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单片机基础知识

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一、什么是单片机？

单片机结构包括：输入设备，运算器，输出设备，控制器，内存。

单板机：Z80

单片机：Intel MCS-51，体积小，功能强，可靠性高，价格低。以最小系统或单片机扩展系统出现在：家用电器，智能仪表，工业过程控制，航空，汽车等领域。

单片机特点：

（1）受集成度限制，片内存储器容量较小，一般内ROM：8KB以下；

内RAM：256KB以内。

（2）可靠性高

（3）易扩展

（4）控制功能强

（5）易于开发

单片机发展分四个阶段：

第一阶段（74年~76年）初级阶段：仙童公司F8（8位CPU，64KB）

第二阶段（76年~78年）低性能单片机：Intel公司MCS-48（8位CPU）

第三阶段（78年~83年）高性能单片机：Intel公司MCS-51、

Motorola 6801、Z8

第四阶段（83年~今）新一代单片机（单片微控制器）：AT89C51(Atmel)

二、 单片机系统的组成

1、 硬件部分

运算器

CPU 寄存器组

控制器

内存片内

单片机

片外

中断控制逻辑

并行I / O

通用接口串行UART

定时 / 计数器T / C

定时 / 计数器：8253

模数转换器：ADC 0809

数模转换器：DAC 0832

外围器件（片外扩展接口）串行通信扩展：8251

并行通信扩展：8255A、8155

驱动器

DSP等

2、 软件部分（即程序）

需用户自已开发，根据指令系统进行设计。某些功能硬件可以实现，软件也可以实现。

硬件实现——速度快，占CPU时间少；但电路复杂、成本高。

软件实现——简化硬件电路设计，可靠性高，成体低，占CPU时间少，实时性差，此外，还需开发设备。

§1-2计算机中数的表示及运算

计算机只识别和处理数字信息，数字是以二进制数表示的；它易于物理实现，同时，资料存储、传送和处理简单可靠；运算规则简单，使逻辑电路的设计、分析、综合、方便，使计算器具有逻辑性。

一、 用数制及转换

1、各种进位计数及其表示方法

数字符号：0、1、2、……9 ——数码。数码的个数——基数。

进位规则：逢十进一

例如，十进制数，10个数码；采用“逢十进一”

30681 = 3×10⁴+0×10³+6×10²+8×10¹+1×10⁰

例如，二进制数，2个数码，采用“逢二进一”

（11010100）₂ = 1×2⁷+1×2⁶+0×2⁵+1×2⁴+0×2³+1×2²+0×2¹+0×2⁰

总之，N进制数，N个数码，“逢N进一”

2、数制之间的转换

任意进制之间相互转换，整数部分和小数部分必须分别进行，

十进制转换成二进制——短除取余法

余数

2 45

2 22 ————————— 1

2 11 ————————— 0

2 5 ———————— 1

2 2 ———————— 1

2 1 ———————— 0

0 ——————— 1

十进制小数转换成二进制小数——乘2取整法。

二进制转换成十进制——展开求和法。

（101101）₂ = 1×2⁵+0×2⁴+1×2³+1×2²+0×2¹+1×2⁰

= 32+0+8+4+0+1

= 45

二进制转换成八进制、十六进制与此类似。

二、 机器数及其编码

1、机器数与真值

机器只认识二进制数：0、1。

这是因为，电路状态常有两个，如通、断；高电平、低电平；…可用0、1表示。

这种0、1、0、1…1在机器中的表现形式——机器数。一般为8位。

无符号数：00000000B、……11111111B即00H ~ FFH

机器数有：

带符号数：+1010110B、-1101001 真值

01010110、11101001 机器数

2、机器数的编码及运算

对带符号数而言，有原码、反码、补码之分，计算机内一般使用补码。

1）原码

将数“数码化”，原数前“+”用0表示，原数前“-”用1表示，数值部分为该数本身，这样的机器数叫原码。

设X——原数；则[X]_原 = X（X 0）

[X]_原 = 2^n-1 – X （X 0），n为字长的位数。

如，[+3]_原 = 00000011B

[-3]_原 = 2⁷ - （-3） = 10000011B

0有两种表示方法：00000000 +0

10000000 -0

原码最大、最小的表示：+127、-128

2）反码

规定正数的反码等于原码；负数的反码是将原码的数值位各位取反。

[X]_反 = X （X 0）

[X]_反 =（2ⁿ –1）+ X （X 0）

如，[+4]_反 = [+4]_原 = 00000100 B

[-4]_反= (2⁸ –1)+(-5) = 11111111- 00000101 = 11111010 B

反码范围：-128 ~ +127

两个0； +0 —— 00000000 B

-0 —— 11111111 B

3）补码

补码的概念：现在是下午3点，手表停在12点，可正拨3点，也可倒拨9点。即是说-9的操作可用+3来实现，在12点里：3、-9互为补码。

运用补码可使减法变成加法。

规定：正数的补码等于原码。

负数的补码求法：1）反码 + 1

2）公式：[X]_补 = 2ⁿ + X （X<0）

如，设X = - 0101110 B ，则[X]_原 = 10101110 B

则[X]_补 = [X]_反 + 1 = 11010001 + 00000001 = 11010010 B

如，[+6]_补 = [+6]_原 = 00000110 B

[-6]_补 = 2⁸+ （-6） = 10000000 – 00000110 = 11111010 B

8位补码的范围 –128 ~ +127。

0 的个数：只一个，即00000000

而10000000 B是-128的补码。

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