微机原理及应用-＞STC25F2K60S2单片机增强型8051内核
STC25F2K60S2单片机增强型8051内核
- 基本概念
- 增强型8051
- 本章英文符号
- 历史
- 功能概述
- CPU结构
- 运算器
- 控制器
- 存储结构
- 程序存储器（程序Flash）
- 片内基本RAM
- 总结
- 并行I/O端口
- 工作模式
- 4种工作模式
- 准双向模式
- 推挽
- 开漏
- 工作模式选择
- 系统时钟与时钟分频寄存器
- 系统时钟
- 时钟分频
- 时钟倍频
- 主时钟输出控制
- 复位
基本概念
上拉电阻：Vcc处接电阻
下拉电阻：地极加个电阻
增强型8051
本章英文符号
SFR=special function register
SP=stack pointer 堆栈指针
DPTR=Data pointer register数据指针寄存器
GPIO=General Purpose Input/Output
IAP：在应用编程=In application
programming
ISP：在系统编程=In System Programming
osc=振荡器oscillator
SWRST：Software Rest软件复位
LVD：低电压指令 Low Voltge Detector
历史
功能概述
·增强型8051CPU，单时钟机器周期；
传统12个时钟周期构成一个机器周期，并且时钟兆数得到了提升
·在线可编程/在应用可编程（ISP/IAP）功能
在线
在应用：远程工作中编程，版本更新更方便
OTP一次性编程
·60KB Flash程序储存器；1KB数据Flash；2048（256+1792）（2K）字节SRAM
·最多42根I/O端口线
·3个16位定时/计数器
计数器：分时运行
·1个高速同步通信端口（SPI）
SPI做系统扩展用
·两个全双工UART串口
UART串行通行口，异步通讯
·8通道高速10位ADC：直接处理模拟信号
·3通道捕获/比较单元（PWN/PCA/CCP）
捕获外部跳变，与定时器也有关系，测试脉宽PWM（能量变换，整流的核心）
·内部高可靠上电复位电路和硬件看门狗
·内部集成高精度R/C时钟，常温工作时，可以省去外部晶振电路
时钟：原本需要外部晶振，外部振荡器，R/C时钟，没法集成大电容电感
每一个I/O口以8为单元，八条线作为一个端口，最大型号是68管脚，8X8,64条I/O口线
P0地址数据总线
TxD_2
T是发送口
XTAL1是晶体输入角，晶体振荡器准确度，R/C振荡器，温漂
振荡器有源部分集成内部，构成正反馈的电路，外接晶振不再是必不可少的，精度不高就可以只用内部的R/C
ALE现在很多单片机没有了，因为当时存储器太小，需要给一个扩展，节省I/O的代价就是需要增加外部电路
P0，现在已经不做扩展运用了，地址线16位，最大寻址64K
不同型号的单片机CPU是不变的，存储器会变，封装形式会变，引脚数量会变，环境适用性会变
汽车发动机高温控制ECU
CPU结构
运算器
8位ALU
可以一次对一个位
累加器ACC
寄存器B
为运算专设的辅助寄存器
暂存器TMP1和TMP2
程序状态标志寄存器PSW
CY进位标志位
AC辅助进位标志
F0用户标志0
RS1、RS.工作寄存器选择
OV
F1
P
布尔处理器
控制器
IR指令寄存器（不可见）
ID译码器
定时控制逻辑
DPTR地址指针
PC程序计数器
SP堆栈指针
RAM地址寄存器
16位地址缓冲器
CS:IP和PC都是指向指令
很多目的寄存器是累加器
存储结构
STC15F2K60S2单片机存储器结构的主
要特点是程序存储器与数据存储器是分
开编址的。
STC15F2K60S2单片机内部在物理上有
4个相互独立的存储器空间：程序存储器
程序Flash）、片内基本RAM、片内扩
展RAM与EEPROM(数据Flash)。
P可编程，E可擦除，EE是电可擦除
程序存储器（程序Flash）
功能：存放用户程序、数据和表格等信息。
空间大小: STC15F2K60S2片内集成了60KB的 程序Flash存储器，地址为0000H ∼F000H\sim \mathrm{F} 000 \mathrm{H}∼F000H 。
>0000H,>0000 \mathrm{H},>0000H, 单片机复位后, 程序计数器PC的内容 为0000H，从0000H单元开始执行程序。
>0003H∼00A3H,>0003 \mathrm{H} \sim 00 \mathrm{A} 3 \mathrm{H},>0003H∼00A3H, 中断响应的入口地址 ( 中断向量地址) ，对应于21个中断源。
注意复位和中断入口地址与8086CPU的差异！!
8086的入口是CS:IP=FFFF:0,8086的中断入口可以定义，但是中断号是固定的。
LJMP是跳转
正式程序不可能从0000开始存放，只能在0000H单元使用无条件跳转指令。
定时器0中断服务子程序
ORG 0000H
LJMP MAIN··
ORG 0030H
TIMEO: MOV SP, #30H
主程序实际从0030H开始存放，复位后， 通过 跳转指令LJMP转移至0030H开始执行。
ORG 000BH
LJMP TIMEO··
ORG 1000 1000H
TIMEO: MOV SP, #30H
定时器0中断服务子程序实际从1000H开始存放，开始执行。CPU响应后在000BH通过跳转指令LJMP转移至1000H开始执行。
8086根据中断号来找中断服务程序。
0030传统51够用，内部中断源比较少，新的半导体厂商获得授权以后，增添了许多东西。
举例
| 中断源 | 入口地址 |
|---|---|
| 外部中断0 | 0003H |
| 定时/计数器0溢出 | 000BH |
| 外部中断1 | 0013H |
| 定时/计数器1溢出 | 001BH |
| 串行通信口 | 0023H |
**每个中断向量的间隔是8字节。**不同机型的中断源不同，安排的入口地址不同。串行通信即一行行执行。
8086是相隔4字节。
由于相邻中断入口地址之间只有8个预留地址单元，无法保存完整的中断服务子程序，一般在中断入口的地址存放一条无条件转移指令，指向真正存放中断服务程序的空间。
有的把程序复位也当成一个中断。
片内基本RAM
1 ) 数据存储器分为： 内部数据存储区 (片内基本RAM) 和扩展数据存储区 (片内扩展RAM)；
2 ) 片内基本RAM分 为低128字苟、高 128字节和特殊功能寄存器（SFR）。
不管怎么样，片内扩展片外扩展都是一种相对物理概念，数据和程序的存储逻辑上仍然是分开的。
- 低128字节RAM ( 00H∼7FH00 \mathrm{H} \sim 7 \mathrm{FH}00H∼7FH ) ,可以直接寻址和间接寻址，用“MOV”和“MOV @Ri”形式 的指令访问 ;
- 高128字节RAM ( 80H80 \mathrm{H}80H FFH ) : 只能间接寻址，用“MOV @Ri”形式的指令访问 ;
- 特殊功能寄存器 ( SFR ) 区 ( 80H FFH ) :
只可直接寻址，用“MOV”形式的指令访问。
地址一样，怎么区分高128和SFR，利用寻址方式区分，因为物理区域不同。
例如
访问SFR的P1端口（对应地址为90H），可采用如下指令：
MOV P1,A;//将累加器A的内容送端口P1
或者
MOV P1,A;//将累加器A的内容送字节地址是90H对应的特殊功能寄存器
如果采用寄存器间接寻址，则是对高128字节的RAM访问。
MOV R1,#90HMOV @R1,A
#表示立即数
SFR=special function register
地址编址是一样的，但是硬件不一样，区别它们的方式就是访问的指令，采用各自的指令，就访问各自的硬件区。
在CPU内部也有微解码器，把每个CPU指令分解成一个个最原始最简单的跟硬件相关的微指令，而这都是译码器完成的（也是为什么会存在指令译码这么一个机器周期，关于具体的内容请参考相关内容），使用不同的指令会被解释成不用的微指令码，所以相当于多了一根线用来选择寄存器区和RAM区，在译码的时候它会在直接寻址的时候选通寄存器区，而在使用间接寻址的时候就会选通RAM。
内部数据存储器地址空间分配:
工作寄存器区
位寻址区
通用用户RAM和堆栈区
特殊功能寄存器区
00-1F的32字节是工作区,两个位就可以区分四个区域
8086通过保护现场压栈，解决中断服务导致的暂时的数据保存问题，51则最多可以嵌套3次，避免同时读取的问题。为什么不用堆栈，因为51的变量空间太少了，8086可以开辟64K的堆栈区域，而早期51只有128个字节。
大部分时候用0区，分区应用很少，123区仍然当通用存储器使用。30H以上才是标准的存储空间（以前）。位寻址区是为了方便工业控制区的位操作，不需要多位一起操作。8086要么输出一个字节，则只改变一位，其他全部以不变的数据填充上去。位变量也可以做组合逻辑使用。
位寻址区
00-7F
占用片内20 2FH共16个单元，每个单元8位，共计16x8 = 128位，每位对应都有位地址, 可以进行位寻址。
需要补充一个例子
如置位/复位指令（位操作指令）：
SETB 20H;//对24H单元中位地址为20H的D0位（仅含1位）进行置位，使其为1
通用RAM区
占用片内30 7FH，共80个单元。为一般 RAM区域，无特殊功能特性。一般作数据缓冲区用，如显示缓冲区、堆栈区域。
高128字节（80H~FFH）
高128字节地址与特殊功能寄存区的地址是相同的。用不同的寻址方式访问。变量区间增加了一倍。高128字节只能采用寄存器间接寻址, 即用"MOV @Ri" 形式的指令访问。
特殊功能寄存器SFR（80H~FFH）
STC15F2K60S2 单片机有81个特殊功能寄存器。(最初只有21个）只可直接寻址, 用 "MOV"形式的指令访问。
由于堆栈操作也是间接寻址方式, 所以, 高128 字节RAM 亦可作为堆栈区使用。
>>> 除了程序计数器PC和4个工作寄存器组外,
其余的寄存器都在SFR区中。
>>> 特殊功能寄存器大体分为两类
①CPU寄存器与芯片的引脚有关。如P0 - P5（80H,90H,A0H…），它们实际上是6个锁存器，（P5只有两个端口，5*8+2=42）每个锁存器附加上相应的输出 驱动器和输入缓冲器就构成了一个并行口。
②片内外设：芯片内部功能的控制或者内部寄存器。如中断屏蔽及优先级控制、定时器、串行口、SPI接口等。
(1) 与运算器相关的寄存器（3个）
ACC\mathbf{A C C}ACC
累加器，通常用A表示，表示寄存器寻址; 若用ACC表示，则表示直接寻址（仅在 PUSH，PO指令中使用）。
B\mathbf{B}B
寄存器，主要用于乘除运算，也可作一般 RAM单元使用。
PSW
程序状态字。
（2）指针类寄存器（3个）
SP: 堆栈指针，只能设在片内RAM中，由堆栈指 针SP指定当前栈 顶所在的单元;
复位后SP = 07H，即堆栈从08H开始，且采用向上增长的原则。（每压栈一个字节，SP加1；每弹栈一个字节，SP减1）
SP=stack pointer 堆栈指针
DPTR：数据指针，由DPH和DPL组成，用于存放 16位地址，对16位地址的程序存储器和扩展RAM 访问。（8位CPU不可能有16位寄存器）
DPTR=Data pointer register数据指针寄存器
3、扩展RAM (XRAM)
功能：存放数据。
空间大小：STC15F2K60S2片内集成了1792字节的外部RAM，地址为0000H ∼06FFH\sim 06 \mathrm{FFH}∼06FFH 。类似于传统的片外数据存储器。
STC片内扩展RAM（XRAM）以及片外数据存储器RAM均用MOVX指令访问（但访问片内扩展RAM速度更快）
必须要间接寻址。
4、数据Flash存储? (EEPROM)
功能：存放一些应用时需要经常修改，掉电后
又能保持不变的参数。
空间大小：STC15F2K60S2片内集成了1KB的数
据Flash存储器，地址为0000H ∼03FFH\sim 03 \mathrm{FFH}∼03FFH 。
数据Flash存储器分为2个扇区，每个扇区包含
512字节，对应的地址范围分别为:
第一扇区 :0000H∼01FFH: 0000 \mathrm{H} \sim 01 \mathrm{FFH}:0000H∼01FFH
第二扇区 :0200H∼03FFH: 0200 \mathrm{H} \sim 03 \mathrm{FFH}:0200H∼03FFH
快擦除，直接一个扇区删除而不是一个字节一个字节擦除。
数据Flash存储器可以作为EEPROM使用，擦写次数在10万次以上，用于保存一些需要在应用过程中修改并且掉电不丢失的参数数据。
在用户程中，可以对数据Flash区进行字节读、 字节写、扇区擦除操作。
数据Flash存储器可以采用MOVC指令访问（类似于传统51的程序存储器）, 此时的起始扇区地址为F000H~F3FFH。
程序存储器和ROM等效，数据存储器和RAM等效
总结
基本MOV，扩展MOVX
基本RAM又分低128，高128
并行I/O端口
基本除了电源口都可以当GPIO（General Purpose Input/Output）
一个口8位数据
44引脚42端口，64引脚62端口（最后一个P仅两位）
工作模式
4种工作模式
准双向口、推挽输出、仅为输入（高阻状态）与开漏模式。每个I/O口的驱动能力均可达到20mA（8086CPU引脚的是多少？）
-------------------------------
输入高阻不耗电
20mA足够点亮小的LED灯，原本驱动能力不足的时候需要加入放大电路。
准双向模式
MOS管上面加个电阻，传统50K以上，高电平驱动能力弱。
干扰抑制滤波是施密特触发器。
T1和T4强上拉，构成一个推挽状态。
读取数据时要先把T1置1，T4截止。
推挽
输入模式两个都关断即可
开漏
单片机过电流能力20mA。
工作模式选择
由PnM1和PnM0（n＝0~5）寄存器的相应位来控制。例如：P0M1和P0M0用于设定P0口的工作模式，其中P0M1.0和P0M0.0用于设置P0.0的工作模式，P0M1.7和P0M0.7用于设置P0.7的工作模式，以此类推。
n代表是哪个端口，M后的数字表示四种模式
保留准双向口的目的是为了向下兼容。
系统时钟与时钟分频寄存器
osc=振荡器oscillator
系统时钟
时钟分频
频率越高，功耗越大。
时钟倍频
锁相环
主时钟输出控制
复位
可能产生的死循环
①编程不严谨
②由于工业环境干扰，引起字节错误。
复位电平需要持续一段时间，考虑上升时间。
冷启动复位
热启动复位：上电以后的
IAP：在应用编程=In application programming
ISP：在系统编程=In System Programming
看门狗复位
LVD：低电压指令（Low Voltage Detector）；左心室功能紊乱（left ventricular dysfunction）
8086的堆栈指针默认值是00H
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