單片機(jī)初學(xué)者的常見問題

2、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?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。

3、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。

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)，通過算術(shù)邏輯單元(英文縮寫為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，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)過程稱為尋址，mcs-51共有7種尋址方式，現(xiàn)介紹如下：

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

2、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。

3、直接尋址：操作數(shù)放在單片機(jī)的內(nèi)部ram某單元中，在指令中直接寫出該單元的地址。如前例的add a，70h中的70h。

4、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。

可能有人會(huì)問，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)各部分是通過內(nèi)部的總線有機(jī)地連接起來(lái)的。