第1章單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

單片機(jī)原理與應(yīng)用MCS-51單片機(jī)的組成

什么是單片機(jī)？即單片計(jì)算機(jī)(SingleChipComputer)：是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器(RAM:RandomAccessMemory)、只讀存儲(chǔ)器(ROM:ReadOnlyMemory)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(Timer/Counter)以及輸入/輸出(Input/Output)接口電路等計(jì)算機(jī)主要部件，集成在一塊芯片上的計(jì)算機(jī)。單片機(jī)主要用于控制領(lǐng)域，目前國(guó)際上統(tǒng)稱(chēng)微控制器(Microcontroller)。雖然單片機(jī)只是一個(gè)芯片，但從組成與功能來(lái)看，單片機(jī)具有計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)。INT0INT1TXDRXDT0P3P2P1P0T1CPUROMRAM定時(shí)器/計(jì)數(shù)器并行接口串行接口中斷系統(tǒng)時(shí)鐘電路8051系統(tǒng)總線晶體振蕩器8051內(nèi)核的基本結(jié)構(gòu)框圖

單片機(jī)的特點(diǎn)（1）體積小、重量輕、功耗低、功能強(qiáng)、性?xún)r(jià)比高。（2）數(shù)據(jù)大都在單片機(jī)內(nèi)部傳送，運(yùn)行速度快，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。（3）結(jié)構(gòu)靈活，易于組成各種單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。（4）應(yīng)用廣泛，既可用于工業(yè)自動(dòng)控制等場(chǎng)合，又可用于測(cè)量?jī)x器、醫(yī)療儀器及家用電器等領(lǐng)域。

按數(shù)據(jù)總線位數(shù)分類(lèi)：4位、8位、16位、32位單片機(jī)

8051系列單片機(jī)。Intel:8051/8031/8751/8052/80C51…。Atmel:89C51/89C52/89S51/AT89C2051。

MCS-96系列單片機(jī)。16位。1983年推出。8路A/D轉(zhuǎn)換器，8位PWM,高速輸入輸出口(HSIO),16位監(jiān)視定時(shí)器。隨后推出80C196。

Motorola公司68HC05/68HC11系列單片機(jī)。

Freescale(飛思卡爾)MC9S08,8位

MC9S12,16位

68K,32位8051單片機(jī)常用系列8051單片機(jī)系列

8051系列分為51和52兩個(gè)子系列，其中51子系列是基本型，而52子系列屬于增強(qiáng)型。

資源配置子系列片內(nèi)ROM的形式片內(nèi)ROM容量片內(nèi)RAM容量定時(shí)器與計(jì)數(shù)器中斷源無(wú)ROMEPROME2PROM8×51系列80318051875189514KB128B2×1658×C51系列80C3180C5187C5189C514KB128B2×1658×52系列80328052875289528KB256B3×1668×C252系列80C23280C25287C25289C2528KB256B3×167單片機(jī)應(yīng)用無(wú)孔不入?？捎糜诠I(yè)測(cè)控、儀器儀表、家用電器、通信、日用電器、計(jì)算機(jī)外設(shè)等。單片機(jī)的應(yīng)用

一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例及單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程例1-1要求用單片機(jī)制作一個(gè)LED指示燈，讓LED發(fā)光二極管不斷地閃爍。這是單片機(jī)應(yīng)用的一個(gè)最簡(jiǎn)單實(shí)例。硬件電路如圖1-3所示。圖1-3LED指示燈閃爍電路匯編語(yǔ)言程序

ORG 0000H ;單片機(jī)復(fù)位從0000H地址開(kāi)始執(zhí)行程序START:CLR P1.2 ;將P1.2引腳設(shè)置為低電平，LED發(fā)光二極管亮

ACALL DELAY ;調(diào)用子程序，延時(shí)200ms SETB P1.2 ;將P1.2引腳設(shè)置為高電平，

;LED發(fā)光二極管滅

ACALL DELAY ;調(diào)用子程序，延時(shí)200ms SJMP START ;跳轉(zhuǎn)循環(huán)執(zhí)行DELAY:MOV R6,#200;200ms延時(shí)子程序DL1: MOV R5,#250 DL2： NOP ;1μs NOP ;1μs DJNZ R5,DL2;2μs內(nèi)循環(huán)延時(shí)大約4*250*1μs=1ms DJNZ R6,DL1;雙重循環(huán)共延時(shí)大約200*1ms=200ms RET END數(shù)制及編碼數(shù)制

十進(jìn)制

數(shù)字符號(hào)：0～9規(guī)則：逢十進(jìn)一。例：1986.5=1×103+9×102+8×101+6×100+5×10-1

加權(quán)展開(kāi)式以10為基數(shù)，各位系數(shù)為0～9。一般表達(dá)式：

XD=xm×10m+…+x0×100+x-1×10-1+…二進(jìn)制

數(shù)字符號(hào)：0、1規(guī)則：逢二進(jìn)一。

例：1101.101=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-3

加權(quán)展開(kāi)式以2為基數(shù)，各位系數(shù)為0、1。

一般表達(dá)式：

X=xm×2m+…+x0×20+x-1×2-1+…

使用十進(jìn)制數(shù)，每位數(shù)字有0~9十個(gè)數(shù)字狀態(tài)，在電路上難以實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)中廣泛使用二數(shù)制，因?yàn)閿?shù)字電路中容易實(shí)現(xiàn)0、1兩種狀態(tài)，如電路的開(kāi)與關(guān)，晶體管的飽和導(dǎo)通與截止。二進(jìn)制書(shū)寫(xiě)麻煩，十六進(jìn)制是人們?cè)谟?jì)算機(jī)指令代碼和數(shù)據(jù)的書(shū)寫(xiě)中經(jīng)常使用的數(shù)制。十六進(jìn)制數(shù)字符號(hào)：0～9、A～F規(guī)則：逢十六進(jìn)一。

例：DFC.8=13×162+15×161+12×160+8×16-1

展開(kāi)式以十六為基數(shù)，各位系數(shù)為0～9，A～F。

一般表達(dá)式：

X=xm×16m+…+x0×160+x-1×16-1+…為避免混淆，采用后綴表示不同進(jìn)制。B:表示二進(jìn)制(Binary)。例如11.1B或(11.1)2H:表示16進(jìn)制(Hexadecimal)。例如10HD:表示十進(jìn)制(Decimal)。例如10D(D也可省略)各種進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換

十制數(shù)人們使用方便，計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制，16進(jìn)制是二進(jìn)制的簡(jiǎn)便形式。各種進(jìn)制需要轉(zhuǎn)換。各種進(jìn)制數(shù)碼對(duì)照表

十進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制00000B0H91001B9H10001B1H101010BAH20010B2H111011BBH30011B3H121100BCH40100B4H131101BDH50101B5H141110BEH60110B6H151111BFH70111B7H1610000B10H81000B8H1710001B11H二進(jìn)制與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

24=16，四位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)一位十六進(jìn)制數(shù)。

例：

3AF.2H=0011

1010

1111.0010=1110101111.001B 3AF2

111

1101.11B

=0111

1101.1100=7D.CH

7DC二進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)

按權(quán)值展開(kāi)，然后按照十進(jìn)制運(yùn)算法則求和。例：

1011.1010B=1×23+1×21+1×20+1×2-1+1×2-3=11.625DFC.8H=13×162+15×161+12×160+8×16-1=3580.5十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、十六進(jìn)制數(shù)整數(shù)轉(zhuǎn)換法

“除基取余”：十進(jìn)制整數(shù)不斷除以轉(zhuǎn)換進(jìn)制基數(shù)，直至商為0。每除一次取一個(gè)余數(shù)，從低位排向高位。例：

（a）39轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

39=100111B 2 391（b0） 2 191（b1） 2 91（b2） 2 40（b3） 2 20（b4） 2 11（b5） 00（b）208轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)

208=D0H=1101000B16208余01613余13D 0小數(shù)轉(zhuǎn)換法

“乘基取整”：十進(jìn)制純小數(shù)不斷乘以轉(zhuǎn)換進(jìn)制基數(shù)，直至滿(mǎn)意的精度。每乘一次取一位整數(shù)，從高位排向低位。例：將十進(jìn)制數(shù)0.625轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。所以（0.625）D=0.101B1.有符號(hào)數(shù)的表示法機(jī)器數(shù):一個(gè)數(shù)放在計(jì)算機(jī)中的形式。機(jī)器數(shù)表示的實(shí)際數(shù)本身的大小，為機(jī)器數(shù)的真值（通常用十進(jìn)制表示）。一個(gè)有符號(hào)數(shù)，由于編碼不同，可有幾種機(jī)器數(shù)。反之一個(gè)機(jī)器數(shù)，由于編碼不同，可以代表幾種真值。1.6.2編碼

計(jì)算機(jī)中的數(shù)即機(jī)器數(shù)，可以代表無(wú)符號(hào)數(shù)，也可以代表有符號(hào)數(shù)，有時(shí)還可以代表字符，究竟代表什么由編程者確定。符號(hào)數(shù)的表示方法表

真值原碼反碼補(bǔ)碼+12701111111B01111111B01111111B（7FH）+100000001B00000001B00000001B（01H）+000000000B00000000B00000000B（00H）-010000000B11111111B00000000B（00H）-110000001B11111110B11111111B（FFH）-12711111111B10000000B10000001B（81H）-128------------------10000000B（80H）原碼

對(duì)于帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)，直接用最高位表示數(shù)的符號(hào)，數(shù)值用其絕對(duì)值表示的形式稱(chēng)為原碼。正數(shù)的符號(hào)位用0表示，負(fù)數(shù)的符號(hào)位用1表示。

例，x=114,[x]原

=01110010B x=-114,[x]原=11110010B

這里，最高位為符號(hào)位，后面7位為數(shù)值位。若字長(zhǎng)為16位，那么后面的15位為數(shù)值部分。

8位二進(jìn)制原碼表示數(shù)的范圍是-127~+127(11111111~01111111)。0的原碼有兩種：

[+0]原

=00000000B [-0]原=10000000B 反碼

正數(shù)的反碼與原碼相同。負(fù)數(shù)的反碼，符號(hào)位為1，數(shù)值位將其原碼數(shù)值位按位取反。

例，x=-4,[-4]反

=11111011B x=-0,[-0]反=11111111B x=+4,[4]反=00000100B x=+0,[+0]反=00000000B

8位二進(jìn)制反碼表示數(shù)的范圍也是-127~+127(10000000~01111111)

。0的反碼也有兩種。補(bǔ)碼

正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼或反碼相同。負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為其反碼加1。計(jì)算機(jī)一般采用補(bǔ)碼表示帶符號(hào)數(shù)。

例，x=+4,[+4]補(bǔ)=[+4]原=00000100Bx=-4,[-4]補(bǔ)=[-4]反

+1=11111100B x=+0,[+0]補(bǔ)=[+0]反=00000000B x=-0,[-0]補(bǔ)=[-0]反+1=00000000B

x=-127,[x]補(bǔ)=10000001

x=-128,[x]補(bǔ)=10000000（規(guī)定）

8位二進(jìn)制補(bǔ)碼的特點(diǎn)：

(1)8位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示數(shù)的范圍是-128~+127(10000000~01111111)。

(2)0的補(bǔ)碼只有一種形式。

(3)[x]原=[[x]補(bǔ)]補(bǔ)。

(4)利用補(bǔ)碼可以把減法變?yōu)榧臃?。同時(shí)符號(hào)位連同數(shù)值可以一起參加運(yùn)算。

例，x=24-10=14

可以用補(bǔ)碼計(jì)算。[x]補(bǔ)=[24]補(bǔ)+[-10]補(bǔ)

00011000[24]補(bǔ)

+11110110[-10]補(bǔ)

100001110[14]補(bǔ)

最高位的進(jìn)位1，自然丟失。結(jié)果一樣。

鐘表的例子。滿(mǎn)刻度為12小時(shí)（12進(jìn)制），相當(dāng)于回到起點(diǎn)。19點(diǎn)相當(dāng)于晚上7點(diǎn)。9點(diǎn)要調(diào)到7點(diǎn)，可以向前撥增加10個(gè)小時(shí)，也可以向后撥減少2個(gè)小時(shí)。即 9-2=7 9+10=19=12+7=7模(Mod)12

8位二進(jìn)制補(bǔ)碼的其他求法：16進(jìn)制如[-1]補(bǔ)=0-1=100H-1=FFH=11111111B8位與16位二進(jìn)制數(shù)表示的范圍8位二進(jìn)制數(shù)表示的范圍無(wú)符號(hào)數(shù)：00000000~11111111B,0~255,0~FFH16位二進(jìn)制數(shù)表示的范圍帶符號(hào)數(shù)：

原碼：00000000~11111111B,-127~+127，

反碼：00000000~11111111B,-127~+127，

補(bǔ)碼：00000000~11111111B,-128~+127無(wú)符號(hào)數(shù)：0~FFFFH，0~65535帶符號(hào)數(shù)補(bǔ)碼：8000H(-32768)~7FFFH(32767)2.BCD碼（二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)）

計(jì)算機(jī)除了能對(duì)二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行運(yùn)算處理外，還要能對(duì)各種字符、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等信息進(jìn)行識(shí)別處理，這些字符在計(jì)算機(jī)中也用二進(jìn)制代碼表示，稱(chēng)為二進(jìn)制編碼。

用二進(jìn)制碼表示十進(jìn)制數(shù)的代碼稱(chēng)為BCD碼(BinaryCodedDecimal)。常用8421BCD碼。其編碼規(guī)則見(jiàn)下表。BCD碼與十進(jìn)制數(shù)相互轉(zhuǎn)換方便。四位二進(jìn)制代表一位十進(jìn)制數(shù)。十進(jìn)制數(shù)BCD碼十進(jìn)制數(shù)BCD碼00000B50101B10001B60110B20010B70111B30011B81000B40100B91001B8421BCD碼表

例，十進(jìn)制數(shù)2547的BCD為