51单片机是对所有兼容intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是intel的8004单片机,后来随着flash rom技术的发展,8004单片机取得了长足的进展,成为应用最广泛的8位单片机之一,其代表型号是atmel公司的at89系列,它广泛应用于工业测控系统之中。很多公司都有51系列的兼容机型推出,今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机,还是应用最广泛的一种。需要注意的是51系列的单片机一般不具备自编程能力。本文主要详细介绍51单片机寄存器功能,首先介绍了51单片机引脚图及功能,其次阐述了51单片机寄存器功能,具体的跟随小编来了解一下。
51单片机引脚图及功能
p0.0 ~p0.7:p0口8位双向口线。
p1.0 ~p1.7:p1口8位双向口线。
p2.0 ~p2.7:p2口8位双向口线。
p3.0 ~p3.7:p3口8位双向口线。
ale:地址锁存控制信号。在系统扩展时,ale用于控制把p0口输出的低8位地址锁存起来,以实现低位地址和数据的隔离。此外,由于ale是以晶振1/6的固定频率输出的正脉冲,因此可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。
psen:外部程序存储器读选通信号。在读外部rom时,psen有效(低电平),以实现外部rom单元的读操作。
ea:访问程序存储控制信号。当信号为低电平时,对rom的读操作限定在外部程序存储器;当信号为高电平时,对rom的读操作是从内部程序存储器开始,并可延至外部程序存储器。
rst:复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效,用以完成单片机的复位初始化操作。
xtal1和xtal2:外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时,此二引线端用于外接石英晶体和微调电容;当使用外部时钟时,用于接外部时钟脉冲信号。
vss:地线。
vcc:+5 v电源。
以上是mcs-51单片机芯片40条引脚的定义及简单功能说明,读者可以对照实训电路找到相应引脚,在电路中查看每个引脚的连接使用。p3口线的第二功能。p3的8条口线都定义有第二功能。
51单片机寄存器功能一览表
21个特殊功能寄存器(52系列是26个)不连续地分布在128个字节的sfr存储空间中,地址空间为80h-ffh,在这片sfr空间中,包含有128个位地址空间,地址也是80h-ffh,但只有83个有效位地址,可对11个特殊功能寄存器的某些位作位寻址操作(这里介绍一个技巧:其地址能被8整除的都可以位寻址)。
在51单片机内部有一个cpu用来运算、控制,有四个并行i/o口,分别是p0、p1、p2、p3,有rom,用来存放程序,有ram,用来存放中间结果,此外还有定时/计数器,串行i/o口,中断系统,以及一个内部的时钟电路。在单片机中有一些独立的存储单元是用来控制这些器件的,被称之为特殊功能寄存器(sfr)。这样的特殊功能寄存器51单片机共有21个并且都是可寻址的列表如下(其中带*号的为52系列所增加的特殊功能寄存器):
分别说明如下:
1、acc---是累加器,通常用a表示
这是个什么东西,可不能从名字上理解,它是一个寄存器,而不是一个做加法的东西,为什么给它这么一个名字呢?或许是因为在运算器做运算时其中一个数一定是在acc中的缘故吧。它的名字特殊,身份也特殊,稍后在中篇中我们将学到指令,可以发现,所有的运算类指令都离不开它。自身带有全零标志z,若a=0则z=1;若a≠0则z=0。该标志常用作程序分枝转移的判断条件。
2、b--一个寄存器
在做乘、除法时放乘数或除数,不做乘除法时,随你怎么用。
3、psw-----程序状态字。
这是一个很重要的东西,里面放了cpu工作时的很多状态,借此,我们可以了解cpu的当前状态,并作出相应的处理。它的各位功能请看下表:
下面我们逐一介绍各位的用途
cy:进位标志。
8051中的运算器是一种8位的运算器,我们知道,8位运算器只能表示到0-255,如果做加法的话,两数相加可能会超过255,这样最高位就会丢失,造成运算的错误,怎么办?最高位就进到这里来。这样就没事了。有进、借位,cy=1;无进、借位,cy=0
例:78h+97h(01111000+10010111)
ac:辅助进、借位(高半字节与低半字节间的进、借位)。
例:57h+3ah(01010111+00111010)
f0:用户标志位
由用户(编程人员)决定什么时候用,什么时候不用。
rs1、rs0:工作寄存器组选择位
通过修改psw中的rs1、rs0两位的状态,就能任选一个工作寄存器区。这个特点提高了mcs-51现场保护和现场恢复的速度。对于提高cpu的工作效率和响应中断的速度是很有利的。若在一个实际的应用系统中,不需要四组工作寄存器,那么这个区域中多余单元可以作为一般的数据缓冲器使用。
0v:溢出标志位
运算结果按补码运算理解。有溢出,ov=1;无溢出,ov=0。什么是溢出我们后面的章节会讲到。
p:奇偶校验位
它用来表示alu运算结果中二进制数位“1”的个数的奇偶性。若为奇数,则p=1,否则为0。运算结果有奇数个1,p=1;运算结果有偶数个1,p=0。
例:某运算结果是78h(01111000),显然1的个数为偶数,所以p=0。
4、dptr(dph、dpl)--------数据指针
可以用它来访问外部数据存储器中的任一单元,如果不用,也可以作为通用寄存器来用,由我们自已决定如何使用。分成dpl(低8位)和dph(高8位)两个寄存器。用来存放16位地址值,以便用间接寻址或变址寻址的方式对片外数据ram或程序存储器作64k字节范围内的数据操作。
5、p0、p1、p2、p3--------输入输出口(i/o)寄存器
这个我们已经知道,是四个并行输入/输出口(i/o)的寄存器。它里面的内容对应着管脚的输出。
6、ie-----中断充许寄存器
可按位寻址,地址:a8h
ea (ie.7):ea=0时,所有中断禁止(即不产生中断);ea=1时,各中断的产生由个别的允许位决定
- (ie.6):保留
et2(ie.5):定时2溢出中断充许(8052用)
es (ie.4):串行口中断充许(es=1充许,es=0禁止)
et1(ie.3):定时1中断充许
ex1(ie.2):外中断int1中断充许
et0(ie.1):定时器0中断充许
ex0(ie.0):外部中断int0的中断允许
7、ip-----中断优先级控制寄存器
可按位寻址,地址位b8h
- (ip.7):保留
- (ip.6):保留
pt2(ip.5):定时2中断优先(8052用)
ps (ip.4):串行口中断优先
pt1(ip.3):定时1中断优先
px1(ip.2):外中断int1中断优先
pt0(ip.1):定时器0中断优先
px0(ip.0):外部中断int0的中断优先
8、tmod-----定时器控制寄存器
不按位寻址,地址89h
gate :定时操作开关控制位,当gate=1时,int0或int1引脚为高电平,同时tcon中的tr0或tr1控制位为1时,计时/计数器0或1才开始工作。若gate=0,则只要将tr0或tr1控制位设为1,计时/计数器0或1就开始工作。
c/t :定时器或计数器功能的选择位。c/t=1为计数器,通过外部引脚t0或t1输入计数脉冲。c/t=0时为定时器,由内部系统时钟提供计时工作脉冲。
m1 、m0:t0、t1工作模式选择位
9、tcon-----定时器控制寄存器
可按位寻址,地址位88h
tf1:定时器t1溢出标志,可由程序查询和清零,tf1也是中断请求源,当cpu响应t1中断时由硬件清零。
tf0:定时器t0溢出标志,可由程序查询和清零,tf0也是中断请求源,当cpu响应t0中断时由硬件清零。
tr1:t1充许计数控制位,为1时充许t1计数。
tr0:t0充许计数控制位,为1时充许t0计数。
ie1:外部中断1请示源(int1,p3.3)标志。ie1=1,外部中断1正在向cpu请求中断,当cpu响应该中断时由硬件清“0”ie1(边沿触发方式)。
it1:外部中断源1触发方式控制位。it1=0,外部中断1程控为电平触发方式,当int1(p3.3)输入低电平时,置位ie1。
ie0:外部中断0请示源(int0,p3.2)标志。ie0=1,外部中断1正在向cpu请求中断,当cpu响应该中断时由硬件清“0”ie0(边沿触发方式)。
it0:外部中断源0触发方式控制位。it0=0,外部中断1程控为电平触发方式,当int0(p3.2)输入低电平时,置位ie0。
10、scon----串行通信控制寄存器
它是一个可寻址的专用寄存器,用于串行数据的通信控制,单元地址是98h,其结构格式如下:
(1)sm0、sm1:串行口工作方式控制位。
sm0,sm1 工作方式
00 方式0-波特率由振荡器频率所定:振荡器频率/12
01 方式1-波特率由定时器t1或t2的溢出率和smod所定:2smod ×(t1溢出率)/32
10 方式2-波特率由振荡器频率和smod所定:2smod ×振荡器频率/64
11 方式3-波特率由定时器t1或t2的溢出率和smod所定:2smod ×(t1溢出率)/32
(2)sm2:多机通信控制位。《 br》 多机通信是工作于方式2和方式3,sm2位主要用于方式2和方式3。接收状态,当串行口工作于方式2或3,以及sm2=1时,只有当接收到第9位数据(rb8)为1时,才把接收到的前8位数据送入sbuf,且置位ri发出中断申请,否则会将接受到的数据放弃。当sm2=0时,就不管第位数据是0还是1,都难得数据送入sbuf,并发出中断申请。
工作于方式0时,sm2必须为0。
(3)ren:允许接收位。《 br》 ren用于控制数据接收的允许和禁止,ren=1时,允许接收,ren=0时,禁止接收。
(4)tb8:发送接收数据位8。《 br》 在方式2和方式3中,tb8是要发送的——即第9位数据位。在多机通信中同样亦要传输这一位,并且它代表传输的地址还是数据,tb8=0为数据,tb8=1时为地址。
(5)rb8:接收数据位8。
在方式2和方式3中,rb8存放接收到的第9位数据,用以识别接收到的数据特征。
(6)ti:发送中断标志位。
可寻址标志位。方式0时,发送完第8位数据后,由硬件置位,其它方式下,在发送或停止位之前由硬件置位,因此,ti=1表示帧发送结束,ti可由软件清“0”。
(7)ri:接收中断标志位。
可寻址标志位。接收完第8位数据后,该位由硬件置位,在其他工作方式下,该位由硬件置位,ri=1表示帧接收完成。
11、pcon-----电源管理寄存器
pcon主要是为chmos型单片机的电源控制而设置的专用寄存器,单元地址是87h,其结构格式如下:
在chmos型单片机中,除smod位外,其他位均为虚设的,smod是串行口波特率倍增位,当smod=1时,串行口波特率加倍。系统复位默认为smod=0。
12、t2con-----t2状态控制寄存器
tf2:t2溢出中断标志。tf2必须由用户程序清“0”。当t2作为串口波特率发生器时,tf2不会被置“1”。
exf2:定时器t2外部中断标志。exen2为1时,当t2ex(p1.1)发生负跳变时置1中断标志dxf2,exf2必须由用户程序清“0”。
tclk:串行接口的发送时钟选择标志。tclk=1时,t2工作于波特率发生器方式。
rclk:串行接口的接收时钟选择标志位。rclk=1时,t2工作于波特率发生器方式。
exen2:t2的外部中断充许标志。
c/t2:外部计数器/定时器选择位。c/t2=1时,t2为外部事件计数器,计数脉冲来自t2(p1.0);c/t2=0时,t2为定时器,振荡脉冲的十二分频信号作为计数信号。
tr2:t2计数/定时控制位。tr1为1时充许计数,为0时禁止计数。
cp/rl2:捕捉和常数自动再装入方式选择位。为1时工作于捕捉方式,为0时t2工作于常数自动再装入方式。当tclk或rclk为1时,cp/rl2被忽略,t2总是工作于常数自动再装入方式。
下面对t2con的d0、d2、d4、d5几位主要控制t2的工作方式,下面对这几位的组合关系进行总结
mcs-51与中断有关的寄存器、中断入口地址及编号
1、中断入口地址及编号
mcs-51在每一个机器周期顺序检查每一个中断源,在机器周期的s6按优先级处理所有被激活的中断请求,此时,如果cpu没有正在处理更高或相同优先级的中断,或者现在的机器周期不是所执行指令的最后一个机器周期,或者cpu不是正在执行reti指令或访问ie和ip的指令(因为按mcs-51中断系统的特性规定,在执行完这些指令之后,还要在继续执行一条指令,才会响应中断),cpu在下一个机器周期响应激活了的最高级中断请求。
中断响应的主要内容就是由硬件自动生成一条长调用lcall addr16指令,这里的addr16就是程序存储器中相应的中断区入口地址,这些中断源的服务程序入口地址如下:
生成lcall指令后,cpu紧跟着便执行之。首先将pc(程序计数器)的内容压入堆栈保护断点,然后把中断入口地址赋予pc,cpu便按新的pc地址(即中断服务程序入口地址)执行程序。
值得一提的是,各中断区只有8个单元,一般情况下(除非中断程序非常简单),都不可能安装下一个完整的中断服务程序。因此,通常是在这些入口地址区放置一条无条件转移指令,使程序按转移的实际地址去执行真正的中断服务程序。
对于汇编,中断函数的一般形式为:
对于c语言,中断函数的一般形式为:
2、与中断有关的寄存器
(1) 定时器控制寄存器tcon
ie1:外部边沿触发中断1请求标志,其功能和操作类似于tf0。
it1:外部中断1类型控制位,通过软件设置或清除,用于控制外中断的触发信号类型。it1=1,边沿触发。it=0是电平触发。
ie0:外部边沿触发中断0请求标志,其功能和操作类似于ie1。
it0:外部中断0类型控制位,通过软件设置或清除,用于控制外中断的触发信号类型。其功能和操作类似于ie1。
(2) 中断允许寄存器ie
ea:中断总控制位,ea=1,cpu开放中断。ea=0,cpu禁止所有中断。
es:串行口中断控制位,es=1允许串行口中断,es=0,屏蔽串行口中断。
et1:定时/计数器t1中断控制位。et1=1,允许t1中断,et1=0,禁止t1中断。
ex1:外中断1中断控制位,ex1=1,允许外中断1中断,ex1=0,禁止外中断1中断。
et0:定时/计数器t0中断控制位。et1=1,允许t0中断,et1=0,禁止t0中断。
ex0:外中断0中断控制位,ex1=1,允许外中断0中断,ex1=0,禁止外中断0中断。
(3) 中断优选级控制寄存器ip
ps:串行口中断口优先级控制位,ps=1,串行口中断声明为高优先级中断,ps=0,串行口定义为低优先级中断。
pt1:定时器1优先级控制位。pt1=1,声明定时器1为高优先级中断,pt1=0定义定时器1为低优先级中断。
px1:外中断1优先级控制位。pt1=1,声明外中断1为高优先级中断,px1=0定义外中断1为低优先级中断。
pt0:定时器0优先级控制位。pt1=1,声明定时器0为高优先级中断,pt1=0定义定时器0为低优先级中断。
px0:外中断0优先级控制位。pt1=1,声明外中断0为高优先级中断,px1=0定义外中断0为低优先级中断。
(4)串行通信控制寄存器scon
它是一个可寻址的专用寄存器,用于串行数据的通信控制,单元地址是98h,其结构格式如下:
ti:发送中断标志位。
方式0时,发送完第8位数据后,由硬件置位,其它方式下,在发送或停止位之前由硬件置位,因此,ti=1表示帧发送结束,ti可由软件清“0”。
ri:接收中断标志位。
接收完第8位数据后,该位由硬件置位,在其他工作方式下,该位由硬件置位,ri=1表示帧接收完成。
(5)t2状态控制寄存器t2con
tf2:t2溢出中断标志。tf2必须由用户程序清“0”。当t2作为串口波特率发生器时,tf2不会被置“1”。
exf2:定时器t2外部中断标志。exen2为1时,当t2ex(p1.1)发生负跳变时置1中断标志dxf2,exf2必须由用户程序清“0”。
exen2:t2的外部中断充许标志
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