51單片機學習筆記——基於C與彙編（1）

即便疫情如此還是逃避不了開學啊！最近開始學習8051系列單片機的基本原理與應用，不過作爲一個學計算機的本科菜鳥，感覺寫博客也力不從心，因而選擇結合（盜版，嘿嘿）我一個學硬件的朋友的文章，組成一個系列。寫博客是個學習的好手段，大家一起進步吧！能力所限，如果文中有所不妥，懇請指正！

該系列文章基於8051系列單片機，Keil4/Keil2，並主要使用C和彙編實現例程，彙編部分由我的大佬朋友(盜版對象)完成。本文參考了該文的內容：
https://blog.csdn.net/qq_43327300/article/details/104698377

首先我們來介紹動手前我們需要先了解的預備知識。

0、MCS-51系列單片機簡介

MCS-51系列單片機最早由intel公司推出（對，就是那個intel），當時包括51和52子系列，51子系列中包含了8051這一經典產品，我們現在往往使用8051代稱MCS-51系列。

爲了區分各個型號，MCS-51系列有着明確的命名規則：

現在去購買相關開發板一般會買到STC89C52等型號，筆者手上的開發板用的是STC89C516也是一個較爲常見的衍生型號，由於這些單片機指令系統基本一致，因而在學習中區別不大。

接下來本篇主要是基於較爲典型的8051單片機對MCS-51系列單片機進行介紹進行介紹。

1、MCS-51系列單片機硬件結構

1.1 內部結構

單片機的硬件組成有

1、1個8bit的CPU

2、1個片內振盪器和時鐘電路

3、程序存儲器，4KB的掩膜ROM，用於存放程序、原始數據和表格

4、數據存儲器

5、64KB總線擴展控制器（也就是常說的外RAM）

6、4個8位並行I/O口（P0、P1、P2、P3）

7、一個全雙工串行接口

8、2個十六位的定時/計數器

9、5箇中斷源

程序存儲器與數據存儲器是分開的，符合哈佛結構。

1.2 外部引腳功能

8051總共有40個外部引腳，其中並行I/O口占了4x8=32個

1、電源引腳

VCC：芯片電源，+5V

VSS:接地

2、時鐘引腳

XTAL1、XTAL2:晶體振盪電路反相輸入端和輸出端

接下來講個比較，相當重要的內容——8051的時序

細節大家看書吧，我這裏留個例題大家也好結合教材理解

1T機器週期=6T狀態週期S=12T時鐘（振盪）週期P

例：設應用單片機晶振頻率爲12MHz，問機器週期爲多少？

解：由已知得，晶振頻率爲12MHZ，週期爲頻率的倒數

故，1/T=12MHz => T=1/12M （s）

機器週期=12x1/12M=1/1M（s）=1us

同理晶振頻率爲24MHz，機器週期爲0.5us

3、控制引腳

RST/VPD:復位信號輸入端/備用電源輸入端

EA/VPP：內外ROM選擇端/片內EPROM編程電源

ALE/PROG:地址鎖存允許/片內EPROM編程脈衝

PSEN：外部ROM讀選通信號

2、MCS-51系列單片機存儲空間配置和功能

2.1存儲器的類型

ROM：用於存儲程序，斷電後信息保留

RAM：用於存儲數據，斷電後信息消失，分片內片外

2.2存儲單元和存儲單元地址

存儲器是由大量寄存器組成的，其中每一個寄存器稱爲一個存儲單元。它可存放一個二進制代碼。一個代碼由若干位（bit)組成，8051單片機中算術單元是八位，即一個字節（Byte），存儲器的大小也可稱爲存儲器的容量，以字節（B）爲單位，8051單片機內部有4KB的程序存儲器，也就是說8051單片機的內部程序存儲器可以存放4x1024個Byte

2.3存儲單元的讀、寫操作

（1）存儲器的讀操作

讀操作，不會破壞該單元原來的內容，只相當於數據的複製

（2）存儲器的寫操作

寫操作，要改變或刷新該單元原來的內容，相當於原來的內容被覆蓋了

2.4 MCS-51系列單片機存儲空間配置

8051的存儲器組織結構可以分爲三個不同的存儲空間

64KB的程序存儲器（ROM），包括片內ROM和片外ROM
64KB的外部數據存儲器（外RAM）
256B的內部數據存儲器（內RAM)(包括特殊功能寄存器）

（1）8051的程序存儲器（ROM）

地址範圍：0000H~FFFFH，共計64KB

低段4KB：0000H~0FFFH

8051和8751在片內，8031在片外。高段60KB：1000H~FFFFH。在片外。

讀寫ROM用MOVC指令，控制信號是PSEN和EA。

（2）8051的數據存儲器（RAM)

數據存儲器分爲外RAM和內RAM

外RAM地址範圍：0000H~FFFFH共64K

內RAM地址範圍：00H~FFH共256B，分爲兩個部分：

內部存儲器空間，地址爲00H~7FH(低128B）
特殊功能寄存器，地址爲80H~FFH（高128B）

訪問片外RAM用MOVX指令，訪問片內RAM用MOV指令

2.5 8051片內數據存儲空間（低128B）

（1）工作寄存區（00H~1FH)

作用：有專用於工作寄存器操作的指令，讀寫速度一般比內RAM要快，指令字節比一般直接尋址指令短，還具有間接尋址功能 （只有R0、R1可以）

工作寄存器 區分爲四個區：0、1、2、3區。每區有八個寄存器：R0~R7

（2）位尋址區（20H~2FH）

作用：不但有字節地址，而且每一字節地址還有位地址，可以進行位操作

（3）數據緩衝區（30H~7FH)

作用：用於存放各種數據和中間結果，起到數據緩衝作用。堆棧一般開闢在這個區域

00H~7FH是一般用戶能操作的區

2.6特殊功能寄存器（高128B）

21個特殊功能寄存器，其中字節地址末尾是0H或8H的寄存器每一位都有位地址，可以進行位操作

特殊功能寄存器SFR

佔用地址字節：80H~FFH

位尋址器：其字節地址可被8整除，也即上面講的0H、8H結尾

專用寄存器：

A、B、PSW、DPTR、SP

I/O接口寄存器：

P0、P1、P2、P3、SBUF、TMOD、TCON、SCON…

(1)累加器Acc

最常用的寄存器，所有的運算類指令都要使用它。累加器在指令中助記符位A，自身帶有全零標誌Z，若A=0則Z=1；若A ！= 0則Z = 0。該標誌常用於程序分支轉移的判斷條件

（2）B寄存器

80C51中，在做乘除法時必須使用B寄存器，不做乘除法時，可作爲一般寄存器使用

（3）程序狀態字PSW

（4）堆棧指針SP

以後用到再來完善

（5）數據指針DPTR

分成DPL（低8位）和DPH（高8位）兩個寄存器，用來存放16位地址值。

2.7並行I/O口

四個8位的雙向並行端口：P0、P1、P2、P3

P0、P1、P2、P3口對應四個數據鎖存器：P0、P1、P2、P3，對應內部RAM地址爲80H、90H、A0H、B0H，訪問I/O端口可以位尋址，當單片機復位時，P0~P3鎖存器內容均爲1

爲了介紹方便我們以P1、P2、P3、P0的順序進行介紹。

（1）P1口

P1口只有簡單的雙向I/O功能,是各口中功能最簡單的一個。

在實現輸出狀態時我們可以參考下圖：

內部總線向D觸發器輸入0時，V1受到高電平導通，vcc接地，因而對外輸出0，同理在總線向D觸發器輸入1時，V1受到低電平截止，P1口從而輸出高電平。

P1口在接受數據時我們可參考下圖：

我們希望P1口接受數據時首先得讓場效應管截止，因而需要先行輸出一個高電平，使D觸發器輸入端爲高電平，從而使高低電平的信號成功到達總線。

因而在輸入數據前首先得輸出一次高電平！

（2）P2口

首先我們可以用P2口實現P1口的功能：

當CPU發出控制信號1時，使多路開關MUX導向內部地址線，使P2口作爲高8位地址線使用。

P2口的驅動能力爲四個LSTTL門電路

（3）P3口

P3在具有我們之前介紹的P1所有的功能（如下圖所示）還有第二功能。

當P3口的第二功能都保持高電平時，P3口作爲通用I/O口使用，功能與P1相同

（4）P0口

P0是一個三態雙向口，可作爲地址/數據分時複用口，也可作爲通用I/O接口也就是P1口的功能。

當控制信號爲低電平時可做通用I/O口使用。
由於其缺乏上拉電阻，需外接一個上拉電阻才能輸出高電平。

當控制信號爲高電平時，P0口作爲地址/數據分時複用總線。

3、MCS-51系列單片機的復位方式

（1）復位條件

復位（RST）引腳（9腳）上加一個持續時間爲兩個機器週期的高電平

若單片機時鐘頻率爲 12MHz，則機器週期爲 1us，那麼則需要持續 2us以上的時間。