時(shí)應(yīng)按順序一條條取出指令來加以執(zhí)行。因此,必須有一個(gè)電路能找出指令所在的單元地址,該電路就是程序計(jì)數(shù)器PC。當(dāng)單片機(jī)開始執(zhí)行程序時(shí),給PC裝入第一條指令所在地址,它每取出一條指令(如為多字節(jié)指令,則每取出一個(gè)指令字節(jié)),PC的內(nèi)容就自動(dòng)加1,以指向下一條指令的地址,使指令能順序執(zhí)行。只有當(dāng)程序遇到轉(zhuǎn)移指令、子程序調(diào)用指令,或遇到中斷時(shí)(后面將介紹),PC才轉(zhuǎn)到所需要的地方去。8051 CPU碢C指定的地址,從ROM相應(yīng)單元中取出指令字節(jié)放在指令寄存器中寄存,然后,指令寄存器中的指令代碼被譯碼器譯成各種形式的控制信號(hào),這些信號(hào)與單片機(jī)時(shí)鐘振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖在定時(shí)與控制電路中相結(jié)合,形成按一定時(shí)間節(jié)拍變化的電平和時(shí)鐘,即所謂控制信息,在CPU內(nèi)部協(xié)調(diào)寄存器之間的數(shù)據(jù)傳輸、運(yùn)算等操作。

三、存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器是單片機(jī)的又一個(gè)重要組成部分,圖6給出了一種存儲(chǔ)容量為256個(gè)單元的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意圖。其中每個(gè)存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng)一個(gè)地址,256個(gè)單元共有256個(gè)地址,用兩位16進(jìn)制數(shù)表示,即存儲(chǔ)器的地址(00H~FFH)。存儲(chǔ)器中每個(gè)存儲(chǔ)單元可存放一個(gè)八位二進(jìn)制信息,通常用兩位16進(jìn)制數(shù)來表示,這就是存儲(chǔ)器的內(nèi)容。存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元地址和存儲(chǔ)單元的內(nèi)容是不同的兩個(gè)概念,不能混淆。

一、程序存儲(chǔ)器

程序是控制計(jì)算機(jī)動(dòng)作的一系列命令,單片機(jī)只認(rèn)識(shí)由“0”和“1”代碼構(gòu)成的機(jī)器指令。如前述用助記符編寫的命令MOV A,#20H,換成機(jī)器認(rèn)識(shí)的代碼74H、20H:(寫成二進(jìn)制就是01110100B和00100000B)。在單片機(jī)處理問題之前必須事先將編好的程序、表格、常數(shù)匯編成機(jī)器代碼后存入單片機(jī)的存儲(chǔ)器中,該存儲(chǔ)器稱為程序存儲(chǔ)器。程序存儲(chǔ)器可以放在片內(nèi)或片外,亦可片內(nèi)片外同時(shí)設(shè)置。由于PC程序計(jì)數(shù)器為16位,使得程序存儲(chǔ)器可用16位二進(jìn)制地址,因此,內(nèi)外存儲(chǔ)器的地址最大可從0000H到FFFFH。8051內(nèi)部有4k字節(jié)的ROM,就占用了由0000H~0FFFH的最低4k個(gè)字節(jié),這時(shí)片外擴(kuò)充的程序存儲(chǔ)器地址編號(hào)應(yīng)由1000H開始,如果將8051當(dāng)做8031使用,不想利用片內(nèi)4kROM,全用片外存儲(chǔ)器,則地址編號(hào)仍可由0000H開始。不過,這時(shí)應(yīng)使8051的第{31}腳(即EA腳)保持低電平。當(dāng)EA為高電平時(shí),用戶在0000H至0FFFH范圍內(nèi)使用內(nèi)部ROM,大于0FFFH后,單片機(jī)CPU自動(dòng)訪問外部程序存儲(chǔ)器。

二、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由讀寫存儲(chǔ)器RAM組成。其最大容量可擴(kuò)展到64k,用于存儲(chǔ)實(shí)時(shí)輸入的數(shù)據(jù)。8051內(nèi)部有256個(gè)單元的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,其中00H~7FH為內(nèi)部隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM,80H~FFH為專用寄存器區(qū)。實(shí)際使用時(shí)應(yīng)首先充分利用內(nèi)部存儲(chǔ)器,從使用角度講,搞清內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)和地址分配是十分重要的。因?yàn)閷碓趯W(xué)習(xí)指令系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)經(jīng)常用到它們。8051內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址由00H至FFH共有256個(gè)字節(jié)的地址空間,該空間被分為兩部分,其中內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM的地址為00H~7FH(即0~127)。而用做特殊功能寄存器的地址為80H~FFH。在此256個(gè)字節(jié)中,還開辟有一個(gè)所謂“位地址”區(qū),該區(qū)域內(nèi)不但可按字節(jié)尋址,還可按“位(bit)”尋址。對(duì)于那些需要進(jìn)行位操作的數(shù)據(jù),可以存放到這個(gè)區(qū)域。從00H到1FH安排了四組工作寄存器,每組占用8個(gè)RAM字節(jié),記為R0~R7。究竟選用那一組寄存器,由前述標(biāo)志寄存器中的RS1和RS0來選用。在這兩位上放入不同的二進(jìn)制數(shù),即可選用不同的寄存器組,如附表1所示。

三、特殊功能寄存器

特殊功能寄存器(SFR)的地址范圍為80H~FFH。在MCS-51中,除程序計(jì)數(shù)器PC和四個(gè)工作寄存器區(qū)外,其余21個(gè)特殊功能寄存器都在這SFR塊中。其中5個(gè)是雙字節(jié)寄存器,它們共占用了26個(gè)字節(jié)。各特殊功能寄存器的符號(hào)和地址見附表2。其中帶*號(hào)的可位尋址。特殊功能寄存器反映了8051的狀態(tài),實(shí)際上是8051的狀態(tài)字及控制字寄存器。用于CPU PSW便是典型一例。這些特殊功能寄存器大體上分為兩類,一類與芯片的引腳有關(guān),另一類作片內(nèi)功能的控制用。與芯片引腳有關(guān)的特殊功能寄存器是P0~P3,它們實(shí)際上是4個(gè)八位鎖存器(每個(gè)I/O口一個(gè)),每個(gè)鎖存器附加有相應(yīng)的輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器就構(gòu)成了一個(gè)并行口。MCS-51共有P0~P3四個(gè)這樣的并行口,可提供32根I/O線,每根線都是雙向的,并且大都有第二功能。其余用于芯片控制的寄存器中,累加器A、標(biāo)志寄存器PSW、數(shù)據(jù)指針DPTR等的功能前已提及,而另一些寄存器的功能在后面有關(guān)部分再作進(jìn)一步介紹

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