單片機(jī)原理、接口技術(shù)及應(yīng)用教材課件匯總完整版ppt全套課件最全教學(xué)教程整本書電子教案全書教案合集

1、單片機(jī)原理、接口技術(shù)及應(yīng)用 有關(guān)本課程學(xué)習(xí)的幾點(diǎn)建議本課程的先期課程是數(shù)字電路與微機(jī)原理這方面知識掌握得不夠好的請自己補(bǔ)上本課程是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科僅僅聽懂還不夠,重在培養(yǎng)動(dòng)手能力硬件/軟件同樣重要、不可偏廢 硬件是骨架，軟件是靈魂預(yù)習(xí)、聽課、復(fù)習(xí)、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)環(huán)環(huán)都重要用科學(xué)的方法學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用遍布國民經(jīng)濟(jì)與人民生活的各個(gè)領(lǐng)域1 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識 電子計(jì)算機(jī)是一種能對信息進(jìn)行加工處理的機(jī)器，它具有記憶、判斷和運(yùn)算能力，能模仿人類的思維活動(dòng)，代替人的部分腦力勞動(dòng)，并能對生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)某種控制等等。它是20世紀(jì)發(fā)展最快的技術(shù)之一，自1946年世界上第一臺(tái)數(shù)字計(jì)算ENIAC(Elec

2、tronic Numerical Integrator And Computer)在美國的賓夕法尼亞大學(xué)問世以來，至今的60多年里得到了迅猛的發(fā)展和普及，可謂一日千里。1946年2月15日，第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)(ENIAC)問世，這標(biāo)志著計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來。ENIAC是電子管計(jì)算機(jī)，時(shí)鐘頻率僅有100 KHz，但能在1秒鐘的時(shí)間內(nèi)完成5000次加法運(yùn)算。與現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)相比，有許多不足，但它的問世開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元，對人類的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生了巨大的影響 。 按計(jì)算機(jī)元器件構(gòu)成的演變來劃分計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段，則到目前為止計(jì)算機(jī)已經(jīng)歷了以下四個(gè)發(fā)展階段： 第一代電子管計(jì)算機(jī)(1946-195

3、7) 第二代晶體管計(jì)算機(jī)(1958-1964) 第三代集成電路計(jì)算機(jī)(1965-1971)第四代大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)(1972-現(xiàn)在)計(jì)算機(jī)目前正朝著第五、第六代計(jì)算機(jī)發(fā)展。所謂第五代計(jì)算機(jī)是把信息采集、存儲(chǔ)、處理、通信同人工智能結(jié)合在一起的智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它能進(jìn)行數(shù)值計(jì)算或處理一般的信息，主要能面向知識處理，具有形式化推理、聯(lián)想、學(xué)習(xí)和解釋的能力，能夠幫助人們進(jìn)行判斷、決策、開拓未知領(lǐng)域和獲得新的知識。人機(jī)之間可以直接通過自然語言（聲音、文字）或圖形圖象交換信息。第六代計(jì)算機(jī)即生物計(jì)算機(jī)，它體積小，功效高，在1平方毫米的面積上可容數(shù)億個(gè)電路，比目前的電子計(jì)算機(jī)提高了上百倍，能使生物本身固有的

4、自我修復(fù)機(jī)能得到發(fā)揮，這樣即使芯片出了故障也能自我修復(fù)，可靠性很高。1.1 微型計(jì)算機(jī)概述1.1.1 微型計(jì)算機(jī)的基本概念微處理器（Microprocessor），簡稱MPU，是一個(gè)由算術(shù)邏輯運(yùn)算單元、控制器單元、寄存器組及內(nèi)部系統(tǒng)總線等單元組成的大規(guī)模集成電路芯片。微處理器加上同樣采用大規(guī)模集成電路制成的用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器以及與輸入輸出設(shè)備相連接的輸入輸出接口電路就構(gòu)成了微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）。以微型計(jì)算機(jī)為主體，配上輸入/輸出設(shè)備、外存儲(chǔ)設(shè)備、電源機(jī)箱以及基本系統(tǒng)軟件就可組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。圖11 微型計(jì)算機(jī)基本組成框圖1.1.2 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況 通常，微型

5、計(jì)算機(jī)的發(fā)展是以微處理器的發(fā)展為表征的。以其字長和功能來分，微處理器的發(fā)展經(jīng)歷了如下幾個(gè)階段： 第一階段（1971年1973年）是4位和8位低檔微處理器 時(shí)代，通常稱為第一代。 第二階段（1974年1977年）是8位中高檔微處理器時(shí) 代，通常稱為第二代 。第三階段（19781984年）是16微處理器時(shí)代，通常稱 為第三代。第四階段（19851992年）是32位微處理器時(shí)代，又稱 為第四代。 第五階段（1993年以后）是64位奔騰（Pentium）系列微 處理器時(shí)代，通常稱為第五代。 1.1.3 微型計(jì)算機(jī)的分類（1）按處理器位數(shù)分類 微處理器的位數(shù)是由運(yùn)算器并行處理的二進(jìn)制位數(shù)所決定的。處理器

6、的位數(shù)越高，其性能就越強(qiáng)。4位機(jī) 8位機(jī) 16位機(jī) 32位機(jī) 64位機(jī) （2）按結(jié)構(gòu)分類 單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer） 將微處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路集成在一塊芯片上，稱為單片微型計(jì)算機(jī)或單片機(jī)。它具有體積小、可靠性高、成本低等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器、儀表、家電、工業(yè)控制等領(lǐng)域。 單板微型計(jì)算機(jī)（Single Board Microcomputer） 將組成微型計(jì)算機(jī)的各功能部件都做在同一塊印刷電路板上，稱為單板微型計(jì)算機(jī)或單板機(jī)。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、使用簡單、成本地等特點(diǎn)，常用于工業(yè)控制和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。 個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer

7、，簡稱PC機(jī)） 它是一種將一塊主機(jī)母板（內(nèi)含微處理器、內(nèi)存儲(chǔ)器、I/O接口等芯片）、若干I/O接口卡、外部存儲(chǔ)器、電源等部件組裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，并配備顯示器、鍵盤、打印機(jī)等基本外部設(shè)備所組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。PC機(jī)具有功能強(qiáng)、配置靈活、軟件豐富等特點(diǎn)，既可用于科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理，也可作為專用機(jī)，用于實(shí)時(shí)控制和管理等。它是一種使用最為普及的微型計(jì)算機(jī)。1.2 常用的數(shù)制及編碼1.2.1 常用的數(shù)制（1） 十進(jìn)制數(shù) 十進(jìn)制數(shù)中有09十個(gè)數(shù)字符號，任何一個(gè)數(shù)的大小都可以用這十個(gè)數(shù)字符號的組合來表示。對于十進(jìn)制數(shù)D可用權(quán)展開式表示為其中Di是D的第i位數(shù)碼，是09等十個(gè)數(shù)碼中的一個(gè)，基數(shù)為10，10i稱為十

8、進(jìn)制的權(quán)?！纠?1】十進(jìn)制數(shù)12.86可按權(quán)展開為對于十進(jìn)制數(shù)12.86也可寫為12.86D或(12.86)D。（2） 二進(jìn)制數(shù) 在二進(jìn)制數(shù)中只有0和1兩個(gè)數(shù)碼。對于二進(jìn)制數(shù)B可用權(quán)展開式表示為其中Bi可取0或1。基數(shù)為2，2i稱為二進(jìn)制的權(quán)。二進(jìn)制數(shù)的加減運(yùn)算中遵循逢二進(jìn)一、借一為二的規(guī)則?！纠?2】二進(jìn)制數(shù)101.01可按權(quán)展開為對于二進(jìn)制數(shù)101.01也可寫為101.01B或(101.01)B。（3） 十六進(jìn)制數(shù)在十六進(jìn)制數(shù)中，采用09、AF等十六個(gè)數(shù)碼，其中AF相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為1015。對于16進(jìn)制數(shù)H可表示為 其中Hi是H的第i位數(shù)碼，是0F等16個(gè)數(shù)碼中的一個(gè)，基數(shù)為16，16i稱

9、為十六進(jìn)制的權(quán)。 十六進(jìn)制的加減運(yùn)算中遵循逢十六進(jìn)一、借一為十六的規(guī)則?！纠?3】十六進(jìn)制數(shù)2BA.7E可按權(quán)展開為 同樣對于十六進(jìn)制數(shù)(2BA.7E)16也可寫為2BA.7EH或(2BA.7E)H。 二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)之間存在有一種特殊關(guān)系，即2416，也就是說一位十六進(jìn)制數(shù)恰好可用四位二進(jìn)制數(shù)表示，且它們之間的關(guān)系是唯一的。所以，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用中，雖然機(jī)器只能識別二進(jìn)制數(shù)，但在數(shù)字的表達(dá)上更廣泛地采用十六進(jìn)制數(shù)。十 進(jìn) 制二 進(jìn) 制八 進(jìn) 制十 六 進(jìn) 制000011112102231133410044510155611066711177810001089100111910101012A1

10、1101113B12110014C13110115D14111016E15111117F16100002010表1-2 幾種進(jìn)位制的數(shù)碼對照 1.2.2 數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換（1） 二進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)時(shí)，只要將二進(jìn)制數(shù)、或十六進(jìn)制數(shù)按相應(yīng)的權(quán)表達(dá)式展開，再按十進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則求和，即可得到它們對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。【例14】將二進(jìn)制數(shù)1101100.111轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。解：（1101100.111）2126125123122 12-112-212-3 6432840.50.250.125 （108.875）10【例15】將十六進(jìn)制數(shù)19BC.8轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。

11、解：（19BC.8）1611639162B161C160 816-1 40962304176120.5（6588.5）10（2） 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù) 十進(jìn)制數(shù)整數(shù)和小數(shù)部分應(yīng)分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換。整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換采用的是除2取余法，直到商為0，余數(shù)按倒序排列，稱為“倒序法”。小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換采用乘2取整法，直到小數(shù)部分為0，整數(shù)按順序排列，稱為“順序法”?！纠?6】將十進(jìn)制數(shù)61.125轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。 解：整數(shù)部分 小數(shù)部分61/2=30 余數(shù)1(最低位) 0.12520.25 整數(shù)0(最高位)30/2=15 余數(shù)0 0.2520.5 整數(shù)015/2=7 余數(shù)1 0.521.0 整數(shù)1(最

12、低位)7/2=3 余數(shù)13/2=1 余數(shù)11/2=0 余數(shù)1(最高位)即 (61.125)10=(111101.001)2【例17】將十進(jìn)制數(shù)61.125轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。 解： 整數(shù)部分 小數(shù)部分61/16=3 余數(shù)D(最低位) 0.125162.0 整數(shù)2(最高位)3/16=0 余數(shù)3(最高位) 即 (61.125)10=(3D.2)16 也可將十進(jìn)制數(shù)先轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，再轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)；或先將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)，再轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。（3） 二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換原則是“四位合成一位”，即從小數(shù)點(diǎn)開始向左右兩邊以每四位為一組，不足四位時(shí)補(bǔ)0，然后每組

13、改成等值的一位十六進(jìn)制數(shù)即可。 【例18】將（1011111101.1001101）2轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)。 解：001011111101.10011010 2 F D. 9 A即（1011111101.1001101）2（2FD.9A）16（4） 十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換原則是“一位分成四位”，即把1位十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的4位二進(jìn)制數(shù)，然后按順序連接即可。 【例19】將（FB6.DA3）16轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。 解： F B 6. D A 3111110110110.110110100011即（FB6.DA3）16（111110110110.110110100011

14、）21.2.3 微型計(jì)算機(jī)常用的編碼 計(jì)算機(jī)不僅要處理數(shù)制計(jì)算問題，還要處理大量非數(shù)值問題。由于在計(jì)算機(jī)中數(shù)是用二進(jìn)制數(shù)表示的，計(jì)算機(jī)只能識別二進(jìn)制數(shù)碼。因此，不論是十進(jìn)制數(shù)，還是英文字母、漢字以及其它信息（如語言、符號、聲音等）必須先轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼，才能讓計(jì)算機(jī)接受。這種把信息編成二進(jìn)制代碼的方法，稱為計(jì)算機(jī)的編碼。 通常計(jì)算機(jī)編碼分為數(shù)值編碼和字符編碼。（1）BCD碼（十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼） BCD（Binary Coded Decimal）碼是指每位十進(jìn)制數(shù)用4位二進(jìn)制數(shù)碼表示，使其既具有二進(jìn)制數(shù)的形式又具有十進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)。值得注意的是，四位二進(jìn)制數(shù)有16種狀態(tài)，但BCD碼只選用10種

15、狀態(tài)來表示09這10個(gè)數(shù)碼，其余六個(gè)是多于的，應(yīng)該放棄不用。常用的BCD碼有8421碼、2421碼和余3碼等，其中最常用的為8421碼。BCD編碼自然簡單、書寫方便。例如十進(jìn)制數(shù)86的BCD編碼形式為10000110B，即86H?！纠?10】寫出十進(jìn)數(shù)976.93D對應(yīng)的8421BCD碼。 解：976.93D=1001 0111 0110.1001 0011BCD 【例111】寫出8421BCD碼101001.0110011BCD對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。 解：101001.0110011BCD0010 1001.0110 0110BCD =29.66D 計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)單元通常以字節(jié)（8位二進(jìn)制）為最小單

16、位，很多操作也是以字節(jié)為單位進(jìn)行的，在一個(gè)字節(jié)中如何存放BCD碼有兩種方式。一種方式是在一個(gè)字節(jié)中存放兩個(gè)BCD碼，這種方式稱為壓縮BCD碼表示法。在采用壓縮BCD碼表示十進(jìn)制數(shù)時(shí)，一個(gè)字節(jié)就表示兩位十進(jìn)制數(shù)。例如10000110B表示十進(jìn)制數(shù)86。另一種方式是一個(gè)字節(jié)存放一個(gè)BCD碼，即字節(jié)的高4位為0，低4位為十進(jìn)制數(shù)字的BCD碼，該方式稱為非壓縮BCD碼表示法。例如對于十進(jìn)制數(shù)86的非壓縮BCD碼表示為00001000 00000110B（2） ASCII碼 ASCII（American Standard Code for Information Interchange）碼是美國國家信息

17、交換標(biāo)準(zhǔn)代碼。這種編碼是字符編碼，利用7位二進(jìn)制數(shù)字“0”和“1”的組合碼，對應(yīng)著128個(gè)符號。031及127(共33個(gè))是控制字符或通訊專用字符（其余為可顯示字符），它們并沒有特定的圖形顯示，但會(huì)依不同的應(yīng)用程序，而對文本顯示有不同的影響；32126(共95個(gè))是字符(32sp是空格，有些教材將其歸入控制字符），其中4857為0到9十個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字，6590為26個(gè)大寫英文字母，97122號為26個(gè)小寫英文字母，其余為一些標(biāo)點(diǎn)符號、運(yùn)算符號等。（3）國標(biāo)碼 “國家標(biāo)準(zhǔn)信息交換用漢字編碼”（GB2312-80標(biāo)準(zhǔn)），簡稱國標(biāo)碼。國標(biāo)碼是指1980年中國制定的用于不同的具有漢字處理功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

18、間交換漢字信息時(shí)使用的編碼。國標(biāo)碼是二字節(jié)碼, 用兩個(gè)七位二進(jìn)制數(shù)編碼表示一個(gè)漢字。目前國標(biāo)碼收入6763個(gè)漢字, 其中一級漢字（最常用）3755個(gè), 二級漢字3008個(gè), 另外還包括682個(gè)西文字符、圖符。順便一提的是，在我國的臺(tái)灣地區(qū)采用的是另一套不同標(biāo)準(zhǔn)碼（BIG5碼），因此，兩岸的漢字系統(tǒng)及各種文件不能直接相互使用。1.3 無符號二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算1.3.1 二進(jìn)制的算術(shù)運(yùn)算（1） 二進(jìn)制加法 二進(jìn)制加法運(yùn)算規(guī)則如下： 00 = 0 01 = 1 10 = 1 11 = 0 （產(chǎn)生進(jìn)位）【例112】計(jì)算10100110B+10110100B 解：1 0 1 0 0 1 1 0

19、B +）1 0 1 1 0 1 0 0B 1 0 1 0 1 1 0 1 0B即 10100110B+10110100B101011010B（2） 二進(jìn)制減法二進(jìn)制數(shù)的減法規(guī)則如下： 000 011（產(chǎn)生借位） 101 110【例113】計(jì)算10100110B00110100B 解： 1 0 1 0 0 1 1 0B ） 0 0 1 1 0 1 0 0B 0 1 1 1 0 0 1 0B即 10100110B00110100B01110010B（3） 二進(jìn)制乘法二進(jìn)制乘法規(guī)則如下： 000010 100111【例114】計(jì)算1101B1001B 解法1： 1 1 0 1 ） 1 0 0 1 1

20、 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1即1101B1001B1110101B 對二進(jìn)制數(shù)而言，每左移一位相當(dāng)于乘以2，左移n位就相當(dāng)于乘以2n。（4） 二進(jìn)制除法 二進(jìn)制數(shù)除法的計(jì)算方法，與十進(jìn)制數(shù)除法類似，也由減法、上商等操作分步完成?！纠?15】計(jì)算1110101B1001B即1110101B1001B1101B 對二進(jìn)制數(shù)而言，每右移一位相當(dāng)于除以2，右移n位就相當(dāng)于除以2n。1.3.2 無符號數(shù)的表示范圍 （1） 無符號二進(jìn)制數(shù)的表示范圍 一個(gè)n位無符號二進(jìn)制數(shù)的表示范圍為02n1。例如一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)的表示范圍為0281，即00H0F

21、FH（0255）。如果運(yùn)算結(jié)果超出二進(jìn)制數(shù)的表示范圍，則會(huì)產(chǎn)生溢出，運(yùn)算結(jié)果也不準(zhǔn)確?！纠?16】計(jì)算11000101B10101001B 解： 1 1 0 0 0 1 0 1B +） 1 0 1 0 1 0 0 1B 1 0 1 1 0 1 1 1 0B即 11000101B10101001B101101110B 由上式可知，上面兩個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)相加的結(jié)果為9位二進(jìn)制數(shù)，超出了8位數(shù)的表示范圍。若僅取8位字長，則結(jié)果為01101110B，顯然是錯(cuò)誤的，這種情況就稱為溢出。 事實(shí)上，11000101B197D，10101001B169D，197169366，相加結(jié)果大于8位無符號二進(jìn)制數(shù)能夠表

22、示的最大值255，所以最高位的進(jìn)位丟失了，該進(jìn)位代表了256，所以最后的運(yùn)算結(jié)果為366256110，即01101110B。（2） 無符號二進(jìn)制數(shù)的溢出判斷 設(shè)無符號二進(jìn)制數(shù)的最高有效位Di的進(jìn)位（或借位）為Ci，則兩個(gè)無符號二進(jìn)制數(shù)相加（或相減）時(shí)，若最高位產(chǎn)生進(jìn)位（或借位），即Ci1，就產(chǎn)生了溢出。在例116中，兩個(gè)8為無符號二進(jìn)制數(shù)相加，最高有效位（D7位）產(chǎn)生了進(jìn)位C71，故結(jié)果出現(xiàn)了溢出。1.3.3 二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算 邏輯運(yùn)算是在對應(yīng)的兩個(gè)二進(jìn)制位之間進(jìn)行的，與相鄰的高低位的值均無關(guān)，即不存在進(jìn)位、借位等問題?；具壿嬤\(yùn)算包括“與”、“或”、“非”和“異或”4種運(yùn)算。（1） 邏輯與

23、運(yùn)算 邏輯與又稱邏輯乘，常用“”算符表示。邏輯與運(yùn)算法則為： 000 010 100 111即參加“與”操作的兩位中只要有一位為0，則“與”的結(jié)果就為0，僅當(dāng)兩位均為1時(shí)，“與”的結(jié)果才為1?！纠?17】計(jì)算11000101B10101001B 解： 1 1 0 0 0 1 0 1B 1 0 1 0 1 0 0 1B 1 0 0 0 0 0 0 1B即 11000101B10101001B10000001B（2） 邏輯或運(yùn)算 邏輯或運(yùn)算又稱邏輯加，常用“”算符表示。邏輯或運(yùn)算的規(guī)則為： 000 011 101 111即參加“或”操作的兩位中只要有一位為1，則“或”的結(jié)果就為1，僅當(dāng)兩位均為0時(shí)

24、，“或”的結(jié)果才為0?！纠?18】計(jì)算11000101B10101001B 解： 1 1 0 0 0 1 0 1B 1 0 1 0 1 0 0 1B 1 1 1 0 1 1 0 1B即 11000101B10101001B11101101B（3） 邏輯非運(yùn)算 邏輯非運(yùn)算又稱邏輯取反，常采用上橫線“”運(yùn)算符表示。邏輯非運(yùn)算規(guī)則為： 【例119】計(jì)算 B解：只要對11000101B按位取反即可（4） 邏輯異或 邏輯異或又稱半加，是不考慮進(jìn)位的加法，常采用“”算符表示。邏輯異或的運(yùn)算規(guī)則為： 000 011 101 110即進(jìn)行操作的兩個(gè)二進(jìn)制位相同時(shí)，結(jié)果為0；不同時(shí)，結(jié)果為1?！纠?20】計(jì)算1

25、1000101B10101001B 解： 1 1 0 0 0 1 0 1B 1 0 1 0 1 0 0 1B 0 1 1 0 1 1 0 0B即 11000101B10101001B01101100B1.4 有符號二進(jìn)制數(shù)的表示及運(yùn)算1.4.1 有符號數(shù)的表示方法 在計(jì)算機(jī)中數(shù)的正負(fù)號只能由“0”和“1”表示。一般規(guī)定一個(gè)有符號數(shù)的最高位為符號位，該位為“0”表示正，該位為“1”表示負(fù)?！纠?21】1001100B在計(jì)算機(jī)中表示為01001100B 1001100B在計(jì)算機(jī)中表示為11001100B 我們把符號數(shù)值化了的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)，如01001100B和11001100B就是機(jī)器數(shù)，而把原來

26、的數(shù)值稱為機(jī)器數(shù)的真值，如1001100B和1001100B。 機(jī)器數(shù)是計(jì)算機(jī)中數(shù)的基本形式，為了運(yùn)算方便，機(jī)器數(shù)通常有原碼、反碼和補(bǔ)碼三種形式。（1） 原碼 對于一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，用最高位作為該數(shù)的符號位，且用“0”表示“”號，“1”表示“”號，其余各位數(shù)表示其數(shù)值本身，則稱為原碼表示法。即在原碼表示法中，不論數(shù)的正負(fù)，數(shù)值部分均保持原真值不變?！纠?22】求+20，20的原碼。 解：20原10100B0 0010100B（“”的符號位用0代替） 20原10100B1 0010100B（“”的符號位用1代替） 值得注意的是，在原碼表示法中，真值0的原碼可表示為兩種不同的形式，即0和0。0原000

27、00000B0原10000000B即 0的原碼表示不唯一。 原碼表示法的優(yōu)點(diǎn)是簡單、直觀、易于理解，與真值間的轉(zhuǎn)換比較方便。缺點(diǎn)是用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)起來比較煩瑣，不僅要考慮是做加法還是做減法，還要考慮數(shù)的符號和絕對值的大小，這使運(yùn)算器的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，降低了運(yùn)算器的運(yùn)算速度。 （2）反碼 對正數(shù)而言，反碼的表示方法同原碼，即符號位為“0”，數(shù)值部分與真值相同；而對負(fù)數(shù)而言，反碼的符號位與原碼相同為“1”，數(shù)值部分為真值的各位按位取反。即若X原0Xn-1Xn-2X0，則X反X原若X原1Xn-1Xn-2X0，則X反1【例123】求+20，20的反碼。解：20反20原0 0010100B（正數(shù)的反碼同原碼）

28、 20反 B1 1101011B（符號位不變，其余按位取反） 注意，在反碼表示法中，同原碼一樣，數(shù)0也有兩種表示形式。0反00000000B0反11111111B（3）補(bǔ)碼 對于n位二進(jìn)制數(shù)X，補(bǔ)碼的定義如下： 從定義不難發(fā)現(xiàn)，正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼、反碼的表示是完全相同的，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼表示為該數(shù)的原碼除符號位外按位取反后最末位加1（即反碼1）。 與原碼、反碼不同，數(shù)0的補(bǔ)碼表示是唯一的。0補(bǔ) +0原000000000補(bǔ) -0反+111111111+11 00000000 00000000（對8位字長，進(jìn)位被舍掉） 注意，特殊數(shù)10000000B，該數(shù)在原碼中表示0，在反碼中表示127，在補(bǔ)碼中定義為

29、128，而對無符號數(shù)，10000000B128【例124】求20和20的補(bǔ)碼20補(bǔ)20反20反00010100（正數(shù)的補(bǔ)碼同原碼）20補(bǔ)20反111101011B+111101100B 特別需要指出，在計(jì)算機(jī)中凡是帶符號的數(shù)一律用補(bǔ)碼表示，且符號參加運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果也用補(bǔ)碼表示。若運(yùn)算結(jié)果的符號位為“0”，則表示結(jié)果為正數(shù)，若運(yùn)算結(jié)果的符號位為“1”，則表示結(jié)果為負(fù)數(shù)，它們是以補(bǔ)碼形式表示的。如果想用原碼表示，就要解決由補(bǔ)碼求原碼的問題。方法很簡單，只要對補(bǔ)碼再求補(bǔ)即可。即X原X補(bǔ)補(bǔ) 【例125】已知X補(bǔ)11101100B，求X。解：X原X補(bǔ)補(bǔ)10010100B X10100B201.4.2

30、補(bǔ)碼的運(yùn)算 兩個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)補(bǔ)碼的運(yùn)算具有如下規(guī)則：XY補(bǔ)X補(bǔ)Y補(bǔ) (mod 2n) 即兩個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)之和的補(bǔ)碼等于兩數(shù)補(bǔ)碼之和。 當(dāng)帶符號兩數(shù)采用補(bǔ)碼形式表示時(shí)，進(jìn)行加法運(yùn)算可以把符號位和數(shù)值位一起進(jìn)行運(yùn)算（若符號位有進(jìn)位,則丟掉），結(jié)果為兩數(shù)之和的補(bǔ)碼形式。b) XY補(bǔ)X補(bǔ)Y補(bǔ) (mod 2n) （1.9） 即兩個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)之差的補(bǔ)碼等于兩數(shù)補(bǔ)碼之差。 帶符號的兩個(gè)數(shù)采用補(bǔ)碼形式表示時(shí)，進(jìn)行減法運(yùn)算可以把符號位和數(shù)值位一起進(jìn)行運(yùn)算（若符號位有借位，則丟掉）結(jié)果為兩數(shù)之差的補(bǔ)碼形式。c) XY補(bǔ)X補(bǔ)Y補(bǔ) (mod 2n) （1.10） 即兩個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)之差的補(bǔ)碼等于第一個(gè)數(shù)的補(bǔ)碼與第二

31、個(gè)數(shù)負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼之和。上式稱為“變補(bǔ)相加法”。 【例126】已知X81，Y60，求XY補(bǔ)。解法1：X補(bǔ)01010001B，Y補(bǔ)00111100B 由式（1.9），得 XY補(bǔ)00010101B解法2：X補(bǔ)01010001B，Y補(bǔ)11000100B 由式（1.10）得 XY補(bǔ)00010101B 注意，在字長為n位的機(jī)器中，最高位向上的進(jìn)位是自然丟失的，本例就是這樣的情況。解法1和解法2的結(jié)果完全一致，再次說明了當(dāng)兩個(gè)符號數(shù)均用補(bǔ)碼表示時(shí)，減法運(yùn)算可以變?yōu)榧臃ㄟ\(yùn)算實(shí)現(xiàn)?！纠?27】已知X60，Y81，求XY補(bǔ)。解：X補(bǔ)00111100B，Y補(bǔ)01010001B Y補(bǔ)10101111B由式（1.10）得

32、 XY補(bǔ)11101011B 最高位D7位1，表明該數(shù)為負(fù)數(shù)，將后面7位D6D0按位取反加1，得到真值為0010101B，即21D?！纠?28】已知X60，Y81，求XY補(bǔ)。解：X補(bǔ)00111100B，Y補(bǔ)01010001B 由式（1.8）得 XY補(bǔ)10001101B 兩個(gè)8位二進(jìn)制正數(shù)相加，其結(jié)果的符號位為1，即和為負(fù)數(shù)，顯然是錯(cuò)誤的，原因是運(yùn)算結(jié)果超出了8位二進(jìn)制補(bǔ)碼數(shù)的表示范圍。對于一個(gè)n位帶符號的二進(jìn)制數(shù)，其原碼、反碼和補(bǔ)碼都是有一定的表示范圍的。1.4.3 有符號數(shù)的表示范圍（1） 帶符號數(shù)的表示范圍 8位二進(jìn)制數(shù)的表示范圍原碼：11111111B01111111B，即127127反碼

33、：10000000B01111111B，即127127補(bǔ)碼：10000000B01111111B，即128127 當(dāng)8位二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算結(jié)果超出上述范圍時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溢出。 16位二進(jìn)制數(shù)的表示范圍原碼：FFFFH7FFFH，即3276732767反碼：8000H7FFFH，即3276732767補(bǔ)碼：8000H7FFFH，即3276832767 當(dāng)16位二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算結(jié)果超出上述范圍時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溢出。（2）帶符號數(shù)運(yùn)算時(shí)的溢出判斷 兩個(gè)帶符號數(shù)進(jìn)行加減運(yùn)算時(shí)，運(yùn)算結(jié)果超出上述范圍，就發(fā)生了溢出錯(cuò)誤。顯然，溢出只會(huì)在兩個(gè)同符號數(shù)相加或兩個(gè)異符號數(shù)相減時(shí)發(fā)生。下述規(guī)則可用于判斷運(yùn)算結(jié)果是否溢出。 設(shè)最高

34、位的進(jìn)位（或借位）為Ci，次高位向最高位的進(jìn)位（或借位）為Ci-1，若CiCi-11 則結(jié)果產(chǎn)生溢出。即最高位和次高位的進(jìn)位（或借位）標(biāo)記一個(gè)為1，另一個(gè)為0時(shí)，說明有溢出，否則，沒有溢出。 對于兩個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)相加減時(shí)，若C7C61，則結(jié)果有溢出?！纠?29】已知X=01111000B，Y=01101001B，求XY 解：X補(bǔ)01111000B，Y補(bǔ)01101001B 0 1 1 1 1 0 0 0B ）0 1 1 0 1 0 0 1B 1 1 1 0 0 0 0 1B 由于C70，C61，C7C61，故有溢出。事實(shí)上，兩正數(shù)相加得負(fù)數(shù)，顯然結(jié)果錯(cuò)誤?！纠?30】已知X60，Y81，計(jì)算XY

35、。解：X補(bǔ)11000100B，Y補(bǔ)01010001B Y補(bǔ)10101111B 由式（1.10） 1 1 0 0 0 1 0 0B ）1 0 1 0 1 1 1 1B 1 0 1 1 1 0 0 1 1B 由于C71，C60，C7C61，故有溢出。事實(shí)上，負(fù)數(shù)減正數(shù)得正數(shù)（最高位的進(jìn)位1自然丟失），顯然結(jié)果錯(cuò)誤。另外，從6081141，可以看出結(jié)果超出了8位二進(jìn)制數(shù)的表示范圍，故產(chǎn)生溢出錯(cuò)誤。 注意，無符號數(shù)和帶符號數(shù)的溢出的條件是不一樣的，因?yàn)樗鼈兛杀硎緮?shù)的范圍不一樣。無符號數(shù)的溢出與否，僅由最高位向前是否有進(jìn)位（或借位）決定；而對有符號數(shù)，則由最高位和次高位兩位的進(jìn)位（或借位）情況共同決定。

36、一旦產(chǎn)生溢出，計(jì)算機(jī)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)溢出中斷，通知用戶進(jìn)行出錯(cuò)處理。1.5 常用數(shù)據(jù)單位（1）位（bit） 在計(jì)算機(jī)中最小的數(shù)據(jù)單位是二進(jìn)制的一個(gè)數(shù)位。計(jì)算機(jī)中最直接、最基本的操作就是對二進(jìn)制位的操作。我們把二進(jìn)制數(shù)的每一位叫一個(gè)字位，或叫一個(gè)bit。bit是計(jì)算機(jī)中最基本的存儲(chǔ)單元。（2）字節(jié)（Byte） 一個(gè)8位的二進(jìn)制數(shù)單元叫做一個(gè)字節(jié)，或稱為Byte。字節(jié)是計(jì)算機(jī)中最小的存儲(chǔ)單元。其他容量單位還有千字節(jié)（KB）、兆字節(jié)（MB）、千兆字節(jié)（GB）以及兆兆字節(jié)（TB）。它們之間有下列換算關(guān)系：1B8bitsK(Kilo，千) 1KB1024B210BM(Mega，百萬，兆) 1MB1024KB2

37、20BG(Giga，十億) 1GB1024MB230BT(Tril，萬億)1TB1024GB240B（3）字 CPU通過數(shù)據(jù)總線一次存取、加工和傳送的數(shù)據(jù)稱字，一個(gè)字由若干個(gè)字節(jié)組成。（4）字長 一個(gè)字中包括二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)叫字長。例如，一個(gè)字由兩個(gè)字節(jié)組成，則該字字長為16位。 較長的字長可以處理位數(shù)更多的信息，不同類型計(jì)算機(jī)的字長是不同的，“字長”是計(jì)算機(jī)功能的一個(gè)重要標(biāo)志，“字長”越長表示功能越強(qiáng)。字長是由CPU芯片決定的，例如，80286CPU字長為16位，即一個(gè)字長為兩個(gè)字節(jié)，目前主流CPU的字長是64位。2 80C51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理2.1 80C51單片機(jī)的組成 （1）

38、中央處理器（CPU） 單片機(jī)中央處理器和通用微處理器基本相同，只是增設(shè)了“面向?qū)ο蟆钡奶幚砉δ?。如位處理、查表、多種跳轉(zhuǎn)、乘除法運(yùn)算、狀態(tài)檢測、中斷處理等，增強(qiáng)了實(shí)時(shí)性。（2） 存儲(chǔ)器 目前微型計(jì)算機(jī)和單片機(jī)的存儲(chǔ)器主要有兩種結(jié)構(gòu)，即哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)和普林斯頓（Princeton）結(jié)構(gòu)。所謂哈佛結(jié)構(gòu)，是將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)；而普林斯頓結(jié)構(gòu)，則是將程序和數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲(chǔ)器空間的結(jié)構(gòu)。80C51系列單片機(jī)采用前者。圖21 80C51單片機(jī)的基本組成框圖 程序存儲(chǔ)器（ROM） 程序存儲(chǔ)器用來存放程序和始終要保留的常數(shù)。常用的有片內(nèi)掩膜ROM、可編程ROM（PRO

39、M）、可擦除可編程ROM（EPROM）、電可擦除可編程型ROM（E2PROM）8031片內(nèi)沒有程序存儲(chǔ)器8051內(nèi)部設(shè)有4KB的掩模ROM程序存儲(chǔ)器8751是將8051片內(nèi)的ROM換成EPROM89C51則換成4KB的閃速EEPROM89S51結(jié)構(gòu)同89C51，4KB的閃速EEPROM可在線編程 增強(qiáng)型52、54、58系列的存儲(chǔ)容量為普通型分別為8KB、16KB、64KB 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)存放程序運(yùn)行中所需要的常數(shù)和變量。51系列內(nèi)部RAM容量為128B，52系列為256B。（3） I/O接口 并行I/O接口 80C51單片機(jī)內(nèi)部有4個(gè)8位I/O接口，不僅可靈活地用作輸入或輸出，

40、而且還具有多種功能。 串行口 80C51單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行口，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其它設(shè)備間的串行通訊。該串行口還可作為同步移位器使用。 （4）時(shí)鐘電路 80C51單片機(jī)內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接，時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列。（5）中斷 80C51共有5個(gè)中斷源，即外部中斷2個(gè)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷2個(gè)，串行口中斷1個(gè)，全部中斷源分為兩個(gè)優(yōu)先級，優(yōu)先級的高低可通過編程實(shí)現(xiàn)。（6）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 80C51共有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)精確的定時(shí)或?qū)ν獠渴录挠?jì)數(shù)功能。 從以上內(nèi)容可以看出，單片機(jī)突破了常規(guī)的按邏輯功能劃分芯片，由多片構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，將構(gòu)成計(jì)

41、算機(jī)的許多功能集成在一塊晶體芯片上，它已具備了計(jì)算機(jī)的基本功能，實(shí)際上已經(jīng)是一個(gè)簡單的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)了。2.2 80C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能2.2.1 80C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 80C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖22所示。它主要由以下幾個(gè)部分組成：1個(gè)8位的中央處理器；4KB的EPROM/ROM；128B的RAM；32條I/O線；2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；1個(gè)具有5個(gè)中斷源、2個(gè)優(yōu)先級的中斷嵌套結(jié)構(gòu)；用于多處理機(jī)通訊、I/O口擴(kuò)展或全雙工通用異步接收發(fā)器（UART）；特殊功能寄存器（SFR）；1個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。這些部件通過內(nèi)部總線連接起來，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。圖22 80C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

42、圖2.2.2. 中央處理器（CPU） 中央處理器是單片機(jī)內(nèi)部的核心部件，它決定了單片機(jī)的主要功能特性。中央處理器從功能上可分為運(yùn)算器、控制器兩部分。（1）運(yùn)算器 運(yùn)算器由運(yùn)算邏輯單元ALU、累加器ACC（A）、暫存寄存器、B寄存器、程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器PSW以及BCD碼運(yùn)算修正電路等組成。 算術(shù)邏輯單元ALU 算術(shù)邏輯單元ALU的結(jié)構(gòu)如圖23所示。ALU功能十分強(qiáng)大，不僅可以對8位變量進(jìn)行邏輯“與”、“或”、“異或”、循環(huán)求補(bǔ)、清零等基本操作，還可以進(jìn)行加、減、乘、除等基本運(yùn)算，并具有數(shù)據(jù)傳輸、程序轉(zhuǎn)移等功能。為了乘除運(yùn)算的需要，設(shè)置了B寄存器。圖23 ALU結(jié)構(gòu) 累加器ACC 累加器ACC（簡

43、稱累加器A）為一個(gè)8位寄存器，它是CPU中使用最頻繁的寄存器。大部分單操作數(shù)指令的操作數(shù)取自累加器A，很多雙操作數(shù)指令的一個(gè)操作數(shù)取自累加器A，加、減、乘和除等算術(shù)運(yùn)算指令的運(yùn)算結(jié)果都存放在累加器A或AB寄存器中，在變址尋址方式中累加器被作為變址寄存器使用。 需要注意的是，在80C51單片機(jī)，還有一部分可以不經(jīng)過累加器A的傳送指令，如：寄存器直接尋址單元之間；直接尋址單元與間接尋址單元之間；寄存器、直接尋址單元、間接尋址單元與立即數(shù)之間的傳送指令。其目的是加快傳送速度，減少累加器A的堵塞現(xiàn)象。 B寄存器 B寄存器為8位寄存器，主要用于乘除指令中。乘法中，ALU的兩個(gè)輸入分別為A、B，運(yùn)算結(jié)果存

44、放在AB寄存器對中。A中存放積的低8位，B中存放積的高8位。除法中，A中存放被除數(shù)，B中放入除數(shù)，商數(shù)存放于A，余數(shù)存放于B。當(dāng)然B寄存器也可作為一個(gè)普通的內(nèi)部RAM單元使用。 程序狀態(tài)字 程序狀態(tài)字PSW（Program Status Word）是一個(gè)逐位定義的8位標(biāo)志寄存器，它保存指令執(zhí)行結(jié)果的特征信息，以供程序查詢和判別。其各位的定義如下： a. PSW.0（P，奇偶標(biāo)志位） 每個(gè)指令周期由硬件來置位或清零用以表示累加器A中1的位數(shù)的奇偶性，若累加器中1的位數(shù)為奇數(shù)則P1，否則P0。 b. PSW.2（OV，溢出標(biāo)志位） c. PSW.3、PSW.4（RS0、RS1，工作寄存器選擇控制位

45、） 該兩位通過軟件置“0”或“1”來選擇當(dāng)前工作寄存器組，具體定義見表21。RS1RS0所選中的寄存器組00寄存器0組（00H07H）01寄存器1組（08H0FH）10寄存器2組（10H17H）11寄存器3組（18H1FH）表21 工作寄存器組選擇 d. PSW.5（F0，用戶標(biāo)志位） 該位為用戶定義的狀態(tài)標(biāo)記，用戶根據(jù)需要用軟件對其置位或清零，也可以用軟件測試F0的狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)分支轉(zhuǎn)移。 e. PSW.6（AC，輔助進(jìn)位標(biāo)志位） 進(jìn)行加法或減法操作時(shí)，當(dāng)發(fā)生低四位向高四位進(jìn)位或借位時(shí)，AC由硬件置位，否則AC位被清“0”。在進(jìn)行十進(jìn)制調(diào)整指令時(shí)，將借助AC狀態(tài)進(jìn)行判斷。 f. PSW.7（CY

46、，進(jìn)位標(biāo)志位） 在算術(shù)運(yùn)算中它可作為進(jìn)位標(biāo)志，表示運(yùn)算結(jié)果中高位是否有進(jìn)位或借位的狀態(tài)。 （2）控制器 控制器是單片機(jī)的神經(jīng)中樞，與運(yùn)算器一起組成中央處理器。在80C51單片機(jī)中，控制器電路包括程序計(jì)數(shù)器PC、程序地址寄存器、指令寄存器、指令譯碼器、數(shù)據(jù)指針DPTR、堆棧指針SP、條件轉(zhuǎn)移邏輯電路、緩沖器以及定時(shí)控制電路等。其功能是控制指令的讀出、譯碼和執(zhí)行，協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分正常工作。 程序計(jì)數(shù)器PC PC（Program Counter）是中央控制器中最基本的寄存器，是一個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器，其內(nèi)容為將要執(zhí)行的指令地址，尋址范圍可達(dá)64KB。PC有自動(dòng)增一的功能，從而實(shí)現(xiàn)程序的順序執(zhí)行。PC

47、沒有地址，是不可尋址的，因此用戶不能對其進(jìn)行讀寫，但可以通過跳轉(zhuǎn)、調(diào)用、返回等指令改變其內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)移。 數(shù)據(jù)指針DPTR 數(shù)據(jù)指針是80C51中一個(gè)功能比較特殊的16位寄存器。主要是作為片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址用的地址寄存器（間址尋址），故稱數(shù)據(jù)指針。DPTR也可作為訪問程序存儲(chǔ)器的基址寄存器。 2.2.3 時(shí)鐘電路及CPU工作時(shí)序（1）時(shí)鐘電路 80C51單片機(jī)時(shí)鐘電路如圖24所示，時(shí)鐘信號可由內(nèi)部振蕩方式或外部振蕩方式得到。圖24 單片機(jī)時(shí)鐘電路 內(nèi)部振蕩方式：在80C51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTALl，其輸出端為引腳XTAL2。只需要在片外通過XTAL1

48、和XTAL2引腳跨接晶體振蕩器和在引腳與地之間加接微調(diào)電容，形成反饋電路，振蕩器即可工作，如圖25所示。圖25 內(nèi)部振蕩方式 外部振蕩方式：把外部已有的時(shí)鐘信號引入單片機(jī)內(nèi)。該方式適宜用來使單片機(jī)的時(shí)鐘信號與外部信號保持同步。外部振蕩方式的外部電路如圖26所示。圖26 外部振蕩電路 需要注意，這里引入外部振蕩信號的方式是針對80C51系列單片機(jī)的，對于其它系列的單片機(jī)情況會(huì)有所不同，讀者應(yīng)參考該系列單片機(jī)的有關(guān)資料。 （2）CPU工作時(shí)序 首先介紹與CPU工作時(shí)序相關(guān)的幾個(gè)基本概念。 振蕩周期 振蕩周期指為單片機(jī)提供定時(shí)信號的振蕩源的周期或外部輸入時(shí)鐘的周期。振蕩周期為最小的時(shí)序單位，片內(nèi)的各

49、種微操作都以此周期為時(shí)序基準(zhǔn)。 時(shí)鐘周期 時(shí)鐘周期又稱作狀態(tài)周期或狀態(tài)時(shí)間S，它是振蕩周期的兩倍，它分為P1節(jié)拍和P2節(jié)拍，通常在P1節(jié)拍完成算術(shù)邏輯操作，在P2節(jié)拍完成內(nèi)部寄存器之間的傳送操作。 機(jī)器周期 一個(gè)機(jī)器周期由6個(gè)狀態(tài)組成，如果把一條指令的執(zhí)行過程分作幾個(gè)基本操作，則將完成一個(gè)基本操作所需的時(shí)間稱作機(jī)器周期。單片機(jī)的單周期指令執(zhí)行時(shí)間就為一個(gè)機(jī)器周期。由于一個(gè)狀態(tài)周期2個(gè)節(jié)拍組成，而一個(gè)機(jī)器周期由6個(gè)狀態(tài)組成，故一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩脈沖周期，可依次表示為S1P1（狀態(tài)1拍1）、S1P2（狀態(tài)1拍2）、S6P2（狀態(tài)6拍2），因此機(jī)器周期就是振蕩脈沖的12分頻。 指令周期 指令

50、周期即執(zhí)行一條指令所占用的全部時(shí)間，通常為14個(gè)機(jī)器周期。它是最大的時(shí)序定時(shí)單位。80C51的指令周期根據(jù)指令的不同，可包含有一、二、四個(gè)機(jī)器周期。 當(dāng)外接12MHz的晶振時(shí)，80C51單片機(jī)的四個(gè)周期分別為：振蕩周期1/12s，時(shí)鐘周期（狀態(tài)周期）1/6s，機(jī)器周期1s，指令周期14s。 80C51共有111條指令，全部指令按其長度可分為單字節(jié)指令、雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令。執(zhí)行這些指令所需要的機(jī)器周期數(shù)目是不同的。2.2.4 80C51單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 80C51單片機(jī)系列的存儲(chǔ)器采用的是哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，即將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開，程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器各有自已的尋址方

51、式、尋址空間和控制系統(tǒng)。 在80C51單片機(jī)中，不僅在片內(nèi)駐留了一定容量的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及眾多的特殊功能寄存器，而且還具有極強(qiáng)的外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展能力，尋址范圍分別可達(dá)64 KB，尋址和操作簡單方便。圖28 80C51單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 在物理上設(shè)有4個(gè)存儲(chǔ)器空間 程序存儲(chǔ)器：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器； 片外程序存儲(chǔ)器； 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 在邏輯上設(shè)有3個(gè)存儲(chǔ)器地址空間 片內(nèi)、片外統(tǒng)一的64 KB程序存儲(chǔ)器地址空間； 片內(nèi)256B (或384B)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間； 片外64 KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間。（1） 程序存儲(chǔ)器 程序存儲(chǔ)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)參見圖28，程序存儲(chǔ)器就是用來

52、存放編好的程序和表格常數(shù)，它以程序計(jì)數(shù)器PC作地址指針。由于80C51單片機(jī)采用16位的程序計(jì)數(shù)器和16位的地址總線，因此，可尋址的地址空間為64 KB，且這64K地址是片內(nèi)外連續(xù)、統(tǒng)一的。 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器 整個(gè)程序存儲(chǔ)器可分為兩部分：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器，可由引腳 所接的電平高低決定。 時(shí)，程序從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器空間開始執(zhí)行，即訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器；當(dāng)PC值超出片內(nèi)ROM容量時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外程序存儲(chǔ)器空間執(zhí)行。 時(shí)，系統(tǒng)全部執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器程序。需要說明的是，80C51單片機(jī)內(nèi)部有4KBE2PROM，外部可擴(kuò)展64KB的ROM，但實(shí)際有效的程序存儲(chǔ)器容量是64KB，而

53、不是68KB。 對于片內(nèi)無ROM的80C31/80C32單片機(jī)，應(yīng)將引腳固定接低電平，以迫使系統(tǒng)全部執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器程序。 程序存儲(chǔ)器特定的入口地址 程序存儲(chǔ)器的某些地址被保留用于特定的程序入口地址，如復(fù)位控制和中斷控制。表22為80C51單片機(jī)復(fù)位和中斷程序入口地址表。表22 復(fù)位和中斷入口地址表操 作入 口 地 址復(fù)位或非屏蔽中斷0000H外部中斷00003H定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0溢出000BH外部中斷10013H定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1溢出001BH串行口中斷0023H定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2/T2EX下降沿（80C52系列）002BH（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM構(gòu)成，用于存放隨

54、機(jī)數(shù)據(jù)。80C51單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可分為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它們是兩個(gè)獨(dú)立的地址空間。 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器包括片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū)和特殊功能寄存器(SFR)區(qū)，如圖29所示。圖29 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間分布圖 a. 片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū) 片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū)由工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和用戶RAM區(qū)組成。 工作寄存器區(qū)：片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū)的031H共32個(gè)字節(jié)單元，是4個(gè)通用工作寄存器組(表21)，每個(gè)組包含8個(gè)8位寄存器（R0R7）。在某一時(shí)刻，只能選用一個(gè)工作寄存器組使用。究竟哪一組工作是通過軟件對程序狀態(tài)字（PSW）中的RS0（PSW.3）、RS1（PSW.4）位的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)的。

55、 位尋址區(qū)：片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū)的 20H2FH共16個(gè)字節(jié)單元，包含128位，是可位尋址的RAM區(qū)。這16個(gè)字節(jié)單元，既可進(jìn)行字節(jié)尋址，又可實(shí)現(xiàn)位尋址。表23 字節(jié)地址與位地址的關(guān)系 用戶RAM區(qū)：片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū)的30H7FH共80個(gè)字節(jié)單元，對用戶RAM區(qū)的使用沒有任何規(guī)定或限制，一般用于存放用戶數(shù)據(jù)及作堆棧使用，可以采用直接字節(jié)尋址的方法訪問。 對于80C52型單片機(jī)，還有高128 B的數(shù)據(jù)RAM區(qū)。這一區(qū)域只能采用間接字節(jié)尋址的方法訪問，以區(qū)別于對特殊功能寄存器區(qū)（80HFFH）的訪問。 b. 特殊功能寄存器 內(nèi)部RAM的高128字節(jié)單元為特殊功能寄存器區(qū)，其單元地址為80HFFH。因這

56、些寄存器的功能已作專門規(guī)定，即用以存放相應(yīng)功能部件的控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)。故稱為特殊功能寄存器（SFR）。 80C51系列單片機(jī)設(shè)有128 B片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM結(jié)構(gòu)的特殊功能寄存器空間區(qū)。除程序計(jì)數(shù)器PC和4個(gè)通用工作寄存器組外，其余所有的寄存器都在這個(gè)地址空間內(nèi)。表24 特殊功能寄存器名稱、符號及地址一覽表（參見教材） 對特殊功能寄存器只能用直接尋址方式訪問，書寫時(shí)既可以使用寄存器符號，也可以使用寄存器單元地址。例如：ACC或0E0H，P1或90H，TMOD或89H。 在80C51/52型單片機(jī)中，有11/12個(gè)寄存器是可以位尋址的，它們的共同特點(diǎn)是字節(jié)地址正好能被8整除，而且字節(jié)地址與該字節(jié)最

57、低位的位地址相同。特殊功能寄存器的這些位大多有著專門的定義和用途。 C. 堆棧及堆棧指針 堆棧是在片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū)中，數(shù)據(jù)先進(jìn)后出或后進(jìn)先出的區(qū)域。堆棧指針(stack pointer)在80C51單片機(jī)中存放當(dāng)前的堆棧棧頂?shù)拇鎯?chǔ)單元地址的一個(gè)8位寄存器。 堆棧共有兩種操作：進(jìn)棧和出棧。不論是數(shù)據(jù)進(jìn)棧還是數(shù)據(jù)出棧，都是對棧頂單元進(jìn)行的，即對棧頂單元的寫和讀操作。 80C51單片機(jī)的堆棧是向上生成的：進(jìn)棧時(shí)，SP的內(nèi)容是增加的，即先SP1，后寫入數(shù)據(jù)；出棧時(shí)，SP的內(nèi)容是減少的，即先讀出數(shù)據(jù)，后SP1 系統(tǒng)復(fù)位后，SP內(nèi)容為07H。如不重新定義，則以07H為棧底，壓棧的內(nèi)容從08H單元開始存放。

58、考慮到00H1FH單元為通用寄存器區(qū)，20H2FH為位尋址區(qū)，堆棧最好在內(nèi)部RAM的30H7FH中開辟，故通常在程序開始處將SP的內(nèi)容初始化為30H。 堆棧的使用有兩種方式。一種是自動(dòng)方式，即在調(diào)用子程序或中斷時(shí)，斷點(diǎn)地址自動(dòng)進(jìn)棧。從子程序返回時(shí)，斷點(diǎn)地址自動(dòng)彈回PC。 另一種是指令方式，即使用專用的堆棧操作指令執(zhí)行進(jìn)棧出棧操作，進(jìn)棧操作指令為PUSH，出棧操作指令為POP。例如：保護(hù)現(xiàn)場就是一系列指令方式的進(jìn)棧操作；而恢復(fù)現(xiàn)場就是一系列指令方式的出棧操作。 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是在外部存放數(shù)據(jù)的區(qū)域，這一區(qū)域用寄存器間接尋址的方法訪問，所用的寄存器為DPTR、R1或R0。當(dāng)用R1、

59、R0尋址時(shí)，由于R0、R1為8位寄存器，因此最大尋址范圍為256 B；當(dāng)用DPTR尋址時(shí)，由于DPTR為16位寄存器，因此最大尋址范圍為64 KB。 80C51單片機(jī)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部I/O口實(shí)行統(tǒng)一編址，并使用相同的 、 作選通控制信號，均使用 MOVX 指令訪問。 80C51單片機(jī)有16位地址線，最多可擴(kuò)展64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這和DPTR所能尋址的最大范圍一致。2.2.5 80C51單片機(jī)的引腳功能 80C51有40引腳雙列直插（DIP）和44引腳(QFP)封裝形式。圖210是80C51/80C52的封裝圖。（a）40引腳雙列直插（DIP） （b）44引腳（QFP）圖210 80C

60、51/80C52的封裝圖（1） 信號引腳介紹 P0.0P0.7 P0.0P0.7 是P0口8位雙向口線。P0口是漏極開路的雙向I/O口，當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器（ROM及RAM）時(shí)，作地址和數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用。在程序校驗(yàn)期間，輸出指令字節(jié)（這時(shí)，需加外部上拉電阻）。P0口（作為總線時(shí)）能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。 P1.0P1.7 P1.0P1.7是P1口的8位雙向口線。P1口是準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。在編程/校驗(yàn)期間，用做輸入低位字節(jié)地址。P1口可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。 P2.0P2.7 P2.0P2.7是P2口的8位雙向口線。P2口也是準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。 當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器