8051

8051

8051是一種8位元的單晶片微控制器,屬於MCS-51單晶片的一種,由英特爾公司於1981年製造。INTEL公司將MCS51的核心技術授權給了很多其它公司,所以有很多公司在做以8051為核心的單片機,如Atmel、飛利浦、深聯華等公司,相繼開發了功能更多、更強大的兼容產品。8051單晶片是同步式的順序邏輯系統,整個系統的工作完全是依賴系統內部的時脈信號,用以來產生各種動作周期及同步信號。在8051單片機中已內建時鐘產生器,在使用時只需接上石英晶體諧振器(或其它振盪子)及電容,就可以讓系統產生正確的時鐘信號。

簡介

8051

單片微型計算機簡稱為單片機,又稱為微型控制器,是微型計算機的一個重要分支。單片機是70年代中期發展起來的一種超大規模積體電路晶片,是集成CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統於同一矽片上的器件。80年代以來,單片機發展迅速,各類新產品不斷湧現,出現了許多高性能新型型號,現已逐漸成為工廠自動化和各控制領域的支柱產業之一。

引腳功能

MCS-51是標準的40引腳雙列直插式積體電路晶片,引腳分地布請參照----單片機引腳圖:

8051引腳8051引腳

l P0.0~P0.7 P0口8位雙向口線(在引腳的39~32號端子)。

l P1.0~P1.7 P1口8位雙向口線(在引腳的1~8號端子)。

l P2.0~P2.7 P2口8位雙向口線(在引腳的21~28號端子)。

l P3.0~P3.7 P3口8位雙向口線(在引腳的10~17號端子)。

這4個I/O口具有不完全相同的功能,大家可得學好了,其它書本里雖然有,但寫的太深,初學者很難理解,這裡都是按我自已的表達方式來寫的,相信你也能夠理解。

I/O口

P0口有三個功能

1、外部擴展存儲器時,當做數據匯流排(如圖1中的D0~D7為數據匯流排接口)

2、外部擴展存儲器時,當作地址匯流排(如圖1中的A0~A7為地址匯流排接口)

3、不擴展時,可做一般的I/O使用,但內部無上拉電阻,作為輸入或輸出時應在外部接上拉電阻。

P1口

只做I/O口使用:其內部有上拉電阻。

P2口有兩個功能

1、擴展外部存儲器時,當作地址匯流排使用

2、做一般I/O口使用,其內部有上拉電阻;

P3口有兩個功能

除了作為I/O使用外(其內部有上拉電阻),還有一些特殊功能,由特殊暫存器來設定,具體功能請參考我們後面的引腳說明。

有內部EPROM的單片機晶片(例如8751),為寫入程式需提供專門的編程脈衝和編程電源,這些信號也是由信號引腳的形式提供的,

即:編程脈衝:30腳(ALE/PROG)

編程電壓(25V):31腳(EA/Vpp)

接觸過工業設備的兄弟可能會看到有些印刷線路板上會有一個電池,這個電池是乾什麼用的呢?這就是單片機的備用電源,當外接電源下降到下限值時,備用電源就會經第二功能的方式由第9腳(即RST/VPD)引入,以保護內部RAM中的信息不會丟失。

(註:這些引腳的功能套用,除9腳的第二功能外,在“新動力2004版”學習套件中都有套用到。)

上拉電阻

在介紹這四個I/O口時提到了一個“上拉電阻”那么上拉電阻又是一個什麼東東呢?他起什麼作用呢?都說了是電阻那當然就是一個電阻啦,當作為輸入時,上拉電阻將其電位拉高,若輸入為低電平則可提供電流源;所以如果P0口如果作為輸入時,處在高阻抗狀態,只有外接一個上拉電阻才能有效。

ALE/PROG 地址鎖存控制信號

在系統擴展時,ALE用於控制把P0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存起來,以實現低位地址和數據的隔離。(在後面關於擴展的課程中我們就會看到8051擴展 EEPROM電路,在圖中ALE與74LS373鎖存器的G相連線,當CPU對外部進行存取時,用以鎖住地址的低位地址,即P0口輸出。ALE有可能是高電平也有可能是低電平,當ALE是高電平時,允許地址鎖存信號,當訪問外部存儲器時,ALE信號負跳變(即由正變負)將P0口上低8位地址信號送入鎖存器。當ALE是低電平時,P0口上的內容和鎖存器輸出一致。關於鎖存器的內容,我們稍後也會介紹。

在沒有訪問外部存儲器期間,ALE以1/6振盪周期頻率輸出(即6分頻),當訪問外部存儲器以1/12振盪周期輸出(12分頻)。從這裡我們可以看到,當系統沒有進行擴展時ALE會以1/6振盪周期的固定頻率輸出,因此可以做為外部時鐘,或者外部定時脈衝使用。

PORG為編程脈衝的輸入端

在第五課 單片機的內部結構及其組成中,我們已知道,在8051單片機內部有一個4KB或8KB的程式存儲器(ROM),ROM的作用就是用來存放用戶需要執行的程式的,那么我們是怎樣把編寫好的程式存入進這個ROM中的呢?實際上是通過編程脈衝輸入才能寫進去的,這個脈衝的輸入連線埠就是PROG。

PSEN 外部程式存儲器讀選通信號:在讀外部ROM時PSEN低電平有效,以實現外部ROM單元的讀操作。

1、內部ROM讀取時,PSEN不動作;

2、外部ROM讀取時,在每個機器周期會動作兩次;

3、外部RAM讀取時,兩個PSEN脈衝被跳過不會輸出;

4、外接ROM時,與ROM的OE腳相接。

參見圖2—(8051擴展2KB EEPROM電路,在圖中PSEN與擴展ROM的OE腳相接)

EA/VPP 訪問和序存儲器控制信號

1、接高電平時:

CPU讀取內部程式存儲器(ROM)

擴展外部ROM:當讀取內部程式存儲器超過0FFFH(8051)1FFFH(8052)時自動讀取外部ROM。

2、接低電平時:CPU讀取外部程式存儲器(ROM)。 在前面的學習中我們已知道,8031單片機內部是沒有ROM的,那么在套用8031單片機時,這個腳是一直接低電平的。

3、8751燒寫內部EPROM時,利用此腳輸入21V的燒寫電壓。

RST 復位信號:當輸入的信號連續2個機器周期以上高電平時即為有效,用以完成單片機的復位初始化操作,當復位後程式計數器PC=0000H,即復位後將從程式存儲器的0000H單元讀取第一條指令碼。

XTAL1和XTAL2 外接晶振引腳。當使用晶片內部時鐘時,此二引腳用於外接石英晶體和微調電容;當使用外部時鐘時,用於接外部時鐘脈衝信號。

VCC:電源+5V輸入

VSS:GND接地。

AVR和pic都是跟8051結構不同的8位單片機,因為結構不同,所以彙編指令也有所不同,而且區別於使用CISC指令集的8051,他們都是RISC指令集的,只有幾十條指令,大部分指令都是單指令周期的指令,所以在同樣晶振頻率下,較8051速度要快。另PIC的8位單片機前幾年是世界上出貨量最大的單片機,飛思卡爾的單片機緊隨其後。

ARM實際上就是32位的單片機,它的內部資源(暫存器和外設功能)較8051和PIC、AVR都要多得多,跟計算機的CPU晶片很接近了。常用於手機、路由器等等。

DSP其實也是一種特殊的單片機,它從8位到32位的都有。它是專門用來計算數位訊號的。在某些公式運算上,它比現行家用計算機的最快的CPU還要快。比如說一般32位的DSP能在一個指令周期內運算完一個32位數乘32位數積再加一個32位數。套用於某些對實時處理要求較高的場合

彙編指令

指令由於操作碼和運算元。分為單位元組指令,雙位元組指令,三位元組指令。

定址方式:

立即定址:運算元包含在指令位元組中,指令操作碼後面位元組的內容就是運算元本身。

直接定址:1內部數據存儲器的低128個位元組單元(00H-7FH)2位地址空間;3專用功能暫存器

暫存器定址:由指令指出某一個暫存器中的內容作為運算元,這種定址方式稱為暫存器定址。

暫存器間接定址:由指令指出某一個暫存器的內容作為運算元的地址。

基址暫存器加變址暫存器間接定址:用於訪問程式存儲器中的數據表格。

相對定址:以PC的內容作為基地址,加上指令中給定的偏移量所得結果作為轉移地址,只適用於雙位元組轉移指令。

技術發展

Intel公司於1980年推出的MCS-51奠定了嵌入式套用的單片微型計算機的經典體系結構,但不久就放棄了進一步發展計畫,並實施了8051的技術開放政策。在8051實現開放後,PHILIPS公司作為全球著名的電器商以其在電子套用系統的優勢,著力發展80C51的控制功能及外圍單元。將MCS-51的單片微型計算機迅速地推進到80C51的MCU時代,形成了可滿足大量嵌入式套用的單片機系列產品。實現第一次飛躍。

Flash ROM促使8051第2次飛躍

當前,嵌入式系統普遍採用Flash ROM技術。Flash ROM的使用加速了單片機技術的發展。基於Flash ROM的ISP/IAP技術,極大地改變了單片機套用系統的結構模式以及開發和運行條件;而在單片機中最早實現Flash ROM技術的是ATMEL公司的AT89Cxx系列。

核心化SoC的加速8051第3次飛躍

MCS-51典型的體系結構以及極好的兼容性,對於MCU不斷擴展的外圍來說,形成了一個良好的嵌入式處理器核心的結構模式。當前嵌入式系統套用進入SoC模式,從各個角度,以不同方式向SoC進軍,形成了嵌入式系統套用熱潮。在這個技術潮流中,8051又扮演了嵌入式系統核心的重要角色。在MCU向SoC過渡的數、模混合集成的過程中,ADI公司推出了ADμC8xx系列,而公司則實現了向SoC的C8051F過渡;在PLD向SoC發展過程中,Triscend公司在可配置系統晶片CSoC的E5系列中便以8052作為處理器核心。

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