1. 大鳥實驗室
2. 雷兒電子電機工程協會
3. 南台科大機電科－單晶片原理與應用
4. 崑山科大電子系－單晶片8051教學網頁
5. 工程師的家 (KEIL C Compiler)

1. 每一個 machine cycle 採樣一次訊號。
2. 當中斷腳 (INT0) 被觸發後，若已在中斷致能 (EX0=1) 情況下，則中斷要求旗標 (IE0) 會設立為 1，再產生中斷。當 CPU 呼叫中斷服務程式，即自動清除 IE0 並執行中斷程式。嚴格的說，是由 IE0 旗標要求中斷，而非 INT0 腳直接要求，故 8051 亦可直接以指令設定 IE0 而產生中斷 0。
3. 當我使用 falling edge-triggered 時，把 P3_2(INT0) 設成 0 時，發現中斷不再產生；重設成 1 後，中斷就會產生，不知啥原因。

triggered mode (觸發模式)

mode	ITx	IEx	說明
falling edge-triggered	1	clear	只有當訊號從 high 變成 low 時會產生觸發。
low level-triggered	0	hold	當訊號一直為 low 時會一直產生觸發，直到訊號變成 high。

edge-triggered (邊綠觸發)

1. rising edge-triggered (正緣觸發)
   當訊號從 low 變成 high 時會產生觸發。
2. falling edge-triggered (負緣觸發)
   當訊號從 high 變成 low 時會產生觸發。

一般來說，要取得 delay_1ms 的函數有幾種方法。

1. 利用 timer 中斷來取得。
2. 利用 while loop 來取得，但是要算出 while loop 的數值，通常使用示波器來輔助求得。

使用第一項方式會浪費掉一個 timer，使用第二個方法又很麻煩(因為不會用示波器)。所以我就想利用 printf 加上 timer 來算出 while loop 的數值。程式如下：

#define CNT 100 void delay_1ms(int msec) { int i; while(msec--) { i = CNT; while(i--); } } void main(void) { long time, cnt; uart_init(); while (1) { TMOD = 0x01; TH0 = 0; TL0 = 0; TR0 = 1; delay_1ms(1); TR0 = 0; time = (TH0*256L + TL0) * 12L / 40L; cnt = 1000l * (long)CNT / time; printf("\n\rtime0 = %d,%d,%ld,%ld\n\r", TH0, TL0, time, cnt); getchar(); } }

計算過程

1. 首先 delay_1ms 中的 i 值先給 100，燒進去執行。
2. 取得 TH0, TL0，利用 timer 公式 (TH0*256+TL0)*12/Fosc，計算出 100 次要花多少 t 時間。
3. 再利用公式 t/i0 = 1ms/i1，i1=1ms*i0/t，取得下一次要填入的 i1 值。
4. 再次重覆計算，直到 i 值不變或 t>1ms 為止。

範例：W79L632A@40MHz

1. TH0=2, TL0=75, t=176.1 us, i1=567.8591 取 568。
2. TH0=12, TL0=168, t=972 us, i1=584.3621 取 584。
3. TH0=13, TL0=3, t=999.3 us, i1=584.4090 取 585。
4. TH0=13, TL0=8, t=1000.8 us, i 值設定成 585。
5. 同樣的硬體，同樣的 source code，使用 keil C51，計算出來的值卻是 711，由此可見 keil C51 跑得比較快??
6. 最近又從別人的 code 發現，其實在 i=CNT 前加入 nop 指令可以用來增加準確度到 1us 喔，當然 nop 數量的多寡要經由測試才能得知，有興趣的人自己試看看吧。

測試誤差

void delay_1ms(int msec) { int i; while(msec--) { i = 585; while(i--); } } void main(void) { long time; int cnt=20; uart_init(); while (cnt--) { TMOD = 0x01; TH0 = 0; TL0 = 0; TR0 = 1; delay_1ms(cnt); TR0 = 0; time = (TH0*256L + TL0) * 12L / 40L; printf("\n\rtime0 = %d,%d,%ld,%d", TH0, TL0, time, cnt); } }

Keil-C 怪怪的問題

最近玩 mstar 的晶片，改用 Keil C 來測這個程式，結果發現一個怪異現象，就是每次 printf 出來的 TH0 都是 16bit 的數值，而 TL0 卻總是 0，time,cnt 算出的值也不對，真是莫明奇怪。後來發現把 TH0, TL0 放入 int 變數就正常了，如果放入 char 變數也是不對。由此證明 keil 在 char 變數的四則運算有點問題喔。

#define CNT 100 void delay_1ms(int msec) { int i; while(msec--) { i = CNT; while(i--); } } void main(void) { long time, cnt; int a, b; uart_init(); while (1) { TMOD = 0x01; TH0 = 0; TL0 = 0; TR0 = 1; delay_1ms(1); TR0 = 0; a=TH0; b=TL0; time = (a*256L + b) * 12L / 40L; cnt = 1000l * (long)CNT / time; printf("\n\rtime0 = %d,%d,%ld,%ld\n\r", a, b, time, cnt); getchar(); } }

這裏演示一下 8052 console interface 的做法，包含解析 ANSI escape code 的做法。
原始碼下載

全域變數

1. char g_cmd_line[SZ_CMD_LINE+1];
   記錄指令輸入的暫存字串，SZ_CMD_LINE 不可大於 128。
2. char g_position；
   記錄游標位置。
3. char g_ansi_digit;
   記錄 ANSI escape code 的數字部位。
4. bit g_ansi_mode;
   記錄是否進入 ANSI escape sequence 解析模式。
5. char (*fp_parse_ansi)(char escape);
   記錄使用 ANSI 解析的函數。

console init

1. 清除營幕所有東西，並回到左上角的位置，最後顯示提示字元。

void console_init(void) { g_cmd_line[0] = 0; g_ansi_mode = 0; g_position = 0; printf_small("\033[2J"); printf_small("\033[H"); printf_small("\r\n # "); }

console routine process

1. 讀取輸入字元。
2. 進入 ANSI escape code parse 或解析輸入字元。
3. '\r': 輸入完成，解析輸入字串。
4. 0x07: beep char，輸出錯誤嗚叫聲。
5. '\t': 忽略定位字元。
6. '\b', 0x7f: 刪除字元。
7. '\033': 進入 ANSI escape sequence mode。
8. default: 記錄字元並顯示在營幕上。

void console_process(void) { char ch=getchar(); if (g_ansi_mode) { ch = fp_parse_ansi(ch); } switch (ch) { case '\r': if (g_position > 0) { console_parse(); g_position = 0; } printf_small("\r\n # "); break; case 0x07: /* beep */ putchar(ch); break; case '\t': /* tab */ break; case '\b': /* backspace */ case 0x7f: /* delete */ delete_char(); break; case '\033':/* escape */ g_ansi_mode = 1; fp_parse_ansi = parse_ansi; break; default: if (isprint(ch)) { putchar(ch); insert_char(ch); } } }

console parse

1. 取得 command id，並依 command id 執行相關程式。

void console_parse(void) { char cmid; char *next; g_cmd_line[g_position] = 0; next = parse_command(&cmid, g_cmd_line, g_main_command); switch (cmid) { case -1: // null string printf_small(c_return); break; case CMID_HELP: printf_small("\n\r\tHELP\t\t\thelp message"); printf_small("\n\r\tDUMP [addr] [len]\tdump code data"); break; case CMID_DUMP: dump_codedata(next); break; default: printf_small(c_error); break; } }

parse command

1. 取得 command id，並回傳下一個參數字串指標。

char *parse_command(char *cmid, char *src, struct s_cmd *command) { char i; char *cmd, *next; // check null string cmd = clear_space(src); if (*cmd == 0) { *cmid = -1; return src; } // get command id next = next_string(cmd); for (i=0; command->cmd_id != CMID_MAX; i++) { if (strcmp(cmd, command->cmd_string) == 0) break; command++; } *cmid = command->cmd_id; return next; }

next string

1. 取得參數字串並補上 \0 字元，並回傳下一個參數字串指標。

char *next_string(char *next) { while (*next) { if (*next == ' ') break; next++; } if (*next == ' ') { *next = 0; next++; } return next; }

clear space

1. 清除空白字元，並回傳參數字串指標。

char *clear_space(char *src) { while (*src) { if (*src != ' ') break; src++; } return src; }

parse ansi code

1. 解析 ANSI escape code 第一個字元。

char parse_ansi(char ch) { if (ch == 'O') { fp_parse_ansi = parse_func; } else if (ch == '[') { fp_parse_ansi = parse_bracket; } else { return 0x07; } return 0; }

parse bracket

1. 解析 ANSI escape code 第二個字元。

char parse_bracket(char ch) { if (isdigit(ch)) { g_ansi_digit = ch - '0'; fp_parse_ansi = parse_digit; return 0; } // parse bracket g_ansi_mode = 0; switch (ch) { case 'A': // move up case 'B': // move down break; case 'C': // move right putchar(' '); insert_char(' '); break; case 'D': // move left delete_char(); break; default: return 0x07; } return 0; }

parse bracket

1. 解析 ANSI escape code 第二個字元，這一個函數是針對 windows 的超級終端機所做的，標準 ANSI escape code 好像沒有。

char parse_func(char ch) { g_ansi_mode = 0; switch (ch) { case 'P': /* F1 */ case 'Q': /* F2 */ case 'R': /* F3 */ case 'S': /* F4 */ break; default: return 0x07; } return 0; }

parse bracket

1. 解析 ANSI escape code 數字。

char parse_digit(char ch) { if (ch != 0x7e) { if (isdigit(ch)) { g_ansi_digit = g_ansi_digit * 10 + ch - '0'; return 0; } else { g_ansi_mode = 0; return 0x07; } } // parse digit g_ansi_mode = 0; switch (g_ansi_digit) { case 1: /* home */ g_position = 0; puts("\r # "); puts("\033[K"); break; case 3: /* delete */ delete_char(); break; case 11: /* F1 */ case 24: /* F12 */ break; default: return 0x07; } return 0; }

記憶體種類

type	SDCC	instruction	size	addressing
(A) program	__code	MOVC	64K	index direct
(B) external	__xdata	MOVX	64K	indirect
(C) internal(80~FF)	__idata	MOV	128	indirect
(C) SFR(80~FF)	__sfr	MOV	128	direct
(C) internal(0~7F)	__data	MOV	128	direct/indirect

記憶體定址

type	read	write	register
direct	MOV Rn,direct MOV direct,direct	MOV direct,Rn MOV direct,@DPTR MOV direct,#data	R0~R7,A
indirect	MOV direct,@Ri MOVX A,@DPTR	MOV @Ri,direct MOVX @DPTR,A MOV @Ri,#data	R0,R1,DPTR,A
index direct	MOV A,#30h MOV DPTR,#300H MOVC A,@A+DPTR	X	A,DPTR

1. Ri=R0,R1，Rn=R0~R7。
2. 索引定址法 (index direct) 只能用在程式記憶體，而且不能寫入，只能讀取到 A。
3. 外部記憶體只能使用間接定址法 (indirect)，而且只能透過 Ri/DPTR/A 三者傳遞數值，如果要寫入數值，只能把值先存入 A，再由 A 寫入 DPTR/Ri。
4. 內部記憶體不論間接或直接都可以直接把數值寫入，不需要透過 A，當然要經由 A 也是可以。

ALE/PROG 地址使能信号端

1. 8051外接RAM/ROM时，ALE接地址器（8282）的STB脚，（74373）的EN脚，当CPU对外部存储器进行存取时，用以锁住地址的低位地址。
2. 8051未外接RAM/ROM时，ALE脚会有1/6晶体振荡频率，可作为外部时钟。
3. 在烧写EPROM时，ALE作为烧写时钟的输入端。

PSEN 程序储存使能端

1. 内部程序存储器读取，不动作。
2. 外部程序存储器读取（ROM），在每个机器周期会动作两次。
3. 外部数据存储器读取（RAM），两个/PSEN脉冲被跳过不会输出。
4. 外接ROM时，与ROM的/OE脚连接。

EA/VPP

1. 接高电平时：CPU 读取内部程序存储器（ROM）。扩充外部 ROM，当读取内部程序存储器超过0FFFH（8051）、1FFFH（8052）时，自动读取外部ROM。
2. 接低电平时：CPU 读取外部程序存储器（ROM）。
3. 8751 烧写内部 EPROM 时，利用此脚 21V 的烧写电压。

RESET 复位引脚

1. 为高电平时（约2个机器周期），可将CPU复位。

P0

1. 外部扩充存储器时，作数据总线（D0~D7）。
2. 外部扩充存储器时，作地址总线（A0~A7）。
3. 不扩充时，作一般 I/O 使用，内部无上拉电阻，作为输出/输入使用时应加上拉电阻。

P1

1. 只作 I/O 口使用，有内部上拉电阻。

P2

1. 扩充外部存储器时，作地址总线（A8~A15）使用。
2. 不扩充时，作一般 I/O 口使用，有内部上拉电阻。

P3

1. 作一般 I/O 口使用，有内部上拉电阻。
2. 有一些特殊功能。

baudrate 推導過程，以 timer1 為 baudrate 產生器

1. baudrate 的單位為 bps 即每秒傳送多少 bits，反過來說傳送一個 bit 要花掉 1/baudrate 時間。
2. 根據上圖來看，每次 timer 溢位一次，總共要經下列關卡才會接收一個 bit。
   1. 假如 SMOD=0 要經過一個二的除法器。
   2. 再進入 clock 前要先經過一個 16 的除法器。
   3. 當 SMOD=0 需 16 * 2 的計時器溢位才會接收一個 bit。
   4. 當 SMOD=1 需 16 的計時器溢位才會接收一個 bit。
   5. 推導出，需 16 * 2 / 2^SMOD 的計時器溢位才會接收一個 bit。
3. 以 8-bit auto reload mode 來說，每一次溢位時間為 (256-TH1) * 12 / Fosc。
4. 每接受一個 bit 要花掉時間為 (16 * 2 / 2^SMOD) * ((256-TH1) * 12 / Fosc)。
5. 1/baudrate = (16 * 2 / 2^SMOD) * ((256-TH1) * 12 / Fosc)。
6. 1/baudrate = (32 / 2^SMOD) * ((256-TH1) * 12 / Fosc)。
7. baudrate = (2^SMOD * Fosc) / (384 * (256-TH1))。
8. 以 40MHz 為例，baudrate 最大值為 208333.33，最小值為 406.90。
9. Th1 = 256 - (2^SMOD * Fosc / baudrate / 384)。
10. 以 11.0592MHz 為例，baudrate=19200 及 SMOD=1 時，TH1 = 256 - (2*11059200/19200/384) = 256-3 = 253。
11. 以 11.0592MHz 為例，baudrate=9600 及 SMOD=0 時，TH1 = 256 - (11059200/9600/384) = 256-3 = 253。

1. SMO, SM1: serial port mode。

   SM0	SM1	mode	length	同步	baudrate
   0	0	0	8	同步	Fosc/12
   0	1	1	10	異步	time1
   1	0	2	11	異步	Fosc/32 or Fosc/64
   1	1	3	11	異步	time1

2. SM2: multiple processors communication。

   mode	SM2	action
   0	0	x
   1	1	收到有效的停止位元才會設定 RI。
   2,3	1	當 RB8=1 才會將值送入 SBUF，並設定 RI。

3. REN (Receive enable): REN=1 才會開啟 uart 接收功能。
4. TB8: 在模式 2,3 時，在 bit 9 要傳送的數值，軟體要手動設定。
5. RB8: 在模式 2,3 時，在 bit 9 所接收的數值。
6. TI: Transmit interrupt flag。 uart 送完資料就會設定這個旗標，須由軟體手動清除此旗標。
7. RI: Receive interrupt flag。 uart 收到資料就會設定這個旗標，須由軟體手動清除此旗標。

TMOD register 0x89 (timer/counter mode control register)

1. GATE = 1 需要 INTx 接腳為高電位才計時，GATE = 0 則不需要。
   
   也就是當 TRx=1 and GATE=0 開始計時，或者當 TRx=1 and GATE=1 and INTx=1 開始計時，其它條件都不計時。


2. C/T = 0 使用內部時脈，C/T = 1 使用外部時脈。
   
   Timer 的計時時脈來源有兩種，一種是 8051 單晶片的內部時脈也就是從 XTAL1 與 XTAL2 接腳所輸入的內部時脈，一種是從 T0 與 T1 接腳所輸入的外部時脈。所以一般來說設定成內部時脈時，稱為計時器，因為振盪器頻率固定可以當計時器用；而設定成外部時脈時，稱為計數器，因為不知使用者會接什麼裝置，但是都有計算次數功能。如果外部時脈也是接振盪器時，也可以算是計時器，只是沒人會如此做，因為直接使用內部時脈即可，可以省成本又可以多些腳位使用。


3. M1, M0: Mode Select bits:
   
   

   M1	M0	MODE
   0	0	13 位元計時器
   0	1	16 位元計時器
   1	0	8 位元自動重新載入
   1	1	兩個8位元計時器



4. 在 8051 單晶片使用內部時脈計時，會在每個機械週期值由〝1〞變為〝0〞時，將 Timer 的值累加1。也就是每一個 count 的時間為一個機械週期的時間，時間算法請見 8051 clock。


5. 當計時器溢位時(0xff->0x00)，會設置 TFx 為 1；如果 ETx 被設置成 1，則接著會進入中斷常式，並且把 TFx 設置為 0。

8 位元自動重新載入時間算法，以 40MHz 為例：

1. 當 TLx 從 0xff 變成 0x00 時，會產一個中斷，並且把 THx 載入 TLx 再繼續計數。所以產生中斷的次數為 256-THx。


2. 1 count = 12/40000000(s) = 12/40000(ms) = 12/40(us)，所以產生中斷的時間為 (256-THx) * 12/40。


3. 最大值為 (256-0)*12/40 = 76.8(us)，最小值為 (256-255)*12/40 = 0.3(us)。


4. 如果設定中斷時間為 60us 則 (256-THx) * 12/40 = 60，THx = 256 - 60*40/12 = 56。

1. 8051 的中斷服務功能，可使程式強制中斷去執行需要即時處理的副程式，進而提升執行效率。
2. 在 8051 中總共提供五個中斷來源。INT0，INT1，Timer0，Timer1，UART。
3. 中斷源在 8051 中都有相對應的旗標，當中斷條件產生時，中斷源就會使其相對應的旗標值設定為 1。8051 會在每一個機械週期檢查這些旗標的狀態，若系統允許相對的中斷源產生中斷，且該中斷相對應的旗標值亦為 1 時，則 8051 會在執行完目前正在執行的指令後，將程式在記憶體中的位址存入堆疊中，並產生中斷服務副程式的呼叫，跳到該中斷所對應之中斷向量位址去執行，8051 執行該中斷服務副程式，直到 RETI 指令後才結束中斷副程式，再從堆疊中取出先前存入的位址值繼續執行被中斷的程式。
4. 當一個中斷要求發生時，若中斷是被致能的，則 8051 會執行該中斷服務副程式。然而在執行中斷副程式中若有較高優先權的中斷源要求中斷，則 8051 會先暫停目前正在執行的中斷服務副程式，而立即執行這個較高優先權的中斷服務副程式。如果相同優先權或優先權較低的中斷源要求中斷，則 8051 將不予理會。另外，若兩中斷同時發生，則高優先權中斷源優先執行；但若優先權相同時，則依 INT0、Timer0、INT1、Timer1、UART 之順序先後執行。

中斷產生的要件

1. 沒有任何事情可以停止高優先權的中斷運行，即使是另一個擁有高優先權的中斷。
2. 一個擁有高優先權的中斷發生，可以強制停止另一個低優先權的中斷運行，讓自己先行。
3. 一個擁有低優先權的中斷發生，只能在沒有任何中斷運行的條件下，才可以執行。
4. 如果二個中斷同時發生，高優先權的中斷會先執行；如果是同樣優先權的中斷，則依 INT0、Timer0、INT1、Timer1、UART 之順序先後執行。

中斷發生時所做的事

1. Program Counter push 進堆疊裏，low-byte 最先。
2. 同一優先權及低優先權的中斷被阻塞。
3. 在時間及外部中斷發生時，相對應的中斷旗標會被自動清除。
4. Program Counter 轉換成相對應的中斷向量位置。
5. 執行中斷程式。

中斷結束時所做的事

1. Program Counter 堆疊裏 pop 出來。
2. 中斷旗標被恢復成中斷前的值。
3. 所以在時間及外部中斷發生時，中斷程式中就不需要為了防止再次中斷發生，而自己去操作中斷旗標。
4. 繼續執行中斷前的程式。

中斷必須保護的暫存器

1. ACC
2. B
3. DPTR (DPH/DPL)
4. PSW
5. R0~R7

中斷時 register bank 的使用

1. R0~R7 有 4 個 register bank 可以使用。
2. SDCC 發現你在中斷使用 bank0 時，都會對 R0~R7 做 push/pop 動作。
3. SDCC 發現你在中斷使用 bank1~3 時，不會對 R0~R7 做 push/pop 動作。
4. SDCC 的中斷函數跟 main 函數沒有放在一起編譯時，則不會有任何最佳化作用，也就是中斷必須保護的暫存器通通都會做 push/pop，表示 register bank 的使用無效。
5. 因為相同優先權不會互相中斷執行，所以相同優先權的 interrupt 可以使用同一個 bank。
6. 因為高優先權會中斷低優先權的執行，所以不同優先權的 interrupt 不可使用同一個 bank(bank0 除外)。
7. 最好按照下列方式使用：
   
   1. bank0: main routine
   2. bank1: low-priority interrupt
   3. bank2: high-priority interrupt
8. 如果要節省記憶體的使用，就全部用 bank0 吧。
   

1. 一個機械週期 (Machine Cycle) 是由 6 個狀態週期 (State) S1-S6 組成。而每一個狀態週期包含 2 個振盪週期分別稱為 Pl 與 P2 。
2. ALE (位址栓鎖致能)則是每 6 個振盪週期出現一次。
3. 當震盪器頻率 (crystal frequency) 為 12Mhz 時，表示一秒鐘能震盪 12000000 次，所以每震盪一次時間 (1 clock time) 為 1/12000000，而一個 machine cycyle 的時間需要 12 個振盪週期則為 12*1/12000000=1/1000000。
4. 當震盪器頻率 (crystal frequency) 為 40Mhz 時，表示一秒鐘能震盪 40000000 次，所以每震盪一次時間 (1 clock time) 為 1/40000000，而一個 machine cycyle 的時間需要 12 個振盪週期則為 12*1/40000000=3/10000000。
5. 一般每個指令需要二到三個 machine cycle 不等，每個 machine cycle 費時 12 個 clock，因此如果接上 12Mhz 的震盪器，則有 1 MIPS 的運算量。1T 或 4T，代表可在 1 個 clock 或 4 個 clock 完成一個 machine cycle。
6. 另一種說法，8051 的計數器是一個機器週期為一個 count，而一個機器週期費時 12 個 clock，所以說 counting at the rate of 1/12 of the clock speed，表示每秒只能計數 12000000/12 次；如果是 4T's 8051 則為 1/4 of the clock speed，表示每秒可以計數 12000000/4 次，比一般的 8051 快了三倍速度。
7. MIPS 即 Million Instructions Per Second 的簡稱，衡量計算機性能的指標之一。它表示單字長定點指令的平均執行速度。