第2章 8051单片机及增强型8051内核

单片机原理及应用2020/2/11/30第二章8051单片机及增强型8051内核2.18051单片机的引脚及内部结构2.2MSC1211的结构及增强型8051内核12:03:26单片机原理及应用2020/2/12/302.18051单片机的引脚及内部结构2.1.18051单片机的引脚12:03:26单片机原理及应用2020/2/13/30常见的晶振连接方法晶体振荡器M的典型值是11.0592MHz，电容C1、C2的典型值是15Pf。12:03:26单片机原理及应用2020/2/14/30复位电路12:03:26单片机原理及应用2020/2/15/302.1.28051单片机的内部结构12:03:26单片机原理及应用2020/2/16/302.1.3CPU结构以8位算术/逻辑运算部件ALU为核心，加上通过内部总线而挂在其周围的暂存器TMP1，TMP2，累加器ACC，寄存器B，程序状态标志寄存器PSW以及布尔处理机就组成了整个运算器的逻辑电路。1．运算器单片机的中央处理器CPU由运算器和控制器组成。程序状态标志寄存器PSW:CY：进位标志位当执行加/减法指令时，如果操作结果的最高位D7出现进/借位，则CY置“1”，否则清零。此外，CPU在进行移位操作时也会影响这个标志位。AC：辅助进位标志位当执行加/减法指令时，如果低四位数向高四位数产生进/借位，则AC置“1”，否则清零。F0：用户标志0该位是由用户定义的一个状态标志。RS1，RS0：工作寄存器组选择控制位OV：溢出标志位指示运算过程中是否发生了溢出。P：奇偶标志位如果累加器ACC中1的个数为偶数，P=0；否则P=1。D7D6D5D4D3D2D1D0CYACF0RS1RS0OV--P返回12:03:26单片机原理及应用2020/2/17/302．控制器控制器是CPU的大脑中枢，包括定时控制逻辑、指令寄存器、译码器、地址指针DPTR及程序计数器PC、堆栈指针SP、RAM地址寄存器、16位地址缓冲器等。12:03:26单片机原理及应用2020/2/18/302.1.4存储器空间及存储器8051单片机存储器结构的主要特点是：程序存储器和数据存储器的寻址空间是分开的，有4个物理上相互独立的存储器空间：内、外程序存储器，内、外数据存储器。外部外部数据存储器内部数据存储器程序存储器专用寄存器内部RAM内部(EA=1)外部(EA=0)FFH80H7FH00H0000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFHFFFFH0000H12:03:26单片机原理及应用2020/2/19/301．程序存储器8051具有64kB程序存储器寻址空间。对于内部无ROM的8031单片机，它的程序存储器必须外接，空间地址为64kB，此时单片机的EA端必须接地，强制CPU从外部程序存储器读取程序。对于内部有ROM的8051等单片机，正常运行时，则EA需接高电平，使CPU先从内部的程序存储中读取程序，当PC值超过内部ROM的容量时，才会自动转向外部的程序存储器读取程序。特殊单元0000H复位入口地址0003H外部中断0中断入口地址000BH定时/计数器0中断入口地址0013H外部中断1中断入口地址001BH定时/计数器1中断入口地址0023H串行中断入口地址8051单片机提供程序存储器允许输出信号PSEN作为外部程序存储器读选通信号，读取程序存储器中保存的内容时，使用MOVC指令。12:03:26单片机原理及应用2020/2/110/302．数据存储器8051单片机的数据存储器在物理上和逻辑上都分为两个地址空间：外部数据存储区和内部数据存储区。（1）外部数据存储区8051单片机外部数据存储器最大可以扩展到64kB，用于存放数据。访问外部数据存储器时，使用16位数据存储器地址指针DPTR和MOVX指令，单片机会产生相应的RD信号和WR信号用来选通和读写外部数据存储器。（2）内部数据存储区8051内部RAM有128或256个字节的用户数据存储器（8051是128个字节，8052是256个字节），用于存放执行的中间结果和过程数据。0区(R7～R0)1区(R7～R0)2区(R7～R0)3区(R7～R0)0FH～08H17H～10H20H2FH30H通用用户RAM和堆栈区(30H～7FH)[可直接或间接字节寻址]80H～0FFH(仅8052有)[只能间接寻址访问]特殊功能寄存器区(80H～0FFH)[只能直接寻址访问]7FH80H0FFH1FH～18H～位寻址区(16字节，共128位）也可以字节寻址07H～00H4个工作寄存器区也可做RAM单元使用～～12:03:26单片机原理及应用2020/2/111/30①工作寄存器区00H～1FH共32个单元用作工作寄存器，分为四组（每一组称为一个寄存器组），每一组中包括8个8位的工作寄存器，分别是R0～R7。PSW寄存器中的RS1和RS0的组合决定当前使用的工作寄存器组。②位寻址区20H～2FH之间的单元既可以像普通RAM单元一样按字节存取，也可以对单元中的任何一位单独存取，共128位，所对应的位地址范围是00H～7FH。特殊功能寄存器中，直接地址可被8整除的寄存器（除了IP.7、IP.6和IE.6以外）也可以进行位寻址。RS1RS0工作寄存器组工作寄存器地址000R7～R0对应的地址为07H～00H011R7～R0对应的地址为0FH～08H102R7～R0对应的地址为17H～10H113R7～R0对应的地址为1FH～18H12:03:26单片机原理及应用2020/2/112/30③用户RAM和堆栈区内部RAM中的30H～0FFH单元是用户RAM和堆栈区。8051单片机只有一个8位的堆栈指针SP，并且堆栈区只能设置在内部数据存贮区。由于8051复位以后，SP为07H，指向了工作寄存器组0中的R7，因此用户初始化程序都应对SP设置初值，一般设在30H以后为宜。8051的堆栈是向上生成的。④特殊功能寄存器（SFR）80H～0FFH为特殊功能寄存器（SFR）区，除了程序计数器PC和四个工作寄存器组外，其余的寄存器都在SFR区中。对SFR必须采用直接寻址方式访问。对于8052单片机，80H～0FFH还是RAM区，可通过间接寻址访问。对于8051单片机，该段RAM空间的单元不存在，用户不能对这些单元通过间接寻址进行读/写操作。12:03:26单片机原理及应用2020/2/113/3012:03:26单片机原理及应用2020/2/114/30特殊功能寄存器地址映象表（一）12:03:26单片机原理及应用2020/2/115/30特殊功能寄存器地址映象表（二）12:03:26单片机原理及应用2020/2/116/30特殊功能寄存器地址映象表（三）注：带括号的字节地址表示每位有位地址可位操作。12:03:26单片机原理及应用2020/2/117/302.2MSC1211单片机结构及增强型8051内核2.2.1MSC1211单片机的引脚引脚说明见教材P1.5/INT3/MOSIP1.4/INT2/SSVDAC0AIN0/IDAC0AIN4RDAC0DVddDVddRSTDGNDP3.6/WRP3.5/T1P3.4/T0P3.3/INT1/TONE/PWMP3.2/INT0DVddP3.7/RDP3.1/TxD0P3.0/RxD0XINXOUTAGNDAVddREFOUT/REFIN+REFIN-VDAC1RDAC1NCP2.0/A08P2.1/A09P2.3/A11P2.2/A10P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14DGNDDVddP2.7/A15PSEN/OSCCLK/MODCLKALEP0.7/AD7P1.7/INT5/SCK/SCLP1.6/INT4/MISO/SDAP1.3/TxD1P1.2/RxD1DVddDGNDP1.1/T2EXP1.0/T2P0.0/AD0MSC121124356789101112131415161181720192221242326252827302932316364616259605758555653545152495047454644434241403938373635343348AIN1/IDAC1AIN2/VDAC2AIN3/VDAC3AIN5AIN6/EXTDAIN7/EXTAAINCOMP0.6/AD6EAP0.1/AD1P0.5/AD5P0.3/AD3P0.2/AD2P0.4/AD412:03:26单片机原理及应用2020/2/118/302.2.2MSC1211单片机的内部结构12:03:26单片机原理及应用2020/2/119/302.2.3增强型8051内核标准8051的一个机器周期是12个时钟周期，而MSC1211是4个时钟周期。因此，在同样的外部时钟频率下执行同样的代码，其指令执行速度要比8051快1.5～3倍。这样当用户在较低的外部时钟频率下运行MSC1211时，与原来使用标准8051内核来比较，不仅降低了系统噪声和电源功耗，而且提高了处理能力。1、4个时钟的指令周期12:03:26单片机原理及应用2020/2/120/303、用户标志F1程序状态字的第1位（PSW.1）在8051基本内核中保留不用，在8051增强型内核中是用户标志1（F1），该位也是由用户定义的一个状态标志。回顾PSW的内容D7D6D5D4D3D2D1D0CYACF0RS1RS0OVF1P2、MOVX指令周期扩展MSC1211设置了可扩展的MOVX指令周期。通过时钟控制寄存器（CKCON）的MD2～MD0位，可以将CPU访问外部数据存储器所需的指令周期数调整为2～9个周期，见教材表2-4所示。这样就可以兼容不同速度的存储器和器件。12:03:26单片机原理及应用2020/2/121/304、双数据指针DPTR0和DPTR1MSC1211的增强型8051内核采用了两个数据指针：DPTR0和DPTR1，是两个16位的寄存器。当CPU访问外部数据存储器时，用于存放外部存储器的地址。它们分别有两个8位寄存器DPH0（高字节）、DPL0（低字节）和DPH1（高字节）、DPL1（低字节）组成。每个数据指针可以存放一个16位地址。与标准的8051不同，MSC1211的两个数据指针可以加快数据块的移动速度，提高外部数据RAM和外围器件的访问速度。数据指针选择寄存器（DPS）的SEL（DPS.0）位可以选择DPTR0或DPTR1。SEL=1时，使用数据指针DPTR1；SEL=0时，使用数据指针DPTR0。复位后，默认设置下使用数据指针DPTR0。单独使用DPTR0或者DPTR1的方法与8051基本内核中的数据指针DPTR的使用方法相同。5、外围功能模块的改进MSC1211比标准8051单片机增加SPI接口,I2C接口,32位的累加器,模拟量的输入/输出等.12:03:26单片机原理及应用2020/2/122/302.2.4存储器组织8400H33KB(Y5)通过SFRMCON设置通过SFRHCR0设置Flash存储器片内扩展存储器1KBRAM扩展程序存储器2KB内部启动ROM0000HOKB1000H4KB(Y2)2000H8KB(Y3)4000H16KB(Y4)8000H32KB(Y5)8800HF800HFFFFH程序存储器Flash存储器片内1KBRAM扩展数据存储器数据存储器1KBRAM0000HOKB0400H1KB1400H5KB(Y2)2400H9KB(Y3)4400H17KB(Y4)8400H33KB(Y5)8800HFFFFH通过SFRMCON设置外部外部数据存储器内部数据存储器程序存储器专用寄存器内部RAM内部(EA=1)外部(EA=0)FFH80H7FH00H0000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFHFFFFH0000H12:03:26单片机原理及应用2020/2/123/301．程序存储器MSC1211芯片的型号不同，片内Flash存储器的容量也不同（最大可以提供32KB）。用户可通过设置硬件配置寄存器0（HCR0