一起走近單片機(jī)的世界

二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱pc機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)(亦稱微控制器)。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。

學(xué)習(xí)單片機(jī)是否很困難呢?應(yīng)當(dāng)說，對(duì)于已經(jīng)具有電子電路，尤其是數(shù)字電路基本知識(shí)的讀者來說，不會(huì)有太大困難，如果你對(duì)pc機(jī)有一定基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)單片機(jī)就更容易。為使絕大多數(shù)讀者能用上單片機(jī)。我們這里將盡量按深入淺出、刪繁就簡(jiǎn)、理論聯(lián)系實(shí)際的原則把單片機(jī)的基本工作原理、使用方法交給讀者，以達(dá)到把大家領(lǐng)進(jìn)單片機(jī)之“門”的目的。不過，單片機(jī)和pc機(jī)一樣，是實(shí)踐性很強(qiáng)的一門技術(shù)，有人說“計(jì)算機(jī)是玩出來的”，單片機(jī)亦一樣，只有多“玩”，也就是多練習(xí)、多實(shí)際操作，才能真正掌握它。因此，本講座會(huì)提供各種練習(xí)和實(shí)驗(yàn)，并介紹一些適用于初學(xué)者且性價(jià)比較高的單片機(jī)和開發(fā)系統(tǒng)的貨源。你只有認(rèn)真完成成這些實(shí)踐環(huán)節(jié)，才能為進(jìn)一步深造，打好基礎(chǔ)。

“入門既不難，深造也是辦得到的”，只要你有恒心、有決心，跟隨我們的“連載”一步步走下去，將來就一定能在單片機(jī)世界里遨游。

單片機(jī)的組成

單片機(jī)要自動(dòng)完成計(jì)算，它應(yīng)該具有哪些最重要的部分呢?

我們以打算盤為例計(jì)算一道算術(shù)題。例：36+163×156-166÷34?，F(xiàn)在要進(jìn)行運(yùn)算，首先需要一把算盤，其次是紙和筆。我們把要計(jì)算的問題記錄下來，然后第一步先算163×156，把它與36相加的結(jié)果記在紙上，然后計(jì)算166÷34，再把它從上一次結(jié)果中減去，就得到最后的結(jié)果。

現(xiàn)在，我們用單片機(jī)來完成上述過程，顯然，它首先要有代替算盤進(jìn)行運(yùn)算的部件，這就是“運(yùn)算器”;其次，要有能起到紙和筆作用的器件，即能記憶原始題目、原始數(shù)據(jù)和中間結(jié)果，還要記住使單片機(jī)能自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)算而編制的各種命令。這類器件就稱為“存貯器”。此外，還需要有能代替人作用的控制器，它能根據(jù)事先給定的命令發(fā)出各種控制信號(hào)，使整個(gè)計(jì)算過程能一步步地進(jìn)行。但是光有這三部分還不夠，原始的數(shù)據(jù)與命令要輸入，計(jì)算的結(jié)果要輸出，都需要按先后順序進(jìn)行，有時(shí)還需等待。如上例中，當(dāng)在計(jì)算163×156時(shí)，數(shù)字36就不能同時(shí)進(jìn)入運(yùn)算器。因此就需要在單片機(jī)上設(shè)置按控制器的命令進(jìn)行動(dòng)作的“門”，當(dāng)運(yùn)算器需要時(shí)，就讓新數(shù)據(jù)進(jìn)入?；蛘?，當(dāng)運(yùn)算器得到最后結(jié)果時(shí)，再將此結(jié)果輸出，而中間結(jié)果不能隨便“溜出”單片機(jī)。這種對(duì)輸入、輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行一定管理的“門”電路在單片機(jī)中稱為“口”(port)。在單片機(jī)中，基本上有三類信息在流動(dòng)，一類是數(shù)據(jù)，即各種原始數(shù)據(jù)(如上例中的36、163等)、中間結(jié)果(如166÷34所得的商4、余數(shù)30等)、程序(命令的集合)等。這樣要由外部設(shè)備通過“口”進(jìn)入單片機(jī)，再存放在存貯器中，在運(yùn)算處理過程中，數(shù)據(jù)從存貯器讀入運(yùn)算器進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的中間結(jié)果要存入存貯器中，或最后由運(yùn)算器經(jīng)“出入口”輸出。用戶要單片機(jī)執(zhí)行的各種命令(程序)也以數(shù)據(jù)的形式由存貯器送入控制器，由控制器解讀(譯碼)后變?yōu)楦鞣N控制信號(hào)，以便執(zhí)行如加、減、乘、除等功能的各種命令。所以，這一類信息就稱為控制命令，即由控制器去控制運(yùn)算器一步步地進(jìn)行運(yùn)算和處理，又控制存貯器的讀(取出數(shù)據(jù))和寫(存入數(shù)據(jù))等。第三類信息是地址信息，其作用是告訴運(yùn)算器和控制器在何處去取命令取數(shù)據(jù)，將結(jié)果存放到什么地方，通過哪個(gè)口輸入和輸出信息等。

存貯器又分為只讀存貯器和讀寫存貯器兩種，前者存放調(diào)試好的固定程序和常數(shù)，后者存放一些隨時(shí)有可能變動(dòng)的數(shù)據(jù)。顧名思義，只讀存貯器一旦將數(shù)據(jù)存入，就只能讀出，不能更改(eprom、e2prom等類型的rom可通過一定的方法來更改、寫入數(shù)據(jù)——編者注)。而讀寫存貯器可隨時(shí)存入或讀出數(shù)據(jù)。

實(shí)際上，人們往往把運(yùn)算器和控制器合并稱為中央處理單元——cpu。單片機(jī)除了進(jìn)行運(yùn)算外，還要完成控制功能。所以離不開計(jì)數(shù)和定時(shí)。因此，在單片機(jī)中就設(shè)置有定時(shí)器兼計(jì)數(shù)器，其基本結(jié)構(gòu)與本連載之(二)中的舉例類似。到這里為止，我們已經(jīng)知道了單片機(jī)的基本組成，即單片機(jī)是由中央處理器(即cpu中的運(yùn)算器和控制器)、只讀存貯器(通常表示為rom)、讀寫存貯器(又稱隨機(jī)存貯器通常表示為ram)、輸入/輸出口(又分為并行口和串行口，表示為i/o口)等等組成。實(shí)際上單片機(jī)里面還有一個(gè)時(shí)鐘電路，使單片機(jī)在進(jìn)行運(yùn)算和控制時(shí)，都能有節(jié)奏地進(jìn)行。另外，還有所謂的“中斷系統(tǒng)”，這個(gè)系統(tǒng)有“傳達(dá)室”的作用，當(dāng)單片機(jī)控制對(duì)象的參數(shù)到達(dá)某個(gè)需要加以干預(yù)的狀態(tài)時(shí)，就可經(jīng)此“傳達(dá)室”通報(bào)給cpu，使cpu根據(jù)外部事態(tài)的輕重緩急來采取適當(dāng)?shù)膽?yīng)付措施。

現(xiàn)在，我們已經(jīng)知道了單片機(jī)的組成，余下的問題是如何將它們的各部分連接成相互關(guān)聯(lián)的整體呢?實(shí)際上，單片機(jī)內(nèi)部有一條將它們連接起來的“紐帶”，即所謂的“內(nèi)部總線”。此總線有如大城市的“干道”，而cpu、rom、ram、i/o口、中斷系統(tǒng)等就分布在此“總線”的兩旁，并和它連通。從而，一切指令、數(shù)據(jù)都可經(jīng)內(nèi)部總線傳送，有如大城市內(nèi)各種物品的傳送都經(jīng)過干道進(jìn)行。

單片機(jī)的指令系統(tǒng)和匯編語(yǔ)言程序

前面已經(jīng)講述了單片機(jī)的幾個(gè)主要組成部分，這些部分構(gòu)成了單片機(jī)的硬件。所謂硬件(hardware)，就是看得到，摸得到的實(shí)體。但是，光有這樣的硬件，還只是有了實(shí)現(xiàn)計(jì)算和控制功能的可能性。單片機(jī)要真正地能進(jìn)行計(jì)算和控制，還必須有軟件(software)的配合。軟件主要指的是各種程序。只有將各種正確的程序“灌入”(存入)單片機(jī)，它才能有效地工作。單片機(jī)所以能自動(dòng)地進(jìn)行運(yùn)算和控制，正是由于人把實(shí)現(xiàn)計(jì)算和控制的步驟一步步地用命令的形式，即一條條指令(instruction)預(yù)先存入到存貯器中，單片機(jī)在cpu的控制下，將指令一條條地取出來，并加以翻譯和執(zhí)行。就以兩個(gè)數(shù)相加這一簡(jiǎn)單的運(yùn)算來說，當(dāng)需要運(yùn)算的數(shù)已存入存貯器后，還需要進(jìn)行以下幾步： 第一步：把第一個(gè)數(shù)從它的存貯單元(location)中取出來，送至運(yùn)算器。

第二步：把第二個(gè)數(shù)從它所在的存貯單元中取出來，送至運(yùn)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(jì)算機(jī)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(jì)單片機(jī)時(shí)由設(shè)計(jì)人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的。一條指令，對(duì)應(yīng)著一種基本操作;單片機(jī)所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機(jī)的指令系統(tǒng)(iustruction set)，不同種類的單片機(jī)，其指令系統(tǒng)亦不同。

使用單片機(jī)時(shí)，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(jī)能識(shí)別和執(zhí)行的指令。單片機(jī)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(jì)算機(jī)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(hào))。因?yàn)閱纹瑱C(jī)是一種可編程器件，只“認(rèn)得”二進(jìn)碼(0、1)。要單片機(jī)運(yùn)作，單片機(jī)系統(tǒng)中的所有指令，都必須以二進(jìn)制編碼的形式來表示。例如，在intel公司的mcs-51系列單片機(jī)中，從存貯器中取出一數(shù)到cpu中的累加器(在運(yùn)算器中，參與運(yùn)算、存放運(yùn)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(jìn)制表示二進(jìn)制的機(jī)器碼。mcs-51單片機(jī)的字長(zhǎng)為8位，有時(shí)，要完成某些操作用一個(gè)字節(jié)尚不能充分表達(dá)。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(jī)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(cuò)。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(dòng)作特征，易于記憶和理解，也不容易出錯(cuò)。用助記符來編寫的程序稱為匯編語(yǔ)言程序。但是，助記符編寫的程序便于人理解，可單片機(jī)卻只認(rèn)識(shí)二進(jìn)制機(jī)器代碼，因此，為了讓單片機(jī)能“讀懂”匯編語(yǔ)言程序必須再轉(zhuǎn)換成由二進(jìn)制機(jī)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(shí)現(xiàn)，也可借助pc機(jī)通過所謂“交叉匯編程序”來完成。由機(jī)器碼構(gòu)成的用戶程序一旦“進(jìn)入”了單片機(jī)，再“啟動(dòng)”單片機(jī)，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(chǔ)器

cpu結(jié)構(gòu)

單片機(jī)8051的cpu由運(yùn)算器和控制器組成。

一、運(yùn)算器

運(yùn)算器以完成二進(jìn)制的算術(shù)/邏輯運(yùn)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(gè)八位寄存器，它是cpu中工作最頻繁的寄存器。在進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算時(shí)，累加器acc往往在運(yùn)算前暫存一個(gè)操作數(shù)(如被加數(shù))，而運(yùn)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(gè)八位寄存器，用來存放運(yùn)算結(jié)果的一些特征，如有無進(jìn)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(duì)用戶來講，最關(guān)心的是以下四位。

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

2輔助進(jìn)位標(biāo)志ac。又稱半進(jìn)位標(biāo)志，它反映了兩個(gè)八位數(shù)運(yùn)算低四位是否有半進(jìn)位，即低四位相加(或減)有否進(jìn)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(hào)數(shù)的運(yùn)算結(jié)果是否有溢出，有溢出時(shí)，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(yùn)算結(jié)果有偶數(shù)個(gè)1(如11001100b，其中有4個(gè)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(yùn)算器中還有一個(gè)按位(bit)進(jìn)行邏輯運(yùn)算的邏輯處理機(jī)(又稱布爾處理機(jī))。其功能在介紹位指令時(shí)再說明。

二、控制器

控制器是cpu的神經(jīng)中樞，它包括定時(shí)控制邏輯電路、指令寄存器、譯碼器、地址指針dptr及程序計(jì)數(shù)器pc、堆棧指針sp等。這里程序計(jì)數(shù)器pc是由16位寄存器構(gòu)成的計(jì)數(shù)器。要單片機(jī)執(zhí)行一個(gè)程序，就必須把該程序按順序預(yù)先裝入存儲(chǔ)器rom的某個(gè)區(qū)域。單片機(jī)動(dòng)作時(shí)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(gè)電路能找出指令所在的單元地址，該電路就是程序計(jì)數(shù)器pc。當(dāng)單片機(jī)開始執(zhí)行程序時(shí)，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(gè)指令字節(jié))，pc的內(nèi)容就自動(dòng)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(shí)(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(hào)，這些信號(hào)與單片機(jī)時(shí)鐘振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖在定時(shí)與控制電路中相結(jié)合，形成按一定時(shí)間節(jié)拍變化的電平和時(shí)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(yùn)算等操作。

三、存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器是單片機(jī)的又一個(gè)重要組成部分，其中每個(gè)存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng)一個(gè)地址，256個(gè)單元共有256個(gè)地址，用兩位16進(jìn)制數(shù)表示，即存儲(chǔ)器的地址(00h～ffh)。存儲(chǔ)器中每個(gè)存儲(chǔ)單元可存放一個(gè)八位二進(jìn)制信息，通常用兩位16進(jìn)制數(shù)來表示，這就是存儲(chǔ)器的內(nèi)容。存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元地址和存儲(chǔ)單元的內(nèi)容是不同的兩個(gè)概念，不能混淆。

1、程序存儲(chǔ)器

程序是控制計(jì)算機(jī)動(dòng)作的一系列命令，單片機(jī)只認(rèn)識(shí)由“0”和“1”代碼構(gòu)成的機(jī)器指令。如前述用助記符編寫的命令mov a，#20h，換成機(jī)器認(rèn)識(shí)的代碼74h、20h：(寫成二進(jìn)制就是01110100b和00100000b)。在單片機(jī)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(jī)器代碼后存入單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，該存儲(chǔ)器稱為程序存儲(chǔ)器。程序存儲(chǔ)器可以放在片內(nèi)或片外，亦可片內(nèi)片外同時(shí)設(shè)置。由于pc程序計(jì)數(shù)器為16位，使得程序存儲(chǔ)器可用16位二進(jìn)制地址，因此，內(nèi)外存儲(chǔ)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(gè)字節(jié)，這時(shí)片外擴(kuò)充的程序存儲(chǔ)器地址編號(hào)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(chǔ)器，則地址編號(hào)仍可由0000h開始。不過，這時(shí)應(yīng)使8051的第{31}腳(即ea腳)保持低電平。當(dāng)ea為高電平時(shí)，用戶在0000h至0fffh范圍內(nèi)使用內(nèi)部rom，大于0fffh后，單片機(jī)cpu自動(dòng)訪問外部程序存儲(chǔ)器。

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碓趯W(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)地連接起來的。