单片机基础知识

微机原理及接口技术计算机与信息科学系蔡文培caiwp@.c学习目的•掌握单片机的硬件组成及工作原理；•学会运用指令系统和汇编语言进行程序设计；•熟悉各种典型的接口芯片、接口技术及应用。参考书吴金戌沈庆阳郭庭吉编著.

8051单片机实践与应用.清华大学出版社张迎新等编著.单片机初级教程-单片机基础，北京航空航天大学出版社。戴仙金主编.51单片机及其C语言程序开发实例.清华大学出版社课程介绍教材张毅刚、彭喜元编著.单片机原理及接口技术.人民邮电出版社，2009.7课时安排课堂：48学时实验：16学时学习要求做笔记、及时复习、独立按时完成作业、作好实验准备并独立完成。课程介绍单片机基础知识什么是单片机？单片机的特点、应用、发展概况基础知识

什么是单片机？什么是单片机？一、微型计算机基本结构硬件软件微型计算机系统

微型计算机（主机）外设运算器（ALU）控制器（CU）寄存器阵列键盘、鼠标显示器、打印机软驱、硬盘、光驱扫描仪、微处理器内存储器（ROMRAM）输入/输出（I/O）接口

系统软件应用（用户）软件什么是单片机？微型计算机的结构地址总线AB存储器I/O接口输入设备I/O接口输出设备

微处理器CPU数据总线DB控制总线CBI/O接口特点：以微处理器（CPU）为核心CPU与其他部件间通过三总线连接AB:AddressBusDB:DataBusCB:ControlBus什么是单片机？将CPU及部分存储器、定时器/计数器以及I/O接口集成在一片超大规模集成电路芯片上构成的微型计算机，称为单片微型计算机，简称单片机。（SingleChipMicrocomputer）现一般称为MCU（MicroControllerUnit）

EMCU（EmbeddedMicroControllerUnit）CPUROMRAMI/O接口BUSC/T二、单片机什么是单片机？三、单片机的主要组成CPU（微处理器）

CPU主要由运算器和控制器组成，主要完成指令的执行、运算和控制的功能。还具有位操作功能。按同时处理数据位数能力分为8、16、32、64位。什么是单片机？主存储器存放当前运行的程序和数据类型分ROM、RAM特点：CPU快速存取，容量有限表示方法101101102004H......76543210（位次）0000HFFFFH地址内容“2004H单元中的内容为B6H”表示为：（2004H）=B6H什么是单片机？2.存储器（主存储器、内存）存储器读：将指定存储单元的内容取出送到CPU中，该存储单元的内容不因此而被改变；CPU把要访问的存储单元的地址放到AB上CPU发出读写命令数据从指定的单元读出到DB，CPU紧接着从DB上取回数据存储器写：CPU将数据放入指定存储单元，该存储单元中原来的内容被覆盖；CPU把要访问的存储单元的地址放到AB上CPU把要写入的数据放到DB上CPU发出写命令，数据被写入指定的单元什么是单片机？存储器的分类随机存取存储器RAM（RandomAccessMemory）

特点：可读可写，断电后RAM中的信息会丢失。RAM常用于存放经常要改变的程序或中间计算结果。

按制造工艺分为1.双极型RAM2.MOS型RAM 静态RAM（SRAM）

动态RAM（DRAM）存储器分类只读存储器ROM（ReadOnlyMemory）

特点：在正常操作时只能读出而不能写入，断电后ROM中的信息不会丢失。常用来存放一些固定程序或数据表等。

ROM按编程（存储信息）的方式又可分为：

掩膜ROM

可编程只读存储器PROM（OTP）

可擦除可编程只读存储器EPROM

电可擦除可编程只读存储器EEPROM/E2PROM

快擦写存储器FLASH存储器分类

总线：连接功能部件间的一组公共信号线地址总线AB：CPU输出地址码信号选择被访问的具体的存储单元、I/O端口*地址线的根数决定了CPU的寻址范围。*CPU的寻址范围=2n，n-地址线根数如：8位地址码，可寻址28=256个存储单元16位地址码，可寻址216=64K个存储单元3.总线（BUS）总线数据总线DB：CPU与存储器、I/O接口之间(双向)传送数据的公共通路。

*数据总线的条数决定CPU一次最多可以传送的数据宽度（位数）。如：8位机的DB有8条，CPU一次可读写8位数据16位机的DB有16条，CPU一次可读写16位

控制总线CB：用来传送各种控制或状态信号*CPU送出和接受的对存储器、I/O接口读写及中断等控制信号总线单看片机喘的特岩点、骄应用伞、发耗展概系况一、亡单片温机的页主要护特点集成溪度高硬，功咳能齐备全控制踪蝶功能期强可靠秧性高低功唤耗、差低电沙压外部北总线堤丰富功能饭扩展苗性强体积梦小、册成本嘉低性价侧比高单片厕机的盾特点客及分奏类特点尺、应威用、圾发展绵概况二、切单片升机的误分类按单灵片机从数据甚处理位数来划酒分4位单生片机8位单疫片机16位单呜片机32位单君片机按单绍片机适用素范围来划浩分通用价型单虏片机专用屡型单知片机按单责片机并行谁总线来划获分总线知型单水片机富（如80义51、AT棋89隙C5盆1）非总似线型罩单片困机（项如AT有89问C2锁05斑1）特点镇、应菜用、派发展闻概况明单片按机的肚应用智能滩仪器批仪表机电斧一体牌化实时吨控制分布垦式多蝴机系吸统日常全生活计算赛机外蝴围设土备、理网络及产品特点忧、应裂用、青发展尝概况一、毛单片掉机的脆发展僚历史第一猴阶段陕（19安76策-1五97助8）：扩单片逢机的忌探索季阶段妥。探索熔计算拉机的阀单芯抬片集怠成，酒单片冤机（Si忌ng俗le创C亏hi扎p满Mi象cr朴oc男om篇pu桨te裂r）的定窗名即倘缘于趋此。抱产品俭以In敌te板l公司半的MC吼S-慈48为代烛表。第二笨阶段番（19钟78惕-1动98逮2）：别单片隆机的革完善区阶段弱。体现雁工控愚特性错的位珍地址锻空间连及位妥操作爹方式积；增桂加了误许多征突出乎控制交功能渐的指仓令。枪产品皂以In在te滑l公司悦的MC树S-粒51为代搜表。第三寄阶段虎（19厦82现-1欧99予0）：8位单区片机咱的巩储固发录展及16位单牌片机巨的推田出阶萌段，吉也是猛单片授机向赚微控翻制器杨发展刮的阶蕉段。第四机阶段仿（19呈90勺-）：陷微控堡制器妥全面捞发展胀阶段撑。在各筛领域丢广泛罗应用拉，出兆现高刊速、腹大寻协址范贿围、波强运问算能汁力的尊通用蛇型单从片机还及小焦型廉宝价的榨专用冈单片骄机。特点长、应翠用、版发展径概况单片屑机的疑发展望概况二、惰单片怎机的身发展烟趋势CP超U的改匪进-双CP其U结构炕，增嗽加数如据总停线宽傲度)CM犯OS化-单片找机将永具有扭更低殖的功璃耗、胀更低类的电观压。高性卸能化-精简级指令见集(R丝式IS怨C)结构冤和流惰水线抱技术严将得腔到广键泛应顽用存。高可玻靠性-提高毙单片问机的腿抗电萌磁干储扰能博力姓。大容疤量化-扩大孕片内淘存储钻器容枣量。多功早能化-把众碧多的篮各种循外围铃功能殿器件哨集成猫在片喉内，宾如模/数转知换器子、数/模转忍换器殊、液甩晶显君示驱刊动器耐等卖。串行腰扩展电技术-S悉PI、I2C、Mi购cr慎ow墓ir隔e、1-顺Wi谁re等串寻行总凳线的耗引入寸，可该以使裂单片蓝机的拉引脚徐设计次得更朋少，坚单片妄机系糠统结题构更扩加简绩化。特点楚、应席用、巴发展规概况基部础知台识计算疫机中熄信息为的表列示和跟运算基本紧逻辑巨运算一、名进位柴计数晶制

数制基数数码

二进制Binary20,1十进制Decimal100,1,2,3,4,5,6,7,8,9十六进制

Hexadecimal160,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F计算洒机中输信息拜的表蒸示和驾运算单片闯机基秃础知滨识1、计算勇机中似所有驶的信躺息都摊是以驴二进吉制形生式进糊行存睡储和唯处理颂的。•物理悲上容聪易实票现二波值化垫信息扭表示扮；•运算钥规则尼简单现，4条加隐法、4条乘肢法；•可以宴用逻来辑代雕数、仿逻辑蹈电路鄙设计痛实现竞。二进盟制：角基数扶为2，逢呀二进富一11麦01向B=白1寺×23+娘1版×22+覆1凭×20=墙1唱3单片菜机基浓础知恨识2、数据喉单位b：位（bi纪t）是计尼算机炉的最蓝小基搭本数吸据单奥位；B：字节拔（by勉te）由8个位宽二进偶制位纺组成声，1B光=8恳b;K（Ki食lo）：1K嫩=1攻02谅4=留210；M（Me耳ga）：1M路=1内02举4K垮=220；G（Gi阔ga）：1G药=1拼02冠4M如=230；T（Te即ra）：1T棉=1爆02息4G孩=240。单片做机基然础知趁识3、n位二因进制渐数可矩表示磁的数岁的范朱围为0~悔2n-炒1，共有2n个码歪。24=医16郊213=捉81丝式92却=垄8脂K28=倘2积56然214=1恨63包84赚=正1贝6K210=滚10盐24举=深1泉K漫215=3烦27食68寻=尺3夫2K211=侨20袍48考=战2扎K裳216=6纸55教36腰=闻6渠4K212=弟40灯96深=陕4号K昌220=1占02猾4K移=柴1忌M单片崭机基球础知刷识4、十产六进铺制码湖只是烧作为醒二进抛制码押的缩随读、血缩写焰形式萌，以巧便于哗书写蚀和记柄忆。十六澡进制庄：基计数为16，逢寻十六刷进一91天87H=经9秋×沉163+洲1浙×大162+娱8只×窝161+机7轰×诉160=怪37赚25扣5=1嫁00念1避00范01良1贯00烂0肠01交11B单片贞机基辰础知艘识4、十进仔制数、二进有制数劝、十六貌进制之间拴的关便系十进制二进制十六进制十进制二进制十六进制000000810008100011910019200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D601106141110E701117151111F单片跌机基字础知素识二、锐数制慈之间灾的转召换1.二、著八、望十六十按权狭展开霜：1居0寇1运1姥0势1先0份1谱B它=亲18忍1(12丸8武+链3哥2毫+1饼6阿+哥4助+遭1悔=努18赛1)2A荣DH喘=21晌62+1络0始161+1缺3抹160=6阁852.十二、扛八、璃十六整数助部分剃除以剪（2、8、16）取泡余，小数累部分食乘以久（2、8、16）取抵整。单片嗓机基桂础知迅识3.二进找制十六权进制因为24=1捎6，所窄以每4位二进策制对叹应1位十六垫进制0011写01换01测10增11植11划11镇B轰懂冷3界5B译F院H∴凝1待1,01祖01示,1绪01档1,稍11蔽11亦B屑=领35BF鼓HA愈1蓬9个C鸡H链扮春10喘10暴00阳01屋10积01拨11辛00陷B∴横A1滤9C曾H湿=送10随10宾,0华00锦1,好10倡01的,1丧10启0B单片愧机基即础知头识三.计算夏机中评带符薯号数机的表鸡示法如：痒用一言个8位二淘进制闪数表卫示一条个有拳符号笛数：D7D6D5D4D3D2D1D0符号位数值位0正数1负数1.机器篇数和掉真值机器匀中连减同符饭号位包一起浊代码他化了秩的数泄，称垮为机器衰数。机器梨数所瓜表示铜的真养实的渣数值叫，称拆为真值。机器数真值01011011B表示+9111011011B表示912.带符尤号数陡的常暑用表孔示法——原码旁反码毁补码原码表示肯法：朗符号+绝对纽奉值例：n灾=灭8b钳it[+绢3]原码=侮0闹0艳00鞋00例11散B逆=隆03以H[-肤3薄]原码=限1社0围00万00刺11冈B曾=五83桌H[+虹0]原码=汉0隙0透00筝00毛00舞B劫=富00耽H[-牌0绸]原码=胳1视0荒00留00钳00皆B壮=宋80摩H[+据12宅7]原码=寄0莲1胡11宾11蒙11骨B摔=毙7F闻H[-浴12很7]原码=午1卫1坡11杆11棍11盏B占=阔FF够H8位原喘码表雨示范勒围为:-1鸣27～+1瘦270的表示不惟一单片旷机基道础知秋识反码佛表示螺法：正数崇的反危码同顿原码拿，负逼数的都反码畏数值铜位与衬原码透相反例：n蔬=兰8b穴it[+柳5]反码=钉0据0目00谈01蚊01协B迷=斩05凡H[-焦5沈]反码=对1恭1励11腔10茄10洋B锅=FAH[+损0]反码=其0沸0系00辛00创00墙B殖=迈00臣H[-百0盆]反码=宋1百1亮11尝11速11名B凡=妙F嘉FH0的表贞示不慢惟一单片血机基讽础知宁识【例】机器饶字长8位，[-方4玩6]补码=?-4炸6=灭-0蜜10券1五11蒜0昼B[-尘46修]原码=聋1奏0最1包0红1形1组1御0瞧B[-挪4菠6]补码=拍1独1鬼0牲1疾0掩0唐1鸣0暖B忙=何D2奇H[+丘0]补码=厨0球0讽0窝0址0衰0报0内0钳B[-评0怀]原码=熊1闻0毅0捏0还0公0巧0涝0堡B[-股0痛]补码=安0答0雕0唉0摆0法0吨0笋0宅B0的表矛示惟社一规定阔：[-滨12崭8]补码=愧10画00队00筑00何B8位补牧码表冒示范级围为:-1铃28～+1煌27原码盟与补敌码之名间可树逆转杆换:[播[x怒]补]补=[x允]原补码表示蕉法：正数械的补闹码：同原炒码负数跟的补侧码：将川原码浴数值芝位取蕉反后加一单片弯机基币础知简识用4位二厅进制盈数表候示一笋位十浊进制盗数。84忠21抛B族CD码用00峡00肢~切10束01表示各十进迹制数剪的0~看9非压港缩BC沫D码：一个屿字节钢只表恒示一唱位十矩进制弟数，抬高4位任士意，桐低4位的00渠00轧~1呀00归1表示0~树9。如9的非贤压缩BC搭D码：00毛00澡10脂01橡=闹>桥09域H压缩BC临D码：一个部字节效表示骑两位叨十进满制数象。如97的压交缩BC如D码：10精01负0壤11环1沉=>乘9剪7HBC枕D码特霉点：与十胀进制步间转换返简便，计帽算须妥稍作括调整滔处理涌。四、BC急D码笨（二—十进妻制编晓码）单片抛机基萍础知胁识AS差CI么I码—美国财标准勇信息纠交换属代码采用7位二陆进制呈代码对(西文)字符期进行苏编码豆，总蹄共12督8个AS曾CⅡ码。包括炕：*95个字蒙符编截码，包末括10个十减进制济数码渴，大遥小写26个英催文字卵母和令一些并专用值符号*33个控皮制码，其吗编码尿值为0∼31和12朋7，控拖制计寸算机I/锻O设备旋的操川作以扁及计典算机卸软件舒的执丢行情紧况五、柴字符筐编码单片钢机基顺础知登识低位LSB高位MSB00001001201030114100510161107111012345000000010010001101000101NULSOHSTXETXEOTENQDLEDC1DC2DC3DC4NAKSP！″#$%012345@ABCDEPQRSTU、abcdepqrstu6789A011001111000100110