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？主存助储器存放定当前削运行诞的程愿序和些数据类型分R畜OM隔、R舒AM特点：C钟PU难快速喘存取慎，容膀量有拥限表示绵方法101101102004H......76543210（位次）0000HFFFFH地址内容“2扣00杠4H好单元泻中的取内容衔为B寨6H翁”表示鄙为：斥（2举00槐4H恰）=次B6洞H什么寻是单缝片机挺？2.存储蔽器（主仇存储前器、饮内存克）存储那器读：将菜指定涝存储祸单元匹的内幅容取掉出送偿到C沃PU姜中，币该存耗储单械元的朽内容庸不因钻此而钩被改峡变；CP流U把舅要访煎问的叫存储趴单元核的地赢址放府到A起B上CP状U发制出读狠写命恒令数据蛇从指游定的讨单元社读出乒到D怜B，歌C啊PU忙紧接窗着从叶DB犹上取圈回数钓据存储司器写：C涉PU傅将数市据放书入指砖定存伴储单骑元，音该存烧储单元石中原逐来的且内容轻被覆例盖；CP颈U把职要访饿问的违存储傲单元弄的地要址放泊到A露B上CP钻U把柄要写眼入的汗数据距放到菌DB脉上CP舍U发眉出写眯命令阁，数筛据被睬写入范指定伤的单垮元什么浴是单武片机畜？存储撒器的帜分类随机霉存取预存储屡器R掌AM（Ra貌nd痰om富A呀cc加es没s谦Me派mo每ry）特点：可匠读可洪写，柔断电贫后R征AM辣中宣的信挤息会近丢失寇。R酬AM遭常用觉于存册放经饱常要巡寿改变行的程途序或湾中间退计算吹结果主。按制里造工盒艺分奖为1.双极啄型R栏AM2.MO道S型鼓RA秃M静态抢RA化M（拍SR制AM去）动态贱RA免M（沫DR越AM贞）存储撒器分色类只读成存储途器R配OM（R子ea东d非On掘ly众M爆em叼or可y）特点：在猛正常扭操作芽时只燃能读商出而抹不能像写入档，断悄电后借RO斜M中煤的信烂息不涌会丢晒失。黎常用冒来存跪放一透些固丝式定程箭序或言数据迟表等策。RO冶M按保编程伪（存解储信拘息）嘉的方话式又收可分玻为：掩膜里RO贫M可编辽程只甩读存哈储器挽PR构OM棋（O轧TP耀）可擦卵除可炉编程舅只读石存储恩器E相PR绕OM电可砖擦除糟可编锻程只待读存迎储器父EE上PR串OM感/E2PR锡OM快擦机写存积储器重FL欧AS漏H存储扎器分俭类总线附：连锁接功眯能部蓝件间懂的一砍组公摧共信既号线地址墓总线AB：CP状U输出达地址充码信庄号选蛛择被召访问译的具洋体的茅存储昌单元治、I/吐O端口*地佣址线员的根霉数决翠定了CP酬U的寻斤址范脖围。*CP雀U的寻喷址范甜围=池2n，n-地址辱线根裹数如：8位地锣址码势，可返寻址28=2御56个存撒储单胆元16位地犁址码庭，可养寻址216=筐64咐K个存期储单筛元3.总线（B警US杀）总线数据蹦总线DB：CP接U与存裹储器值、I/弟O接口旋之间(双向)传送铅数据字的公舍共通旁路。*怜数据概总线蛙的条完数决斑定CP筐U一次糖最多击可以佛传送甘的数汇据宽初度（扬位数冶）。如：8位机盗的DB有8条，CP归U一次遍可读择写8位数秀据16位机狗的DB有16条，CP嫩U一次洲可读桨写16位控制携总线CB：用来想传送狮各种故控制低或状候态信模号*CP呆U送出跪和接呈受的暑对存毛储器仪、I/熄O接口劈燕读写及中援断等截控制油信号总线单俭片机尿的特睛点、展应用口、发汪展概袍况一、渗单片狂机的馆主要拘特点集成挡度高氏，功蛮能齐虏全控制敢功能起强可靠剧性高低功牢耗、何低电坡压外部差总线她丰富功能北扩展孟性强体积黎小、表成本灾低性价怎比高单片留机的衰特点渗及分税类特点耀、应晌用、画发展杂概况二、欠单片我机的贝分类按单伸片机论数据嘉处理位数来划恒分4位仪单片阳机8位室单片泽机16衣位单蛇片机32窗位单弊片机按单倍片机适用心范围来划仇分通用柜型单披片机专用他型单胡片机按单材片机并行块总线来划贞分总线惜型单疗片机弟（如政80圣51弄、A忧T8债9C伪51陪）非总学线型位单片浓机（妈如A鞠T8感9C鹅20筋51棒）特点正、应寄用、朱发展勒概况哗单片亦机的秤应用智能缓仪器风仪表机电厦一体雾化实时信控制分布渣式多街机系袄统日常去生活计算讽机外绍围设裳备、惯网络辈产品特点爪、应批用、离发展抚概况一、避单片来机的单发展给历史第一夫阶段来（1屑97仰6-妄19悟78凤）：押单片男机的旋探索悦阶段秋。探索剥计算忍机的飘单芯壤片集定成，善单片座机（奔Si拜ng母le饺C枪hi随p司Mi度cr眨oc签om区pu衣te肥r）封的定永名即具缘于绪此。浇产品嫂以I捡nt躁el立公司此的M绩CS亏-4著8为俱代表换。第二典阶段尸（1咽97将8-瓦19雹82亩）：钩单片铅机的制完善训阶段家。体现助工控奋特性瞧的位臂地址膀空间辜及位疤操作罢方式吧；增昂加了您许多侍突出搜控制膨功能友的指椒令。算产品棍以I涛nt帮el饿公司袜的M作CS匪-5萝1为才代表排。第三袜阶段炒（1网98党2-晋19雹90钟）：材8位予单片藏机的晚巩固尖发展豆及1柔6位惭单片球机的朋推出雄阶段旗，也雪是单委片机论向微刚控制造器发絮展的液阶段贯。第四最阶段停（1越99改0-拘）：牛微控羞制器赔全面部发展手阶段呼。在各狗领域奖广泛沉应用叉，出古现高闭速、之大寻支址范非围、阵强运索算能先力的折通用韵型单骡片机讽及小育型廉棒价的黎专用淹单片恋机。特点蛾、应准用、丈发展态概况单片降机的事发展巩概况二、陪单片绒机的榴发展槐趋势CP婶U的药改进盘-双悉CP窗U结钉构，夏增加以数据则总线坐宽度丈)CM贞OS耳化-残单片糕机将蛾具有艳更低御的功叹耗、落更低粉的电良压。高性不能化技-精鞭简指腐令集交(R鼻IS幕C)简结构角和流榆水线次技术香将得怕到广啦泛应隶用触。高可域靠性役-提尖高单殿片机前的抗乐电磁焦干扰剥能力钥。大容恋量化细-扩分大片登内存业储器演容量狠。多功病能化驱-把渡众多蒸的各涌种外最围功许能器寇件集泄成在艘片内顽，如主模/得数转巴换器序、数尼/模荡转换详器、渴液晶发显示茄驱动披器筛等。串行叫扩展博技术刘-S缘瑞PI励、I2C、呼Mi里cr钥ow阔ir蚀e、区1-骗Wi屈re祥等串泪行总旱线的精引入侄，可堡以使粮单片飞机的难引脚鄙设计便得更攀少，论单片吼机系臣统结肿构更乓加简砍化。特点及、应月用、微发展梳概况基且础知待识计算办机中劣信息钱的表滚示和逝运算基本川逻辑便运算一、晃进位指计数幼制

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计算阀机中竖信息耗的表服示和柿运算单片怎机基泽础知赚识1、计算河机中尝所有掀的信裕息都赠是以嗽二进犁制形预式进登行存毫储和葬处理舒的。•物理狠上容廉易实甩现二描值化调信息朗表示侄；•运算字规则将简单眨，4编条加贱法、详4服条乘嘱法；•可以挑用逻拉辑代难数、灶逻辑袜电路劳设计稿实现催。二进塌制：坟基数周为2绿，逢哈二进缸一11抗01毅B=碑1件×23+云1逢×22+犹1滨×20=姑1己3单片极机基障础知疯识2、突数据议单位b：位（硬bi躲t）燥是计捏算机束的最热小基炸本数帐据单突位；B：字节炎（b酬yt席e）虾由8灰个位慰二进鄙制位逝组成还，1陪B=众8b屑;K（K墙il劈燕o）：1K捕=1骂02秤4=答210；M（M王eg团a）：1M皱=1洞02恨4K乞=220；G（G沫ig软a）：1G贵=1斥02片4M巩=230；T（淹Te扇ra扬）：1T填=1婆02浓4G乘=240。单片督机基俗础知凭识3、庄n位热二进集制数府可表资示的摆数的商范围浊为0骨~2n-信1，共索有2n个码催。24=境16决213=丘81喝92初=袖8奋K28=歼2碍56刻214=1孕63肚84蠢=写1荷6K210=门10匆24纪=晌1善K却215=3暮27施68我=所3杆2K211=鄙20袋48户=版2闭K产216=6司55饺36甘=办6垫4K212=塔40四96输=徐4汇K氧220=1避02需4K播=陷1亏M单片舱机基恩础知济识4、汇十六增进制难码只艰是作铅为二愉进制苍码的档缩读悔、缩浇写形怀式，羽以便月于书串写和附记忆系。十六井进制跨：基危数为会16谦，逢蜡十六哀进一91巴87H=埋9月×拨163+并1燃×谣162+眯8虏×央161+创7柏×乞160=胜37制25希5=1娘00俊1云00情01挖1预00荐0艺01洗11B单片拔机基禽础知丽识4、十进班制数、二进色制数祝、十六易进制之间案的关愿系十进制二进制十六进制十进制二进制十六进制000000810008100011910019200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D601106141110E701117151111F单片笔机基追础知喘识二、才数制捐之间罩的转踪蝶换1.面二住、八知、十鼓六十按权屈展开签：1做0果1屋1做0旋1筛0甲1唯B尾=免18叫1(12击8境+叶3兆2阔+1件6嘉+菠4背+煎1瓜=鼻18璃1)2A论DH孔=21掏62+1抱0密161+1芽3麦160=6可852.歼十二、址八、赞十六整数露部分植除以类（2估、8贷、1弓6）逐取余捷，小数怀部分罪乘以芒（2台、8停、1序6）竟取整砖。单片灾机基违础知匠识3.惠二四进制十六夹进制因为柔24=1鲁6，箭所以漏每4位二进傅制对秩应1位十搂六进染制0011咐01糠01绳10崖11门11喘11股B辈请羽3愉5B趁F熔H∴月1程1,局01述01缸,1跃01哄1,楚11吧11正B铸=粒35握BF勇HA忠1迹9睡C删H津寄隶10狐10先00误01决10扩01谊11分00截B∴狸A1那9C妈H省=鸣10沸10逼,0兴00搁1,延10盘01槐,1纸10漠0B单片拾机基留础知动识三.骂计隙算机暗中带名符号兔数的另表示剃法如：谋用一随个8哪位二歇进制脂数表魂示一着个有指符号刊数：D7D6D5D4D3D2D1D0符号位数值位0正数1负数1.歇机器违数和掀真值机器麻中连是同符阻号位扫一起忍代码岗化了仔的数瓜，称辞为机器萌数。机器慰数所椒表示矛的真跑实的介数值倘，称污为真值。机器数真值01011011B表示+9111011011B表示912.浆带符害号数申的常托用表耽示法——原码炉反码椒补码原码表示散法：农符号室+扩绝澡对值例：n建=末8b田it[+芳3]原码=精0粪0坟00歼00扇11拳B申=雀03遭H[-护3抬]原码=耽1键0轰00快00泳11斯B租=巡寿83最H[+扯0]原码=仍0助0卫00浊00晒00矿B份=卷00蛛H[-漏0格]原码=踢1仔0两00秩00胀00环B准=搭80矩H[+秩12宪7]原码=驴0挣1师11便11糕11胁B舱=谈7F浑H[-岸12创7]原码=猪1盒1千11板11棚11弟B比=扭FF比H8位秋原码贼表示究范围为:-1行27凤～+题12派70的表示不惟一单片孝机基恒础知债识反码权表示惜法：正数辰的反哀码同砍原码郑，负茄数的聪反码努数值闻位与育原码罩相反例：n凭=训8b机it[+艇5]反码=亮0拦0包00壤01蚊01浴B秃=途05尸H[-匠5苏]反码=粪1秧1旺11素10厕10窄B芒=FA感H[+判0]反码=猴0释0往00粘00扰00痰B宏=茎00执H[-锄0锻]反码=摸1秆1役11饰11摊11昆B气=抹F盏FH0榆的表陪示不端惟一单片咐机基织础知亲识【例拖】坐机器掘字长弱8位多，[站-脑46群]补码=?-4熊6=念-0忧10劫1常11肤0沟B[-喇46用]原码=安1青0萄1抹0券1果1胸1绕0月B[-帅4捐6]补码=歼1分1泡0灰1夏0调0姿1形0兽B泽=款D2非H[+输0]补码=寺0租0别0葛0仍0影0呼0咳0旗B[-饿0耕]原码=敏1牛0思0拳0和0吃0随0疯0带B[-戒0坐]补码=圣0边0顿0成0亭0榴0葡0辛0锣B0胖的表径示惟脚一规定肤：[位-1来28限]补沙码=电1筝00岁0意0问00禾0支B8位锤补码纯表示菌范围杜为:-1荒28蚂～+柏12不7原码攀与补答码之岂间可乐逆转殃换:[骂[x资]补]补=[x黑]原补码表示楚法：正数份的补途码：同原悬码负数绑的补跟码：将鉴原码吉数值灾位取递反后加一单片悄机基闻础知扣识用4弯位二荡进制煎数表絮示一割位十听进制瞒数。84皇21府B菊CD拜码用匙0破00倡0县~1腾00紧1间表示魔十进颂制数半的0君~9非压叮缩B胖CD愈码：一个娘字节午只表墙示一立位十械进制脾数，伙高4绝位任吹意，认低4程位的守00六00阿~1镇00赤1表谷示0冒~9孝。如奥9齐的非折压缩卷BC驱D码熔：0溉00底01蹦00澡1裂=>纤0祥9H压缩豆BC率D码跨：一个寒字节驳表示戚两位尊十进脾制数偿。如塑97和的幸压缩纲BC光D码党：1探00激1距01叉11袖=言>锐97疗HBC归D码柏特点掩：与十牌进制煮间转换漫简便，计零算须渗稍作粒调整盼处理虏。四、村BC坊D码湖（祥二股—塞十进枕制编强码）单片涌机基节础知师识AS竿CI拦I码誓—瓶美渐国标跳准信宫息交鹿换代职码采用7位继二进漫制代溪码对(嗽西文班)字旅符进锣行编眠码，级总共舱12猪8个筝AS渔CⅡ穴码。包括见：*95旨个字佳符编情码，包塔括1打0个暂十进效制数担码，已大小乒写26旱个英透文字请母和贪一些宿专用蛙符号*33承个控如制码，其支编码海值为狼0∼31鸣和1奇27观，控决制计钉算机阅I/住O设办备的转操作质以及裂计算各机软疼件的拌执行商情况五、金字符饱编码单片趟机基派础知纳识低位LSB高位MSB00001001201030114100510161107111012345000000010010001101000101NULSOHSTXETXEOTENQDLEDC1DC2DC3DC4NAKSP！″#$%01