第 1 章微型计算机的基本知识

第 1 章微型计算机的基本知识

主讲教师：刘冬生

课程前言什么是单片机？

是一个芯片：单片机又称单片微控制器 , 它不是完成某一个逻辑功能的芯片 , 而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。

主要构成部件：中央处理单元 CPU （进行运算、控制）、随机存储器 RAM （数据存储）、存储器 ROM （程序存储）、输入 /输出设备 I/O （串行口、并行输出口等）。

英文名， “ Single Chip Microcomputer” 直接翻译而来。 Microcontroller,Microprocessors,MCU. 类型关键词： 8051,AVR,MSP430,PIC

第一章微型计算机的基础知识

课程前言单片机有什么用？

通常用于工业生产的控制、生活中与程序和控制有关（如：打印机、机电一体化的产品、智能抄表、测控、玩具、电子琴、冰箱、智能空调等）的场合。

怎样使用单片机？选用芯片，熟悉原理、掌握资源（电源、振荡电路、 I/O 接口、存储器）

绘制电路编写程序总则：用好资源



计算机中的数和编码1.1


1.1.1 计算机中的数制2 进制 (B) 优点：简单，便于物理实现，节省设备，计算机中的数全部采用二进制。

缺点：太长，不便于书写、记忆和阅读。10进制 (D)， 16进制 (H) 便于书写和记忆，在编写代码时通常采用这两种数制


1.1.5 二进制编码 BCD 码

10 进制数 16 进制压缩 BCD 非压缩 BCD

0 0H 0H 00H

1 1H 1H 01H

2 2H 2H 02H

3 3H 3H 03H

4 4H 4H 04H

5 5H 5H 05H

6 6H 6H 06H

7 7H 7H 07H

8 8H 8H 08H

9 9H 9H 09H


1.1.5 二进制编码 BCD 码

BCD HEX

按 10 进制将 BCD 转换为 2 进制 (16 进制 ) 。

BCD HEX

将 16 进制数转换为 10进制后转换为 BCD 码。

2009H

2009

FDCH

BCD 转换为 10进制

10 进制转换为16 进制

AECH

2796

2796H

16 进制转换为10 进制

10 进制转换为BCD 码


1.1.6 二进制编码 BCD 码加法

若大于 9 时，应对其加 6 调整；

BCD 码减法向高位借位，进行减 6 调整。

原因： BCD 数是逢 10 进 1 ，而二进制数是逢 16 进 1


1.2 逻辑单元与逻辑部件


1.2.2 寄存器

寄存器用来存放二进制信息，由触发器构成。触发器有两个稳态，可以用来保存 1 位二进制数据。

存储器：寄存器、 RAM 、 ROM 、 FLASH 非挥发性挥发性


1.2.3 移位寄存器移位寄存器

D

C

Q D

C

Q D

C

Q D

C

Q

时钟信号

输入信号

Q4 Q3 Q2 Q1


1.3 微型机的结构和工作原理


1.3.2 基本结构微型计算机主要由中央处理器 (CPU) 、存储器

(RAM ， ROM) 、 I/O 接口及设备以及总线组成

中央处理单元(CPU)

存储器 (RAM ， ROM)

I/O 接口

I/O 接口

辅助存储器

I/O 设备

系统总线


1.3.2 基本结构

微型计算机主要由中央处理器 (CPU)存储器 (RAM ， ROM) I/O 接口 I/O 设备总线： AB 、 DB 、 CB 三组。


1.4 MCS-51基本组成和存储器


1.4.1 8051单片机的基本组成

振荡与定时电路

4KB 内部程序存储器

256KB数据寄存器

2 个 16位定时器 /计数器

CPU

存贮器扩展控制并行端口串行端口

外部中断信号

控制信号地址 / 数据总线

端口 I/O线

串行输入

串行输出

时钟源计数信号

内部总线内部程序存储器


1.4.1 8051单片机的基本组成 CPU ：单片机的核心，完成运算和控制功能；内部数据存储器： 256 个 RAM 单元，存储数据；特殊功能寄存器 (SFR) ：用来对片内各个部件进行管理、控

制、监视的控制寄存器和状态寄存器，是特殊的 RAM 区：80H~FFH;

4KB 内部程序存储器：用于存储程序、原始数据或表格。并行 I/O 口： 4 个 8 位口 (P0~P3) ，实现数据的输入、输出；串口：一个全双工的串口，实现与其他设备的通信，如 PC

机；定时器： 2 个 16 位定时器 (51) ； 3 个 16 位定时器 (52) ；中断： (51) ；外部中断 2 个，定时 / 计数中断 2 个，串行

中 (52) ；断 1 个外部中断 2 个，定时 / 计数中断 3 个，串行中断

1 个振荡电路：时钟源。


1.4.1 8051单片机的基本组成

VCCP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7EA/VPP

ALE/PROGPDEN

P2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8

P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDP3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDXTAL2XTAL1VSS

4039383736353433323130292827262524232221

1234567891011121314151617181920

VCCP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2

P1.1/AIN1P1.0/AIN0

P3.7

RST/VPDP3.0/RXDP3.1/TXDXTAL2XTAL1P3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1VSS

20191817161514131211

12345678910


1.4.1 8051单片机的基本组成P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7

P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15

P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD

XTAL1

XTAL2

RST

PSENALEEA

P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7

3938373635343332

2122232425262728

1011121314151617

19

18

9

293031

12345678

锁存器

控制总线

(CB)

地址总线

(AB)

数据总线

(DB)


1.4.2 MCS-51单片机的存储器

内部数据存贮器特殊功能寄存器程序存贮器外部数据存贮器存贮器的数据操作可以寻址 64K (216) 字节的程序存贮器和 64K 字

节的数据存贮器

片外片外

片内片内


1.4.2 内部数据存贮器

内部数据 RAM128/256 字节地址范围 00H~7FH前 32 个单元为寄存器区，每 8 个为一个寄存器组位地址区 20H~2FH ，可位寻址，位地址范围

00H~7FH


1.4.2 内部数据存贮器

寄存器区00H~1FH

位寻址区20H~2FH

通用 RAM 数据区30H~7FH

R0R1R2R3R4R5R6R7

寄存器 0 组寄存器 1 组寄存器 2 组寄存器 3 组

00H~07H

08H~0FH

10H~17H

18H~1FH

07 06 05 04 03 02 01 00

0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08

17 16 15 14 13 12 11 10

1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18

67 66 65 64 63 62 61 60

6F 6E 6D 6C 6B 6A 69 68

77 76 75 74 73 72 71 70

7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78


1.4.3 特殊功能寄存器

21 个字节的特殊功能寄存器 (SFR)

不连续分布在 128 字节的 SFR 空间 (80H~FFH)

SFR 空间包含 128 个位地址空间 (80H~FFH) 有效位 83 个，可以用来对 11 个特殊功能寄存器的某些位作位寻址操作


1.4.3 特殊功能存贮器

P0SP

DPLDPH

· · · · · · · · ·PCONTCONTMOD

TL0TL1TH0TH1

· · · · · · · · ·P1

· · · · · · · · ·SCONSBUF

· · · · · · · · ·P2

· · · · · · · · ·IE

· · · · · · · · ·P3

· · · · · · · · ·IP

· · · · · · · · ·PSW

· · · · · · · · ·A

· · · · · · · · ·B

· · · · · · · · ·

SFR主要功能、分类、名称1) 算术运算寄存器 [A] [B] [PSW]2) 指针寄存器 [SP] [DPTR]3) 并行 I/O 口 ( 对应 PIO) [P0] [P1] [P2]

[P3]4) 串行 I/O 口 ( 对应 SIO) [SCON] [SBUF] [PCON]5) 定时器 / 计数器 [TMOD] [TCON] [TH0] [TL0] [TH1]

[TL1] 6) 中断系统 ( 对应中断控制逻辑 ) [IE] [IP]

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