学习笔记 从零开始学单片机(0) 系统结构
2009-10-29 22:32
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最近想研究研究嵌入式系统，由于虽然是计算机专业的，但是硬件知识很差，再加上毕业若干年，全部忘光光。可以说，一切几乎是从零开始了。我还是从简单点的单片机开始学习，看了一眼，感觉比较容易些，从浅入深的学习吧。原来学东西好囫囵吞枣，学了一大堆几乎都是些皮毛，我这次写这个日志，一个是把它当做我的学习笔记，另外也是敦促我自己踏踏实实的学习。
言归正传，去年在二手市场上花了￥2.00（也够抠门的了）买来了一本《单片微型机 原理、应用与实验》，复旦大学出版社的（我就是由买书的爱好，有没有用看到就想买），就拿它当做我的课本了吧。单片机这个东西，要理论联系实际，没有实验啥都是白学！于是跑到淘宝上花了3百多RMB买来开发板一套，附赠视频教程。预览了一遍，都是简单介绍一下理论（很多东西都没有说清楚），主要就是讲解了一下C代码，一切都得靠自己，哪有那么多现成的。
教材上用的是汇编语言，写程序真是麻烦，还是用C吧，大不了C搞不定的时候嵌汇编不就完了么！
还是从51，这个虽然比较老，但是很经目前典用应仍然很广泛的这类芯片开始学习，下面是一个典型的8051引脚图。
图1.1 8051引脚图
制造工艺为HMOS（参考数电）的MSC-51单片机采用的是只引脚双列直插封装。12个时钟是一个机器周期，51的指令1~4个机器周期。
（1） 电源引脚：
Vcc接（+5v）电源
Vss接地。
（2） 时钟引脚：
XTAL1、XTAL2外接晶体振荡器。
（3） 控制引脚：
RST/Vpd：复位信号/备用电源输入（H/L）
ALE/PROC：地址锁存允许信号/编程脉冲输入端（H/L）
PSEN：程序存储器输出控制（L）
EA/Vpp：内外程序存储器选择控制端/施加较高编程电压（+21V或12V）的输入端（L/H）
（4）I/O口引脚
P0口：是双向8位三态I/O口，在外接存储器时，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载。
P1口：是准双向8位I/O口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。P1口能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。对8052、8032，P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入，P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发，即T2的外部控制端。对EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。
P2口：是准双向8位I/O口。在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。在对EPROM编程和程序验证期间，它接收高8位地址。P2可以驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。
P3口：是准双向8位I/O口，在MCS-51中，这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。P3能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。
P3.0 10 RXD（串行输入口）
P3.1 11 TXD（串行输出口）
P3.2 12 INT0（外部中断0）
P3.3 13 INT1（外部中断1）
P3.4 14 T0（定时器0外部输入）
P3.5 15 T1（定时器1外部输入）
P3.6 16 WR（外部数据存储器写脉冲）
P3.7 17 RD（外部数据存储器读脉冲）
在4个端口当中，只有P0是真正的双向口，其他都是准双向口。其他都是准双向口。
单片机控制的时候就是向4个I/O口送高低电平，另外我们需要关注的是它的存贮器，和寻址方式。
（1）程序存贮器：
可以在单片机内部或者在外部，PC就是从0地址开始执行的，此时要设置一个跳转指令，跳向用户设计的主程序。MSC-51的中断入口是固定的，它们的地址是0BH，13H，1BH，23H……。地址通常从3开始，每隔8个字节安排一个中断入口。
（2）内部RAM数据存贮器
工作寄存器区（由PSW的第三和第四位指示）：在需要的时候它们也可以作为数据缓冲器。
00H~07H：工作寄存器区0（R0~R7）
08H~0FH：工作寄存器区1（R0~R7）
10H~17H：工作寄存器区2（R0~R7）
18H~1FH：工作寄存器区3（R0~R7）
位寻址区：20H~2FH，它们每一位都占据地址空间00H~7FH，用于存放程序标志、位控制信息，同样它们也可以作为一般的数据缓冲器。
堆栈和数据缓冲器：30H~7FH。进栈是，SP先加1在写入，复位后SP为07H。所以对SP初始化时SP=6FH。
（3）特殊功能寄存器（地址空间80H~FFH）
复位时寄存器的状态如下：PC（0），PSW（0），SP（07H），P0~P3（FFH），SBUF（未知）…
（4）外部RAM和I/O口
MSC-51可以扩展64KB的RAM和I/O口，它们是统一编址的。
8051中断系统
5个中断源：INT0（P3.2），INT1（P3.3）外部中断源；TF0（定时器0），TF1（定时器1），RI/TI（串口输入输出中断）三个内部中断源。
2级的中断优先级（如图所示）
与中断有关的寄存器：
TCON
IT0：外部中断INT0触发方式选择（0，电平触发L；1，跳沿触发H2L），软件设置
IE0：外部中断INT0请求标志位，CPU响应中断后硬件清零
IT1：外部中断INT0触发方式选择，与IT0类似
IE1：外部中断INT0请求标志位，，与IE0类似
TR0：与TR1类似
TF0：T0溢出请求标志位，CPU响应中断后清零，查询方式下由软件清零
TR1：T1运行控制位。TR1置1时，T1开始工作；TR1置0时，T1停止工作。TR1由软件置1或清0。所以，用软件可控制定时/计数器的启动与停止。
TF1：T1溢出请求标志位，与TF0类似
SCON
TI：串口发送中断请求标志位，硬件自动置位，在中断服务程序中软件清零
RI：串口接受中断请求标志位，硬件自动置位，在中断服务程序中软件清零
IE
EA：中断允许控制位，1-开中断 0-关中断
ES：串口输入输出中断控制位，1-允许中断 0-禁止中断
ET1：T1中断控制位，1-允许中断 0-禁止中断
EX1：INT1中断控制位，1-允许中断 0-禁止中断
ET0：T0中断控制位，1-允许中断 0-禁止中断
EX0：INT0中断控制位，1-允许中断 0-禁止中断
IP
PS：串口输入输出中断优先级控制位，1-高 0-低
PT1：T1中断优先级控制位，1-高 0-低
PX1：INT1中断优先级控制位，1-高 0-低
PT0：T0中断优先级控制位，1-高 0-低
PX0：INT0中断优先级控制位，1-高 0-低
言归正传，去年在二手市场上花了￥2.00（也够抠门的了）买来了一本《单片微型机 原理、应用与实验》，复旦大学出版社的（我就是由买书的爱好，有没有用看到就想买），就拿它当做我的课本了吧。单片机这个东西，要理论联系实际，没有实验啥都是白学！于是跑到淘宝上花了3百多RMB买来开发板一套，附赠视频教程。预览了一遍，都是简单介绍一下理论（很多东西都没有说清楚），主要就是讲解了一下C代码，一切都得靠自己，哪有那么多现成的。
教材上用的是汇编语言，写程序真是麻烦，还是用C吧，大不了C搞不定的时候嵌汇编不就完了么！
还是从51，这个虽然比较老，但是很经目前典用应仍然很广泛的这类芯片开始学习，下面是一个典型的8051引脚图。
图1.1 8051引脚图
制造工艺为HMOS（参考数电）的MSC-51单片机采用的是只引脚双列直插封装。12个时钟是一个机器周期，51的指令1~4个机器周期。
（1） 电源引脚：
Vcc接（+5v）电源
Vss接地。
（2） 时钟引脚：
XTAL1、XTAL2外接晶体振荡器。
（3） 控制引脚：
RST/Vpd：复位信号/备用电源输入（H/L）
ALE/PROC：地址锁存允许信号/编程脉冲输入端（H/L）
PSEN：程序存储器输出控制（L）
EA/Vpp：内外程序存储器选择控制端/施加较高编程电压（+21V或12V）的输入端（L/H）
（4）I/O口引脚
P0口：是双向8位三态I/O口，在外接存储器时，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载。
P1口：是准双向8位I/O口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。P1口能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。对8052、8032，P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入，P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发，即T2的外部控制端。对EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。
P2口：是准双向8位I/O口。在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。在对EPROM编程和程序验证期间，它接收高8位地址。P2可以驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。
P3口：是准双向8位I/O口，在MCS-51中，这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。P3能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。
P3.0 10 RXD（串行输入口）
P3.1 11 TXD（串行输出口）
P3.2 12 INT0（外部中断0）
P3.3 13 INT1（外部中断1）
P3.4 14 T0（定时器0外部输入）
P3.5 15 T1（定时器1外部输入）
P3.6 16 WR（外部数据存储器写脉冲）
P3.7 17 RD（外部数据存储器读脉冲）
在4个端口当中，只有P0是真正的双向口，其他都是准双向口。其他都是准双向口。
单片机控制的时候就是向4个I/O口送高低电平，另外我们需要关注的是它的存贮器，和寻址方式。
（1）程序存贮器：
可以在单片机内部或者在外部，PC就是从0地址开始执行的，此时要设置一个跳转指令，跳向用户设计的主程序。MSC-51的中断入口是固定的，它们的地址是0BH，13H，1BH，23H……。地址通常从3开始，每隔8个字节安排一个中断入口。
（2）内部RAM数据存贮器
工作寄存器区（由PSW的第三和第四位指示）：在需要的时候它们也可以作为数据缓冲器。
00H~07H：工作寄存器区0（R0~R7）
08H~0FH：工作寄存器区1（R0~R7）
10H~17H：工作寄存器区2（R0~R7）
18H~1FH：工作寄存器区3（R0~R7）
位寻址区：20H~2FH，它们每一位都占据地址空间00H~7FH，用于存放程序标志、位控制信息，同样它们也可以作为一般的数据缓冲器。
堆栈和数据缓冲器：30H~7FH。进栈是，SP先加1在写入，复位后SP为07H。所以对SP初始化时SP=6FH。
（3）特殊功能寄存器（地址空间80H~FFH）
复位时寄存器的状态如下：PC（0），PSW（0），SP（07H），P0~P3（FFH），SBUF（未知）…
（4）外部RAM和I/O口
MSC-51可以扩展64KB的RAM和I/O口，它们是统一编址的。
8051中断系统
5个中断源：INT0（P3.2），INT1（P3.3）外部中断源；TF0（定时器0），TF1（定时器1），RI/TI（串口输入输出中断）三个内部中断源。
2级的中断优先级（如图所示）
与中断有关的寄存器：
TCON
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| TF1 | TR1 | TF0 | TR0 | IE1 | IT1 | IE0 | IT0 |
IE0：外部中断INT0请求标志位，CPU响应中断后硬件清零
IT1：外部中断INT0触发方式选择，与IT0类似
IE1：外部中断INT0请求标志位，，与IE0类似
TR0：与TR1类似
TF0：T0溢出请求标志位，CPU响应中断后清零，查询方式下由软件清零
TR1：T1运行控制位。TR1置1时，T1开始工作；TR1置0时，T1停止工作。TR1由软件置1或清0。所以，用软件可控制定时/计数器的启动与停止。
TF1：T1溢出请求标志位，与TF0类似
SCON
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| TI | RI |
RI：串口接受中断请求标志位，硬件自动置位，在中断服务程序中软件清零
IE
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| EA | ES | ET1 | EX1 | ET0 | EX0 |
ES：串口输入输出中断控制位，1-允许中断 0-禁止中断
ET1：T1中断控制位，1-允许中断 0-禁止中断
EX1：INT1中断控制位，1-允许中断 0-禁止中断
ET0：T0中断控制位，1-允许中断 0-禁止中断
EX0：INT0中断控制位，1-允许中断 0-禁止中断
IP
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| PS | PT1 | PX1 | PT0 | PX0 |
PT1：T1中断优先级控制位，1-高 0-低
PX1：INT1中断优先级控制位，1-高 0-低
PT0：T0中断优先级控制位，1-高 0-低
PX0：INT0中断优先级控制位，1-高 0-低
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