第1章单片机基础知识

单片机原理与应用MCS-51单片机的组成

什么是单片机？即单片计算机(SingleChipComputer)：是将中央处理器(CPU)、随机读写存储器(RAM:RandomAccessMemory)、只读存储器(ROM:ReadOnlyMemory)、定时器/计数器(Timer/Counter)以及输入/输出(Input/Output)接口电路等计算机主要部件，集成在一块芯片上的计算机。单片机主要用于控制领域，目前国际上统称微控制器(Microcontroller)。虽然单片机只是一个芯片，但从组成与功能来看，单片机具有计算机的特点。INT0INT1TXDRXDT0P3P2P1P0T1CPUROMRAM定时器/计数器并行接口串行接口中断系统时钟电路8051系统总线晶体振荡器8051内核的基本结构框图

单片机的特点（1）体积小、重量轻、功耗低、功能强、性价比高。（2）数据大都在单片机内部传送，运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高。（3）结构灵活，易于组成各种单片机应用系统。（4）应用广泛，既可用于工业自动控制等场合，又可用于测量仪器、医疗仪器及家用电器等领域。

按数据总线位数分类：4位、8位、16位、32位单片机

8051系列单片机。Intel:8051/8031/8751/8052/80C51…。Atmel:89C51/89C52/89S51/AT89C2051。

MCS-96系列单片机。16位。1983年推出。8路A/D转换器，8位PWM,高速输入输出口(HSIO),16位监视定时器。随后推出80C196。

Motorola公司68HC05/68HC11系列单片机。

Freescale(飞思卡尔)MC9S08,8位

MC9S12,16位

68K,32位8051单片机常用系列8051单片机系列

8051系列分为51和52两个子系列，其中51子系列是基本型，而52子系列属于增强型。

资源配置子系列片内ROM的形式片内ROM容量片内RAM容量定时器与计数器中断源无ROMEPROME2PROM8×51系列80318051875189514KB128B2×1658×C51系列80C3180C5187C5189C514KB128B2×1658×52系列80328052875289528KB256B3×1668×C252系列80C23280C25287C25289C2528KB256B3×167单片机应用无孔不入。可用于工业测控、仪器仪表、家用电器、通信、日用电器、计算机外设等。单片机的应用

一个简单实例及单片机应用系统开发过程例1-1要求用单片机制作一个LED指示灯，让LED发光二极管不断地闪烁。这是单片机应用的一个最简单实例。硬件电路如图1-3所示。图1-3LED指示灯闪烁电路汇编语言程序

ORG 0000H ;单片机复位从0000H地址开始执行程序START:CLR P1.2 ;将P1.2引脚设置为低电平，LED发光二极管亮

ACALL DELAY ;调用子程序，延时200ms SETB P1.2 ;将P1.2引脚设置为高电平，

;LED发光二极管灭

ACALL DELAY ;调用子程序，延时200ms SJMP START ;跳转循环执行DELAY:MOV R6,#200;200ms延时子程序DL1: MOV R5,#250 DL2： NOP ;1μs NOP ;1μs DJNZ R5,DL2;2μs内循环延时大约4*250*1μs=1ms DJNZ R6,DL1;双重循环共延时大约200*1ms=200ms RET END数制及编码数制

十进制

数字符号：0～9规则：逢十进一。例：1986.5=1×103+9×102+8×101+6×100+5×10-1

加权展开式以10为基数，各位系数为0～9。一般表达式：

XD=xm×10m+…+x0×100+x-1×10-1+…二进制

数字符号：0、1规则：逢二进一。

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

加权展开式以2为基数，各位系数为0、1。

一般表达式：

X=xm×2m+…+x0×20+x-1×2-1+…

使用十进制数，每位数字有0~9十个数字状态，在电路上难以实现。计算机中广泛使用二数制，因为数字电路中容易实现0、1两种状态，如电路的开与关，晶体管的饱和导通与截止。二进制书写麻烦，十六进制是人们在计算机指令代码和数据的书写中经常使用的数制。十六进制数字符号：0～9、A～F规则：逢十六进一。

例：DFC.8=13×162+15×161+12×160+8×16-1

展开式以十六为基数，各位系数为0～9，A～F。

一般表达式：

X=xm×16m+…+x0×160+x-1×16-1+…为避免混淆，采用后缀表示不同进制。B:表示二进制(Binary)。例如11.1B或(11.1)2H:表示16进制(Hexadecimal)。例如10HD:表示十进制(Decimal)。例如10D(D也可省略)各种进制数的转换

十制数人们使用方便，计算机采用二进制，16进制是二进制的简便形式。各种进制需要转换。各种进制数码对照表

十进制二进制十六进制十进制二进制十六进制00000B0H91001B9H10001B1H101010BAH20010B2H111011BBH30011B3H121100BCH40100B4H131101BDH50101B5H141110BEH60110B6H151111BFH70111B7H1610000B10H81000B8H1710001B11H二进制与十六进制数之间的转换

24=16，四位二进制数对应一位十六进制数。

例：

3AF.2H=0011

1010

1111.0010=1110101111.001B 3AF2

111

1101.11B

=0111

1101.1100=7D.CH

7DC二进制、十六进制数转换成十进制数

按权值展开，然后按照十进制运算法则求和。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=3580.5十进制数转换成二、十六进制数整数转换法

“除基取余”：十进制整数不断除以转换进制基数，直至商为0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。例：

（a）39转换成二进制数

39=100111B 2 391（b0） 2 191（b1） 2 91（b2） 2 40（b3） 2 20（b4） 2 11（b5） 00（b）208转换成十六进制数

208=D0H=1101000B16208余01613余13D 0小数转换法

“乘基取整”：十进制纯小数不断乘以转换进制基数，直至满意的精度。每乘一次取一位整数，从高位排向低位。例：将十进制数0.625转换成二进制数。所以（0.625）D=0.101B1.有符号数的表示法机器数:一个数放在计算机中的形式。机器数表示的实际数本身的大小，为机器数的真值（通常用十进制表示）。一个有符号数，由于编码不同，可有几种机器数。反之一个机器数，由于编码不同，可以代表几种真值。1.6.2编码

计算机中的数即机器数，可以代表无符号数，也可以代表有符号数，有时还可以代表字符，究竟代表什么由编程者确定。符号数的表示方法表

真值原码反码补码+12701111111B01111111B01111111B（7FH）+100000001B00000001B00000001B（01H）+000000000B00000000B00000000B（00H）-010000000B11111111B00000000B（00H）-110000001B11111110B11111111B（FFH）-12711111111B10000000B10000001B（81H）-128------------------10000000B（80H）原码

对于带符号二进制数，直接用最高位表示数的符号，数值用其绝对值表示的形式称为原码。正数的符号位用0表示，负数的符号位用1表示。

例，x=114,[x]原

=01110010B x=-114,[x]原=11110010B

这里，最高位为符号位，后面7位为数值位。若字长为16位，那么后面的15位为数值部分。

8位二进制原码表示数的范围是-127~+127(11111111~01111111)。0的原码有两种：

[+0]原

=00000000B [-0]原=10000000B 反码

正数的反码与原码相同。负数的反码，符号位为1，数值位将其原码数值位按位取反。

例，x=-4,[-4]反

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

8位二进制反码表示数的范围也是-127~+127(10000000~01111111)

。0的反码也有两种。补码

正数的补码与原码或反码相同。负数的补码为其反码加1。计算机一般采用补码表示带符号数。

例，x=+4,[+4]补=[+4]原=00000100Bx=-4,[-4]补=[-4]反

+1=11111100B x=+0,[+0]补=[+0]反=00000000B x=-0,[-0]补=[-0]反+1=00000000B

x=-127,[x]补=10000001

x=-128,[x]补=10000000（规定）

8位二进制补码的特点：

(1)8位二进制补码表示数的范围是-128~+127(10000000~01111111)。

(2)0的补码只有一种形式。

(3)[x]原=[[x]补]补。

(4)利用补码可以把减法变为加法。同时符号位连同数值可以一起参加运算。

例，x=24-10=14

可以用补码计算。[x]补=[24]补+[-10]补

00011000[24]补

+11110110[-10]补

100001110[14]补

最高位的进位1，自然丢失。结果一样。

钟表的例子。满刻度为12小时（12进制），相当于回到起点。19点相当于晚上7点。9点要调到7点，可以向前拨增加10个小时，也可以向后拨减少2个小时。即 9-2=7 9+10=19=12+7=7模(Mod)12

8位二进制补码的其他求法：16进制如[-1]补=0-1=100H-1=FFH=11111111B8位与16位二进制数表示的范围8位二进制数表示的范围无符号数：00000000~11111111B,0~255,0~FFH16位二进制数表示的范围带符号数：

原码：00000000~11111111B,-127~+127，

反码：00000000~11111111B,-127~+127，

补码：00000000~11111111B,-128~+127无符号数：0~FFFFH，0~65535带符号数补码：8000H(-32768)~7FFFH(32767)2.BCD码（二进制编码的十进制数）

计算机除了能对二进制数进行运算处理外，还要能对各种字符、标点符号等信息进行识别处理，这些字符在计算机中也用二进制代码表示，称为二进制编码。

用二进制码表示十进制数的代码称为BCD码(BinaryCodedDecimal)。常用8421BCD码。其编码规则见下表。BCD码与十进制数相互转换方便。四位二进制代表一位十进制数。十进制数BCD码十进制数BCD码00000B50101B10001B60110B20010B70111B30011B81000B40100B91001B8421BCD码表

例，十进制数2547的BCD为