Transcript 第1章单片机基础知识

第1章
单片机基础知识
第1章 单片机基础知识
学习目标：
•什么是单片机？
•学习单片机需要的基本常识
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1.1 单片机概述
1.2 微型计算机中数的表示方法及
数制间的转换
1.3 二进制数的运算
1.4 微机的码制和编码
习题与思考题
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1.1 单片机概述
1.1.1 微处理器、微型计算机和单片机的概念
电子计算机高速发展到今天，通常可分为
巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机五
类。它们在系统结构和基本工作原理方面并无
本质的区别，只是在体积、性能和应用领域方
面有所不同。
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1. 微处理器MP(Micro Processor)
微处理器就是传统计算机的CPU，是集成
在同一块芯片上的具有运算和逻辑控制功能的
中央处理器，简称MP，它是构成微型计算机
系统的核心部件。
2. 微型计算机MC(Micro Computer)
以微处理器为核心，再配上存储器、I/O
接口和中断系统等构成的整体，称为微型计算
机。它们可集中装在同一块或数块印刷电路板
上，一般不包括外设和软件。
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3. 微型计算机系统MCS(Micro Computer
System)
这是指以微型计算机为核心，配上外围设
备、电源和软件等，构成能独立工作的完整计
算机系统。
4. 单 片 微 型 计 算 机 (Single Chip
Microcomputer)
单片机是将微处理器、存储器、I/O接
口和中断系统集成在同一块芯片上，具有完整
功能的微型计算机，这块芯片就是其硬件。
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单片机芯片
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1.1.2 ATMEL89系列单片机简介
ATMEL89系列(以下简称AT89)单片机是美
国ATMEL公司生产的8位高性能单片机，其主
要技术优势是内部含有可编程Flash存储器，用
户可以很方便地进行程序的擦写操作，在嵌入
式控制领域中被广泛的应用。AT89系列单片机
与工业标准MCS-51系列单片机的指令组和引脚
是兼容的，因而可替代MCS-51系列单片机使用。
AT89系列单片机可分为标准型、低档型和高档
型三种类型。表1-1列举出AT89系列单片机的
概况。
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• 表1-1 AT89系列单片机概况
型 号
AT89C51
档次
AT89C52
AT89C1051
标准型
AT89C2051
低档型
AT89S8252
高档型
Flash/KB
4
8
1
2
8
片内RAM/KB
128
256
64
128
256
I/O/条
32
32
15
15
32
定时器/个
2
3
1
2
3
中断源/个
6
8
3
6
9
串行接口/个
1
1
1
1
1
M加密/级
3
3
2
2
3
片内振荡器
有
有
有
有
有
EEPROM/KB
无
无
无
无
无
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• 1.1.3 单片机的用途
嵌入到电子产品中，形成嵌入式控制系统
数据处理
通信
方面
汽车
设备
工业应用
民用
智能仪
表
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• 跟我想：
单片机的各种应用，有哪些熟知的典
型产品？
在这些产品中，如何单片机充当着什
么样的控制作用？
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1.2 微型计算机中数的表示方法及数制间的转换
1.2.1 微型计算机中的常用数制
微型计算机中常用的数制有三种，即十进
制数、二进制数和十六进制数。
1.2.2 数制间的转换
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1.3 二进制数的运算
1.3.1 算术运算
1. 加法运算
运 算 规 则 为 ： 0+0=0 、 1+0=0+1=1 、
1+1=10(向高位有进位)。
2. 减法运算
运算规则为：0-0=0、1-0=1、1-1=0、01=1(向高位借1当作2)。
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3. 乘法运算
运 算 规 则 为 ： 0×0=0 、 0×1=1×0=0 、
1×1=1。
4. 除法运算
除法运算是乘法运算的逆运算。与十进制
类似，从被除数最高位开始取出与除数相同的位
数，减去除数。
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1.3.2 逻辑运算
微型机内二进制信息的逻辑运算由专门的
逻辑电路完成。
1. 逻辑与运算
逻辑与常用符号“∧”表示，运算规则为：
0∧0=0，1∧0=0，0∧1=0，1∧1=1。两个位数相
同的二进制数进行逻辑与时，只是对应位进行
与运算。
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2. 逻辑或运算
逻辑或又称为逻辑加，常用符号“∨”表示，
其 运 算 规 则 为 ： 0∨0=0 ， 1∨0=1 ， 0∨1=1 ，
1∨1=1。
3. 逻辑非运算
逻辑非运算又称逻辑取反，常用运算符号
“-”表示，运算规则为：0 =1， 1 =0。
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4. 逻辑异或运算
逻辑异或又称半加，是不考虑进位的加法，

常用运算符号
表示。
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1.4 微机的码制和编码
1.4.1 机器数
在微型计算机中，参与算术运算的数基本
表示形式是机器数。
51单片机中的参与运算的机器数都是8位
的，称为字节。
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D7
·ûºÅλ
D6
D5
D4
D3
D2
Êýֵλ
图1-1 8位机器数结构
D1
D0
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1.4.2 微型机中常用的编码
1．BCD码
BCD码是将每一位十进制数用二进制数编
码，它保留了十进制的权，数字则用二进制数
表示，因而也称为二-十进制数。一般用标识
符[…]BCD表示。BCD码种类较多，如8421码、
2421 码 、 格 雷 码 等 ， 其 中 最 常 用 的 编 码 为
8421码。
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1) 8421码编码方法
8421码编码原则是每位十进制数用4位二
进制数来表示，8、4、2、1代表4位二进制数
每一位的权。8421码名称也由此而得。十进制
数共有0～9十个数字，而4位二进制数共有16
种组合。8421码用其中0000B～1001B组合表
示0～9十个十进制数。而1010B～1111B六个
编码舍去不用。它们之间的对应关系如表1-2
所示。
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• 表1-2 8421码与十进制数的对应关系
十进制数
BCD码
十进制数
BCD码
0
0000B
7
0111B
1
0001B
8
1000B
2
0010B
9
1001B
3
0011B
10
0001 0000B
4
0100B
11
0001 0001B
5
0101B
12
0001 0010B
6
0110B
13
0001 0011B
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2) BCD码的运算
BCD码用4位二进制数表示0～9十个十进
制数，但4位二进制数可表示16种状态。因而
有六种状态在BCD编码中为非法码。这样在
BCD码的运算中必须进行修正才能得到正确的
结果。
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(1) BCD码加法运算：两个BCD码相加的
原则是“逢十进位”，其和也是一个BCD数。
(2) BCD码减法运算：BCD码作减法运算
时也需要修正。修正的原则是：低4位出现非
法码(大于9)或低4位向高4位有借位，则低4位
减6修正；高4位出现非法码(大于9)或高4位最
高位有借位，则高4位减6修正。
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2. ASCII码
在微型计算机中，除了处理数字信息外，
还要处理大量字母和符号信息。这些字母和符
号统称为字符，它们也必须用特定规则进行二
进制编码，以供微型计算机识别和处理。
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习题与思考题
1.1 什么是单片微型计算机？它与微处理
器、微型计算机、微型计算机系统有何区别？
1.2 单片机的发展分为哪几个阶段？各阶
段的特点是什么？
1.3 AT89系列单片机分为几类？各类的
主要技术特点是什么？都有哪些型号？
1.4 微型计算机中常用的数制有几种？计
算机内部采用哪种数制？
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1.5 十六进制数能被计算机直接执行吗？为什么要用十六进
制数？
1.6 将下列十进制数转换为二进制数和十六进制数。
(1) 125 (2) 0.525 (3) 121.687 (4) 47.945
1.7 将下列二进制数转换为十进制数和十六进制数。
(1) 10110101 (2) 0.10110010
(3) 0.1010 (4) 1101.0101
1.8 将下列十六进制数转换为十进制数和二进制数。
(1) ABH
(2) 28.07H
(3) ABC.DH
(4) 0.35FH
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1.9 已知下列各组二进制数X、Y，试求X+Y、X－
Y、X×Y和X÷Y。
(1) X=10101110B ，Y=1001B
(2) X=101101B ，Y=1010B
(3) X=11010011B ，Y=1110B
(4) X=11001110B，Y=110B
1.10 将下列各组十六进制数转换成二进制数，然后分别
完成逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑异或运算。
(1) 23H和BCH (2) ABH和76H
(3) CDH和8FH (4) 10H和67H
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1.11 在8位二进制计算机数中，正负数如何表示？
1.12 什么叫机器数？ 机器数的表示方法有几种？
1.13 写出下列各十进制数的原码、反码和补码。
(1) +28 (2) +69
(3) -125
(4) -54
1.14 什么是BCD码？BCD码与二进制数有何区别？
1.15 写出下列各十进制数的BCD码。
(1) 34 (2) 59
(3) 1983 (4) 270
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1.16 已知下列各组数据，用BCD码求下列X+Y和X-Y。
(1) X=36，Y=26
(2) X=100，Y=44
(3) X=27，Y=79
(4) X=51，Y=88
1.17 什么是ASCII码？查表写出下列字符的ASCII码。
(1) A
(2) 7
(3) b
(4) @
(5) =
(6) ？
(7) G
(8) 回车CR