微机原理与接口技术

微机原理与接口技术知识点总结。主要内容包括：第0章 计算机基础知识，第1章 微机技术概述，第2章 8051微控制器硬件结构，第3章 8051指令系统与汇编程序设计，第4章 8051的C语言与程序设计，第5章 中断系统，第6章 定时器/计数器等。导图主要基于浙江大学王晓萍老师的课程。适用于电子、通信、自动化等专业的学生。

微机原理与接口技术

• 第0章 计算机基础知识
  • 1. 数制与编码
    • 1.1. 数制与转换
      • 二进制电路实现
        • 晶体管的导通与截止
        • 脉冲的低电平和高电平
        • 继电器的通和断
      • 逻辑定义
        • 负逻辑：如RS-232C
          • -12V称为1
          • +12V称为0
        • 正逻辑
      • 数制转换
        • 常用
          • FFH → 255D
          • 3FFH → 1023D
          • FFFFH → 65535D
        • 微机计算单位
          • 1K=1024D=400H
          • 1M=1KX1K=1048576D=100000H
          • 1G=1MX1M=1048576D=100000H
        • LCD显示器分辨率如640x480，1024×768，1280×1024等， 均是16的倍数，方便寻址和运算
    • 1.2. 微机中数的表示
      • 无符号数
        • 对于字长是8位的微机，8位二进制D7~D0均为数值位
        • 数值范围：00H—FFH(0-255D)
          • 即8位二进制数从全0到全1，有256种状态
      • 带符号数
        • 数值的最高位为符号位
          • 1负
          • 0正
          • 如：8位二进制数最高位D7
            • D7=0正数
            • D7=1负数
        • 原码反码补码
          • 换算关系
            • 8位带符号数表示范围
              • • 注意补码的-128
            • “0”的表示
    • 1.3. 二进制编码
      • BCD码：用四位二进制数表示十进制的0~9
        • 常考！
        • 常用英文
          • MSB：Most Significant Bit，最高加权位，二进制最左边
          • LSB：Least Significant Bit，最低有效位，二进制最右边
          • Nibble：Nibble at，四位二进制数
          • Parity Bit：奇偶校验位
      • ASCII码：7位二进制代码，共有128种状态，代表128种字符
  • 2. 微机基本组成电路
    • 2.1. 常用逻辑电路
      • 与门、或门、非门
      • 异或门、与非门、或非门
    • 2.2. 触发器
      • R-S触发器
        • R：复位信号输入端
        • S：置位信号输入端
        • 一般为与非门组成，即约束条件SR=1
      • D触发器
        • 即：数据触发器
        • 典型D触发器
        • 常用D触发器
          • • 省略S端
    • 2.3. 寄存器
      • 1. 缓冲寄存器(Buffer)
        • 用于暂存数据
        • 如：由4个D触发器组成的4位并行缓冲寄存器
      • 2. 移位寄存器(Shifting Register)
        • 锁存功能：暂存数据
        • 移位功能：将存储的数据逐位向左或向右移动，串→并，并→串
        • 如：串行输入→并行输出的4位移位寄存器
      • 3. 计数器(Counter)
        • 累计时钟脉冲，对输入的CLK加1或减1
        • 溢出
          • 最大计数值
      • 4. 三态门
        • 简介
          • 计算机的信息传输采用总线形式
          • 为了防止信息相互干扰，凡要挂到总线上的寄存器、存储器等，都应具有三态功能
        • 三类总线
          • 数据总线
          • 地址总线
          • 控制总线
        • 分类
          • • E=0时，输出高阻态，此时对总线状态不起作用
            • 分时访问：任一时刻只能一个器件占用总线，而其它器件都应为高阻态
          • • 寄存器的输出通过三态门与数据总线相连接
            • （寄存器+三态门）构成三态缓冲寄存器，通常作为微控制器的输入接口
    • 2.4. 综合应用举例
      • • 输入有三态，实现CPU分时访问
        • 输出有锁存，实现输出数据的保持
  • 3. 存储器概述
    • 3.1. 常用术语解析
      • 位（bit）：binary digit 的缩写，一位二进制数
      • 字节（Byte）：一个字节就是相邻的8位二进制数，即D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
      • 字（word）： 16位二进制数 。2个字节，在16位微处理器或微型计算机中使用。而8位微控制器只能直接处理和传送字节数据
      • 双字： 32位二进制数称为双字
      • 字长：数据线位数，也即CPU能够直接处理的数据位数
    • 3.2. 存储器分类
      • 程序存储器ROM
        • 也称为只读存储器（Read Only Memory）
        • 分类
          • PROM （Programmable ROM）：可编程ROM
          • OTPROM （One Time Programmable Read Only Memory）：一次可编程ROM
          • EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory） ；可擦除可编程ROM
          • EEPROM （Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）： 可电擦除ROM
          • FLASH memory：快擦写存储器、或Flash存储器、或“闪存”，也是一种EEPROM，但其读/写速度要快得多
            • 无需写入器，方便芯片擦除和程序写入
            • 实现了微控制器的在系统编程调试功能
      • 数据存储器RAM
        • 也称随机存取器（Read Access Memory）
        • 分类
          • DRAM（Dynamic RAM）：动态随机存取存储器
            • 需要刷新电路
            • 用于RAM量非常大的计算机系统中，如大型计算机
          • SRAM（Static RAM）：静态随机存取存储器
            • 集成度低，生产成本高
            • 最常用
    • 3.3. 存储器结构与寻址
      • 组成结构
        • 由存贮矩阵（大量缓冲寄存器）、地址译码器、三态双向缓冲器、读写控制等组成
        • 引脚包括数据线、地址线、控制线和电源线等
      • 存储单元和地址
        • 存储器中一个缓冲寄存器为一个存储单元
          • 对于8位微控制器，其CPU是8位，即字长是8位，因此通常选用8位存储器，一个存储单元存放8位二进制信息，即一个字节信息
          • 存储单元的个数为该存储器的容量
        • 给每个存储单元一个唯一的固定编号，称为存储单元的地址
          • 对于具有n根地址线的存储芯片，有2n个存储单元；具有n根地址线的微控制器，其寻址空间为2n个存储单元
          • 存储器芯片的地址线位数目决定其容量；微控制器的地址线数量决定其寻址能力
    • 3.4. 存储器主要指标
      • 速度
        • 指读或写一条信息所需的时间
        • 一般存取时间为ns级
      • 容量
        • 指一片存储器包含的存储单元数量
        • 容量的表示：存储单元数×数据线位数（每个单元的位数）
          • 如6264芯片容量为： 8K×8b/片＝64Kb/片＝8KB/片
            • 8192个存储单元，每个单元有8位
          • B：Byte；b：bit
• 第1章 微机技术概述
  • 1. 微型计算机概述
    • 1.1. 两大分支
      • 通用微型计算机（general computer）
      • 嵌入式计算机（embedded computer）
    • 1.2. 通用微型计算机
      • 发展历程
        • 1946年
          • 美国宾夕法尼亚大学研制了第一台电子计算机ENIAC
        • 奠基人
          • 英国科学家艾兰· 图灵
          • 美籍匈牙利科学家冯· 诺依曼
        • 冯·诺依曼的计算机体系结构
          • 1. 计算机的运算应采用二进制
          • 2. 采用“存储程序”的思想
          • 3. 计算机的硬件组成
            • 运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备
      • 组成
        • 硬件
          • 中央处理器CPU (Central Processing Unit )：执行程序以及对信息进行运算处理
            • 运算器
            • 控制器
            • 寄存器
          • 存储器（ Memory）：用于存储程序、数据和文件等
            • ROM
            • RAM
          • 输入输出（I/O）接口：用于连接多种外部设备，如显示器、键盘、鼠标、打印机等
        • 软件
          • 操作系统
          • 实用程序
      • 发展
        • 目前微型计算机产品更新换代的周期，通常只有0.5-1年
  • 2. 微控制器概述
    • 2.1. 微处理器（Micro Processor，MP或µP）
      • 也称为中央处理器（CPU，Central Processing Unit）
    • 2.2. 嵌入式系统（Embedded System）
      • 也称为单片微型计算机（SCMP，Single Chip Micro-Computer）
      • 特点
        • 嵌入性
        • 专用性
        • 计算机
      • 两种常用的嵌入式系统
        • 8位微控制器
        • 32位微处理器
          • 如linux、wince、μsDOS等
          • 32位ARM微处理器是目前世界上应用最多的32位嵌入式系统
    • 2.3. 微控制器（Microcontroller Unit，MCU）
      • 组成结构
      • 发展历程
        • 第一阶段：单芯片化探索阶段
          • 典型产品MCS-51单片机系列
        • 第二阶段：功能拓展阶段
          • 多种外围电路与接口电路
        • 第三阶段：全面发展阶段
          • 高速、低功耗、强运算
          • 功能全面的片上系统（SOC）
      • 应用
        • 通信设备、电子玩具、家用办公用品、掌上电脑都配有1-2个微控制器
        • 汽车和较为复杂的工业控制系统，可能有数百个微控制器在同时工作
  • 3. 微控制器的体系结构
    • 3.1. 微控制器的存储结构
      • 哈佛（Harvard）结构
        • 程序存储器、数据存储器分开
          • 微控制器常用
      • 普林斯顿（Princeton）结构
        • 即：冯 · 诺依曼结构
        • 程序存储器和数据存储器在同一个寻址空间中
          • 通用微型计算机常用
    • 3.2. CISC和RISC处理器
      • 复杂指令集计算机 (Complex Instruction Set Computer, CISC)
        • 用最少的指令来完成所需的计算、控制任务，即尽量简化软件
        • 优点：一条指令往往可以完成一串动作，编程效率较高
        • 缺点：对工艺要求高
      • 精简指令集计算机 (Reduced Instruction Set Computer, RISC)
        • 尽可能简化指令系统，提高程序运行速度
        • 优点：CPU硬件结构简单、布局紧凑
        • 缺点：编程效率较低，并且一般需要较大的内存空间
        • 近期应用较多
  • 4. 微控制器的典型结构
    • 4.1. 典型微控制器的组成
    • 4.2. CPU系统
      • CPU
      • 时钟系统
      • 复位电路
        • 能满足上电复位、信号控制复位的最简化电路
      • 总线控制逻辑
        • 内部总线控制用以实现片内各单元电路的协调操作
        • 外部总线控制用于微控制器外围扩展时的操作管理
    • 4.3. CPU外围电路
      • 程序存储器ROM
      • 数据存储器RAM
      • 输入输出接口I/O (Input/Output interface)
        • 微控制器的I/O接口大都有复用功能
      • 特殊功能寄存器SFR (Special Function Register)
        • 管理与控制微控制器内部各功能部件运行的寄存器
    • 4.4. 其他功能单元
      • 基本功能单元
        • 包括定时器/计数器、中断系统、串行通信接口等
        • CPU系统 + CPU外围单元 + 基本功能单元 → 微控制器基核
      • 外围扩展单元
        • 如满足数据采集要求而扩展的模数转换器ADC，满足伺服驱动控制的脉冲宽度调制（PWM）电路和满足程序可靠运行的监视定时器WDT等
        • 微控制器基核 + 外围扩展单元 → 多种型号、多种功能的微控制器
      • 内部总线
        • 数据总线DB（Data Bus）
          • 双向，用于传送数据，实现CPU与存贮器、I/O接口、各功能模块之间的信息交换，其方向取决于是读操作还是写操作
        • 地址总线AB（Address Bus）
          • 单向，由CPU发出地址信息，用来访问存贮器和I/O接口
        • 控制总线CB（Control Bus）
          • 单向，传送控制或时序信号，通常有多条控制信号
  • 5. 微控制器性能及发展趋势
    • 5.1. 性能指标
      • 1. CPU主频
        • CPU内核工作的时钟频率（CPU Clock Speed），反映了CPU的运行速度
        • 通常用单位时间执行指令数（如MIPS，百万条指令每秒）来表示CPU的运行速度
      • 2. CPU字长
        • 指CPU一次能并行处理的二进制位数，也是内部数据总线的位数
      • 3. 位处理器
        • 反映微控制器的位处理能力
      • 4. 指令系统
        • 反映CPU能够识别的指令编码和数量
      • 5. 存储容量
        • 反映ROM、RAM的片内容量
      • 6. I/O端口
        • 主要是指片内并行接口的数量，以及端口的特性
      • 7. 基本功能模块
      • 8. 外围功能单元
    • 5.2. 发展趋势
      • I/O接口性能增强
        • 1. I/O接口的串行扩展
          • 如I2C总线、SPI串行接口和1-Wire总线
        • 2. I/O端口的电路结构扩展
          • 电路结构形式
            • 多样化，可编程，满足端口引脚与外部设备的适应性连接
          • 电气特性分类
            • 推挽方式、开漏输出、弱上拉
        • 3. 功能I/O接口的增加
          • 如集成常用传感器接口、连接工业对象的电气接口
      • 性能多样化
        • 1. 低功耗
          • 待机、掉电等多种低功耗运行方式
          • 提高了产品的可靠性和抗干扰能力
        • 2. 工作电压范围宽
          • 常用3.3-5.5V，也有1.8-6V等
          • 有利于微控制器长时间在省电模式下工作，降低功耗
        • 3. 高性能化
          • 由复杂指令系统（CISC）向精简指令系统（RISC）发展
        • 4. 小体积、低价格
        • 5. 混合信号集成化
        • 6. ISP及基于ISP的开发环境
• 第2章 8051微控制器硬件结构
  • 1. 8051微控制器的结构
    • 1.1. 组成结构
      • 8051微控制器
        • 把微机基本功能部件集成在一个芯片上
        • 习惯上可统称MCS-51微控制器、8051微控制器或51微控制器
      • 8051微控制器组成结构
        • 1. 中央处理器CPU
        • 2. 只读存储器 ROM
        • 3. 随机存取存储器RAM
        • 4. 并行 I/O口
        • 5. 中断系统
        • 6. 定时器/计数器
        • 7. 串行口
        • 8. 特殊功能寄存器SFR（Special Funtion Register）
      • 8051微控制器内部结构
    • 1.2. 功能特点
      • 1. 8位CPU：是微控制器的核心，包括运算器和控制器两大部分，主要完成运算和控制功能。
      • 2. RAM
        • 内部RAM：典型8051 MCU有256B的RAM，地址为00-FFH；
        • 外部RAM：可以通过数据总线和地址总线扩展外部RAM，最大扩展容量为64KB，地址范围为0000H-FFFFH。（较少扩展）
      • 3. ROM
        • 内部ROM：8KB的ROM，地址范围为0000H-1FFFH。（增强型8051 MCU的内部ROM已达64KB）
        • 外部ROM：当内部ROM容量不够时，8051 MCU可以进行外部扩展，最多可以外扩64KB ROM，地址范围为0000H-FFFFH。（很少扩展）
      • 4. 特殊寄存器SFR：用于管理、控制和监视内部功能部件的寄存器。分布在地址为80H～FFH的专用RAM区。
      • 5. 并行I/O口：4个8位I/O口：P0、P1、P2、P3，具有第二功能。
      • 6. 中断系统：具有5个中断源，2个中断优先权。
      • 7. 定时器/计数器：有2个16位的定时器/计数器，具有4种工作方式。
      • 8. 串行接口：1个全双工的串行口，用于微控制器与具有串行接口的外设进行异步串行通信，也可以扩展I/O接口
      • 9. 布尔处理器：具有较强的位寻址、位处理能力。
      • 10. 时钟电路：产生微控制器工作所需要的时钟脉冲。
        • （需要外接晶体振荡器和微调电容）
      • 11. 指令系统：有5大功能，111条指令。为复杂指令系统(CISC)。
    • 1.3. 引脚与功能
      • 封装形式
        • 1. 40脚DIP封装形式
        • 2. PLCC封装形式
      • 8051微控制器的引脚
        • 1. 电源、地（2条）
          • VCC
          • GND
        • 2. 时钟电路
          • XTAL1
            • 片内振荡电路反相放大器的输入端
          • XTAL2
            • 片内振荡电路反相放大器的输出端
            • 输出频率为晶振频率的时钟信号
          • • 除连接晶振外，还要连接两个起振电容
        • 3. 控制引脚
          • ALE（Address Latch Enable，P30）
            • 地址锁存允许信号输出端
              • 有效时输出一个高脉冲
            • 实现P0口的8位数据线和低8位地址线的分时复用和隔离
            • 在访问外部存储器时，指示数据线还是地址线，目前少用
          • PSEN（Program Store Enable，P29）
            • 外部ROM选通信号输出端
              • 低电平有效（上划线）
          • EA（External Access Enable，P31）
            • 内部、外部ROM选择信号输入端
              • 低电平有效
          • 目前无需外扩，故很少用
          • RST（Reset，P9）
            • 复位信号输入端
              • 高电平有效
        • 4. I/O引脚（P0、P1、P2、P3）：32条I/O口线
          • P0口（P0.7-P0.0）
            • 第一功能：普通I/O口
              • 需外接上拉电阻
            • 第二功能：分时复用的8位数据线和低8位地址线
          • P1口（P1.7-P1.0）
            • 单一功能8位准双向I/O口
              • 带内部上拉电阻
          • P2口（P2.7-P2.0）
            • 第一功能：普通I/O口
            • 第二功能：高8位地址线
          • P3口（P3.7-P3.0）
            • 第一功能：普通I/O口
            • 第二功能
  • 2. 微控制器的工作原理
    • 2.1. CPU的结构与组成
      • CPU的组成结构
      • 控制器
        • 1. 指令部件
          • 程序计数器PC (Program Counter)
            • 16位的ROM指针，用于存放下一条取指指令的地址，寻址范围为64K
          • 指令寄存器IR (Instruction Register)
            • 存放当前指令的操作码，等待译码
          • 指令译码器ID (Instruction Decode)
            • 对当前指令操作码进行解析，并通过控制电路产生执行该指令需要的控制信号，完成指令规定的操作
        • 2. 时序部件
          • 时钟电路
          • 分频器
        • 3. 操作控制部件
          • 为指令译码器的输出信号配上节拍电位和节拍脉冲，形成执行指令需要的操作控制序列信号
      • 运算器
        • 1. 算术逻辑单元ALU (Arithmetic Logic Unit)
          • 完成算术运算及与、或 、非、异或等逻辑操作
        • 2. 位处理器（布尔处理器）
          • 能直接对位（bit）进行操作
          • 也称其为位累加器
        • 3. 暂存寄存器
          • 用于运算数据的暂时存放，该寄存器不能访问
        • 4. 程序状态寄存器PSW
        • 5. 累加器Acc
        • 6. BCD码运算调整电路等
    • 2.2. 微控制器的工作过程
      • 程序与指令
        • 用户编写的程序要预先存放在ROM中，微控制器的工作过程就是从ROM中逐条取出指令并执行的过程
        • 程序：是完成一个特定功能的一系列指令集
        • 指令：是微控制器指挥各功能部件工作的指示和命令
          • 操作码：指明指令的功能（即做什么操作）
          • 操作数：指明指令执行的数据或数据存放的地址（即操作对象）
      • 指令样例
      • 指令执行过程
      • 指令执行图解
      • 指令执行示例
  • 3. 存储器配置与地址空间
    • 3.1. 存储器配置
      • 存储器的两种基本结构形式
        • 冯·诺依曼（Von Neumann）结构
        • 哈佛（Harvard）结构
      • 8051存储器结构图
        • 采用哈佛结构，ROM和RAM分开寻址
    • 3.2. 程序存储器ROM
      • ROM空间配置
        • 内部8K
        • 外部64K
      • ROM中的6个特殊单元
        • 1个复位入口和5个中断入口
    • 3.3. 数据存储器RAM
      • RAM空间配置
        • 内部RAM：00H～FFH（256B）
        • 外部RAM：0000H～FFFFH（64KB）
      • 内部RAM配置
        • 工作寄存器区
          • 选择四组工作寄存器区的哪一组作为R0～R7，由PSW寄存器中的两位RS1、RS0来确定
        • 位寻址区
          • • 既可进行字节寻址，又可进行位寻址
            • 可以使用位操作指令，如CLR，SETB等
        • 用户RAM区
          • 用户RAM
            • 通常作为数据缓冲区和堆栈区
          • 数据缓冲区
            • 用来存放各种用户数据，如AD转换结果
          • 堆栈区
            • 堆栈是一种具有特殊用途的存储区域，其作用是用于暂存数据和地址
            • 在子程序和中断服务程序中，用于保护断点和保护现场
            • 8051微控制器的堆栈区必须开辟在内部通用RAM中
      • 外部数据存储器
  • 4. 特殊功能寄存器SFR
    • 4.1. SFR简介
      • 特殊功能寄存器SFR（Special Function Register），也称专用寄存器
      • 用于管理和控制MCU内部硬件功能模块（如定时器/计数器、串行口、中断系统等）的寄存器，用来存放功能模块的控制命令、状态或数据
      • 8051
        • 8051有21个SFR
        • 除程序计数器PC指针和R0～R7工作寄存器外，其余所有定义的寄存器都属SFR
    • 4.2. SFR定义与分布
      • • 位寻址：8个bit都可以按位操作
    • 4.3. SFR的位寻址空间
    • 4.4. 程序计数器PC
      • 也称为程序指针或PC指针
      • 不占用SFR地址空间，是不可寻址的，在程序中不能直接访问
    • 4.5. 特殊功能寄存器介绍
      • 1. 累加器A
        • 算术、逻辑类操作
        • A的字节地址是E0H，可位寻址
      • 2. B寄存器
        • 一般用于乘除指令中
        • B的字节地址是F0H，位地址为 F0H～F7H
      • 3. 程序状态字PSW （Program Status Word）
        • 存放程序状态信息，表征指令执行后的状态
        • 状态位： 根据指令执行结果，由硬件置位或清0
          • C
            • 进位标志
            • 高位（D7）发生进位或借位则被置1（即C=1），否则被清0（C=0）
          • AC
            • 辅助进位标志
            • 若低4位向高4位发生进位或借位则AC=1，否则AC=0
            • 在十进制调整指令DA A中要用到
          • OV
            • 溢出标志
              • 用于带符号数
            • OV=1：溢出，表示运算结果超出了A所能表示的带符号数的范围
            • （-128～+127，即8位带符号数的范围）
            • 对于乘法MUL，当A、B两个乘数的积超过255时OV置位；否则，OV＝0
            • 对于除法DIV，若除数为0时，OV=1；否则，OV=0
            • 如
              • • 87+121>+128
          • P
            • 奇偶标志
            • 表示指令操作之后，累加器A中1的个数的奇偶性
            • 若A中“1”的个数（二进制）为奇数个，则P=1
        • 控制位： 根据使用需要，由指令设定
          • 工作寄存器组选择位
            • RS1
            • RS0
          • 软件标志位（用户自定义）
            • F1
            • F0
      • 4. 堆栈指针SP （Stack Pointer）
        • 堆栈
          • 堆栈有二种形式，一是向上（向高地址）生成，二是向下（向低地址）生成
            • 8051 MCU的堆栈为满顶法向上生成的软件堆栈
          • “先进后出”“后进先出”
            • 最后进栈的数据最先被弹出
        • 存放堆栈栈顶地址的一个8位寄存器
        • 进栈时栈顶向高地址生长，SP的内容增加；出栈时栈顶向下回落，SP的内容减少。所以SP总是指向堆栈的栈顶
        • 堆栈操作指令
          • 进栈指令：PUSH direct （ direct 范围: 00H-FFH）
          • 出栈指令：POP direct
        • 要保证堆栈有一定的深度，要避免堆栈溢出
      • 5. 数据指针DPTR (Data Pointer)
        • 16位的SFR，是外部RAM（地址范围0000H-FFFFH）的地址指针
        • 高8位为DPH表示，低8位用DPL
      • 6. P0-P3端口寄存器
        • 分别是I/O端口P0～P3的锁存器，可以位寻址
        • 对于端口即引脚的操作实际上是对这些寄存器的操作
      • 7. 其它特殊功能寄存器
        • SBUF、IP、IE、TMOD、TCON、SCON、PCON等
    • 4.6. 内部RAM和SFR的寻址方式
      • RAM
        • 00H-7FH
          • 直接寻址和寄存器间接寻址
        • 80H-FFH
          • 寄存器间接寻址
      • 同为80H-FFH的特殊功能寄存器（SFR）
        • 直接寻址
      • 采用不同的寻址方式，解决2个存储空间的地址重叠问题，避免存储单元访问的冲突
  • 5. IO端口结构与特点
    • 5.1. P0-P3端口内部结构
      • 准双向I/O口结构
      • 读引脚时，如果端口锁存器状态为0，则T2导通，引脚被钳位在“0”状态，导致无法得到端口引脚的高电平状态
        • 锁存器影响输入，故称准双向
    • 5.2. P0-P3端口功能
      • P0端口（P0.7～P0.0）
      • P1端口（P1.7～P1.0）
      • P2端口（P2.7～P2.0）
      • P3端口（P3.7～P3.0）
    • 5.3. P0-P3端口的结构特点和应用特性
      • 准双向I/O口特性
        • 在输入时，必须先向锁存器输出1，使得输出驱动电路中的T2处于截止状态，即将端口设置为输入方式
      • I/O口的应用特性
        • P0口在用作第一功能时，要外接上拉电阻； P1~P3口内部有上拉电阻
        • 驱动能力：由于CMOS电路的输入驱动电流极微，因此通常不必考虑MCU I/O端口的驱动能力。只有在I/O端口作功率驱动，如驱动LED、可控硅、继电器时，才考虑I/O口的驱动能力
  • 6. 时钟与复位
    • 6.1. 时钟电路与时序
      • 时钟电路
        • • C1、C2必须相等，一般取30pf左右
        • 时钟频率=外接晶振频率
      • 时序：CPU和功能模块工作时，各控制信号之间的时间顺序关系
      • 工作周期
        • 1. 时钟周期T0
          • 也称为振荡周期，是外接晶振频率的倒数
          • 若振荡源频率为fosc ，则振荡周期为T0=1/ fosc ；一个振荡周期定义为一个节拍P
          • 外接晶振频率的高低，决定了CPU执行速度的快慢
          • 但振荡频率太高，会引入高频辐射
        • 2. 状态周期S
          • 时钟周期的两倍S =2T=2/ fosc
        • 3. 机器周期TM
          • 一个机器周期由6个状态周期（S1-S6）即12个时钟周期组成
        • 4. 指令周期
          • 执行一条指令所需要的时间
          • 指令周期由1-4个机器周期组成
    • 6.2. 复位与复位电路
      • 复位电路
        • 上电复位（冷启动）
          • 系统上电对C充电时，在RST引脚上产生高电平进行复位
          • RST端的高电平需维持10ms以上
        • 按键复位（热启动）
          • 工作过程中（已上电）出现不正常情况时，按RST
          • RST端的高电平只要≥2个机器周期
      • 复位状态
        • （PC）=0000H；
        • （SP）=07H；
        • （PSW）=00H；
        • P0～P3端口的锁存器为FFH，端口引脚全为1，处于可输入状态；
        • 除上述SFR外，其余特殊功能寄存器SFR均为0；
  • 7. 微控制器的工作方式
    • 7.1. 低功耗工作方式
      • 低功耗方式的控制
        • 8051 MCU 有两种低功耗方式：休闲方式（IDle）和掉电方式（Power Down）
        • 通过电源控制寄存器PCON中的 IDL位和PD位进行设置
      • 休闲方式
        • 内部时钟电路正常工作，CPU停止工作
        • 进入：如执行“ORL PCON, 01H”，或运算置1
        • 退出：复位或中断可退出休闲方式
      • 掉电方式
        • 内部时钟电路不工作，内部所有功能单元停止工作
        • 进入：如执行“ORL PCON, #02H”
        • 退出：唯一方法是复位MCU
      • 各种工作方式能耗比较
    • 7.2. 程序执行方式
      • 即运行方式，复位后就进入，MCU从ROM的0000H单元开始逐条取指令执行程序
    • 7.3. 复位方式
      • 复位是微控制器的初始化操作，复位时微控制器不工作，复位后MCU中各SFR的内容恢复到初始值，CPU重新开始运行程序，进入程序执行方式
  • 8. 8051微控制器的技术发展
    • 8.1. 内部资源扩展
      • 扩展原则
        • 基核不变性原则
          • 指令系统不变
          • 总线不变
      • 内部资源扩展
        • 速度扩展
          • 时钟频率扩展
          • 总线速度扩展
        • CPU外围扩展
          • ROM扩展
          • RAM扩展
          • I/O端口扩展
            • 开漏输出
              • 开漏模式下，多个端口可以进行线“与”
            • 推挽输出
              • 改变外接电阻，就可输出不同的驱动电流
              • 推挽模式用于需要输出较大驱动电流的情况
            • 弱上拉输出
              • 驱动能力弱，仅表示电平状态
        • 基本功能单元扩展
          • 中断系统、定时器/计数器和串行口的扩展等
    • 8.2. 内部资源删减
      • 主要体现在并行总线的删减
    • 8.3. 增强型8051微控制器
      • NXP公司
        • 灵活配置和灵活编程
      • ADI公司
        • 内部ADC结构，有SAR型和Sigma-Delta型两种
      • Silicon Labs公司
        • 指令执行时间为1或2个系统时钟周期
        • 引入大量外设和功能单元
• 第3章 8051指令系统与汇编程序设计
  • 1. 概述
    • 1.1. 指令系统概述
      • 指令分类
        • 按指令的长度（字节数）分类
          • 单字节指令49条
            • 1字节机器码，指令的操作数隐含在操作码中
            • 如INC Rn和MOV A, Rn 的机器码分别为00001xxx和11001xxx，其中xxx可表示的000-111，分别代表R0~R7，实际上各有8条指令
          • 双字节指令46条
            • 机器码有2个字节
              • 第1字节为操作码，第2字节为操作数
            • 如MOV A, #data； 机器码：74H, data
          • 三字节指令16条
            • 机器码有3个字节
              • 第1字节为操作码，第2、3字节为操作数
            • 如MOV DPTR,#data16；机器码：90H, #data的高8位, #data的低8位
        • 根据指令的执行时间(速度)分
          • 单机器周期指令：64条
          • 双机器周期指令：45条
          • 四机器周期指令：2条
        • 根据指令功能划分
          • 数据传送类指令：29条
          • 算术运算类指令：24条
          • 逻辑运算类指令：24条
          • 控制转移类指令：17条
          • 位操作类指令： 17条
      • 指令格式
        • 指令的表示方式称为指令格式
        • • 标号：该指令的符号地址。标号的第一个字符必须是字母，其余可以是符号或数字（程序跳转时用）
          • 助记符：表述指令的功能
      • 指令代码
      • 符号约定
        • 寄存器
          • Rn（n=0～7） ：当前选中的工作寄存器组的R0～R7，它的片内RAM地址由PSW中的RS1，RS0确定。
          • Ri（i=0，1）：当前选中的工作寄存器组中可作为地址指针的两个工作寄存器R0，R1。
        • 立即数
          • #data：8位立即数，即指令中给出的8位常数。
          • #data16：16位立即数，即指令中给出的16位常数。
        • 地址
          • direct：8位片内RAM单元（包括SFR）的直接地址。
          • addr16：16位目的地址。用于LCALL和LJMP指令中，目的地址在64k字节的ROM空间。
          • addr11：11位目的地址。用于ACALL和AJMP指令中，目的地址必须与下一条指令的第一字节在同一个2k字节的ROM空间之内。（已很少使用）
          • bit：片内RAM和SFR的直接寻址的位地址。
        • 其他
          • rel：8位带符号的偏移字节。用于SJMP和所有的条件转移指令中。偏移量以下一条指令第一字节地址（当前PC值）为基址，地址偏移量范围在－128～＋127。（即偏移量的补码形式表示）
          • @：间接寻址方式，表示间址寄存器的符号。
          • /：位操作指令中。表示对该位先求反再参与操作，不影响该位原始值。
          • (x)：表示x中内容。如（30H），表示内部RAM 30H中的内容。
          • ((x))：表示以x中的内容为地址寻址。如（（30H）），表示内部RAM 30H单元中的值为内部RAM的地址，该地址单元中的内容。
          • ←：指令操作流程，将箭头右边的内容送到箭头左边的单元中。
    • 1.2. 寻址方式
      • 1. 立即寻址
        • 操作数以立即数的形式在指令中直接给出
          • 数字前加“#”符号，即表示为立即数
        • 立即寻址的寻址空间为ROM（即操作数存放在ROM中）
      • 2. 直接寻址
        • 指令中给出的操作数是实际操作数的存储地址
          • 即存放实际操作数的内部RAM的单元地址或SFR的地址
        • • 注意同为MOV但操作码不一样
        • 直接寻址的寻址空间
          • 内部RAM的低128个字节单元（00H-7FH）
          • 特殊功能寄存器区
            • 对SFR，只能使用直接寻址进行访问
      • 3. 寄存器寻址
        • 寄存器的内容是操作数
        • • INC：自增1
        • 寄存器寻址的寻址空间
          • R0～R7、 A
      • 4. 间址寻址：寄存器间接寻址
        • 操作数的地址存放在寄存器中，即寄存器的内容是操作数所在的内存地址。用于间接寻址的寄存器有Ri(i=0或1)、DPTR，要在寄存器前加@
        • • 把DPTR指向的送过去
          • DPTR是16位的
          • R0/R1是8位的
        • 寄存器间接寻址的寻址空间
          • 内部RAM： 00H - FFH；（@R0, @R1）
          • 外部RAM： 0000H - FFFFH; (@R0, @R1, @DPTR)
      • 5. 变址寻址：基址寄存器加变址寄存器寻址
        • 以DPTR或PC作基址寄存器，A作变址寄存器（存放8位无符号数），两者相加形成的16位程序存储器地址，作为操作数所在地址
        • • 前两条是程序存储器读指令（也称查表指令）
          • 后一条是无条件散转指令
        • 变址寻址的寻址空间
          • 程序存储器
      • 6. 相对寻址
        • 用于程序控制，利用指令修改PC指针内容实现转移
        • • 指令中给出的操作数为程序转移的偏移量（用rel表示）
          • 以PC的当前值（执行这条指令时的PC）加上偏移量，所得结果即为转移的目的地址
        • 相对寻址的寻址空间
          • 程序存储器
      • 7. 位寻址
        • 对位寻址空间的各位直接进行操作
        • 位寻址的寻址空间
          • 8051 MCU中的位地址空间（通用内部RAM20H～2FH对应的00H～7FH的128bit，SFR中的可位寻址的83bit，共211bit。）
        • • 位寻址（对于位）与直接寻址（对于字节）的地址形式完全相同，通过操作码来区分
        • 建议在指令中使用位符号名称，以增加程序的可读性
      • 8. 总结：寻址方式和寻址空间
  • 2. 基本指令
    • 2.1. 数据传送类指令
      • 1. 内部RAM数据传送指令(16条) （助记符：MOV （MOVe ） ）
        • （1） 以累加器A为目的操作数的指令(4条)
          • • 加括号：把内容送入A中
          • 功能：A的赋值指令
        • （2） 以直接地址为目的操作数的指令（5条）
          • 功能：内存单元赋值
        • （3） 以寄存器Rn为目的操作数的指令(3条)
          • • 注意源操作数没有Ri
          • 功能：工作寄存器赋值
        • （4） 以间接地址为目的操作数的指令（3条）
          • 功能：把源操作数送到以Ri的内容为地址的RAM中，给Ri间接寻址的内存单元赋值
        • （5） 16位立即数传送指令（1条）
          • 功能：将一个16位的立即数送入DPTR，其中高8位送入DPH，低8位送入DPL
      • 2. 外部RAM访问指令 (4条) （助记符：MOVX（MOVe eXternal RAM））
        • 读指令
        • 写指令
        • 功能：对外部RAM进行读或写操作，采用寄存器间接寻址方式
      • 3. 查表指令（2条） （助记符：MOVC（MOVe Code））
        • （1） 远程查表指令
          • 功能：将DPTR的内容与A的内容相加后形成一个ROM单元地址，将该ROM单元的内容送至A，DPTR内容不变
          • 可以查找存放在64KROM中任何地址的数据表格，因此称为远程查表指令；但要占用DPTR
        • （2） 近程查表指令
          • • 当前PC值，应为该指令所在地址加1
          • 功能：将A和当前PC值相加，形成要寻址的ROM单元地址，将该ROM单元中的内容送到A
          • 只能查找该指令后256字节范围内的数据表格
      • 4. 堆栈操作指令(2条)
        • 功能
          • PUSH：先修改SP指针，再将内部RAM direct单元的内容压入堆栈
          • POP：将堆栈栈顶的内容弹出，送到内部RAM direct单元，再修改SP指针
      • 5. 数据交换指令(5条)
        • 字节交换
        • 半字节交换
        • 功能：把累加器A中的内容与源操作数所指出的数据相互交换
      • 6. 举例
        • • 外部寄存器，需用累加器A
    • 2.2. 算术运算类指令
      • 1. 不带进位加法指令(4条) 助记符ADD(Addition)
        • 功能：将源操作数（Rn、direct、＠Ri或立即数）和目的操作数（在A中）相加后，结果存放到A中
      • 2. 带进位加法指令(4条) 助记符ADDC(Addition with Carry)
        • 功能：把源操作数、A和当前Cy的值相加，结果保存到A。主要用于多字节加法中
      • 3. 带借位减法指令(4条) 助记符SUBB(Subtract with Carry)
        • 功能：将A中的值减去源操作数指定的值，以及借位位Cy，结果存放在A中
        • 应先对Cy进行清0
      • 4. 加1指令(5条) 助记符INC(Increment)
        • 功能：将指令中的操作数加1
      • 5. 减1指令(4条) 助记符DEC(Decrement)
        • 功能：指令中的操作数减1。若原操作数为#00H，则减1后为#0FFH
      • 6. 乘法指令(1条) 助记符MUL(Multiply)
        • 功能：将A和B中两个无符号8位二进制数相乘，所得的16位积的低8位存于A中，高8位存于B中
        • 如果乘积大于255时，即高位B不为0时，OV置位；否则OV置0。C总是清0
      • 7. 除法指令(1条) 助记符DIV(Divide)
        • 功能：将A的内容除以B的内容，结果中的商保存于A，余数保存于B，并将C和OV置0
        • 当除数（B）=0时，结果不定，则OV置1。C总是清0
      • 8. 十进制调整指令(1条) 助记符DA(Decimal Adjustment)
        • 功能：对两个压缩BCD码（一个字节存放2位BCD码）数相加的结果进行十进制调整
      • 9. 举例
    • 2.3. 逻辑操作类指令
      • 1. 逻辑与操作指令(6条) 助记符ANL(AND Logic)
        • 功能：将目的操作数和源操作数按“位”相“与”，结果存放到目的操作数单元中
      • 2. 逻辑或操作指令(6条) 助记符ORL(OR Logic)
        • 功能：将目的操作数和源操作数按“位”相“或”，结果存放到目的操作数单元中
      • 3. 逻辑异或操作指令(6条) 助记符XRL(Exclusive-OR Logic)
        • 将目的操作数和源操作数按“位”相“异或”，结果存放到目的操作数单元中
      • 4. 累加器清0和取反指令(2条)
        • 清0指令助记符CLR（Clear)
          • 功能：累加器A的内容清0（字节清0）
        • 取反指令助记符CPL(Complement)
          • 功能：对累加器A的内容逐位取反，结果仍存在A中
      • 5. 循环移位指令(4条)
      • 6. 举例
    • 2.4. 控制转移类指令
      • 1. 无条件转移指令(4条)
      • 2. 条件转移指令(8条)
        • （1） 判零转移指令
        • （2） 数值比较转移指令
          • 助记符： CJNE（Compare and Jump if Not Equal）
          • 功能：对指定的两操作数进行比较，即(操作数1)－(操作数2)，比较结果仅影响标志位C，2个操作数的值不变
            • 比较不等：程序转移
            • 比较相等：程序继续进行
        • （3） 循环转移指令
          • 助记符：DJNZ（Decrement and Jump if Not equal Zero）
          • 功能：Rn或direct的内容减1，判别其内容是否为0
            • 不为0：跳转到目标地址，继续执行循环程序
            • 为0：结束循环程序段，程序往下执行
      • 3. 子程序调用和返回指令(4条)
        • （1） 长调用指令 助记符LCALL(Long Subroutine Call)
          • 助记符LCALL(Long Subroutine Call)
        • （2） 绝对调用指令 助记符ACALL(Absolute Subroutine Call)
          • 助记符ACALL(Absolute Subroutine Call)
        • （3） 子程序返回指令 助记符RET(Return from Subroutine)
          • 助记符RET(Return from Subroutine)
          • 子程序的最后一条一定是RET指令
        • （4） 中断程序返回指令 助记符RETI(Return from Interrupt Subroutine)
          • 助记符RETI(Return from Interrupt Subroutine)
          • 除具有RET的功能外,还可以恢复中断逻辑
      • 4. 空操作指令：助记符NOP(No Operation)
        • 常用于软件延时
      • 5. 举例
    • 2.5. 位操作类指令
      • 1. 位数据传送指令(2条)
        • 功能：实现位累加器（C）和其它位地址之间的数据传递
      • 2. 位状态设置指令(6条)
        • 位清零指令：将C或指定位清零 助记符：CLR(Clear)
        • 位置1指令：将C或指定位置1 助记符：SETB(Set Bit)
        • 位取反指令：将C或指定位取反 助记符：CPL(Complement)
      • 3. 位逻辑运算指令(4条)
        • 位与指令
          • 指定的位地址中的值本身并不发生变化
        • 位或指令
      • 4. 位转移指令(5条)
      • 5. 举例
  • 3. 各种指令的应用
    • 3.1. 查表指令的应用
      • 1. 近程查表指令
        • 基址寄存器PC是下条指令首地址，即执行完查表指令后的PC，称为当前PC；PC值不可改变
        • 变址寄存器A是下条指令到常数表格中被访问字节的偏移量，范围是 0-255
        • 只能查找本指令后256B范围内的数据表格，故称为近程查表
      • 2. 远程查表指令
        • 基址寄存器DPTR是常数，指向数据表格的首地址
          • DPTR的范围是0000H-0FFFFH
        • 变址寄存器A为表格首址到被访问数据的地址偏移量
          • A的范围是0-255
      • 3. 举例
    • 3.2. 堆栈操作指令的应用
      • 堆栈指令的使用
        • 堆栈指令PUSH和POP常用于子程序、中断服务程序中的现场保护与恢复，且要成对使用
      • 举例
    • 3.3. 十进制调整指令的应用
      • 在实际应用中，通常要进行BCD码加法运算。但由于计算机只能进行二进制运算，BCD码相加时会出现错误的结果
      • 十进制调整指令
        • DA A
        • 功能：对两个压缩BCD码（一个字节存放2位BCD码）数相加的结果进行十进制调整
      • 举例
        • AC
          • 辅助进位标志
          • 若低4位向高4位发生进位或借位则AC=1，否则AC=0
          • 在十进制调整指令DA A中要用到
      • 注意
        • 必须用在加法指令后；对其它指令无效
        • 只能对累加器A 的BCD加法结果进行十进制修正，对其他寄存器无效
        • DA A 指令对C只能置位，不能清0
    • 3.4. 逻辑指令与字节状态操作
      • 逻辑“与”操作的位屏蔽
        • “ANL”操作常用来屏蔽字节中的某些位
        • 要保留的位用1去“与”（X和1相与为X），要清除的位用0去“与”（X和0相与为0）
        • 例：若(A)=68H，执行ANL A,#0FH指令后，（A）=08H，实现了 高4位清0，低4位保留
      • 逻辑“或”操作的置位
        • “ORL”操作常用来对字节中的某些位置位
        • 要保留的位用0去“或”（X和0相或为X），置1的位用1去“或”(X和1相或为1）
      • 逻辑“异或”操作的求反
        • “XRL”操作常用来对字节中的某些位求反
        • 要保留的位用0去“异或” （X和0相异或为X），要求反的位用1去异或(X和1相异或为1）
    • 3.5. 转移指令的应用
      • 相对转移指令中偏移量的确定
        • SJMP：相对PC当前值跳过一个偏移量rel，转移到目的地址执行程序
        • rel=目的地址-（转移指令所在地址+转移指令字节数）
        • rel是一个带符号数的8位二进制补码数，其范围为（-128）-（+127）
      • 散转指令的应用
        • 散转指令是一条无条件转移指令，JMP @A+DPTR可代替众多的判别跳转指令，具有散转功能
      • 运用比较指令实现分支转移
        • 数值比较转移指令（4条）
        • 两操作数相比较，如果不相等，则程序跳转一个偏移量到目的地址执行程序
  • 4. 汇编语言
    • 4.1. 编程语言及汇编语言编程风格
      • 编程语言
        • 机器语言
        • 汇编语言
        • 高级语言
      • 编程语言的特点
      • 汇编程序设计时，应关注以下几点
        • 注释
        • 标号的使用
        • 子程序的使用
        • 堆栈的使用
          • 主程序和子程序之间可能相互影响
          • 用于寄存器、SFR以及内存数据的保护和恢复
        • 伪指令的使用
          • 如赋值、定义字节、定义字等
    • 4.2. 汇编程序设计中的伪指令
      • 1. 起始汇编 ORG（Origin）
        • 格式： ORG nn
        • 功能：给出程序存放的起始地址
        • 注意：所规定的地址必须从小到大，且不可重叠
      • 2. 赋值 EQU（Equal）
        • 格式：字符名称 EQU 数据或表达式
        • 功能：把数据或表达式赋值给字符名称
        • 例：
        • 注意：只能定义一次；需要先定义后使用
      • 3. 定义字节 DB（Define Byte）
        • 格式：标号: DB 字节常数或字符串
          • 8位
        • 功能：将常数或字符串存入从标号开始的连续存储单元中
      • 4. 定义字 DW（Define Word）
        • 格式：标号: DW 字或字串
          • 2*8位
        • 功能：把字或字串存入由标号开始的连续存储单元中，且把字的高字节数存入低地址单元，低字节数存入高地址单元
      • 5. 位地址赋值 BIT
        • 格式：字符名称 BIT 位地址
        • 功能：用于给字符名称赋予位地址
      • 6. 结束汇编 END
        • 格式：END
        • 功能：表示程序的结束
        • 程序的结尾必须要有END语句，而且只能有一条
      • 7. 定义存储器空间 DS（Define Storage）
        • 格式：标号: DS nn
        • 功能：通知汇编程序，在目标代码中，从标号地址开始，保留出nn个存储单元
        • 对于8051微控制器，DB、DW、DS等伪指令是应用于ROM，而不能用于RAM。
      • 8. 伪指令应用举例
    • 4.3. 汇编与调试过程
      • 汇编程序的编辑
        • 用编辑软件完成源程序的编写，扩展名为.ASM
      • 汇编程序的汇编
      • 汇编语言程序的设计过程
      • 汇编程序的调试过程
        • 模拟仿真调试：将目标程序文件在模拟调试软件环境中，模拟程序运行状态的调试。难以对外围电路进行调试
        • 实时目标仿真调试：通过串行口将汇编好的目标程序文件传送到实时在线仿真器中，实时仿真器通过仿真头与目标系统相连。仿真器为目标系统提供了一个可单步、可设断点运行、可修改、可观察运行状态
        • 脱机运行：经实时目标仿真调试通过的系统程序，通过程序写入器写入到目标系统的ROM中，进行脱机试运行
  • 5. 汇编程序设计
    • 5.1. 汇编语言程序设计概述
      • 评价程序质量的标准
        • 执行时间、长度
        • 逻辑性、可读性
        • 兼容性、可扩展性
        • 可靠性
      • 采用汇编语言的优点
        • 直接调用硬件资源
        • 占用内存和CPU少
      • 汇编语言程序设计的步骤
        • 模块划分
        • 模块功能分析
        • 子程序功能和资源确定
        • 子程序编写调试
        • 总程序构建
    • 5.2. 程序设计的结构化
      • 顺序结构
      • 分支结构
        • 单分支结构
          • 位条件转移指令,如：JC、JNC、JB、JNB和JBC等
          • 条件转移指令,如：JZ、JNZ、DJNZ等
        • 多分支结构
          • 散转指令： JMP ＠A＋DPTR
            • 根据A的内容选择对应的分支程序,可达256个分支
          • 比较转移指令：如 CJNE 指令4条
            • 比较两个数的大小，必然存在大于、等于、小于三种情况，因此可实现三个程序分支
      • 循环结构
        • • 由初始化、循环体、循环控制和结束四部分组成
        • 循环控制的实现方法
          • 计数循环结构：循环次数已知(初始化中已设定其初值)，由循环次数决定循环体的执行次数。常用DJNZ的2条指令进行控制
          • 条件循环结构：常用比较转移指令或条件转移指令
    • 5.3. 基本程序设计
  • 6. 子程序设计
    • 6.1. 子程序设计概述
      • 优点
      • 调用和嵌套
        • 子程序调用
          • CALL指令自动将断点地址压入堆栈保护，然后将子程序入口地址送PC，实现子程序的调用
          • 子程序返回时，RET指令将使堆栈顶部的断点地址弹出到PC
        • 子程序嵌套
          • 子程序调用其它子程序
      • 编写要点
        • 子程序的第1条指令必须有标号，该标号代表子程序的名称，也是子程序调用指令的符号地址
        • 子程序必须能够正确地传递参数
        • 注意保护现场和恢复现场
    • 6.2. 子程序的参数传递
      • 1. 寄存器法
        • 将入口参数和出口参数存放在约定的寄存器中
        • MCU的寄存器个数有限，该方法适用于传递较少的参数信息
      • 2. 约定存储单元法
        • 把入口参数和出口参数都放在事先约定好的内存单元中
        • 该方法要用一定数量的存储单元，会增加编程中对变量定义的难度
    • 6.3. 数据保护与恢复
      • 1. 堆栈保护
        • 子程序首先将需要保护的数据依次压入堆栈保存， 返回指令前， 反序弹出堆栈以恢复现场
      • 2. 切换工作寄存器组保护
        • 通过修改RS1、RS0，使主程序与子程序使用不同组别的工作寄存器
      • 3. 内存保护
        • 子程序首先将需要保护的内容，保存到空闲的寄存器或内存单元暂存，返回指令前，从保存处取出以恢复现场
      • 4. 举例
    • 6.4. 子程序设计举例
      • 延时程序
• 第4章 8051的C语言与程序设计
  • 1. C51的特点
    • 1.1. 结构特点
      • 函数
      • main
    • 1.2. C51与标准C
      • 相同点
        • 语法规定、程序结构及设计方法
      • 不同点
        • 数据类型
        • 变量存储模式
        • 指针
        • 函数
        • 标准输入输出函数
          • 执行标准输入输出函数之前必须对串行口进行初始化
        • 预处理命令
          • reg51.h
    • 1.3. 优缺点
      • 优点
        • 易读易编写
      • 缺点
        • MCU 硬件资源的分配和使用无法清晰知晓，如堆栈区域的设置等
    • 1.4. 编译器
      • Keil uVision
  • 2. C51基础
    • 2.1. 数据类型
      • 扩展数据类型
        • 1. bit
          • 功能：用于声明一个位变量，其寻址空间在通用RAM中，位地址为00-7FH的位空间
          • 例： bit flag=0 ; //声明一个位变量flag，并初始化为0；
          • 限制
            • 1)一个位不能被声明为一个指针，例： bit *ptr； //非法
            • 2)不能用一个bit类型的数组，例：bit NumArray[5]； //非法
        • 2. sbit
          • 功能：和bit相似，但其所声明的位变量是位于SFR区的可位寻址空间
          • 注意
            • 声明sbit数据类型变量时，“=”表示sbit变量的地址；
            • 声明bit数据类型变量时，“=”表示bit变量的初始值。
        • 3. sfr
          • 功能：用于定义与SFR相关的字节变量
          • 注意：“＝”后是80H～FFH之间的常数，即该SFR的地址，不能是表达式
        • 4. sfr16
          • 功能：和sfr相似，用于定义16位的SFR变量
          • 注意：要求低字节和高字节连续存储，在变量定义中出现的是低字节地址
    • 2.2. 存储器类型与存储模式
      • 存储器类型
        • 程序存储器
          • code
            • 只读ROM：存放程序代码（Code），8051 MCU的最大空间是64KB
        • 内部数据存储器
          • data
            • 低128B的内部直接寻址RAM空间，寻址范围为00H-7FH，存取速度最快
          • idata
            • 全部256B的内部间接寻址RAM空间，寻址范围00H-FFH，访问速度比直接寻址慢
          • bdata
            • 可位寻址的16B内部存储区（20H-2FH），位地址范围为00H-7FH，声明可位寻址的数据类型
        • 外部数据存储器
          • xdata
            • 通过MOVX @DPTR访问
          • pdata
            • 通过MOVX @Ri访问
        • 注意：访问内部RAM速度快，应该把频繁使用的变量放置在内部RAM中
      • 存储模式
        • 变量定义格式：数据类型 [存储器类型] 变量名
        • Small模式： 缺省变量参数均装入内部RAM，优点是访问速度快，缺点是空间有限，适用于小程序
        • Compact模式：缺省变量均位于外部RAM区的一页(256Bytes) 。优点是空间较Small宽裕，速度较Small慢、较large要快
        • Large模式：缺省变量可放在64KB的外部RAM区，优点是空间大，可存变量多，缺点是速度较慢
      • 存储器类型定义的几个注意点
        • 1. data区空间小。只有频繁用到或对运算速度要求很高的变量才放在data区，比如for循环中的计数值。
        • 2. data区内最好放局部变量。因为局部变量的空间是可以覆盖的（某个函数的局部变量空间在退出该函数时就释放，由别的函数的局部变量覆盖），可以提高内存利用率。
        • 3. 程序中使用的位标志变量可以定义到bdata中，从而降低内存占用空间。
        • 4. 不频繁用到和对运算速度要求不高的变量应放到xdata区。
        • 5. 如果想节省data空间，编译器应选择large模式，使得未定义存储器类型的变量全部定义到xdata区。最好对所有变量都指定存储器类型。
    • 2.3. 数组与指针
      • 数组
        • 一维数组
          • 格式：数据类型 [存储器类型] 数组名 [常量表达式]；
        • 二维数组
          • 格式：数据类型 [存储器类型] 数组名 [常量表达式1] [常量表达式2]；
      • 指针
        • 通用指针
          • 格式：数据类型 * [指针变量存储器类型] 指针标识符
            • 数据类型：该指针所指向的变量的数据类型。
            • 指针变量存储器类型：是指针变量本身的存储器类型，可缺省。
        • 特殊指针
          • 格式：数据类型 变量存储器类型 * [指针变量存储器类型] 指针标识符
            • 特殊指针包含了变量存储器类型
            • 特殊指针只能访问其规定的存储空间
        • 通用指针和特殊指针对比
          • 数据类型、速度
            • 通用指针可以用来访问所有类型的变量，即可以不用考虑变量存储在哪个存储空间，使用方便，但执行速度比特殊指针慢
            • 特殊指针比通用指针效率高、速度快
          • 存放所需字节
            • 通用指针的存放需要3个字节，第1个字节用来表示指针所指向变量的存储器类型，第2个字节是指针的高字节，第3字节是指针的低字节
            • 特殊指针指向idata、data、bdata和pdata空间时，只需1个字节保存；指向code和xdata空间时，需要2个字节保存
        • 指针应用
          • • 定义内部RAM和外部RAM各一个指针，运用指针取数据赋值
    • 2.4. 函数
      • 定义函数
      • 中断函数
        • 定义：[void] 中断函数名（）interrupt 中断号 [using n]
        • 中断号：取值范围为0～31
        • using n：用于指定中断函数使用的工作寄存器组，n=0-3分别表示选择第0-3组。可缺省，表示中断函数与调用函数采用相同的工作寄存器组
      • 库函数
        • 本征函数
          • 定义在intrins.h头文件中
        • 非本征函数
          • 包括6类重要的库函数
          • stdio.h流输入/输出函数缺省为通过8051的串口读写数据，因此在使用stdio.h库中的函数之前，应先对串行口进行初始化
    • 2.5. 预处理命令
      • 宏定义
        • #define 标识符 常量表达式
        • • 带参数的宏定义，其形参一定要带括号
      • 文件包含
        • #include <文件名>：常用于包含C51编译器提供的标准头文件
        • #include “文件名”：常用于包含用户自己编写的头文件
      • 条件编译
  • 3. C51的流程控制
    • 3.1. 顺序结构
    • 3.2. 选择结构
      • if
      • swich case
    • 3.3. 循环结构
      • while
      • do-while
      • for
  • 4. C51程序设计方法
    • 4.1. 注释
    • 4.2. define
    • 4.3. 命名规则
      • 常量：全部大写
      • 变量：小写字母开头，多个单词下划线，其他单词首字母大写
      • 函数：多个单词首字母大写
    • 4.4. 程序结构
      • 主程序必须是无限循环程序，可用while(1)、do while(1)或for语句实现
  • 5. 模块化程序设计与举例
    • 5.1. 在函数前面添加extern修饰符，表明此函数是一个外部接口函数，可以被主函数和其它模块调用
  • 6. KEIL C51环境及调试举例
• 第5章 中断系统
  • 1. 中断系统概述
    • 中断概念
      • 硬件改变CPU程序运行方向
      • 名词集释
        • 主程序（调用程序）：原来运行的程序
        • 中断服务程序：中断之后执行的处理程序
        • 断点：主程序被中断的位置
        • 中断源：引起中断的原因或能发出中断申请的来源
        • 中断请求：中断源要求服务的请求
      • 中断服务程序的调用过程是计算机系统硬件自动完成的（调用无法预知）
    • 中断作用
      • 分时操作
        • 协调快速CPU与慢速外设互相配合
      • 实时处理
      • 故障处理
        • 电源掉电、通信故障等
    • 中断源
      • 外部设备
        • 输入/输出设备，如打印机、按键等
      • 内部设备
        • 定时器、串行口
      • 故障源
        • 掉电故障、硬件故障、运算错误、程序运行故障等
      • 控制对象
        • 如电压、温度等检测量超过上下限时，继电器、开关
    • 中断系统的功能
      • 中断的允许和禁止
      • 中断响应和返回
        • 保护断点
        • 保护现场
        • 恢复现场
        • 回复断点
      • 中断优先级与中断嵌套
  • 2. 8051微控制器的中断系统
    • 中断源
      • 外部中断
        • INT0 和 INT1两个外部中断源
        • 低电平触发、下降沿触发
      • 定时中断
        • T0、T1溢出中断
      • 串行口中断
        • 当串行口发送完一个字节数据或接收到一个字节数据时，产生中断请求
    • 中断入口
      • TX 和 RX 是串行口中断的发送中断请求和接收中断请求，这两个请求共用一个中断源
    • 中断的控制
      • 1. 定时器/计数器控制寄存器 TCON（Timer Control）
        • 可位寻址的SFR
      • 2. 串行口控制寄存器 SCON（Serial Control）
        • 可位寻址
        • 串行口的中断标志 RI 和 TI
        • 中断标志的清除
          • T0、T1中断标志
            • 中断方式：TF0、TF1一直保持到CPU响应中断，并由硬件自动清0
            • 查询方式：需软件清0
          • 外部中断标志
            • 下降沿触发：IE0、IE1一直保持到CPU响应中断，并由硬件自动清除
            • 低电平触发：只有当中断引脚变为高电平时，才会消除
          • 串行口中断标志
            • 中断方式/查询方式都必须通过软件清除
      • 3. 中断允许控制寄存器 IE（Interrupt Enable）
        • 可位寻址的 SFR
      • 4. 中断优先级寄存器 IP（Interrupt Priority）
        • 可位寻址
  • 3. 中断处理过程
    • 自主操作过程
      • 中断请求的自动查询
      • 中断响应时的自主操作
      • 中断返回时的自主操作
    • 中断响应条件
    • 中断响应过程
    • 中断响应时间
      • 最短为 3 个机器周期，最长为 8 个机器周期
    • 响应中断与调用子程序的异同
      • 相同点
        • 中断当前，转去执行
        • 由硬件自动把断点地址压入堆栈
      • 不同点
        • 中断请求随机，子程序调用由程序设计决定
        • 响应中断后，转去执行存放在相应中断入口地址处的中断服务程序；子程序的地址由程序设计决定
        • 中断响应受控，响应时间可变；子程序响应时间固定
        • 中断服务程序的返回指令是RETI，子程序的返回指令是RET
  • 4. 中断程序设计
    • 中断初始化
      • CPU中断控制位
      • 中断源的中断控制位
      • 中断源的优先级别
      • 外部中断请求的触发方式
      • 相关中断源的初始化（如定时计数器/串行口）
    • 汇编中断服务程序设计
    • C51的中断函数和处理
      • 用 C51 编写中断函数时，编译器会自动利用堆栈保护和恢复ACC,B,DPH,DPL,PSW。无需汇编程序一样
      • 编写中断函数注意点
        • 中断函数不能有形参
        • 不能有返回值，返回值类型必须为void
        • 任何函数均不能调用中断函数
        • 若中断函数中调用函数，则该函数必须使用和该中断函数相同的寄存器组
        • 对于不使用的中断，为提高系统的可靠性，应编写一个空的中断函数
          • void exter0_ISR() interrupt 0 { }
    • 中断程序设计举例
  • 5. IO端口扩展外部中断源
• 第6章 定时器/计数器
  • 1. 定时器计数器概述
    • 1.1. 原理
      • 加法计数器
      • 减法计数器
    • 1.2. 功能
      • 定时
        • 软件定时：通过执行一段程序（如延时程序）实现定时，需消耗CPU时间资源
        • 硬件定时：通过定时计数器实现，无需消耗CPU时间资源
      • 计数
        • 利用定时器/计数器对外部脉冲计数和统计
    • 1.3. 应用
  • 2. 定时器计数器基础
    • 2.1. 定时器计数器的结构与控制
      • 结构
        • 2个可编程的16位定时/计数器T0和T1，加法计数器
        • 组成结构
          • 6个SFR、内部总线、2个引脚
      • 控制
        • 方式寄存器TMOD
          • 89H，不可位寻址
          • • C/T：功能选择位
              • 0定时，1计数
            • GATE：门控位
              • 与INTi信号相结合，可以实现外部脉冲高电平宽度的测量
            • M1、M0：工作方式（0~3）选择位
        • 控制寄存器TCON
          • 88H，可位寻址
          • • TF0、TF1：T0、T1溢出标志位也称为中断标志位
            • TR0、TR1： T0、T1的运行(启停)控制位
      • • C/T=0：定时模式
          • 首先设置T0、T1寄存器的计数初值
          • 再启动定时器工作（闭合K1）
          • 当计数器不断加1到溢出时，中断标志TFi置位，表示定时器溢出
        • C/T=1：计数模式
          • 设置T0、T1寄存器的计数初值为0
          • 再启动定时器工作（闭合K1）
          • 计数器累计外部脉冲，可以实现外部脉冲频率的测量
          • 计数模式对外部脉冲的要求
            • 每个机器周期采样一次引脚状态，检测下降沿
            • 高/低电平宽度均应大于一个机器周期TM
            • 故外部脉冲的最高频率1/(2TM)=系统晶振频率1/24
    • 2.2. 定时器计数器工作方式
      • 共4种，用TMOD的M1、M0进行选择
      • 方式1
        • THi和TLi构成16位的加1计数器
        • 最大计数值为2^16=65536
      • 方式2
        • TLi配置成一个独立工作的8位加1计数器，THi为重装载初值寄存器
        • 最大计数值为2^8=256
        • 当TLi产生溢出时，一方面使溢出标志TFi置1，同时把THi中的8位数据重新装入TLi中，方式2不存在定时误差
    • 2.3. 初始化
      • 初始化步骤
        • 1. 确定工作方式，即给TMOD赋值
        • 2. 预置定时初值或计数初值
        • 3. 中断设置（给IE赋值），允许或禁止定时计数器的中断
        • 4. 启动定时计数器，令TCON中的TR0或TR1为1
      • 定时/计数初值的确定
        • 计数初值=最大计数值M的补码
        • 设晶振频率为12MHz，则机器周期为1us
          • 方式1：M=65536
          • 方式2：M=256
        • 计算
    • 2.4. 计数器的飞读
      • 相位误差
        • 读高8位寄存器时，恰逢低8位寄存器溢出
        • 读取的低8位寄存器的值就会出现粗大计数误差
      • 飞读
        • 先读取THi值，再读TLi值，然后再重新读取一遍THi
          • 若两次THi值相同，表示读取的结果正确
          • 若不相同，则再重复上述过程
        • 程序
    • 2.5. 定时的实现方法
      • 软件定时
        • 只有几个机器周期：若干NOP指令
        • 较长的定时：延时子程序
      • 定时器定时
        • 定时器方式2（8位）：<256个机器周期
        • 定时器方式1（16位）：256~65536
        • 更长时间：硬件定时＋软件定时
      • 不同定时时间
  • 3. 实际应用
    • 3.1. 定时方式的应用
    • 3.2. 计数方式的应用
    • 3.3. 脉冲宽度的测量
    • 3.4. 扩展外部中断
    • 3.5. 实时时钟的设计
• 第7章 串行总线与通信技术
  • 1. 通信概述
    • 1.1. 总线与通信
    • 1.2. 通信协议与校验方式
  • 2. UART
    • 2.1. UART的组成结构
    • 2.2. UART的工作方式
    • 2.3. UART的波特率
    • 2.4. UART的应用
  • 3. RS232/RS485通信技术与应用
  • 4. I²C总线
    • 4.1. I²C总线概述
    • 4.2. I²C总线的操作
    • 4.3. I²C总线的软件模拟技术
  • 5. SPI串行接口
  • 6. 1-Wire总线
    • 6.1. 1-Wire总线概述
    • 6.2. 1-Wire总线的操作方式
    • 6.3. 1-Wire总线应用实例
• 第8章 人机接口技术
  • 1. 键盘基础知识
  • 2. 键盘接口
    • 2.1. 独立式键盘接口技术
    • 2.2. 矩阵式键盘接口技术
    • 2.3. 段码式LED接口技术
    • 2.4. 点阵式LED接口技术
  • 3. LCD模块
    • 3.1. 液晶显示原理与LCD模块
    • 3.2. LCD控制器ST7920
    • 3.3. ST7920控制的12864LCD模块
    • 3.4. LCD程序设计
• 第9章 模拟接口技术
  • 1. 模拟输入输出通道
    • 1.1. 模拟输入通道基本结构
    • 1.2. 模拟输出通道基本结构
    • 1.3. A/D转换器及其特性
    • 1.4. D/A转换器及其特性
  • 2. A/D转换器与接口技术
    • 2.1. 并行A/D转换器
    • 2.2. 串行A/D转换器
    • 2.3. 其他A/D转换器
    • 2.4. A/D转换器的应用
  • 3. D/A转换器及接口技术
    • 3.1. 并行D/A转换器
    • 3.2. 串行D/A转换器
    • 3.3. DA转换器的应用
• 第10章 数字接口技术
  • 1. 数字信号调理技术
  • 2. 脉冲信号
    • 2.1. 脉冲信号接口形式
    • 2.2. 脉冲信号测量技术
  • 3. 驱动技术
    • 3.1. 功率驱动技术
    • 3.2. 步进电机驱动技术
    • 3.3. 直流电机驱动技术
    • 3.4. 闭环系统的PID控制