第10章96系列单片机指令系统

第十章MCS-96单片机的硬件结构与指令系统重点与难点：本章重点让学生了解MCS-96单片机的特点、的组成和工作原理；对MCS-96单片机存储器空间、与总线控制和指令系统有一个总体的认识。

教学基本要求：1.了解MCS-96系列单片机的主要性能与特点；2.了解MCS-96单片机的组成和原理、存储器空间与总线控制、中断系统和定时器等内容；3.对MCS-96单片机的指令系统概述；4.通过MCS-96系列单片机的了解，让同学认识单片机的发展和培养学生学习除MCS-51单片机以外的单片机的能力。

教学内容：1．MCS-96系列单片机的主要性能与特点2．MCS-96单片机的组成和原理3．存储器空间与总线控制4．中断系统和定时器5．高速输入/输出和串行口6．A/D转换器和脉宽调制输出器PWM7．MCS-96单片机的指令系统概述§10-1MCS-96系列单片机的主要性能与特点MCS-96单片机的主要性能特点1．16位的CPU它的最大特点是没有采用累加器结构，而改用寄存器-寄存器结构，CPU的操作直接面向256字节的寄存器空间，消除了一般结构中存在的累加器的瓶颈效应，提高了操作速度和数据的吞吐能力。

2．256个字节寄存器阵列和专用寄存器其中232字节为寄存器阵列，它兼具一般单片机通用寄存器和RAM的功能，又都可用作累加器。

另外24个字节为专用寄存器。

8×9×JF还具有额外的256字节的内部RAM，但不能作通用寄存器用。

3．总线宽度可控它的外部数据总线可工作于8位或16位，以便适应对片外存储器进行字节操作或字操作的不同需要。

4．8KB片内ROM总存储器空间为64KB，ROM与RAM统一编址。

系列中带片内ROM或EPROM的芯片，其容量为8KB，8×9×JF容量为16KB。

5．高效的指令系统该指令系统可以对带符号数和不带符号数进行操作，有16位乘16位和32位除16位的乘除指令，有符号扩展指令，还有数据规格化指令（有利于浮点计算）等。

此外，三操作数指令大大提高了编程效率。

6．高速输入/输出器特别适用于测量和产生分辨力高达2μs 的脉冲（用l2MHz 晶体时）。

7．5个8位输入/输出口 8．全双工串行口 9．10位A/D 转换器10．脉宽调制输出器PWM 11．2个16位定时器 12．4个16位软件定时器 13．16位监视定时器 14．9个中断源9个中断源中有8个留给用户使用，这8个中断源对应有8个中断矢量，而有些中断矢量又对应着多个中断事件，共对应20多种事件。

§10-2 MCS-96单片机的组成和原理一、内部结构MCS-96系列单片机的内部结构框图见图10-1，它主要由寄存器算术逻辑单元RALU 、 232B 寄存器阵列以及一些外围子系统构成。

外围子系统主要包括以下部分：高速输入/输出口（HIS/HSO ）、带有采样/保持电路的A/D 转换器、脉宽调制输出器（PWM ）、定时器、监视定时器、中断控制、I/O 口（串行口和5个并行口）及时钟脉冲发生器等功能部件。

二、MCS-96的信号引脚MCS-96系列单片机有68脚和48脚两种芯片。

48脚与68脚芯片相比，48脚芯片不提图10-1 MCS-96的结构图供下述引脚：P0.0～P0.3 四个引脚；P1.0～P1.7 八个引脚；P2.3、P2.4 和P2.7 四个引脚及控制信号中的CLKOUT 、INST 、NMI 和BUSWIDTH （TEST ）四个引脚。

MCS- 96的48引脚如图10-2所示。

对68个引脚功能分别说明如下： ① V CC 主电源电压（+5V ）。

② V SS 数字电路地（0V ）。

③ V PD 内部RAM 备用电源电压（+5V ）。

④ V REF A/D 转换器基准电压（+5V ）。

⑤ ANGND A/D 转换器参考地，应与V SS 保持同电平。

⑥ V PP 或V BB 对8×9×BH 系列EPROM 型产品为V PP ，是编程电源（+12.5V ）；⑦ XTAL 1 内部振荡器反相器的输入，也是内部时钟发生器的输入，常接外部晶体。

⑧ XTAL 2 内部振荡器反相器的输出，接外部晶体。

⑨ CLKOUT 内部时钟发生器的输出，其频率是振荡器频率的1/3，占空比为33％。

⑩ INST 在读外部存储器时，此引脚输出高电平，表示是取指周期。

○11 NMI 非屏蔽中断信号输入端。

当此引脚有正跳变时，监视定时器复位，同时形成一个指向片外存储器0000H 单元的中断矢量，而外部存储器0000H ～00FFH 是保留给Intel 开发系统用的。

○12 BUSWIDTH 或TEST 对8×9×BH 、8×9×JF 系列产品为BUSWIDTH ，是总线宽度选择输入端。

若芯片配置寄存器CCR.l=1，则运行中总线宽度取决于BUSWIDTH 的逻辑值：为“1”，选择16位总线；为“0”，选择8位总线。

若CCR.l=0，则总线宽度总是8位。

此引脚不连时，靠内部把它拉到V CC 电平。

对其余产品为TEST ，是测试控制端。

若此引脚为低，则芯片进入生产测试方式；而正常工作时，此引脚应接V CC 。

○13 EA 存储器选择输入端。

EA 访问部存储器的2000H ～3FFFH （或5FFFH ）单元。

EA ，访问外部存储器。

EA ，进入编程工作方式。

该引脚有内部下拉电阻，若无外部驱动，则总保持低电平。

○14 RESET 复位信号输入端。

○15 READY 准备就绪信号输入端。

用来延长外部存储器访问周期，以便与慢速或动态存储器接口，或为了总线共享。

○16 HIS 高速输入器的输入端，共4个，标为HIS.0～HIS.3，其中HIS.2和HIS.3分别与HSO.4和HSO.5合用。

○17 HSO 高速输出器的输出端，共6个，标为HSO.0～HSO.5。

○18 P0 8位高阻抗输入口。

可作数字量输入口，也可作A/D 转换器的模拟输入口（ACH0～ACH7）。

对EPROM 型产品，在编程时P0.4～P0.7，又可用作方式选择输入端（PMOD.0～PMOD.3）。

○19 P1 8位准双向I/O 口。

○20 P2 8位多功能口。

其中P2.0～P2.5是多功能的，依次兼用作串行口发送端TXD 、串行口接收端RXD 、外部中断请求端EXTINT 、定时器2外部时钟输入端T2CLK、定时器2复位端T2RST和脉宽调制信号输出端PWM。

P2.6、P2.7为准双向I/O口。

○21P3和P4 具有漏极开路输出的8位双向口。

主要用于地址/数据分时复用总线。

○22ALE/ADV地址锁存允许（ALE）或地址有效输出（ADV），由CCR.3选择，两者都用于锁存地址/数据总线上的地址信号。

○23RD外部存储器的读选通信号输出端。

○24WR/WRL外部存储器写选通或外部存储器低位字节写选通信号输出端。

○25BHE/WRH总线高位字节允许或外部存储器高位字节写选通信号输出端，由CCR.2选择。

三、输入/输出口及其控制和状态寄存器（一）输入/输出口MCS-96有5个8位并行I/O口：P0口：只用于输入。

也可用作8路A/D转换器模拟量信号的输入口线ACH0～ACH7。

P1口：准双向口。

P2口：多功能双向口。

P3口、P4口：在访问外部存储器时用作系统的地址/数据总线。

（二）输入/输出控制、状态寄存器MCS-96中有2个I/O控制寄存器IOC0、IOCl，以及2个状态寄存器IOS0、IOS1。

1.I/O控制器0（IOC0）2.I/O控制器1（IOC1）3.I/O状态寄存器0（IOS0）4.I/O状态寄存器1（IOS1）IOC寄存器和IOS寄存器的各位定义详见教材P×～P×。

§10-3 存储器空间与总线控制MCS- 96的存储器是采用程序存储器和数据存储器合二为一的普林斯顿结构，直接寻址范围为64KB，存储器的空间分配见教材图。

一、存储器空间分配（一）内部RAM空间00H～0FFH为内部RAM空间：（1）00H～l7H为24个特殊功能专用寄存器；（2）18H和l9H用于存放堆栈指针；（3）lAH～0FFH可自由地作通用寄存器用；。

（4）寄存器阵列的顶部16字节（00F0H～00FFH）；（5）如果对00H～FFH单元进行取指操作，该256个单元的外部存储器是由Intel 公司的开发系统使用。

（6）8×9×JF芯片中增加了额外的内部RAM；（二）保留的存储器空间（1）0100H～lFFDH和4000H～0FFFFH对8×9×JF（0200H～lFFDH和6000H～0FFFFH）为外部存储器和I/O使用，可配EPROM或数据存储器RAM。

（2）1FFEH和lFFFH单元被保留作P3和P4口的映射地址。

（3）2000H～20llH单元存放9个中断矢量，每个中断矢量对应着一个中断服务程序的入口地址，占2个字节。

其中第9个中断矢量用于开发系统，用户不能使用。

（4）2018H单元是芯片配置字节CCB。

（5）20lAH和20lBH放置自跳转操作码，用于EPROM编程。

（6）2020H～202FH是密钥，用于ROM加锁功能。

（7）2012H～207FH被保留用于Intel工厂测试码。

（8）2000H～207FH区间内尚未定义的所有单元被Intel公司所保留，用于未来产品开发。

（9）2080H是复位后取指的起始单元地址。

（三）内部ROM/EPROM二、存储器控制器存储器控制器是用于管理RALU与内部、外部存储器（除00H～0FFH单元）之间的通信。

三、系统总线MCS-96系列产品内设有一个存放芯片操作方式信息的寄存器CCR。

通过CCR选择不同的操作方式，可以简化存储器系统、接口要求和总线控制等。

（一）芯片配置寄存器CCR（二）总线宽度选择MCS-96外部总线宽度可以在运行中动态地改变配置，配置成标准的16位分时切换的地址/数据总线，或配置成8098最小方式型的16位地址/8位数据总线。

（三）总线控制通过CCR，MCS-96可提供4种类型的总线控制信号：表10-1 总线工作方式§10-4 中断系统和定时器一、中断源MCS-96单片机供用户可用的中断类型有8种，包括两个外部中断（EXTINT和HIS.0）和6个内部中断。

有些中断又有若干个中断请求，这样从某种意义上说有20多个中断源。

二、中断控制MCS-96单片机系统中，与中断控制有关的寄存器共有3个，即中断悬挂寄存器INT-PENDING 、中断屏蔽寄存器INT-MASK 和程序状态字PSW 。

1． 中断悬挂寄存器INT-PENDING ； 2． 中断屏蔽寄存器INT-MASK ；3．中断总禁止，由PSW 寄存器确定； 三、定时器MCS-96单片机有3个16位定时器：定时器T1、定时器T2和监视定时器WATCHDOG 。