淺析單片機(jī)
——以80C51單片機(jī)為例

趙春陽(yáng)

河南大學(xué)歐亞國(guó)際學(xué)院，河南 開(kāi)封 475001

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淺析單片機(jī)
——以80C51單片機(jī)為例

趙春陽(yáng)*

河南大學(xué)歐亞國(guó)際學(xué)院，河南 開(kāi)封 475001

本文以單片機(jī)中的經(jīng)典型號(hào)80C51為例剖析了單片機(jī)基本概念、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和應(yīng)用領(lǐng)域

80C51單片機(jī)；基本概念；內(nèi)部結(jié)構(gòu)；應(yīng)用領(lǐng)域

一、單片機(jī)的簡(jiǎn)介

單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)(Single Chip Microcomputer)。單片機(jī)是一在塊超大規(guī)模集成電路芯片上，集成了CPU(中央處理單元)、存儲(chǔ)器(RAM、ROM)，其中RAM為Random-Access Memory(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)高速存取，讀寫(xiě)時(shí)間相等，且與地址無(wú)關(guān)；ROM(Read Only Memory)只讀存儲(chǔ)器，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。ROM的顯著特性是資料儲(chǔ)存后就無(wú)法再將之改變或刪除。只讀存儲(chǔ)器的應(yīng)用領(lǐng)域一般而言，應(yīng)用在不需經(jīng)常變更資料的電子設(shè)備和系統(tǒng)中，并且資料不會(huì)因?yàn)榈綦姸z失。此外，還有定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制電路和系統(tǒng)總線等電路的微型計(jì)算機(jī)。

(一)80C51單片機(jī)的概述

8051是英特爾公司，一家坐落在美國(guó)加州圣克拉的集成電子公司，生產(chǎn)的一系列單片機(jī)中最典型的單片機(jī)系統(tǒng)，MCS51是系列的總稱。所以人們習(xí)慣于用8051來(lái)稱呼MCS51系列單片機(jī)。該系列其它的子單片機(jī)都是建立在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的篩選和升級(jí)進(jìn)而改變而來(lái)的。51子系列的有基本型，對(duì)應(yīng)的芯片為8031、8051、8751、8951，依據(jù)片內(nèi)不同的只讀存儲(chǔ)器的配置對(duì)應(yīng)不同的芯片。51單片的鼻祖是51系列，后來(lái)又延伸出了許多子系列，其中C系列是較為著名的一個(gè)。如果單單是從外形和外部結(jié)構(gòu)來(lái)看，二者并無(wú)較大的差異與不同，二者的操作指令系統(tǒng)、引腳信號(hào)基本完全一致，換言之，二者的程序可以互相移植，具有較高的可兼容性與可移植性，可以批量生產(chǎn)，只要相應(yīng)的引腳順序適當(dāng)。但80C51與8051相比，制造工藝更加先進(jìn)科學(xué)，最顯著的特點(diǎn)就是低功耗。80C51有兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，兩個(gè)外中斷，兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)中斷，及一個(gè)串行中斷，并有4個(gè)8位并行輸入口。因?yàn)?0C51的系統(tǒng)核心性能特點(diǎn)能更加滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集以及處理的要求和時(shí)間精確性上的要求。此外，另一方面因?yàn)?0C51產(chǎn)量較大，在市場(chǎng)上隨處可見(jiàn)，應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)，技術(shù)也很成熟，故采80C51用來(lái)作為控制核心。

(二)80C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

累加器ACC的主要功能是在運(yùn)算前存放一個(gè)操作數(shù)，運(yùn)算后存放一個(gè)操作結(jié)果。80C51系列單片機(jī)雖然在結(jié)構(gòu)上仍然以累加器A作為重要部件。毋庸諱言，累加器A在數(shù)據(jù)的傳輸以及處理方面、邏輯指令的操作方面的重要作用得到一定程度上的衰減。但另一方面由于內(nèi)部電路事先準(zhǔn)備了預(yù)防性的措施，使得數(shù)據(jù)和邏輯指令在片內(nèi)直接或者間接地址的存儲(chǔ)器之間直接傳送，實(shí)現(xiàn)直達(dá)，一步到位。而不必經(jīng)過(guò)累加器A。但，加、減、乘、除等基本的算術(shù)運(yùn)算指令的計(jì)算結(jié)果都須要存放在累加器A寄存器中。

CY：進(jìn)位標(biāo)志。它是累加器A的進(jìn)位位，它的含義是若運(yùn)算結(jié)果在最高位有進(jìn)位或借位)時(shí)，則用于置1，否則將進(jìn)位位清0。AC：半進(jìn)位標(biāo)志。它是累加器A中A4位接收A3位的進(jìn)位，一般是低半字節(jié)的進(jìn)位位，主要用于BCD碼調(diào)整。低4位有進(jìn)位(加法時(shí))或向高4位有借位時(shí)(減法時(shí))，AC是
1，否則，AC清0。OV：溢出標(biāo)志位，用于表示有符號(hào)數(shù)算術(shù)運(yùn)算的溢出。溢出時(shí)OV為1，否則OV為0。P：奇偶標(biāo)志位。每個(gè)指令周期都需要由硬件來(lái)通過(guò)置位或者清零來(lái)表示累加器A中1的個(gè)數(shù)的奇偶性。若1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則P置位；若1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，則清零。控制器是控制單片機(jī)各種操作的部件，用于完成指令規(guī)定的操作。它包括程序計(jì)數(shù)器PC、堆棧指針SP、指令寄存器、數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR、定時(shí)控制邏輯時(shí)鐘發(fā)生器、復(fù)位電路等。指令寄存器IR用來(lái)暫時(shí)存放當(dāng)前取出的指令，并由指令譯碼器ID譯碼，產(chǎn)生相應(yīng)的譯碼信號(hào)，并傳送給定時(shí)控制電路，定時(shí)控制電路發(fā)出各種控制信號(hào)控制各器件
完成指令規(guī)定的操作。DPTR為16位寄存器。由于80C51單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)，而非馮諾依曼結(jié)構(gòu)，程序指令和數(shù)據(jù)數(shù)傳具有較高的獨(dú)立性和并行性。因此，程序存儲(chǔ)器的地址是由程序計(jì)數(shù)器PC提供，而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址是由數(shù)據(jù)指針DPTR提供的，所以DPTR用于存放片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及I/O口的地址。為了使程序指令從內(nèi)部只讀存儲(chǔ)器開(kāi)始執(zhí)行，對(duì)于有內(nèi)部只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)，在正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)把引腳置1，并將其接高電平。其次由于80C51單片機(jī)系統(tǒng)中內(nèi)部和外部程序存儲(chǔ)器的地址空間是一致的，總共計(jì)64K字節(jié)。當(dāng)寄存器PC指針計(jì)數(shù)值超出內(nèi)部ROM的容量時(shí)，會(huì)立即轉(zhuǎn)向外部程序存儲(chǔ)器空間。80C51單片機(jī)內(nèi)的特殊功能寄存器有狀態(tài)標(biāo)志寄存器、I/O口鎖存器、數(shù)據(jù)緩沖器等它們離散地分布在內(nèi)部RAM地址空間(80H-0FFH)內(nèi)，表2列出了這些特殊功能寄存器的標(biāo)識(shí)符、名稱及地址。由表2-2可知累加器ACC、寄存器B、程序狀態(tài)字PSW、I/O口P0-P3等均為特殊功能寄存器。

二、80C51單片機(jī)的應(yīng)用

80C51單片機(jī)通常是指芯片本身以及最小系統(tǒng)，最小系統(tǒng)集成的是一些基本組成部分從而構(gòu)成開(kāi)發(fā)板以及學(xué)習(xí)板。是嵌入式系統(tǒng)的主要構(gòu)成基礎(chǔ)單元，即將其嵌入到對(duì)象環(huán)境中、結(jié)構(gòu)里、體系中作為其中的一個(gè)基礎(chǔ)組成部分和智能化控制單元實(shí)現(xiàn)基本功能比如計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)以及搭載OLED或者LCD屏幕來(lái)顯示特定內(nèi)容。80C51單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，第一用單片機(jī)構(gòu)成智能化產(chǎn)品：在智能儀器儀表中的應(yīng)用；第二在家用產(chǎn)品中的應(yīng)用；第三在醫(yī)療儀器中的應(yīng)用以及在計(jì)算機(jī)外部設(shè)備中的應(yīng)用等等不勝枚舉。在商業(yè)方面，80C51由于其簡(jiǎn)單易操作的顯著特點(diǎn)已經(jīng)用于激光的噪聲測(cè)量，頻率計(jì)、洗衣機(jī)等商用或者家用電器。在日常生活方面，許多多功能四旋翼飛行器因搭載80C51微控制器可以實(shí)現(xiàn)全方面功能比如視頻的拍攝、農(nóng)業(yè)的噴灑以及溫度濕度的測(cè)量。打印機(jī)、通信設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)總線控制單元等也大多采用80C51。在工業(yè)自動(dòng)化方面：許多三軸加速度計(jì)配合80C51實(shí)現(xiàn)測(cè)量力、熱、速度、加速度、位移等物理量。在智能儀器儀表方面：可以通過(guò)使用80C51來(lái)降低成本、其次也可以簡(jiǎn)并優(yōu)化化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、提高整體裝置的可靠性和實(shí)用性。

[1]《單片機(jī)原理及應(yīng)用》.武漢科技學(xué)院電子信息工程學(xué)院.

[2]《80C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)》.電工網(wǎng).

趙春陽(yáng)(1996-)，男，漢族，河南鄭州人，河南大學(xué)歐亞國(guó)際學(xué)院，2014級(jí)本科生。

TP

A

1006-0049-(2017)14-0283-01