單片機(jī)簡(jiǎn)介可以說(shuō)，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過(guò)，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤(pán)、顯示器等組成。還有一類(lèi)計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類(lèi)頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等。現(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開(kāi)發(fā)者搞出來(lái)的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。

學(xué)習(xí)單片機(jī)是否很困難呢？應(yīng)當(dāng)說(shuō)，對(duì)于已經(jīng)具有電子電路，尤其是數(shù)字電路基本知識(shí)的讀者來(lái)說(shuō)，不會(huì)有太大困難，如果你對(duì)PC機(jī)有一定基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)單片機(jī)就更容易。為使絕大多數(shù)讀者能用上單片機(jī)。我們這里將盡量按深入淺出、刪繁就簡(jiǎn)、理論聯(lián)系實(shí)際的原則把單片機(jī)的基本工作原理、使用方法交給讀者，以達(dá)到把大家領(lǐng)進(jìn)單片機(jī)之“門(mén)”的目的。不過(guò)，單片機(jī)和PC機(jī)一樣，是實(shí)踐性很強(qiáng)的一門(mén)技術(shù)，有人說(shuō)“計(jì)算機(jī)是玩出來(lái)的”，單片機(jī)亦一樣，只有多“玩”，也就是多練習(xí)、多實(shí)際操作，才能真正掌握它。因此，本講座會(huì)提供各種練習(xí)和實(shí)驗(yàn)，并介紹一些適用于初學(xué)者且性價(jià)比較高的單片機(jī)和開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的貨源。你只有認(rèn)真完成成這些實(shí)踐環(huán)節(jié)，才能為進(jìn)一步深造，打好基礎(chǔ)。

“入門(mén)既不難，深造也是辦得到的”，只要你有恒心、有決心，跟隨我們的“連載”一步步走下去，將來(lái)就一定能在單片機(jī)世界里遨游。

單片機(jī)的組成

單片機(jī)要自動(dòng)完成計(jì)算，它應(yīng)該具有哪些最重要的部分呢？

我們以打算盤(pán)為例計(jì)算一道算術(shù)題。例：36＋163×156－166÷34?，F(xiàn)在要進(jìn)行運(yùn)算，首先需要一把算盤(pán)，其次是紙和筆。我們把要計(jì)算的問(wèn)題記錄下來(lái)，然后第一步先算163×156，把它與36相加的結(jié)果記在紙上，然后計(jì)算166÷34，再把它從上一次結(jié)果中減去，就得到最后的結(jié)果。

現(xiàn)在，我們用單片機(jī)來(lái)完成上述過(guò)程，顯然，它首先要有代替算盤(pán)進(jìn)行運(yùn)算的部件，這就是“運(yùn)算器”；其次，要有能起到紙和筆作用的器件，即能記憶原始題目、原始數(shù)據(jù)和中間結(jié)果，還要記住使單片機(jī)能自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)算而編制的各種命令。這類(lèi)器件就稱為“存貯器”。此外，還需要有能代替人作用的控制器，它能根據(jù)事先給定的命令發(fā)出各種控制信號(hào)，使整個(gè)計(jì)算過(guò)程能一步步地進(jìn)行。但是光有這三部分還不夠，原始的數(shù)據(jù)與命令要輸入，計(jì)算的結(jié)果要輸出，都需要按先后順序進(jìn)行，有時(shí)還需等待。如上例中，當(dāng)在計(jì)算163×156時(shí)，數(shù)字36就不能同時(shí)進(jìn)入運(yùn)算器。因此就需要在單片機(jī)上設(shè)置按控制器的命令進(jìn)行動(dòng)作的“門(mén)”，當(dāng)運(yùn)算器需要時(shí)，就讓新數(shù)據(jù)進(jìn)入。或者，當(dāng)運(yùn)算器得到最后結(jié)果時(shí)，再將此結(jié)果輸出，而中間結(jié)果不能隨便“溜出”單片機(jī)。這種對(duì)輸入、輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行一定管理的“門(mén)”電路在單片機(jī)中稱為“口”（Port）。在單片機(jī)中，基本上有三類(lèi)信息在流動(dòng)，一類(lèi)是數(shù)據(jù)，即各種原始數(shù)據(jù)（如上例中的36、163等）、中間結(jié)果（如166÷34所得的商4、余數(shù)30等）、程序（命令的集合）等。這樣要由外部設(shè)備通過(guò)“口”進(jìn)入單片機(jī)，再存放在存貯器中，在運(yùn)算處理過(guò)程中，數(shù)據(jù)從存貯器讀入運(yùn)算器進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的中間結(jié)果要存入存貯器中，或最后由運(yùn)算器經(jīng)“出入口”輸出。用戶要單片機(jī)執(zhí)行的各種命令（程序）也以數(shù)據(jù)的形式由存貯器送入控制器，由控制器解讀（譯碼）后變?yōu)楦鞣N控制信號(hào)，以便執(zhí)行如加、減、乘、除等功能的各種命令。所以，這一類(lèi)信息就稱為控制命令，即由控制器去控制運(yùn)算器一步步地進(jìn)行運(yùn)算和處理，又控制存貯器的讀（取出數(shù)據(jù)）和寫(xiě)（存入數(shù)據(jù)）等。第三類(lèi)信息是地址信息，其作用是告訴運(yùn)算器和控制器在何處去取命令取數(shù)據(jù)，將結(jié)果存放到什么地方，通過(guò)哪個(gè)口輸入和輸出信息等。

存貯器又分為只讀存貯器和讀寫(xiě)存貯器兩種，前者存放調(diào)試好的固定程序和常數(shù)，后者存放一些隨時(shí)有可能變動(dòng)的數(shù)據(jù)。顧名思義，只讀存貯器一旦將數(shù)據(jù)存入，就只能讀出，不能更改（EPROM、E2PROM等類(lèi)型的ROM可通過(guò)一定的方法來(lái)更改、寫(xiě)入數(shù)據(jù)——編者注）。而讀寫(xiě)存貯器可隨時(shí)存入或讀出數(shù)據(jù)。

實(shí)際上，人們往往把運(yùn)算器和控制器合并稱為中央處理單元——CPU。單片機(jī)除了進(jìn)行運(yùn)算外，還要完成控制功能。所以離不開(kāi)計(jì)數(shù)和定時(shí)。因此，在單片機(jī)中就設(shè)置有定時(shí)器兼計(jì)數(shù)器，其基本結(jié)構(gòu)與本連載之（二）中的舉例類(lèi)似。到這里為止，我們已經(jīng)知道了單片機(jī)的基本組成，即單片機(jī)是由中央處理器（即CPU中的運(yùn)算器和控制器）、只讀存貯器（通常表示為ROM）、讀寫(xiě)存貯器（又稱隨機(jī)存貯器通常表示為RAM）、輸入/輸出口（又分為并行口和串行口，表示為I/O口）等等組成。實(shí)際上單片機(jī)里面還有一個(gè)時(shí)鐘電路，使單片機(jī)在進(jìn)行運(yùn)算和控制時(shí)，都能有節(jié)奏地進(jìn)行。另外，還有所謂的“中斷系統(tǒng)”，這個(gè)系統(tǒng)有“傳達(dá)室”的作用，當(dāng)單片機(jī)控制對(duì)象的參數(shù)到達(dá)某個(gè)需要加以干預(yù)的狀態(tài)時(shí)，就可經(jīng)此“傳達(dá)室”通報(bào)給CPU，使CPU根據(jù)外部事態(tài)的輕重緩急來(lái)采取適當(dāng)?shù)膽?yīng)付措施。

現(xiàn)在，我們已經(jīng)知道了單片機(jī)的組成，余下的問(wèn)題是如何將它們的各部分連接成相互關(guān)聯(lián)的整體呢？實(shí)際上，單片機(jī)內(nèi)部有一條將它們連接起來(lái)的“紐帶”，即所謂的“內(nèi)部總線”。此總線有如大城市的“干道”，而CPU、ROM、RAM、I/O口、中斷系統(tǒng)等就分布在此“總線”的兩旁，并和它連通。從而，一切指令、數(shù)據(jù)都可經(jīng)內(nèi)部總線傳送，有如大城市內(nèi)各種物品的傳送都經(jīng)過(guò)干道進(jìn)行。

單片機(jī)的指令系統(tǒng)和匯編語(yǔ)言程序

前面已經(jīng)講述了單片機(jī)的幾個(gè)主要組成部分，這些部分構(gòu)成了單片機(jī)的硬件。所謂硬件（Hardware），就是看得到，摸得到的實(shí)體。但是，光有這樣的硬件，還只是有了實(shí)現(xiàn)計(jì)算和控制功能的可能性。單片機(jī)要真正地能進(jìn)行計(jì)算和控制，還必須有軟件（Software）的配合。軟件主要指的是各種程序。只有將各種正確的程序“灌入”（存入）單片機(jī)，它才能有效地工作。單片機(jī)所以能自動(dòng)地進(jìn)行運(yùn)算和控制，正是由于人把實(shí)現(xiàn)計(jì)算和控制的步驟一步步地用命令的形式，即一條條指令（Instruction）預(yù)先存入到存貯器中，單片機(jī)在CPU的控制下，將指令一條條地取出來(lái)，并加以翻譯和執(zhí)行。就以兩個(gè)數(shù)相加這一簡(jiǎn)單的運(yùn)算來(lái)說(shuō)，當(dāng)需要運(yùn)算的數(shù)已存入存貯器后，還需要進(jìn)行以下幾步： 第一步：把第一個(gè)數(shù)從它的存貯單元（Location）中取出來(lái)，送至運(yùn)算器。

第二步：把第二個(gè)數(shù)從它所在的存貯單元中取出來(lái)，送至運(yùn)算器；

第三步：相加；

第四步：把相加完的結(jié)果，送至存貯器中指定的單元。

所有這些取數(shù)、送數(shù)、相加、存數(shù)等等都是一種操作（Operation），我們把要求計(jì)算機(jī)執(zhí)行的各種操作用命令的形式寫(xiě)下來(lái)，這就是指令。但是怎樣才能辨別和執(zhí)行這些操作呢？這是在設(shè)計(jì)單片機(jī)時(shí)由設(shè)計(jì)人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的。一條指令，對(duì)應(yīng)著一種基本操作；單片機(jī)所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機(jī)的指令系統(tǒng)（Iustruction Set），不同種類(lèi)的單片機(jī)，其指令系統(tǒng)亦不同。

使用單片機(jī)時(shí)，事先應(yīng)當(dāng)把要解決的問(wèn)題編成一系列指令。這些指令必須是選定的單片機(jī)能識(shí)別和執(zhí)行的指令。單片機(jī)用戶為解決自己的問(wèn)題所編的指令程序，稱為源程序（Source Program）。指令通常分為操作碼（Opcode）和操作數(shù)（Operand）兩大部分。操作碼表示計(jì)算機(jī)執(zhí)行什么操作，即指令的功能；操作數(shù)表示參加操作的數(shù)或操作數(shù)所在的地址（即操作數(shù)所存放的地方編號(hào)）。因?yàn)閱纹瑱C(jī)是一種可編程器件，只“認(rèn)得”二進(jìn)碼（0、1）。要單片機(jī)運(yùn)作，單片機(jī)系統(tǒng)中的所有指令，都必須以二進(jìn)制編碼的形式來(lái)表示。例如，在Intel公司的MCS－51系列單片機(jī)中，從存貯器中取出一數(shù)到CPU中的累加器（在運(yùn)算器中，參與運(yùn)算、存放運(yùn)算結(jié)果的專(zhuān)用寄存器）的指令代碼為74H，累加器內(nèi)容加立即數(shù)的代碼為24H，再加上立即數(shù)代碼，累加器送數(shù)到內(nèi)部RAM存貯器的代碼為F6H～F7H等。這些指令是用十六進(jìn)制表示二進(jìn)制的機(jī)器碼。MCS－51單片機(jī)的字長(zhǎng)為8位，有時(shí)，要完成某些操作用一個(gè)字節(jié)尚不能充分表達(dá)。所以，在指令系統(tǒng)中有單字節(jié)指令，也有多字節(jié)指令。機(jī)器碼是由一連串的0和1組成，沒(méi)有明顯的特征，不好記憶，不易理解，易出錯(cuò)。所以，直接用它來(lái)編寫(xiě)程序十分困難。因而，人們就用一些助記符（Mue monic）——通常是指令功能的英文縮寫(xiě)來(lái)代替操作碼，如MCS－51中數(shù)的傳送常用MOV（Move的縮寫(xiě)）、加法用Add（Addition的縮寫(xiě)）來(lái)作為助記符。這樣，每條指令有明顯的動(dòng)作特征，易于記憶和理解，也不容易出錯(cuò)。用助記符來(lái)編寫(xiě)的程序稱為匯編語(yǔ)言程序。但是，助記符編寫(xiě)的程序便于人理解，可單片機(jī)卻只認(rèn)識(shí)二進(jìn)制機(jī)器代碼，因此，為了讓單片機(jī)能“讀懂”匯編語(yǔ)言程序必須再轉(zhuǎn)換成由二進(jìn)制機(jī)器碼構(gòu)成的程序，這種轉(zhuǎn)換過(guò)程，就稱為“匯編”。匯編可借助于人工查表法來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可借助PC機(jī)通過(guò)所謂“交叉匯編程序”來(lái)完成。由機(jī)器碼構(gòu)成的用戶程序一旦“進(jìn)入”了單片機(jī)，再“啟動(dòng)”單片機(jī)，就可讓它執(zhí)行輸入程序所規(guī)定的任務(wù)。

MCS-51的CPU和存儲(chǔ)器

CPU結(jié)構(gòu)

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(lái)存放運(yùn)算結(jié)果的一些特征，如有無(wú)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(lái)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(shuō)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(lái)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(kāi)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，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(lái)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(xiě)的命令MOV A，＃20H，換成機(jī)器認(rèn)識(shí)的代碼74H、20H：（寫(xiě)成二進(jìn)制就是01110100B和00100000B）。在單片機(jī)處理問(wèn)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(kāi)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(kāi)始。不過(guò)，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(wèn)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(xiě)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(zhuān)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?lái)在學(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(kāi)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(lái)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(jiàn)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(lèi)，一類(lèi)與芯片的引腳有關(guān)，另一類(lèi)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。

MCS-51單片機(jī)的指令組成和尋址方式

單片機(jī)要正常運(yùn)作，事先需編制程序，再把程序放入存貯器中，然后由CPU執(zhí)行該程序。程序是由指令組成的，指令的基本組成是操作碼和操作數(shù)。單片機(jī)的品種很多，設(shè)計(jì)時(shí)怎樣表示操作碼和操作數(shù)，都有各自的規(guī)定，再有指令代碼也各不相同，因此，必須對(duì)所選單片機(jī)的全部指令，也就是所謂“指令系統(tǒng)”，有足夠的了解。各個(gè)系列的單片機(jī)雖然有不同的指令系統(tǒng)，但也有其共同性。掌握一種單片機(jī)的指令系統(tǒng)，對(duì)其它系列單片機(jī)可以起到觸類(lèi)旁通的作用。MCS－51單片機(jī)應(yīng)用廣泛，派生品種多，具有代表性，所以，這里以MCS－51系列的指令系統(tǒng)為例說(shuō)明“指令”的組成和應(yīng)用。

1、MOV A，＃20H

這條指令表示把20H這個(gè)數(shù)送入累加器A中（一個(gè)特殊功能寄存器）。

2、ADD A，70H

這條指令表示把累加器A中的內(nèi)容（在上例中送入的＃20H）和存貯器中地址為70H單元中的內(nèi)容（也是一個(gè)數(shù)字），通過(guò)算術(shù)邏輯單元（英文縮寫(xiě)為ALU）相加，并將結(jié)果保留在A中。這里MOV、ADD等稱為操作碼，而A、＃20H、70H等均稱為操作數(shù)。在匯編語(yǔ)言程序中，操作碼通常由英文單詞縮寫(xiě)而成，這樣有助于記憶，所以又稱助記符。如MOV就是英文單詞MOVE的縮寫(xiě)，含有搬移的意思；而ADD即為英文單詞，其意為相加。因此，對(duì)于略懂英語(yǔ)的用戶，掌握單片機(jī)指令的含意是較為方便的。操作數(shù)有多種表示法，如以上的＃20H稱為立即數(shù)，即20H就是真正的操作數(shù)。而70H是存貯器中某個(gè)單元的地址，在該單元中，放著操作數(shù)（比如說(shuō)是3AH），ADD A，70H不是將70H和A中的內(nèi)容相加，而是從存貯器70H單元中將3AH取出和A中的內(nèi)容相加。由上可知，要找到實(shí)際操作數(shù)，有時(shí)就要轉(zhuǎn)個(gè)彎，甚至轉(zhuǎn)幾個(gè)彎，這個(gè)過(guò)程稱為尋址，MCS－51共有7種尋址方式，現(xiàn)介紹如下：

一、立即尋址：操作數(shù)就寫(xiě)在指令中，和操作碼一起放在程序存貯器中。把“?！碧?hào)放在立即數(shù)前面，以表示該尋址方式為立即尋址，如＃20H。

二、寄存器尋址：操作數(shù)放在寄存器中，在指令中直接以寄存器的名字來(lái)表示操作數(shù)的地址。例如MOV A，R0就屬于寄存器尋址，即將R0寄存器的內(nèi)容送到累加器A中。

三、直接尋址：操作數(shù)放在單片機(jī)的內(nèi)部RAM某單元中，在指令中直接寫(xiě)出該單元的地址。如前例的ADD A，70H中的70H。

四、寄存器間接尋址：操作數(shù)放在RAM某個(gè)單元中，該單元的地址又放在寄存器R0或R1中。

如果RAM的地址大于256，則該地址存放在16位寄存器DPTR（數(shù)據(jù)指針）中，此時(shí)在寄存器名前加@符號(hào)來(lái)表示這種間接尋址。如MOV A，@R0。其它還有變址尋址、相對(duì)尋址、位尋址等，待以后再詳細(xì)介紹?？赡苡腥藭?huì)問(wèn)，在指令中直接給出實(shí)際操作數(shù)，不是簡(jiǎn)單、明了嗎？為什么還要用其它幾種尋址方式呢？這是因?yàn)樵诰幹瞥绦驎r(shí)很難一下子就給出操作數(shù)。如用單片機(jī)控制溫度時(shí)，時(shí)時(shí)需要將給定的控制溫度（如20℃）減去環(huán)境溫度，而環(huán)境溫度時(shí)時(shí)有變化，顯然無(wú)法在程序指令中給出，只有通過(guò)一定方式，將其送入某個(gè)輸入/輸出口，再存放在某個(gè)寄存器中，這就必須用到寄存器尋址。又如要進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，要計(jì)算每班學(xué)員各科成績(jī)的平均值，如果把每個(gè)學(xué)員的各科都編一個(gè)程序，在程序中直接給出該學(xué)員各科成績(jī)，再求平均值，顯然太麻煩。這里可以編一個(gè)求平均成績(jī)的通用程序，把每位學(xué)員的成績(jī)送入存貯器的各個(gè)單元中，這時(shí)可采取直接尋址，一個(gè)程序可供每個(gè)學(xué)員用，不是更方便嗎？所以，尋址方式越多，編制程序就越方便、靈活，適用范圍就越廣。尋址有如找人，如被找的人有手機(jī)、BP機(jī)、座機(jī)電話等多種聯(lián)系方式則就容易找到他，單片機(jī)也是如此，尋址方式越多，找操作數(shù)越方便，單片機(jī)的功能就越強(qiáng)。前面介紹51系列單片機(jī)的尋址方式時(shí)，常遇到單片機(jī)內(nèi)部的一些寄存器、累加器A、通用寄存器R0～R7、數(shù)據(jù)指針DPTR和存貯器等。在以后介紹指令時(shí)，數(shù)據(jù)就要在這些寄存器、存貯器之間傳送，或者進(jìn)行運(yùn)算。因此，編制程序就需熟悉單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

8051單片機(jī)的內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)其基本特性如下：

8位CPU、片內(nèi)振蕩器

4k字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM

21個(gè)特殊功能寄存器

32根I/O線

可尋址的64k字節(jié)外部數(shù)據(jù)、程序存貯空間

2個(gè)16位定時(shí)器、計(jì)數(shù)器

中斷結(jié)構(gòu)：具有二個(gè)優(yōu)先級(jí)、五個(gè)中斷源

一個(gè)全雙口串行口

位尋址（即可尋找某位的內(nèi)容）功能，適于按位進(jìn)行邏輯運(yùn)算的位處理器。除128字節(jié)RAM、4k字節(jié)ROM和中斷、串行口及定時(shí)器模塊外，還有4組I/O口P0～P3，余下的就是CPU的全部組成。把4kROM換為EPROM就是8751的結(jié)構(gòu)，如去掉ROM/EPROM部分即為8031的框圖，如果將ROM置換為Flash存貯器或EEPROM，或再省去某些I/O，即可得到51系列的派生品種，如89C51、AT89C2051等單片機(jī)的框圖。

單片機(jī)各部分是通過(guò)內(nèi)部的總線有機(jī)地連接起來(lái)的。