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1、MCS-51 单片机原理及应用教程,清华大学出版社 刘迎春 主编,本书主要内容,单片机基础知识 单片机的组成与结构分析 MCS-51 单片机的指令系统 单片机的程序设计 MCS-51单片机的中断系统 定时/计数器 单片机的串行通信及接口 MCS-51单片机的系统扩展 接口技术 MCS-51兼容机及串行总线扩展,第1章 单片机的基础知识,微型计算机的系统组成 单片机概述 不同计数制之间的转换 数的表示方法 思考练习题,1.1 微型计算机的系统集成,1.1 微型计算机的系统组成,1.1.1 主机,主机一般由运算器、控制器和主存储器组成。,1. 运算器,运算器是进行算术和逻辑运算的部件，它由完成加法
2、运算的加法器、存放操作数和运算结果的寄存器和累加器等组成。,2. 控制器 它是整个计算机硬件系统的指挥中心，根据不同的指令产生不同的动作，指挥整个机器有条不紊地自动地进行工作。,3. 主存储器 主存储器又称为内存储器，它由大量的存储单元组成，用以存储大量的数据及程序。,1.1.2 外部设备,1. 输入设备,目前常用的有键盘、软驱、磁带机、光驱等,2. 输出设备,常用的有显示器、打印机、绘图仪等,3.外存储器,常用的外存有磁带、磁盘、光盘，其中磁盘又可分为硬盘及软盘。,1.2 单片机概述,1.2.1 单片机的发展概况,第一阶段(19711976),第二阶段(19761979),第三阶段(1979
3、1982),第四阶段(19821990),第五阶段(1990至今),1.2.2 单片机的应用,1. 在工业测控中的应用 2. 在智能产品中的应用 3. 在计算机网络与通信技术中的应用,1.2.3 单片机的发展趋势,1.3 不同计数制之间的转换,1.3.1 十进制数,一个十进制数，它的数值是由数码0，1，2，8，9来表示的。数码所处的位置不同，代表数的大小也不同。,例如：53478=5104+3103+4102+7101+8100，对应于：,1.3.2 二进制数,二进制是按“逢二进一”的原则进行计数的。二进制数的基为“2”，即其使用的数码为0、1，共两个。二进制数的权是以2为底的幂。,例如：10
4、110100=127+026+125+124+023+122+021+020， 对应于：,其各位的权为1，2，4，8，即以2为底的0次幂、1次幂、2次幂等。 (10110100)2127+026+125+124+023+122+021+020=180,1.3.3 十六进制数,十六进制数的基为16，即基数码共有l6个：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F。其中A，B，C，D，E，F分别代表值为十进制数中的10，11，12，13，14，15。十六进制的权为以16为底的幂。,例如：4F8E=4163+F162+8161+E160=20366，对应于：,常用计数制表示数的方法
5、比较,1.3.4 不同进制数之间的转换,1. 十进制数转换成二进制数的方法,就是用2去除该十进制数，得商和余数，此余数为二进制代码的最小有效位(LSB)或最低位的值；再用2除该商数，又可得商数和余数，则此余数为LSB左邻的二进制代码(次低位)。依此类推，从低位到高位逐次进行，直到商是0为止，就可得到该十进制数的二进制代码。,除二取余法,1.3.4 不同进制数之间的转换,例如：将(67)10转换成二进制数，过程如下：,即：(67)10=(1000011)2。,1.3.4 不同进制数之间的转换,1. 十进制数转换成二进制数的方法,将已知十进制的小数乘以2之后，可能有进位，使整数位为1(当该小数大于
6、0.5时)，也可能没有进位，其整数位仍为零。该整数位的值为二进制小数的最高位。再将乘积的小数部分乘以2，所得整数位的值为二进制小数的次高位。依此类推，直到满足精度要求或乘2后的小数部分为0为止。,乘二取整法,例如：将(0.625)10转换成二进制数，其过程如下：,即：(0.625)10=(0.101)2,1.3.4 不同进制数之间的转换,2. 二进制数转换为十进制数的方法,将二进制数转换成十进制数时，只要将二进制数各位的权乘以各位的数码(0或1)再相加即可。 例如：将(1101.1001)2制转换成十进制数： (1101.1001)2123+122+021+120+12-1+02-2+02-3
7、+12-48+4+0+1+0.5+0+0+0.0625=(13.5625)10,1.3.4 不同进制数之间的转换,3. 二进制与十六进制数之间的转换方法,二进制数转换成十六进制数 例如：把(101101101.1100101)2转换成十六进制数。,即：(101101101.1100101)2=(16D.CA)16。,1.3.4 不同进制数之间的转换,2)十六进制数转换成二进制数 将十六进制数转换成二进制数时，只要将每1位十六进制数用4位相应的二进制数表示即可完成转换。 例如：将(ECA16)16转换成二进制数。,即：(ECA16)16=(11101100101000010110)2。,1.3.
8、5 二进制数的算术运算规则,1. 二进制加法基本规则,0+0=0 0+1=1+0=1 1+1=0 向邻近高位有进位 1+1+1=1 向邻近高位有进位,2. 二进制减法基本规则,0-0=0 1-1=0 1-0=1 0-1=1 向邻近高位有借位,3. 二进制乘法基本规则,00=0 01=10=0 11=1,4. 二进制除法基本规则,1/1=1 0/1=0,1. 逻辑与运算基本规则,00=0 10=01=0 11=1,2. 逻辑或运算基本规则,00=0 10=01=1 11=1,1.3.6 逻辑运算,3. 逻辑非运算基本规则,/0=1 /1=0,4. 逻辑异或运算基本规则,00=11=0 10=01
9、=1,1.4.1 真值与机器数,单片机用来表示数的形式称为机器数，也称为机器码。而把对应于该机器数的算术值称为真值。,设： N1=+1010101N2=-1010101 这两个数在机器中表示为： N1：01010101 N2：11010101,1.4 数的表示方法,在计算机中还有一种数的表示方法，即机器中的全部有效位均用来表示数的大小，此时无符号位，这种表示方法称为无符号数的表示方法。,1.4.2 原码、反码、补码,1. 原码表示法,原码表示法是最简单的一种机器数表示法，只要把真值的符号部分用0或1表示即可。 例如：真值为+34与-34的原码形式为： +34原=00100010 -34原=10
10、100010 0的原码有两种形式： +0原=00000000 -0原=10000000,1.4 数的表示方法,8位二进制数原码的表示范围为：1111111101111111，对应于-127+127。,2. 反码表示法,反码是二进制数的另一种表示形式，正数的反码与原码相同；负数的反码是将其原码除符号位外按位求反。即原来为1变为0，原来为0变为1。 例如： +34反=+34原=00100010 -34原=10100010，-34反=11011101 0的反码也有两种形式： +0反=00000000 -0反=111111118位二进制数反码的表示范围为：1000000001111111，对应于-12
11、7+127。,1.4 数的表示方法,3. 补码表示法,1.4 数的表示方法,正数的补码表示方法与原码相同，负数的补码表示方法为它的反码加1。 例如：-21原=10010101 -21反=11101010 -21补=11101011 0的补码只有一种表示方法，即+0补=-0补=00000000。 8位二进制数的补码所能表示的范围为1000000101111111，对应于-128+127。,1.4.3 BCD码,1.4.4 ASCII码,ASCII码是一种8位代码，最高位一般用于奇偶校验，用其余的7位代码来对128个字符编码，其中32个是控制字符，96个是图形字符。,1.5 思考练习题,(1)微型
12、计算机由哪几部分组成？ (2)什么是单片机？它与一般微型计算机在结构上有什么区别？ (3)单片机主要应用在哪些方面？ (4)将下面的一组十进制数转换成二进制数： 56 74 23 19 89 68 142 76.87 0.375 9.325 83.625 134.0625 (5)将下面的二进制数转换成十进制数和十六进制数： 10110011 10100101 11101001 10011110 10000101 11000101 11101110 10001100 11011.11 101.01101 (6)原码已经在下面列出，试写出各数的反码与补码： 10001101 10101100 11
13、101011 10001001 11111111 01100001 01110001 11111001,第2章 单片机的组成与结构分析, MCS-51单片机的内部结构 CPU的结构和功能 存储器的组织结构 MCS-51单片机的并行输入输出端口 MCS-51 单片机的外部引脚及功能 单片机指令时序 思考练习题,2.1 MCS-51单片机的内部结构,2.1 MCS-51单片机的内部结构,其基本特性如下： 8位CPU，含片内振荡器； 4KB的程序存储器ROM； 128B的数据存储器RAM； 64KB的外部程序存储器寻址能力； 64KB的外部数据存储器寻址能力； 32根输入输出(I/O)线； 2个16
14、位定时/计数器； 1个全双工异步串行口； 21个特殊功能寄存器； 5个中断源，2个优先级； 具有位寻址功能。,2.2 CPU的结构和功能,2.2.1 运算器,8051单片机的运算器由算术/逻辑运算单元ALU、累加器A、寄存器B、暂存器1、暂存器2以及程序状态字寄存器PSW组成。,图2.2 PSW寄存器各位的标志符号,表2.1 寄存器PSW各位的功能、标志符号与相应的位地址,2.2.2 控制器,2.3 存储器的组织结构,存储器的功能是存储信息(即程序与数据)。存储器是组成计算机的主要部件，目前所使用的存储器以半导体存储器为主。从功能上来划分，半导体存储器可分为两大类：即只读存储器(ROM)，和随
15、机存储器(RAM)。,8051单片机的控制器由指令寄存器、指令译码器、堆栈指针SP、程序计数器PC、数据指针DPTR、RAM地址寄存器以及16位地址缓冲器等组成。,2.3.1 MCS-51单片机的存储器结构,图2.3 8051存储器配置图,2.3.2 程序存储器,程序是控制计算机运行的一系列命令。计算机能够识别并执行的命令是由代码“0”和“1”组成的一组机器指令。,2.3.3 数据存储器,单片机的数据存储器由可读可写的存储器RAM组成，最多可扩展到64KB，用于存储数据。,2.3.4 MCS-51单片机的内部数据存储器,MCS-51单片机的内部数据存储器由地址00HFFH共有256个字节的地址空间组成，这256个字节的地址空间被分为两部分，其中内部数据RAM地址为00H7FH(即0127)。,图2.4 内部数据存储器地址空间,1. 内部数据RAM单元,内部数据RAM分为工作寄存器区、位寻址区、通用RAM区三个部分。,图2.5 RAM位地址(低128位在00H7FH),(a)系统复位后，未改变SP初值时的堆栈操作(设(A)=0ABH),(b)系统复位后，改变SP初值为60H时的堆栈操作 图2.6 堆栈操作示例,2. 特殊功能寄存器,特殊功能寄存器SFR的地址空间是80HFFH。,
