單片機初學(xué)者的常見問題

第二步：把第二個數(shù)從它所在的存貯單元中取出來，送至運算器;

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)，我們把要求計算機執(zhí)行的各種操作用命令的形式寫下來，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)計單片機時由設(shè)計人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的。一條指令，對應(yīng)著一種基本操作;單片機所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機的指令系統(tǒng)(iustruction set)，不同種類的單片機，其指令系統(tǒng)亦不同。

使用單片機時，事先應(yīng)當(dāng)把要解決的問題編成一系列指令。這些指令必須是選定的單片機能識別和執(zhí)行的指令。單片機用戶為解決自己的問題所編的指令程序，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。操作碼表示計算機執(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)。因為單片機是一種可編程器件，只“認得”二進碼(0、1)。要單片機運作，單片機系統(tǒng)中的所有指令，都必須以二進制編碼的形式來表示。例如，在intel公司的mcs-51系列單片機中，從存貯器中取出一數(shù)到cpu中的累加器(在運算器中，參與運算、存放運算結(jié)果的專用寄存器)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制表示二進制的機器碼。mcs-51單片機的字長為8位，有時，要完成某些操作用一個字節(jié)尚不能充分表達。所以，在指令系統(tǒng)中有單字節(jié)指令，也有多字節(jié)指令。機器碼是由一連串的0和1組成，沒有明顯的特征，不好記憶，不易理解，易出錯。所以，直接用它來編寫程序十分困難。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來代替操作碼，如mcs-51中數(shù)的傳送常用mov(move的縮寫)、加法用add(addition的縮寫)來作為助記符。這樣，每條指令有明顯的動作特征，易于記憶和理解，也不容易出錯。用助記符來編寫的程序稱為匯編語言程序。但是，助記符編寫的程序便于人理解，可單片機卻只認識二進制機器代碼，因此，為了讓單片機能“讀懂”匯編語言程序必須再轉(zhuǎn)換成由二進制機器碼構(gòu)成的程序，這種轉(zhuǎn)換過程，就稱為“匯編”。匯編可借助于人工查表法來實現(xiàn)，也可借助pc機通過所謂“交叉匯編程序”來完成。由機器碼構(gòu)成的用戶程序一旦“進入”了單片機，再“啟動”單片機，就可讓它執(zhí)行輸入程序所規(guī)定的任務(wù)。

mcs-51的cpu和存儲器

cpu結(jié)構(gòu)

單片機8051的cpu由運算器和控制器組成。

一、運算器

運算器以完成二進制的算術(shù)/邏輯運算部件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是一個八位寄存器，它是cpu中工作最頻繁的寄存器。在進行算術(shù)、邏輯運算時，累加器acc往往在運算前暫存一個操作數(shù)(如被加數(shù))，而運算后又保存其結(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也是一個八位寄存器，用來存放運算結(jié)果的一些特征，如有無進位、借位等。其每位的具體含意如下所示。psw

cy ac fo rs1 rs0 ov - p對用戶來講，最關(guān)心的是以下四位。

1進位標(biāo)志cy(psw7)。它表示了運算是否有進位(或借位)。如果操作結(jié)果在最高位有進位(加法)或者借位(減法)，則該位為1，否則為0。

2輔助進位標(biāo)志ac。又稱半進位標(biāo)志，它反映了兩個八位數(shù)運算低四位是否有半進位，即低四位相加(或減)有否進位(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反映帶符號數(shù)的運算結(jié)果是否有溢出，有溢出時，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中的運算結(jié)果有偶數(shù)個1(如11001100b，其中有4個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?運算器中還有一個按位(bit)進行邏輯運算的邏輯處理機(又稱布爾處理機)。其功能在介紹位指令時再說明。

二、控制器

控制器是cpu的神經(jīng)中樞，它包括定時控制邏輯電路、指令寄存器、譯碼器、地址指針dptr及程序計數(shù)器pc、堆棧指針sp等。這里程序計數(shù)器pc是由16位寄存器構(gòu)成的計數(shù)器。要單片機執(zhí)行一個程序，就必須把該程序按順序預(yù)先裝入存儲器rom的某個區(qū)域。單片機動作時應(yīng)按順序一條條取出指令來加以執(zhí)行。因此，必須有一個電路能找出指令所在的單元地址，該電路就是程序計數(shù)器pc。當(dāng)單片機開始執(zhí)行程序時，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，則每取出一個指令字節(jié))，pc的內(nèi)容就自動加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(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，這些信號與單片機時鐘振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖在定時與控制電路中相結(jié)合，形成按一定時間節(jié)拍變化的電平和時鐘，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、運算等操作。

三、存儲器

存儲器是單片機的又一個重要組成部分，其中每個存儲單元對應(yīng)一個地址，256個單元共有256個地址，用兩位16進制數(shù)表示，即存儲器的地址(00h～ffh)。存儲器中每個存儲單元可存放一個八位二進制信息，通常用兩位16進制數(shù)來表示，這就是存儲器的內(nèi)容。存儲器的存儲單元地址和存儲單元的內(nèi)容是不同的兩個概念，不能混淆。

1、程序存儲器

程序是控制計算機動作的一系列命令，單片機只認識由“0”和“1”代碼構(gòu)成的機器指令。如前述用助記符編寫的命令mov a，#20h，換成機器認識的代碼74h、20h：(寫成二進制就是01110100b和00100000b)。在單片機處理問題之前必須事先將編好的程序、表格、常數(shù)匯編成機器代碼后存入單片機的存儲器中，該存儲器稱為程序存儲器。程序存儲器可以放在片內(nèi)或片外，亦可片內(nèi)片外同時設(shè)置。由于pc程序計數(shù)器為16位，使得程序存儲器可用16位二進制地址，因此，內(nèi)外存儲器的地址最大可從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個字節(jié)，這時片外擴充的程序存儲器地址編號應(yīng)由1000h開始，如果將8051當(dāng)做8031使用，不想利用片內(nèi)4krom，全用片外存儲器，則地址編號仍可由0000h開始。不過，這時應(yīng)使8051的第{31}腳(即ea腳)保持低電平。當(dāng)ea為高電平時，用戶在0000h至0fffh范圍內(nèi)使用內(nèi)部rom，大于0fffh后，單片機cpu自動訪問外部程序存儲器。