51单片机总结

51单片机学习是在3年前学的，有的地方可能忘记，总结不到。为了以后回忆，现大致总结下。

51概述

MCS-51使用哈佛结构，它的程序空间和数据空间是分开编址的，即各自有各自的地址空间，互不重叠。所以即使地址一样，但因为分开编址，所以依然要说哪一个空间内的某地址。而ARM（甚至是x86）这种冯诺依曼结构的MCU/CPU，它的地址空间是统一并且连续的，代码存储器/RAM/CPU寄存器，甚至PC机的显存，都是统一编址的，只是不同功能的存储器占据不同的地址块，各自为政。

51单片机的组成：

8位CPU、片内256RAM、4KB flash ROM、4个并行8位I/O口、两个16位的定时计数器、5个中断源两个中断优先级的中断控制系统、一个全双功的UART等

（只能用此单片机干这么多事情）

 

51单片机有以下几个内存模块：

1、ROM或者Flash，叫程序存储区，你写的程序是存在这里面的，上电后从这里面执行。

   程序存储区也分为片内和片外，一般来说，现在的51很多已经做到了64K，所以很少有外扩片外Flash或者片外的Rom了，Flash或者Rom不管是片内还是片外的，只能用来定义常量，是用code来修饰，也就是说，用code来修饰的东西，在程序运行过程中，不能修改；

2、RAM有------内部RAM的低128位（00-7F)，对应C语言就是data,比如我定义一个变量，

              dataunsigned char Var = 0;

                       那么，这个 Var变量就是放在内部的低128位Ram中

       -------内部RAM的高128位（80-FF)，对应C语言就是idata,比如我定义一个变量，

              idataunsigned char Var = 0;

                       那么，这个 Var变量就是放在内部的高128位Ram中

       -------特殊功能寄存器（SFR）（80-FF)，对应C语言就是Sfr比如我定义一个变量，

              Sfrunsigned char Var = 0x90;

                       那么，这个 Var变量就是放在内部的特殊功能寄存器中,这是你对Var操作，相当于操作一个特殊的寄存器，但是小心，不能随便定义Sfr变量，很危险

        ------外部RAM 64K（0000-FFFF）

            外部的RAM可以扩展到65536个，但是前256个算是一页，这一页比较特殊，是用pdata来修饰的，当然，也可以用xdata来修饰。除了第一页的256个以外的其他65280个空间，只能用xdata来修饰；

     回过头来讨论pdata和xdata，这两个都能修饰外部Ram的第一页，但是，Pdata只能修饰第一页，即最前面的256个外部Ram,那么，这最前面的256个到底用Pdata还是Xdata好的呢？

答案是Pdata，因为Xdata修饰的变量，用的是DPTR寻址，Pdata用的是R0和R1.DPTR因为是16位的，所以可以覆盖整个的64K外部Ram，R0和R1是8位，所以只能寻址最前面的256个，也就是外部Ram的第一页，但是，用R0寻址，比DPTR快一倍，代码也小的很多。

MCS-51读写IDATA区的速度是最快的，而且访问方法也是最多的。访问XDATA区的速度相对就要慢很多。MCS-51的堆栈要优先开辟在IDATA区中，并且在IDATA区中开辟的堆栈，可以使用栈指针寄存器SP来控制。如果栈实在太大，只能开辟在XDATA区中，那么CPU的SP寄存器就很难借力，只能由我们自己来构造堆栈结构和堆栈指针。

状态寄存器

处理器的状态保存在状态寄存器PSW 中，状态字中包括进位位、用于BCD 码处理的辅助进位位、奇偶标志位、溢出标志位、还有前面提到的用于寄存器组选择的RS0 和RS1。用于保存处理器当前的一些状态。

指令理解

计算机系统中可以有多种编程语言，但硬件能够直接识别和执行的只有机器语言。只有采用翻译或解释方法把复杂的高级语言程序转换成机器语言，才能在机器硬件上直接执行来实现相应的功能。由于机器中的所有信息都是通过编码表示的，因此，指令的操作及操作的数据也必须按照一定的格式编码（约定），以便于硬件正确识别。

指令是用来指示处理器进行操作的命令，不同类型的处理器具有不同的指令系统。因为汇编是用这些指令进行编程，所以不便于移植。单片机的能力是通过指令体现的，包括了硬件能够直接实现的所有的运算或操作功能。

一款处理器都有其自己的编译器，我们写的高级程序，会由编译器生成对应的机器语言。

中断

 

中断结构图

中断寄存器，用于对中断进行控制的，例如开关总中断，必须设置相应位为1才能使用中断。

中断寄存器中也有相应的标志位，当发生中断的时候有的会置位相应的位，（所以不会自动清零的要执行中断的时候清零此标志位）单片机就会转去执行相应的中断程序。（至于如何找找中断程序，如上所示，每个中断都有一个中断入口地址，发生中断的时候，就会跳到此处执行，因为区域有限，一般此位置放的都是跳转指令，找到该位置后再跳到其他处执行程序）

矢量入口单元在编写中断程序时写入对应的“跳板指令”

 

中断响应：
    1．响应条件
    CPU响应中断的条件有：
    ①有中断源发出中断请求；
    ②中断总允许位EA=1,即CPU开中断；
    ③申请中断的中断源的中断允许位为1；
    满足以上条件，CPU响应中断；如果中断受阻，CPU不会响应中断。
   2．响应过程
    单片机一旦响应中断，首先置位响应的优先级触发器，然后执行一个硬件子程序调用，把断点地址压入堆栈保护，然后将对应的中断入口地址装入程序计数器PC，使程序转向该中断入口地址，以执行中断服务程序。
    中断处理：CPU响应中断结束后即转至中断服务程序的入口。从中断服务程序的第一条指令开始到返回指令为止，这个过程称为中断处理或称中断服务。中断处理包括两部分内容：一是保护现场，二是为中断源服务。
    中断返回：中断处理程序的最后一条指令是中断返回指令RETI。它的功能是将断点弹出送回PC中，使程序能返回到原来被中断的程序继续执行。

89C51中断响应过程

CPU在每个机器周期S5P2期间顺序采样每个中断源，CPU在下一个机器周期S6期间按优先级顺序查询中断标志，如查询到某个中断标志为1，将在接下来的机器周期S1期间按优先级进行中断处理，中断系统通过硬件自动将相应的中断矢量地址装入PC，以便进入相应的中断服务程序。一旦响应中断，89C51首先置位相应的中断“优先级生效”触发器，然后由硬件执行一条长调用指令，把当前的PC值压入堆栈，以保护断点，再将相应的中断服务的入口地址送入PC，于是CPU接着从中断服务程序的入口处开始执行。对于有些中断源，CPU在响应中断后会自动清除中断标志。

定时器/计数器

  1.计数的定义：

   计数是指对外部事件进行计数，外部事件的发生以输入脉冲的形式表示，因此计数功能的实质就是对外来的脉冲进行计数，在单片机中对应引脚T0和T1，两个脉冲输入端。

  外部输入的脉冲在负跳变时有效（即外部脉冲由1变化到0），计数器加1.

  2.定时器：

   定时器是通过计数器的计数来实现的，不过此时的计数脉冲来自单片机的内部，因此定时器的实质是对内部脉冲的计数，在单片机中，每个机器周期产生一次计数脉冲，计数器加1.

启动代码

51单片机复位后马上执行STARTUP.A51文件中的启动代码，根据启动代码中的设置依次执行以下操作：

• 内部RAM清零
• 外部RAM清零
• 清零分页的外部RAM
• 初始化SMALL内存模型的可重入模拟堆栈及其堆栈指针
• 初始化LARGE内存模型的可重入模拟堆栈及其堆栈指针
• 初始化COMPACT内存模型的可重入模拟堆栈及其堆栈指针
• 初始化8051单片机的硬件堆栈指针
• 将系统控制权转交给初始化全局变量的代码，如果没有被初始化的全局变量则转交给C程序文件中的main函数。

关于启动代码的一个例子

该例子是在网上找的，写的很不错，感谢。放在此处加深理解。
汇编是从0000h开始启动，那么keil c51是如何启动main()函数的？keil c51有一个启动程序startup.a51，它总是和c程序一起编译和链接。下面看看它和main()函数是如何编译的。
//主函数如下：
void main(void)
{
    while (1)    这是个无条件空循环。    
    {
    }
}
把上面的main()函数编译后的汇编程序和反汇编代码整理后对照如下；

C_C51STARTUP       SEGMENT   CODE
PR?main?TESTMAIN       SEGMENT CODE 

STACK          SEGMENT   IDATA

                RSEG    ?STACK
                DS      1

                CSEG    AT      0
C_STARTUP:     LJMP    STARTUP1 
C:0x0000    020003   LJMP     STARTUP1(C:0003)

          RSEG    ?C_C51STARTUP 
STARTUP1:                         ；该段程序把内存清零
;          MOV     R0,#IDATALEN- 1 
C:0x0003    787F     MOV      R0,#0x7F
;          CLR     A 
C:0x0005    E4       CLR      A
;          MOV     @R0,A 
IDATALOOP: 
C:0x0006    F6       MOV      @R0,A
;          DJNZ    R0,IDATALOOP 
C:0x0007    D8FD     DJNZ     R0,IDATALOOP(C:0006)
;          MOV     SP,#?STACK-1             ;设制CPU的堆栈起始地址
C:0x0009    758107   MOV      SP(0x81),#0x07
;          LJMP    ?C_START 
C:0x000C    02000F   LJMP     main(C:000F)

    RSEG  ?PR?main?TESTMAIN
main:
;      void main(void) 
C:0x000F    80FE     SJMP     main(C:000F)        ;main()函数

现在分析上面的汇编程序就会明白 c51 程序是如何启动的。
该程序有三个代码段；
第一个代码段 C_STARTUP 在 0x0000 地址，是 CPU 第一条指令的入口，它只有一条长跳转指令，直接跳到第二个代码段 .
第二个代码段 C_C51STARTUP 是可重定位的段，该程序把内存清零，然后再设置 CPU 的堆栈，最后跳转到 main() 函数 .
第三个代码段就是 main() 函数 , 在 keil c51 编译器里 main() 的段地址名就是 C_START 。