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第一章 单片机的基础知识,第一节 不同进位计数制及其互换 第二节 带符号的二进制数 第三节 BCD码及文字符号代码 第四节 单片机系统的组成 第五节 8051单片机的结构 第六节 8051单片机的复位和低功耗工作方式,本章要点,本章主要介绍学习8051单片机所必须的一些预备知识，包括三种进位计数制间的互换、补码的基本知识。8051单片机的基本结构，程序存储器、数据存储器、特殊功能寄存器的组织方式，以及8051单片机的复位工作方式和低功耗工作方式。,第一节 不同进位计数制及其互换,一、二进制与十六进制的互换 二进制转换为十六进制数 整数 从小数点开始向左，每四位二进制整数为一组可转换为一位的十六进制数。 小数 从小数点开始向右，每四位二进制小数为一组可转换为一位的十六进制小数。 十六进制转换为二进制数 整数 十六进制整数转换为二进制数整数，同样从小数点开始向左，一位十六进制数可转换为四位二进制数。 小数 十六进制小数转换为二进制小数，也是从小数点开始向右一位十六进制小数转换为四位二进制小数。,二、二进制与十进制数的互换 二进制转换为十进制数 整数 二进制整数转换为十进制整数，可按各位数的权，即底数为2的n-1次幂来确定， n表示该数的位数，例如二进制数为101010l0B，则十进制数为： 小数 二进制小数转换为十进制小数，可按底数为2的负n次幂来确定，n同样表示位数，例如求0.00110011B的十进制值。,十进制转换为二进制数 整数 十进制整数转换为二进制整数，采用逐次除以 2，余数反序排列，即第1次除以2的余数排在最低位。以25为例逐次除以2的列式如下： 252=12 余1 122=6 余0 62=3 余0 32=1 余1 12=0 余1 并按习惯将二进制数写成8位，可得 25=0001100lB。 小数 十进制小数转换为二进制小数，采用小数部分逐次乘2，每次乘积若产生整数则将整数个位(即所为溢出位)按正序排列，小数部分继续乘2。以0.6875为例。将小数点右边数逐次乘2 0.68752=1.375小数点左边整数为1 0.3752=0.75小数点左边整数为0 0.75 2=1.5小数点左边整数为1 0.5 2=1小数点左边整数为1 可得出 0.6875=0.10ll0000B,三、十进制与十六进制数的互换 十六进制转换为十进制数 整数 十六进制整数转换为十进制整数可按各位数的权，即底数为16的 n-1 次幂来确定， n表示该数的位数。例如： 小数 十六进制小数转换为十进制小数，则按小数点以后各位的权，用底数为16的负 n次幂来确定，n 同样表示位数。,返回本章首页,十进制转换为十六进制数 整数 十进制整数转为十六进制整数采用逐次除以16，余数反序排列的方法。例如： 1356216=847 余10(记作0AH) 84716=52 余15(记作0FH) 5216=3 余4 316=0 余3 可得13562=34FAH 小数 十进制小数转为十六进制小数采用小数部分逐次乘16，每次乘积若产生整数，则将所得整数按正序排列，例如十进制小数0.359375转换为十六进制数： 0.35937516=5.75 小数点左边整数为5 0.7516=12.0 小数点左边整数为0CH 可得 0.359375=0.5CH,第二节 带符号的二进制数,一、 带符号二进制数的表示方法 原码表示法：规定最高位为符号位，其余表示数值。 反码表示法：规定最高位为符号位，对于正数，其余各位表示数值。对于负数，其余各位应将1换成0，将0换成1，即所谓逐位取反。 补码表示法：仍然规定最高位定为符号位，对于正数，其余各位表示数值。对于负数，除符号位外，其余按原码的各位值，逐位取反，全部取反后再加1，简称为取反加1。,带符号二进制数表示方法举例：,可见正数的反码和补码与原码完全相同。,二、 带符号二进制数的运算 原码运算：要把符号与数值分开。两数相加先判断两数符号，同号做加法，异号要做减法，减后的差作为两数之和，和数符号与绝对值较大的数的符号相同；两数相减也是一样，也要先判断符号，然后决定相加还是相减，并根据两数的大小与符号决定差的符号。 补码运算：不存在符号与数值分开的问题，而且加法运算就一定是相加。减法运算就一定是相减，而不论两个数的正负。 但要注意，如果得数超过8位补码所允许表示范围（即超出127至-128），运算结果将产生进位。正常进位时第7位和第8位都有进位，即双进位，这是进位是正常的。如果只有第7位或第8位一个位产生进位则称为“溢出”。溢出的特征为单进位，单进位或“溢出”表示运算结果是错误的。,第三节 BCD码及文字符号代码,一、BCD码 BCD 码以4位为一组，选用 0000B至1001B的十种状态代表0-9共10个数，舍弃二进制表示法中的其余6种状态。例如十进制数84.7转换为的BCD码： 8 4 .7 0 1000 0100 .01110000 BCD 码1001010001110010转换为十进制数： 1001 0100 . 0111 0010 9 4 . 7 2,二、ASCII码 ASCII 码是美国信息交换标准代码的简称，共128个，用数码0000000O-01111111 表示各种文字或符号，其中包括 英文大小写字母：52个； 0至9数码：10个； 常用书写符号和常用运算符号：！和+、-、等)有32个； 控制符号：34个： 共计128个。例如英文大写字母 A 的ASCII码为01000001，或写成十六进制为41H。详见附录 。,返回本章首页,第四节 单片机系统的组成,一、单片机系统的硬件 硬件是指构成单片机系统的所有电子、机械和磁性的部件及设备，包括中央处理单元、存储器、外围设备与输入输出接口。它的组成如图。,单片机系统的硬件组成,单片机的输入/输出接口 输入输出设备与主机的连接电路称为接口，简称I0接口。接口是主机与外设之间的连接部件，设置目的一是为了实现外设与总线的隔离。二是为了对进出信号进行锁存或变换，隔离一般用三态门，锁存可以采用D触发器。,由三态门构成的IO接口,由D触发器构成的IO接口,二、单片机系统的软件 软件是各种程序及数据的总称，它以数字形式存储在硬件之中，软件可用不同的语言编写，即机器语言、汇编语言和高级语言。 1机器语言： 机器语言以二进制数码表示操作指令或数据的一种语言。它可直接为单片机的CPU所识别，用其他语言编写的程序最后也要转换成机器语言，才能送入CPU执行运算,由于这种语言随机器的不同而异,故称之为机器语言。 2汇编语言： 汇编语言是以助记符代替机器指令的一种语言，每条助记符都对应一条机器指令，目的是为了容易阅读且直观易记。 3高级语言： 高级语言面向过程的语言，面向过程是指这种语言只考虑解题的过程，只有在细节的地方才考虑使用的是什么机器，所使用的词和语句都尽量采用常用的单词、数学符号和表达式、但最终还是要转换为以机器语言表示的目标程序，才能使用。,第五节 8051单片机的结构,一、8051单片机的内部结构 8051单片机内部包括(1)时钟振荡器(2)8位的CPU(3)128字节的RAM数据存储器 (4)4K字节的程序存储器(5)4个8位的并行IO端口(6)一个全双工异步串行通信口(UART)(7)两个16位的定时/计数器(8)5个中断源及两个优先级的中断结构。,二、外部引脚 8051单片机的引脚是面向用户的，所以使用者需要熟悉各引脚的用途，以便正确接线。常用的8051芯片是用双列直插40脚封装。,三、时钟振荡器 时钟振荡器是单片机工作的原始动力,可以利用内部的振荡电路,在外围加接晶振和电容组成。也可从外部引入。 利用内部时钟电路组成的振荡器,利用片外的振荡器输入,四、8位的CPU CPU由运算器、控制器等组成，运算器是CPU进行运算的部件，由算术逻辑单元（ALU）、状态寄存器（PSW）及有关寄存器组成。运算内容包括算术运算、逻辑运算及移位运算。 控制器是计算机的指挥中心，控制程序的运行。内有程序计数器（简称PC）、PC加1寄存器、指令寄存器等部件。 CPU中与用户关系比较密切的为状态寄存器与程序计数器，可以通过程序中指令读取它的数值，也可以通过程序对它赋值。,五、存储器 1、程序存储器 8051片内程序存储器有4KB，其地址为0000H-0FFFH。若不够使用可在片外扩充，其地址可以从0000H-0FFFFH。当EA为高电平时，则执行片内ROM程序到0FFFH后自动转到片外。EA为低电平时，则一开始就从片外0000H地址开始执行片外ROM的程序。,执行程序示意图,2.、数据存储器,用于存储单片机运行 过程中的数据，是程 序中最常用的存储器,特殊功能寄存器区实际上是单片机内部寄存器或IO口，按统一编址原则，将其划定在片内存储区。地址不连续，部分可进行位寻址。可使用地址也可用名称。,运行中若需要保存大批数据，而 工作寄存器又不 够保存，可在片 外扩充。,特殊功能寄存器（SFR）的使用 特殊功能寄存器的字节地址：特殊功能寄存器的字节地址安排在80H至0FFH，但不连续,部分地址没有定义，没有定义的实际上也不存在。它不是用于存储一般的数据，而是用于片内接口的功能设置，或作为输入输出接口。在80H至0FFH区间。有一部分字节地址(指字节地址能被8整除的部分)可进行位寻址。可位寻址的部分同时属于位寻址区，可位寻址区的每个字节地址包含有8个位地址。 特殊功能寄存器的符号地址：每个特殊功能寄存器都有一个符号地址，一个字节地址对应一个符号，使用时既可以用字节，也可以用符号。 P0=80H P1=90H P2=A0H P3=B0H SP=81H IP=B8H PSW=D0H A=E0H B=F0H DPL=82H DPH=83H PCON=87H TCON=88H TMOD=89H TL0=8AH TL1=8BH TH0=8CH TH1=8DH SCON=98H SBUF=99H IE=A8H 在字节地址中可位寻址的部分，一个字节地址有8个位地址。同样每个位地址也都有一个位地址符号。,特殊功能寄存器(SFR)中的程序状态字寄存器(PSW) SFR中有一个用于提供运算结果的特征标志的寄存器，称程序状态字寄存器，这是一个与使用者关系密切的寄存器。 PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0 CY AC F0 RS1 RS0 OV / P,奇偶标志位:若“1”的个数为奇P置1，为偶P置0,溢出标志位:有溢出时置1,工作寄存器区选择控制位:在数据存储器00H至1FH间选择。,半进位标志:运算中低半字节产生进位时置1,备用,累加器A的进位标志:运算结果最高位有进位或借位时CY置1。,六、堆栈 8051单片机的堆栈，是从片内RAM中，由用户自行指定的一部分内存区，可通过对堆栈指针SP赋值，指定堆栈的栈顶。例如图中由用户指定SP=69H，即将69H后的内存单元作为堆栈。,返回本章首页,第六节 8051单片机的复位和低功耗工作方式,一、复位方式 1.复位目的与条件 复位目的：是对单片机的片内电路重新进行初始化，使有关部件都恢复到原先规定的初始状态。并使PC=0000H，不论原来程序运行到什么地方，都将重新从0000H开始运行。 复位条件：必须在8051单片机的RST引脚，保持两个机器周期以上的高电平 。,2复位电路 由单片机提供的RST引脚，可以外接R、C元件组成复位电路。如下图所示。当S按钮按下时利用RC电路可保持RST有两个机器周期以上的高电平 。,3 复位后某些特殊寄存器状态 寄存器 内容 寄存器 内容 PC 0000H TMOD 00H ACC 00H TCON 00H B 00H PCON 00H PSW 00H TH0 00H SP 00H TL0 00H DPTR 0000H TH1 00H P0-P3 0FFH TL1 00H IP xxx00000H SCON 00H IE 0 xx00000H SBUF 不定,二、低功耗工作方式 1待机（休闲）状态 待机（休闲）状态是一种低功耗的工作方式。 进入待机状态后，除中断功能外，停止其他工作，但片内RAM及特殊功能寄存器状态都会保持不变，I/O引脚保持原逻辑值， ALE、PSEN无效，停止取指。在这种状态下，工作电流可以从正常的20mA降到5mA，使系统能在低功耗下待命。 要使单片机进入待机（休闲）状态，可以利用片内特殊功能寄存器中的PCON，将其D0位IDL置1（MOV PCON，#01H），要退出可将IDL置0，或通过复位退出。,2.掉电保护状态 单片机掉电后可以投入备用电池，这时希望系统耗电尽量小，以增大电池的使用时间，为此掉电后，要使单片机进入掉电保护状态，这时工作电流大约只有75A。片内振荡器停振，所有功能部件停止工作， ALE、PSEN为低，仅保留片内RAM的数据信息。 要进入掉电保护状态，可将PCON寄存器中的D1位PD置1，要退出掉电保护状态，只能通过复位。,返回本章首页,
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