一、單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

AT89S51單片機(jī)兼容標(biāo)準(zhǔn)8051的指令系統(tǒng)及引腳。下面以AT89S51單片機(jī)為例，簡要介紹51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

通常，單片機(jī)片內(nèi)含CPU、ROM、RAM、并行I/O口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制系統(tǒng)、時(shí)鐘電路、系統(tǒng)總線等。

1.中央處理器(CPU)

中央處理器是AT89S51單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制功能。其CPU能處理8位二進(jìn)制數(shù)或代碼。

2.程序存儲器

程序存儲器用于存放用戶編寫的程序、原始數(shù)據(jù)或表格，分為片內(nèi)程序存儲器和片外程序存儲器。

AT89S51采用片內(nèi)、片外統(tǒng)一編址的64kB(0000H~FFFFH)程序存儲器地址空間。片內(nèi)有4kB Flash Memery.地址范圍為0000H~OFFFH.

既可在線編程(ISP)，也可以用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程。

采用匯編語言或C語言編寫的源程序，必須通過編譯軟件(如Keil C51)把編譯生成二進(jìn)制代碼，即機(jī)器碼。用戶編寫的程序、原始數(shù)據(jù)、表格等，都是以二進(jìn)制的形式存放在程序存儲器中的。計(jì)算機(jī)的工作，就是按照事先編好的程序從0000H地址單元一條條地循序執(zhí)行的。

當(dāng)AT89S51(31) 腳EA接高電平時(shí)，從片內(nèi)ROM 中的0000H地址單元開始執(zhí)行程序。當(dāng)AT89S51(31)腳EA接低電平時(shí)，片內(nèi)ROM不起作用，CPU只能從片外ROM 中取指令。

內(nèi)部ROM 0000H~002AH共43個(gè)單元。被分為六段，作為程序運(yùn)行的入口地址使用。其中：

0000H~0002H 為復(fù)位后或初始化引導(dǎo)程序地址區(qū);0003H~000AH 外部中斷0中斷入口地址區(qū);000BH~001 2H 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0中斷入口地址區(qū);001 3H~001 AH 外部中斷1中斷入口地址區(qū);001 BH~0022H 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1中斷入口地址區(qū);0023H ~ 002AH 串行中斷入口地址區(qū)。

通常， 我們編寫程序時(shí)不得占用上述中斷程序入口地址單元， 即0003H~002AH單元。也就是說， 主程序一般不放在該地址空間。編程時(shí)， 可以采用起始偽指令ORG,跳過0003H~002AH單元。

偽指令，是告訴匯編程序如何進(jìn)行匯編的一類指令，不會被匯編成機(jī)器代碼，只能為匯編軟件(如Keil C51)所識別。

單片機(jī)復(fù)位后，是從0000H單元開始取指令執(zhí)行程序的。因此，應(yīng)在O000H~O002H三個(gè)單元存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)到主程序，程序結(jié)構(gòu)如下：

ORG O00H:用偽指令ORG指示隨后的指令代碼從0000H地址單元開始存放。

LJMP START;在O000H~0002H存放一條長跳轉(zhuǎn)指令，執(zhí)行該指令，程序轉(zhuǎn)到以START為語句標(biāo)號的地址執(zhí)行。

ORG 0030H;偽指令ORG指示隨后的指令代碼從0030H地址單元開始存放。

START: ;START是主程序入口地址標(biāo)號，主程序開始。

……

END ;結(jié)束偽指令，標(biāo)志程序代碼到此結(jié)束。

通過該程序，保留了各中斷入口地址。對各個(gè)中斷入口地址的使用，我們在學(xué)習(xí)中斷系統(tǒng)時(shí)再進(jìn)行介紹。

3.數(shù)據(jù)存儲器(RAM )

單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲器有片內(nèi)和片外之分，AT89S51片內(nèi)有256字節(jié)RAM,其中高128單元被專用寄存器占用，低128字節(jié)供用戶使用，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。片外數(shù)據(jù)存儲器可擴(kuò)展6kB存儲空間，地址范圍為0000H~FFFFH.片內(nèi)和片外RAM 的地址空間各自獨(dú)立， 指令MOV用于片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器之間的傳送，指令MOVX用于片外數(shù)據(jù)存儲器和累加器A之間的數(shù)據(jù)傳送。

AT89S51內(nèi)部RAM共有256字節(jié)，通常分為低128字節(jié)(地址00H~7FH)和高128字節(jié)(地址80H~FFH)兩部分。低128字節(jié)，按其用途分為三個(gè)區(qū)域，如表1所示。

表1

(1)工作寄存器區(qū)

工作寄存器區(qū)有四組工作寄存器，每組8個(gè)寄存器，用于存放操作數(shù)及中間結(jié)果等。其地址為內(nèi)部RAM 的00H~1FH單元地址。在任一時(shí)刻，CPU只能使用其中一組寄存器，并把正在使用的那組寄存器稱為當(dāng)前寄存器組，用R0~R7表示。當(dāng)前使用的到底是哪一組工作寄存器，則由程序狀態(tài)字寄存器PSW 得RS1、RS0位的狀態(tài)組合決定，表2為工作寄存器選擇。

表2 工作寄存器選擇

RS1和RS0的狀態(tài)可以通過指令修改，如指令：

SETB RS1 :置RS1為1

CLR RS0 ;置RS0為0

置當(dāng)前工作寄存器為第2組，R0~R7的物理地址為10H~17H.

(2)位尋址區(qū)。

內(nèi)部RAM的20H~2FH單元，既可作為一般RAM單元使用，進(jìn)行字節(jié)操作，也可以對各RAM單元的每一位進(jìn)行位操作，因此，把該區(qū)又稱為位尋址區(qū)。位尋址區(qū)有16字節(jié)RAM單元，共128位，位地址為00H~7FH.可以用位操作類指令對其進(jìn)行位操作。如指令：

CLR 00H ;00H為位地址，而不是字節(jié)地址，將位地址00H清零

SETB 07H ;07H為位地址，不是字節(jié)地址，將位地址07H置1

當(dāng)位地址為80H~FFH時(shí)，所代表的是特殊功能寄存器的位地址。

如指令：CLR P1.0

CLR 9OH

(3)用戶RAM 區(qū)及堆棧。

用戶RAM區(qū)，包括堆棧區(qū)和用戶標(biāo)志區(qū)等用戶自己設(shè)定的數(shù)據(jù)區(qū)。其地址在內(nèi)部RAM低128單元中。如果用戶的程序要使用四組工作寄存器，其單元地址為30H ~7FH,共8O個(gè)單元，如果用戶程序不需要四組工作寄存器，則其中一部分工作寄存器區(qū)也可作用戶RAM使用。用戶RAM區(qū)中的堆棧，用來暫存數(shù)據(jù)和地址，它是按先進(jìn)后出的原則存取數(shù)據(jù)的。

堆棧有進(jìn)棧和出棧兩種操作，由棧指針SP管理。分別采用壓棧和出棧指令PUSH和POP進(jìn)行數(shù)據(jù)的存和取。

系統(tǒng)復(fù)位后，SP的值為07H,此時(shí)堆棧是從08H單元開始的。由于08H~1FH單元屬于工作寄存器1~3區(qū)，如果程序中要用到這些區(qū)，最好把SP值改為2FH或更大。堆棧最好在內(nèi)部RAM的30H~7FH單元中開辟。SP值一經(jīng)確定，堆棧的位置也就確定下來了。由于SP可通過指令初始化為不同值。因此堆棧的位置是浮動的。如：

說明：( )：表示某寄存器、存儲單元或表達(dá)式的內(nèi)容。(())：表示某寄存器、存儲單元或表達(dá)式的內(nèi)容為地址單元的內(nèi)容。

4.特殊功能寄存器(SFR)

內(nèi)部RAM的高128單元是特殊功能寄存器區(qū)其單元地址為80H~FFH.本文只講解累加器ACC.