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# CH7 課堂筆記

## MCS-51內部功能
### 外部程式記憶器與外部RAM
使用程式位址暫存器作為記憶器位址暫存器(RAM)
I/O埠0與2作為位址與資料匯流排
### 使用PSEN、RD、WR控制線
區分目前存取的記憶器為程式記憶器((PSEN啟動)或是資料記憶器((RD)或(WR)啟動)

## CPU時序
### 機器週期
一個機器週期(machine cycle)=12個時脈週期(clock cycle)
=>分為6個狀態，稱為S1~S6
=>每個狀態由2個clock cycle組成，稱為phase 1 (P1)與phase 2 (P2)

P1:算術與邏輯運算動作，P2:內部暫存器的轉移
ALE(Address Latch Enable): 位址栓鎖訊號，用於外部記憶體讀寫。

CPU在每一個機器週期的S1(S1 P2)與S4(S4 P2)狀態時
產生2個時脈週期的ALE訊號。

### 指令長度
1位元組(INC A)
2位元組(ADD A,#data)
3位元組(CJNE A,direct,disp8)
指令執行時間為1到2個機器週期
MUL與DIV為4個機器週期


## 硬體介面

### 支援接腳:
Vcc與GND(電源)、XTAL1、XTAL2(時脈輸入)、RST(reset)

### 4個並列I/O埠
***I/O埠0(P0.7~P0.0，雙向，8位元):***
輸出埠時，每一個接腳可以吸取8個TTL的輸入電流
輸入埠時，每一個接腳可當作高阻抗輸入端使用
存取外部程式或資料記憶器時，多工的低序位元組的位址匯流排與資料匯流排，且具有內部提升電路，將其提升到高電位
***I/O埠1(P1.7~P1.0，雙向，8位元):***
輸入埠，寫入1於I/O埠1接腳的門閂電路後，每一個I/O接腳均由內部的提升電阻器提升到高電位
輸出埠，每一個I/O接腳可以吸取或供給4個TTL的輸入電流
***I/O埠2(P2.7~P2.0，雙向，8位元):***
輸入埠，每一個I/O接腳在外部電路為低電位時，輸出𝐼_𝐼𝐿(內部有提升電路連接到電源)
輸出埠，每一個I/O接腳可以吸取或供給4個TTL的輸入電流
***I/O埠2(P2.7~P2.0，雙向，8位元):***
存取外部程式記憶器或是使用16位元的位址(MOVX @DPTR)存取外部RAM時，為高序位元組的位址匯流排
***I/O埠3(P3.7~P3.0，雙向，8位元):***
輸出埠，每一個I/O接腳可以吸取或供給4個TTL的輸入電流
輸入埠，每一個I/O接腳在外部電路為低電位時，輸出𝐼_𝐼𝐿(內部有提升電路連接到電源)
具備另一組副功能:規劃(寫入資料於程式記憶器或快閃記憶器)內部程式記憶器時，也當作某些控制信號的輸入端
I/O埠3的副功能 :

## 記憶器介面
### 可使用$\overline{(RD)}$與$\overline{(WR)}$直接存取64k($2^{16}$)位元組的外部RAM及使用$\overline{(PSEN)}$存取到64k($2^{16}$)位元組的程式記憶器

### MCS-51為一個8位元系統，當其存取記憶器的資料時，每次均為一個位元組
* 位址匯流排為16位元(A15~A0)
* 資料匯流排為8位元(D7~D0)

為將所有位址匯流排信號接腳、資料匯流排信號接腳、控制信號包裝在標準的PDIP內
低序的8條位址匯流排與資料匯流排以多工方式輸出
位址匯流排與資料匯流排與I/O port 0 和 2重疊使用相同的接腳

***($\overline{EA}$)(External access，輸入)(低電位啟動):***
只使用外部的程式記憶器，提供0000H~0FFFFH空間，接到低電位
接高電位時，同時使用內部與外部程式記憶器

***($\overline{RD}$)(Read，輸出)(低電位啟動):***
啟動時，表示MCS-51欲自資料匯流排(即記憶器或IO裝置中)中，讀取資料

***($\overline{WR}$)(Write，輸出)(低電位啟動):***
啟動時，寫入資料於資料匯流排中。當為低電位時，CPU的資料匯流排中含有正確的資料

***($\overline{PSEN}$)(program store enable，輸出)(低電位啟動):***
啟動時，指示正在讀取外部程式記憶器中的資料
每一個機器週期中均啟動兩次

***若維持在不啟動的狀態***
讀取內部程式記憶器中的資料

***ALE(address latch enable，輸出):***
指示MCS-51的位址/資料匯流排上的資料為成立的位址資料。

### ALE相關:
#### 正常指令執行期間(不存取外部RAM時)，持續輸出一個頻率為1/6系統時脈的脈波(可當作外部的時序信號或是時脈)
#### MOVX存取外部RAM時，第2個機器週期中，ALE只輸出一個脈波
#### 若不希望ALE持續輸出脈波
* 設定SFR中的8EH位置的位元0之值為1
* 只在MOVX或是MOVC執行時，才啟動而輸出適當的脈波
* 從高阻抗電路提升為高電位

### 中斷控制
#### 包含一個兩層次導向性優先權中斷系統
位於程式記憶器最底端的48個位元組$\overline{(INT0)}$、 $\overline{(INT1)}$
#### $\overline{(INT0)}$ (P3.2)與$\overline{(INT0)}$ (P3.3)(低電位啟動，輸入):可抑制式中斷輸入線
當兩信號為低電位時，且IE暫存器中對應的位元與EA位元值均為1時
CPU完成目前的指令執行後，將認知此中斷，並產生一個中斷程序

### 內部記憶體規劃
#### 內部含有0k~64k位元組的快閃記憶器或是EEPROM
包含規劃內部程式記憶器的相關控制信號與電路
ALE/$\overline{PROG}$ 與 ($\overline{EA}$)/$V_{pp}$
ALE/$\overline{PROG}$ (Program，輸入) :規劃內部程式記憶器時，由此接腳加入規劃脈波
$\overline{EA}$/$V_{pp}$(Program，輸入) :規劃內部程式記憶器時，此信號必須接於$V_{pp}$

## 晶片模組
### 單一模組

### 擴充(多重)

## 記憶器類型
### 提供獨立的資料記憶器與程式記憶器位址空間，各為64k位元組
* **內部程式記憶器與內部RAM**
用於需要小容量的資料記憶器之系統中，容量由8k到64k位元組不等
* **內部程式記憶器與外部RAM**
需要大容量的資料記憶器中，程式記憶器8k~64k位元組不等，容量最多為64k位元組
* **外部程式記憶器與外部RAM**
外部程式記憶器通常使用EEPROM或是快閃記憶器。有時也使用SRAM，以方便程式的下載與測試。外部RAM與程式記憶器容量最多個為64k位元組
* **內部程式記憶器與外部RAM及外部程式記憶器**
內部的程式記憶器儲存監督程式，而外部的程式記憶器儲存應用程式。外部RAM與程式記憶器可合併成一個SRAM

### RAM
SRAM(6264: 8k* 8；62256: 32k* 8)
於SRAM中，若只有一條讀取與寫入控制輸入線時，標示為R/$\overline{W}$
若被選取($\overline{CE}$為低電位) :
R/$\overline{W}$ =1，讀取，R/$\overline{W}$ =0，寫入
讀取與寫入控制信號各別使用一條輸入線，標示為$\overline{OE}$ 與 $\overline{WE}$

### SRAM元件被選取時
$\overline{(OE)}$ =0，讀取， $\overline{(WE)}$ = 0，寫入
兩者皆為1時，沒有任何動作
資料輸出端為高阻抗狀態
6246具有兩條晶片選擇輸入線($\overline{CE1}$ 與CE2)、各自的讀取與寫入控制輸入線($\overline{(OE)}$、$\overline{(WE)}$)
62256只有一條晶片選擇輸入線($\overline{(CE)}$ 與 $\overline{(OE)}$，$\overline{(WE)}$

### SRAM記憶器接腳分佈:
#### MCS-51的低序位元組與資料匯流排，是由I/O埠0以多工的方式依序輸出，必須使用門閂電路(74LS373)，藉著ALE控制信號鎖住低序位元組的位址

### 外部資料記憶器:
讀取週期中，由於$\overline{(WE)}$均保持在高電位，記憶器元件的$\overline{(WE)}$輸入端為高電位
* $\overline{(OE)}$輸入端由於$\overline{(RD)}$信號的加入而為低電位
* 若其$\overline{(CE1)}$輸入端也為低電位，該記憶器元件被致能，而輸出由位址線定址的記憶器位元組資料於資料匯流排上

寫入週期中，由於$\overline{(RD)}$信號均保持在高電位，記憶器元件的$\overline{(OE)}$輸入端為高電位，其輸出緩衝器處於關閉狀態

$\overline{WE}$輸入端由於$\overline{(WR)}$信號的加入而為低電位
* 若$\overline{(CE)}$輸入端也為低電位，該記憶器元件的寫入電路被致能
* 寫入資料匯流排上的資料於由位址線指定的記憶器元件位致中
### 快閃記憶器
#### 快閃記憶器接腳分布
#### SRAM 記憶器組織

### 外部程式記憶器