8051單片機(jī)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)簡說

郭鵬等

摘要：要學(xué)好用好單片機(jī)，就必須了解和掌握單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。本文以8051單片機(jī)為例簡要說明單片機(jī)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)的幾個(gè)基本要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：單片機(jī) 結(jié)構(gòu)

單片機(jī)的學(xué)習(xí)對(duì)入門者而言有一定的難度。難度之一就在于學(xué)習(xí)者先要了解單片機(jī)的結(jié)構(gòu)。尤其是單片機(jī)外部引腳和存儲(chǔ)空間。

1 單片機(jī)引腳

單片機(jī)引腳是單片機(jī)與外部連接的橋梁，不管是單片機(jī)與外部進(jìn)行信息交互還是實(shí)施控制，單片機(jī)都要依靠引腳。因此必須掌握引腳名稱、功能和使用方法。

面對(duì)經(jīng)典“DIP-40”封裝的8051單片機(jī)，初學(xué)者總感到麻煩。實(shí)際上，8051單片機(jī)引腳分布很有規(guī)律。從類型上說，其管腳分為4類，一句話就可說明：8051單片機(jī)引腳包含”兩個(gè)電源引腳、兩個(gè)時(shí)鐘引腳、四個(gè)控制引腳和四八三十二個(gè)IO引腳?！?/p>

兩個(gè)電源引腳：如同常規(guī)集成電路一樣，芯片右下角為電源負(fù)，左上角為電源正。

兩個(gè)時(shí)鐘引腳：單片機(jī)依靠精確的時(shí)鐘信號(hào)才能自動(dòng)有序運(yùn)行程序，協(xié)調(diào)各部件完成指定功能，沒有時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)無法工作。單片機(jī)內(nèi)部有時(shí)鐘電路，通過時(shí)鐘引腳外接不同的晶振，就可設(shè)置出不同振蕩頻率的時(shí)鐘信號(hào)。兩個(gè)時(shí)鐘引腳中有一個(gè)是單片機(jī)時(shí)鐘電路的時(shí)鐘信號(hào)輸出端。多單片機(jī)系統(tǒng)中，可通過這個(gè)引腳也引入外部時(shí)鐘信號(hào)保證多單片機(jī)系統(tǒng)的時(shí)序統(tǒng)一。

四個(gè)控制引腳：EA引腳。PSEN引腳和ALE引腳都和存儲(chǔ)擴(kuò)展有關(guān)，存儲(chǔ)器學(xué)習(xí)時(shí)了解較好。先了解復(fù)位引腳。必須明白單片機(jī)啟動(dòng)信號(hào)就是該引腳施加持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平信號(hào)?；诖肆私鈴?fù)位電路的構(gòu)建才能明細(xì)根本。

最后一句四八三十，是為方便初學(xué)者掌握剩余的32個(gè)引腳都是單片機(jī)的I/O引腳，且分布在四個(gè)I/O口中，每個(gè)I/O口分配8個(gè)引腳。這樣做的一個(gè)主要原因是，這樣可使I/O口以字節(jié)為信息單位輸入或輸出信息。單片機(jī)I/O口在構(gòu)建三大總線時(shí)，應(yīng)注意P0口用于充當(dāng)數(shù)據(jù)口，P0和P2口構(gòu)建16位地址總線。P3口和相關(guān)控制引腳構(gòu)建控制總線。因此用戶應(yīng)合理進(jìn)行I/O資源分配。

2 單片機(jī)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

單片機(jī)的存儲(chǔ)空間分為數(shù)據(jù)RAM和程序ROM兩大部分。又都有片內(nèi)片外之分。

2.1 程序存儲(chǔ)空間

程序存儲(chǔ)空間的構(gòu)建有三種形式：僅片內(nèi)ROM構(gòu)成；片內(nèi)ROM與片外ROM共同構(gòu)成；僅片外ROM構(gòu)成。程序存儲(chǔ)空間的要點(diǎn)是不管程序存儲(chǔ)空間如何構(gòu)建，都是統(tǒng)一連續(xù)編碼地址。單片機(jī)只要能正確找到程序存放的首存儲(chǔ)單元地址，就能夠開始自動(dòng)執(zhí)行程序。顯然對(duì)于前兩種形式，程序起始地址單元位于片內(nèi)ROM，后一種程序起始單元地址位于片外ROM。

單片機(jī)作為硬件電路，它無法知道程序存儲(chǔ)空間構(gòu)建形式，那怎么識(shí)別程序起始單元地址是在片內(nèi)ROM空間還是在片外ROM空間？很簡單：控制引腳EA就用于程序起始位置指向。EA引腳接地時(shí)指向片外，接高電平則指向片內(nèi)。初學(xué)者常?；煜洃浀募记墒荅A接地即EA為“0”狀態(tài)，0表示沒有，即沒有用到片內(nèi)ROM，程序僅存放于片外；反之則表明片內(nèi)ROM有程序存放。

從使用者角度看，用戶了解程序存儲(chǔ)空間構(gòu)建形式的主要意義在于硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)，能根據(jù)ROM構(gòu)建形式正確設(shè)置EA引腳。

2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的構(gòu)建有兩種形式：僅片內(nèi)RAM；片內(nèi)RAM加片外RAM。片外RAM僅用于擴(kuò)展數(shù)據(jù)存放空間。片內(nèi)RAM很多存儲(chǔ)單元有特殊意義，無可替代，因此不會(huì)出現(xiàn)僅有片外RAM的情況。

片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。8051片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間共256個(gè)字節(jié)單元，一分兩半，前128個(gè)字節(jié)單元稱為用戶RAM區(qū)，后128個(gè)字節(jié)單元為特殊功能寄存器區(qū)，該區(qū)域很多存儲(chǔ)單元有特殊功能，如代表累加器A的E0H單元，代表P0口的80H單元等。P0口對(duì)應(yīng)8個(gè)引腳，引腳高低電平狀態(tài)對(duì)應(yīng)的“1”、“0”二進(jìn)制信息反映在80H 單元的8個(gè)對(duì)應(yīng)位單元中，輸出亦然。用戶需要注意的是，由于片內(nèi)RAM存儲(chǔ)單元有限，在程序設(shè)計(jì)之初一定先要做好資源分配。即根據(jù)程序需要，提前分配指定或保留用戶RAM區(qū)相關(guān)單元。

特殊功能寄存器區(qū)的存儲(chǔ)單元一般掌握特殊功能寄存器名稱及功能即可，不必記住其實(shí)際所在存儲(chǔ)單元地址。但單片機(jī)復(fù)位后，一些特殊功能寄存器的初始值應(yīng)用者必須掌握。如程序計(jì)數(shù)器PC復(fù)位后初值為零，PC值為單片機(jī)下一條待執(zhí)行指令地址。因而復(fù)位后單片機(jī)自動(dòng)到0000H單元開始執(zhí)行首條指令。用戶RAM區(qū)是使用者真正可以自行安排使用的存儲(chǔ)空間。該區(qū)教材都會(huì)詳述，這里不再說明。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間與程序存儲(chǔ)空間的地址編碼方式不同。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間采用獨(dú)立地址編碼方式，即片內(nèi)RAM與片外RAM各自起始單元地址均從0000H開始編碼地址。

2.3 存儲(chǔ)空間的容量

8031片內(nèi)沒有ROM，8051片內(nèi)有4k字節(jié)ROM；8031和8051片內(nèi)RAM均為256字節(jié)容量。用戶可根據(jù)需要選擇片外存儲(chǔ)器，組合出所需大小的容量。

8051程序存儲(chǔ)空間統(tǒng)一連續(xù)地址編碼，且由16位的程序計(jì)數(shù)器PC訪問，程序存儲(chǔ)空間地址最多由16個(gè)二進(jìn)制位編碼，用十六進(jìn)制表示時(shí)地址范圍最大是：0000H～FFFFH，即64kb。因此片內(nèi)ROM與片外ROM之和不大于64kb。

8051數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間片內(nèi)與片外獨(dú)立編碼地址。片外RAM最多可由P0口和P2口共同構(gòu)建的16位地址總線訪問，因而片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的地址編碼最大范圍也是：0000H～FFFFH，容量64kb。因此數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的總?cè)萘孔畲笫瞧瑑?nèi)256B加片外64kb。

初學(xué)者有時(shí)困惑于地址范圍與容量的換算。困惑的

實(shí)質(zhì)在于十六進(jìn)制表達(dá)地址范圍及空間大小的不習(xí)慣。

先說十進(jìn)制表達(dá)的連續(xù)單元，比如地址編碼為5～10，則

總共單元有”10-5+1”即6個(gè)單元。同樣十六進(jìn)制的連

續(xù)單元，若地址范圍0000H～FFFFH，則存儲(chǔ)單元有”FFFFH-0000H+1H”個(gè)即10000H個(gè)存儲(chǔ)單元，換算為二進(jìn)制是1 0000 0000 0000 0000B，即216個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)單元。210為1kb，所以總?cè)萘繛?4kb。

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