MCS51单片机反向解剖以及正向设计的研究 第4页
存器TCON、程序状态字寄存器PSW、B寄存器、累加器ACC等。图2一2中
给出了较为详细的内部结构框图。
仁.j司峭.t帕泊书t，
洲洲翔丫盆盆
ppp侧阳口那那
企企企企企企企企企企企企企企企企户日〕目目
洲洲翻斤OOOOO，O月，盈盈盈月口翻翻
‘‘渔IC帕帕帕‘启宝C洲洲洲洲
，，.0口姑们们
决决创城城
...妞口哈下花翻翻
rrr翻甲，，
户户CCC
侧侧心曰幼味加作目目
脚脚脚脚脚脚脚脚脚脚脚脚脚脚脚脚脚脚.00成血栩栩
们们翻州OOO盆盆盆仁O以叮I此此
决决加OOO
i誓誓誓誓誓誓誓誓誓誓誓誓CCC侧峭巾O生生赶坦坦坦坦坦坦坦坦坦坦坦坦.................目目彗‘‘‘O，，润润
..................................
OOO名CCCCCCCCCCCCCCC
，，.州阳曰....口月脚脚脚护o.tlll
OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO的l特助助
月月口卜卜卜卜卜卜卜卜
」」皿.1111
、押.。·!!··!l!!!:!:!
嘟笔时
图2一2MCS一51单片机内部结构框图
2.MCS一51单片机的工作原理
MCS一51系列单片机工作时首先要进行复位。振荡器开始振荡后，可以通
过在RST引脚上加上两个机器周期的高电平来使芯片实现复位。程序计数器PC
和特殊功能寄存器SFR的复位状态如表2一1所示:
表2一1寄存器的复位状态
}寄存器{复位状态}寄存器{复位状态{
PC000000H
第二章MCS一51单片机的原理
AAACCCC00HHHTHOOOOOHHH
SSSPPP07HHHTLOOO00HHH
TTTMODDD00HHHTHIIIOOHHH
DDDP’rRRR0000HHHTLIIIOOHHH
PPPO一P3锁存器器FFHHH·PSWWWOOHHH
日日日日日日
实现复位之后PC的值是O00OH，因此，程序的入口地址为0000H，CPU
从O000H开始执行操作。模式控制寄存器TMOD为OOH，表示定时器/计数
器都处于方式O工作状态，而THO、TLO、THI、TLI均为OOH则表示定时器
/计数器复位后都清零。PO、Pl、PZ和P3端口复位后锁存器都处于“1”状态。
工作状态下，每当ALE是高电平的第一个时钟(51PZ、S4P2)，PZ口被拉低而
PO口为高阻态。实际进行芯片解剖时，可以根据寄存器复位状态下的特殊值来
判断功能电路块。
工作时如果芯片的外部选通信号亚被拉为高电平，则首先访问内部数据存贮
器。如果虱总是保持低电平，则只访问外部程序存贮器，也就是说，无论是否有
内部程序存贮器，所有的程序取指都是直接指向外部ROM的。当执行外部程序
存贮器内的程序时，每个机器周期内都是PSEN两次有效，ALE两次输出高电
平，用于锁存地址的低位字节。我们在开始进行反向解剖时，没有设计使用芯片
内部的FLASH，因此只选用访问外部程序存贮器方式。在这种状态下，得到的
PSEN、ALE的频率是振荡器频率的1/6，PSEN信号波形占空比为1八，而
ALE信号波形占空比为1/2。每个机器周期中ALE信号的高电平为51PZ、
SZPI、S4PZ、SSPI，PSEN信号的高电平为SIPZ、SZPI、SZPZ、S4PZ、
SSPI、SSPZ。总之，CPU在PSEN、ALE和外部数据存储器写选通信号认艰、
读选通信号而的共同作用实现功能。
2.3MCS一51单片机的时序功能分析
Mcs一51单片机的机器周期是由内部时钟发生器定义的序列状态组成，每
个机器周期包括6个状态，从51到56。每个状态持续2个晶体振荡周期，因
此每个机器周期包括12个晶振周期。也就是说，当所用的晶振频率为12MHZ
时，则每个机器周期将持续1娜。每个状态周期又分成2个时相Pl、PZ，这样
第二章MCS一51单片机的原理
一个机器周期可以依次表示为5IPI、SIPZ、SZPI、SZPZ、S3PI、S3PZ、
S4PI、S4PZ、SSPI、SSPZ、S6PI以及S6PZ。
不同类型的指令取指、执行时序发生的状态和周期是不相同的，图2一3、图
2一4和图2一5分别给出了单字节、单周期，双字节、单周期，单字节、双周期指
令的取指/执行时序。
15，{5215，}s‘15，}s‘}s‘!s，1“，}s‘}s，}s‘{s‘}
XTA口万UU田卫几刊田田泪U甘U毛U一侧ir甘汀汀田田旧卫且且且fl
八」奋E
PSEN逻瑟竺逻鲜算置竺墨骂笔
读操作码读下一个l
{厂再读下一个操作码
泣二二二二:
图2一3单字节单周期指令的取指/执行时序
对于单字节单周期指令，5IPI状态时读入需要的操作码。S4PI状态时读
入下一条指令的操作码，此时读入的操作码被丢弃，芯片不执行相关操作。SZPI
以及SSPI状态锁存该条指令对应地址。第三章图3一27所示INCA指令的仿真
波形清楚地表示该类型指令的取指/执行时序。
15‘】“2}“31”‘15，】s‘】”，】s，}S3}s‘15，1“‘}s‘!
xTA以万UUU甘Lf甘田山山山月卫列衬UUir甘汀田田月几几几几几几
人LE
PSEN
:pl丝里尸2pl”pl些里PZplpZlpl丝理PZplpZplpZp皿plpZ.plpZ
11一一门「一〕:「一11一一门:「
读下一个操作码
图2一4双字节单周期指令的取指/执行时序
对于双字节单周期指令，例如MOVA，#data，5IPI状态时读入该条指令
的操作码“74”，S4PI状态时读入该条指令的第二字节“立即数”。SZPI状态
时锁存该条指令对应的地址而SSPI状态时锁存立即数对应的地址，如第三章中
图3一23中给出MOVA，#78的仿真波形。
对于单字节双周期指令，第一个机器周期5IPI状态时读入所需的指令操作
码，S4PI以及第二个机器周期5IPI、S4PI状态不断读入下一条指令的操作
第二章MCS一51单片机的原理
码并丢弃。同样，第一个机器周期的SZPI状态锁存指令地址，SSPI以及第二
个机器周期SZPI、55PI状态重复锁存该地址
XTAU
八LE
PSEN
pl里瞥ZP‘pZPI里瞥2”‘pZ一pl里里PZ”‘pZPI里卿ZP‘p气p竺
l
厂读操“码，读下一个抒产码(丢弃，再读下一个操作码产|l!
二二万}52{5215315.4}S，156{51}52}53154}s，{561万二
图2一5单字节双周期指令的取指/执行时序
事实上，每个机器周期取指都发生两次，无论指令执行时是否需要更多的代
码字节，如果取得的代码是指令所需要的，例如立即数等，送入数据通道并进行
操作;如果取得的代码是指令所不需要的，例如额外取指等，CPU直接将其丢
弃，程序计数器的值也不增加。从后面第三章的仿真波形就可以清楚的看到，每
条指令执行的周期中会不停地取指，直到指令执行结束。
2.4Mcs一51单片机的指令系统
2.4.1Mcs一51单片机的指令集
机器语言的指令以8位二进制数的字节为基础，有单字节、双字节、三字节
指令。对于MCS一51单片机来说，共有In条指令。按功能可以将这些指令分
成五类1171:①数据传送类(29条);②算术操作类(24条);③逻辑操作类(24
条);④操作程序转移类(17条);⑤布尔变量操作类(17条)。
1.数据传送类
数据传送类指令通过累加器进行数据传送或者进行数据存储器之间、工作寄
存器与数据存储器之间直接的数据传送，如表2一2所示。
表2一2数据传送、交换、栈出/入指令
指指令助记符符二进制代码码功能说明明字节节振荡荡
数数数数数数周期期
MMMOVA，Rnnn11101rrrrr寄存器内容送累加器器11112
上一页 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] ... 下一页 >>
MCS51单片机反向解剖以及正向设计的研究 第4页下载如图片无法显示或论文不完整，请联系qq752018766
