机电一体化（专科）课程设计(6)

从外部程序存储器取数时，在每个机器周期内二次有效。

2）EA/Vpp：EA为高电平时，CPU执行内部程序存储器的指令。EA为低电平时，CPU仅执行外部程序存储器的指令。因8031芯片没有内部程序存储器，故EA必须接地。Vpp是在8751EPROM编程时+21V的编程电源输入端。

3）ALE/PROG：ALE是地址锁存使能信号。作为地址锁存允许时高电平有效。因为p0端口是分时传送数据和8位地址。故访问外部存储器时，ALE信号锁存低8位地址。即使在不访问外部存储器时，也以1/6振荡频率的固定频率产生ALE，因此可以用它作为外部的时钟信号。ALE主要是提供一个定时信号，在从外部程序存储器取令时，把p0口的低位地址字节锁存到外接的地址锁存器中。

4）RST/VPD:是复位/备用电源端。在振荡器运行时，使RST行脚至少保持两个机器周期位高电平，可实现复位操作，复位后程序计数器清零，即程序从0000H单元开始执行。在VCC关断前加上VPD（掉电保护）RAM的内容将不变。

3、8031芯片的存储器结构及地址分配

8031芯片内部无程序存储器，只有256字节的数据存储器，地址从00H~FFH。其地址分配如下图3.3所示：

8031芯片内部256字节的空间被分为两部分，其中内部数据存储器（RAM）地址为00H~7FH，特殊功能寄存器（SFR）的地址为80H~FFH。在内部数据存储器中的00H~1FH为四个工作寄存器区，其中：

0区 00H~07H 1区 08H~0FH 2区 10H~17H 3区 18H~1FH

每个区都有8个8位寄存器R0～R7。可以用来暂存运算的中间结果以提高运算速度，其中的R0和R1还可以用来存放8位地址。要确定采用哪个工作寄存器区，可通过标志寄存器PSW中的RS0、RS1辆未来指定。

从20H~2FH是“位寻址”空间：在此空间中CPU既可对其执行按字节操作，又可对其中每个单元的8位二进制代码执行按位的操作。

从30H~7FH是可以按字节寻址的数据缓冲区，在此区域中可以设置堆栈。由于8031复位后堆栈指针SP指向工作寄存器区（即SP=07H），所以必须在初始化程序中对SP设置30H以后的地址区间为初值。

图4.3 8031芯片存储器结构

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8031芯片内部设有程序存储器，且仅有128字节的数据存储器，因而在组成控制系统时可根据需要扩展外部程序存储器和外部数据存储器。由于地址线是16位的，故最多能扩展64K程序存储器和64K数据存储器，其地址均为0000H~FFFFH，即程序存储器和数据存储器为独立编址；因此EPROM和TAM的地址分配比较自由，编程时不必考虑地址冲突问题。

4、特殊功能寄存器

8031芯片内的特殊功能（SFR）是用于对片内各功能模块进行管理、监视、监视的控制寄存器和状态寄存器。是一个具有特殊功能的RAM区，其地址为80H~FFH。这些特殊功能寄存器的地址分配见表3.1：

表3.1特殊功能寄存器名称及地址

标识符 ACC B PSW SP DPTR P0 P1 P2 P3 IP IE TOMD TCON T2CON TH0 TL0 TH1 TL1 TH2 TL2 RLDH RLDL SCON SBUF PCON 名称 累加器 B寄存器 程序状态字 堆栈指针 数据指针（包括DPH和DPL） 口0 口1 口2 口3 中断优先级控制 允许中断控制 定时器/计数器方式控制 定时器/计数器控制 定时器/计数器2控制 定时器/计数器0（高位字节） 定时器/计数器0（低位字节） 定时器/计数器1（高位字节） 定时器/计数器1（低位字节） 定时器/计数器2（高位字节） 定时器/计数器2（低位字节） 定时器/计数器2自动再装载 （高位字节） 定时器/计数器2自动再装载 （低位字节） 串行控制 串行数据线控制 电源控制 地址 0E0H 0F0H 0D0H 81H 83H和82H 80H 90H 0A0H 0B0H 0B8H 0A8H 89H 88H 0C8H 8CH 8AH 8DH 8BH 0CDH 0CCH 0CBH 0CAH 98H 99H 87H 表中PSW是程序状态寄存器，其功能如表4.2. CY

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AC F RS1 RS0 OV 保留 P

标 志 CY AC OV P F — RS1 RS0 功 能 进位标志 辅助进位标志 溢出标志 奇偶标志 用户标志 保留 说 明 C寄存器，最高位有进位（借位）时置1，否则清0 低4位有进位（借位）置1，否则清0 最高位有溢出时置1，否则清0 累加器入位模2和为奇数时置1，否则清0 工作寄存器选择 工作寄存器选择 位地址 PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0

内放标志寄存器，置位或清零，表示操作结果的某些特性。加1、减1指令不影响这些标志。

溢出标志OV和进位标志CY是两种性质不同的标志。溢出是指在有正负号两个数运算时，结果数超过+127~ -128。当用于补码运算时，因为在有符号的结果不能用8位数表示时，OV将被置位，而进位位是指两个数最前一位（第七位）相加（或相减）有否进位（或借位）。P标志表示累加器中运算结果1的个数为偶数还是奇数来决定。

有关定时器/计数器和中断系统的特殊功能寄存器在后面叙述。 5、MCS—51系列指令系统简介

在设计MCS—51系列单片机控制系统的硬件线路时，不可避免的要涉及到MCS—51系列单片机的指令系统。下面对MCS—51系列单片机指令系统的寻址方式和主要指令作一简单介绍：

MCS—51系列指令系统共有111条基本指令，其中单字节指令49条，双字节指令45条，三字节指令17条。

（1）MCS—51指令系统寻址方式简介

指令是由助记符来表达，助记符是由操作码和操作数两部分组成。其规定的格式如下：

操作码 目的操作数 源操作数

操作码反映了指令的功能，助记符代表了指令的操作对象。操作数可以是数据也可以是地址。也就是说操作数指定了参与操作的数或数所在单元的地址。而如何得到这个地址就叫寻址方式。MCS—51指令系统共有七种寻址方式。

1）立即寻址 2）直接寻址 3）寄存器寻址

4）J寄存器间接寻址 5）变址寻址 6）相对寻址 7）位寻址

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（2） MCS—51系列指令系统主要指令简介

MCS—51系列指令系统111条指令可以分为五类 1） 数据传输类 29条 2） 算术操作类 24条 3） 逻辑操作类 24条 4） 控制程序转移类 17条 5） 布尔变量操作类 17条

在这些指令中，使用得最多的是数据传输类指令，这类指令又可以分成三种： 1）单片机内部数据传送 2）和外部RAM传送数据

3）程序存储器和累加器A之间数据传送用助记符MOVC表示。

6、定时器/计数器

MCS-51系列单片机提供两个16位可编程的定时器/计数器，即T0和T1。它们能用来作定时器（实际是对内部机器周期计算）或外部时间计数器。它们具有两种工作方式和四种模式，其工作原理如图3.4所示。

定时/计数器的核心是一个+1计数器，加1计数器脉冲有两个来源，一个是外部脉冲源，一个是系统的时钟振荡器。计数器对两个脉冲源之一进行输入计数，每输入一个脉冲，计数器加1，当计数到计数器全为1时，再输入一个脉冲就使计数器回零，同时从高位溢出一个脉冲，并使特殊寄存器TOCN中的溢出中断标志置1。如定时/计数器工作于定时状态，则表示定时的时间到，若工作在计数状态，则表示计数回零。所以加1计数器的基本功能是对是如脉冲进行计数，至于其工作于定时还是计数状态，则取决于外接什么样的脉冲源。当脉冲源为时钟振荡器（等间隔的脉冲序列）时，脉冲数率以脉冲间隔时间就是定时时间，因此为定时功能；当脉冲源为间隔不等的外部脉冲发生器时，就是外部事件的计数器，此时为计数功能。

图4.4 定时/计数器的结构框图

用作“定时器 ”时，每个机器周期寄存器加1，因此，也可以把它看作是在累计机器周期。由于一个机器周期包括12个振荡周期，所以，它的计数速率是振荡频率的1/12。

用作“计数器”时，寄存器在其对应的外输入端T0或T1有一个“1→0”的跳变时加1。由于识别一个从 “1→0”的跳变要用两个机器周期（24个振荡周期）所以最快的计数速率是振荡频率的1/24。

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（1）TMOD控制寄存器 GATE GATE——门控位，或叫选通位，当GATE=1时，只有INT0或INT1引脚为高电平且TR0或TR1置1，相应的定时/计数器才能被选通，当GATE=1时，只要TR0或TR1置1，定时/计数器就被选通，而不管INT0或INT1是高电平还是低电平，即不受外部输入引脚的控制。

C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 C/T——计数器的方式或定时器的选择位。当为1是计数器方式；采用T0或T1外部引脚的

输入脉冲作为计数脉冲。当为0时定时器方式；采用晶体振荡器脉冲的12分频作

为内部计数器输入脉冲。

M1、M0—工作模式控制位。

00—模式0：TLX中的低5位和THX的高8位构成13位计数器； 01—模式1：TLX和THX构成全16位计数器；

10—模式2：可自动再装入的8位计数器

11—模式3：把定时器0分寸两个8位计数器，关闭定时器1。

（2）TCON控制寄存器

TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 TF1、TF0——定时器T0、T1溢出标志位，当定时器/计数器溢出时，TFX=1,申请中断，

进入中断服务程序后被硬件清零。

TR0、TR1——定时器T0、T1运行控制位，由软件设定1或0来控制定时/计数器开启或

关闭。

IE0、IE1——外部中断源INT0、INT1的标志，IEX=1，为外部中断源INTX向CPU请

求中断，当CPU响应中断时，由硬件将IEX清零。

IT0、IT1——外部中断源触发方式控制位。ITX=1，将外部中断源控制为电平触发方式；

ITX=0，将外部中断源控制为电平触发方式。

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