单片机基础

1 单片机概论

1.1 单片机的概念和特点

单片机将微处理器，储存器，IO接口，定时器，通信接口，中断系统等集成到一个芯片上

称为MCU微控制器或者SCM单片机

通用计算机的基本部件：

• CPU

• 程序存储器ROM

• 数据储存器RAM

• 定时器

• IO接口

• 外部通信接口

• 中断系统

单片机加PCB板得到单片机芯片

单片机的优点：电路可编程，节约经济和人工成本

1.2 单片机的发展和应用领域

1. INTEL的4位单片机

2. 低性能8位单片机 1976~1978

3. 高性能8位单片机1978~今天

4. 其它高性能单片机1982~今天

16，32位单片机太少，8位处在一个又经济又实用的平衡

单片机的应用：

1. 工业化的测量

2. 智能仪器仪表

3. 计算机外设和智能设备

4. 家用电器和消费电子产品

1.3 数值在计算机中的表示

8位单片机，位数D7到D0

D7为符号位，D6到D0为数值位

原码 D7 D6~D0 正常数字

反码 D7 D6~D0 原码取反

补码D7 D6~D0 反码加一

8位的范围是-128~+127

补码有回转特性

2 认识51单片机

2.1 51单片机的型号与组成

2.1.1 51单片机的型号

51系列带有128KB储存器

8031芯片不带任何ROM 8051芯片带4KB一次性写入PROM 8751芯片带4KB紫外线擦除EPROM

52系列带有256KB储存器

8032芯片不带任何ROM 8052芯片带4KB一次性写入PROM 8752芯片带4KB紫外线擦除EPROM

厂家前缀-8位机标识-ROM储存器种类-芯片制作工艺-芯片系列-ROM储存容量

2.1.2 51单片机的组成

它由中央处理器，定时器等八部分组成

分别为CPU，ROM，RAM，时钟电路，并行接口，串行接口，定时器，中断系统

2.1.2.1 运算部件CPU

运算部件以8位算术逻辑单元为ALU为核心，包含累加器ACC，B寄存器，标志寄存器PSW等部件，能实现算数运算，逻辑运算，位运算，数据传输等处理

ALU还有一个位运算器，它可以对一位二进制数据进行置位，清零，求反，测试转移，以及位逻辑处理，这对于控制方面很有用

累加器ACC是 CPU中最常用的寄存器

辅助寄存器辅助ACC完成乘法和除法指令

PSW标志寄存器，用来表示指令执行结果的状态

位	指令	效果
D7	C	进位标志位
D6	AC	辅助进位标志位
D5	F0	用户标志位
D4	RS1	寄存器组选择位
D3	RS0	寄存器组选择位
D2	OV	溢出标志位
D1	-
D0	P	奇偶标志位（判断二进制有几个1）

2.1.2.2 控制部件

单片机的控制中心，包括定时和控制电路，指令寄存器，指令译码器，程序计数器PC，堆栈指针SP，数据指针DPTR等

它先以震荡信号为基准产生CPU的时序，从ROM中取出指令到指令寄存器，然后再指令译码器中对指令译码器进行译码，产生指令执行所需的各种控制信号，送到单片机内部的各功能部件，指挥各功能部件产生相应的操作，完成对应的功能

2.2 单片机的存储结构

和PC的区别：程序和数据储存在两个不同的位置。

2.2.1 程序存储器ROM

存放单片机工作的程序，没有ROM的时候，单片机无法工作

有一个16位程序计数器，用于指示下一时刻CPU要执行的程序在ROM空间中的地址位，从0000H到FFFFH

从物理上区分，有片内存储器和片外存储器

单片机设置了一根控制线EA，EA=1时访问片内存储器，EA=0时访问片外存储器

2.2.2 程序储存器的7个特殊地址

复位后从0000H开始执行

中断源	入口地址
外部中断0	0003H
定时/计数器0	000BH
外部中断1	0013H
定时/计数器1	001BH
串行口	0023H
定时/计数器2	0028H

2.2.3 数据存储器RAM

储存临时生成的数据，需要快速的读出和写入数据。此类储存器掉电后，储存的数据会丢失，不能永久保存。

数据存储器包含很多种不同用途的存储器，特性不同访问方式也不同

从物理上区分，有片内存储器和片外存储器

1. 工作寄存器组区：R0到R7就在这里：00H到1FH

2. 位寻址区：

3. 一般RAM区：用户可使用的RAM区：30H到7FH

4. 堆栈区：栈结构的存储区域，使用时应当避开工作寄存器和位寻址区

5. 特殊功能寄存器：仅对算术逻辑，并行IO，串行，定时/计数器，中断系统等模块的工作，不能移作他用。分布在80H到FFH

2.3 51单片机的引脚

2.3.1 输入输出IO口

1. P0口：39~32脚，接有片外储存器和IO口的时候，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线

2. P1口：1~8脚，双向IO口

3. P2口：21~28脚，接有片外储存器和IO口的时候，P0口分时复用为高8位地址总线

4. P3口：10~17脚，有第二功能

P3口	第二功能
P3.0	RXD 串行口输入端
P3.1	TXD 串行口输出端
P3.2	INT0 外部中断0请求输入，低电平有效
P3.3	INT1 外部中断1输入端，低电平有效
P3.4	T0 定时/计数器0外部计数脉冲输入端
P3.5	T1 定时/计数器0外部计数脉冲输入端
P3.6	WR 外部数据存储器写信号，低电平有效
P3.7	RD 外部数据储存期读信号，低电平有效

2.3.2 控制线

1. ALE 30脚：地址锁存信号输出端

2. PSEN 29脚：片外程序存储器读选通信号输出端

3. RST 9脚：当单片机振荡器工作时，该引脚出现10ms以上高电平可复位

4. EA：EA为片外程序存储器选用端，确定是内储存器还是外储存器

2.3.3 主电源引脚

VCC 40脚：接+5V电源

GND 20脚：接地

2.3.4 冯诺依曼结构和哈佛结构

2.3.4.1 冯诺依曼结构

使用单一总线结构，使用单一的地址和数据总线，取指令和取操作数都是通过一条总线分时进行。

当进行高速运算时，不但不能同时进行取指令和区操作数，还会咋总成数据传输通道的瓶颈现象，工作速度慢

2.3.4.2 哈佛结构

该结构采用双存储空间，程序和数据存储器分开，其它和冯诺依曼结构一致，可以更快的进行数据传输。

2.3.5 储存设备的引脚

片外数据储存器的读写都通过RD，WR来控制，而片外程序储存器的读通过PSEN信号控制，通过不同的程序指令来实现。

2.3.6 其它引脚

XTAL1及XTAL2是18，19号外接晶体引脚

再单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器

有源晶体振荡器可以给出更高的精确度

复位方式：时钟电路工作时，出现两个周期以上的高电平，就会系统内部复位。

可以上电自动复位或者手动按钮复位

2.4 单片机并行IO口工作原理

仅了解

2.5 单片机的工作周期和时序

时钟周期分为机器周期和指令周期

机器周期是基本操作周期，每一个机器周期是12个时间周期

分别是S1P1，S1P2，S2P1....S6P2

大多数指令周期都是两个机器周期，乘法和除法是两个机器周期