单片机教程第一课单片机概述

个人资料整理，仅供个人学习使用单片机教程第一课：单片机概述1、 何谓单片机一台能够工作的计算机要有这样几个部份构成：CPU （进行运算、控制）、RAM （数据存储）、ROM （程序存储） 、输入 /输出设备（例如：串行口、并行输出口等）。在个人计算机上这些部份被分成若干块芯片，安装一个称之为主板的印刷线路板上。而在单片机中，这些部份，全部被做到一块集成电路芯片中了，所以 就称为单片（单芯片）机，而且有一些单片机中除了上述部份外，还集成了其它部份如A/D ，D/A 等。天！ PC 中的 CPU 一块就要卖几千块钱，这么多东西做在一起，还不得买个天价！再说这块芯片也得非常大了。 不，价格并不高，从几元人民币到几十元人民币，体积也不大，一般用40 脚封装，当然功能多一些单片机也有引脚比较多的，如 68 引脚，功能少的只有 10多个或 20多个引脚，有的甚至只 8 只引脚。为什么会这样呢？ 功 能有强弱，打个比方，市场上面有的组合音响一套才卖几百块钱，可是有的一台功放机就要卖好几千。另外这种 芯片的生产量很大，技术也很成熟， 51 系列的单片机已经做了十几年，所以价格就低了。 既然如此，单片机的 功能肯定不强，干吗要学它呢？ 话不能这样说，实际工作中并不是任何需要计算机的场合都要求计算机有很高 的性能，一个控制电冰箱温度的计算机难道要用 PIII ？应用的关键是看是否够用，是否有很好的性能价格比。所 以 8051 出来十多年，依然没有被淘汰，还在不断的发展中。 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖賃軔。2、 MCS51单片机和8051、8031、89C51等的关系我们平常老是讲 8051，又有什么8031，现在又有89C51，它 们之间究竟是什么关系 ? MCS51 是指由美国 INTEL 公司（对了，就是大名鼎鼎的 INTEL ）生产的一系列单片机 的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如 8031， 8051， 8751， 8032， 8052， 8752等，其中 8051 是最早最典 型的产品，该系列其它单片机都是在 8051 的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼 MCS51 系列单片机， 而 8031 是前些年在我国最流行的单片机， 所以很多场合会看到 8031 的名称。 INTEL 公司将 MCS51 的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051 为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中 89C51 就是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国 ATMEL 公司开发生产的。以后我们将用 89C51 来完成一系列的实验。 聞創沟燴鐺險爱氇谴净祸測。 单片机教程第二课：单片机的内部、外部结构（一）一、单片机的外部结构 拿到一块芯片，想要使用它，首先必须要知道怎样连线，我们用的一块称之为89C51 的芯片，下面我们就看一下如何给它连线。 1、 电源：这当然是必不可少的了。 单片机使用的是 5V 电源， 其中正极接 40引脚， 负极（地） 接 20 引脚。 2、 振蒎电路：单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了 振荡器，使用晶体振荡器，接18、 19脚。只要买来晶振，电容，连上就可以了，按图 1接上即可。 3、 复位引脚：按图 1 中画法连好，至于复位是何含义及为何需要复要复位，在单片机功能中介绍。4、 EA 引脚： EA 引脚接到正电源端。 至此，一个单片机就接好，通上电，单片机就开始工作了。 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟婭骒。 我们的第一个任务是要用单片机点亮一只发光二极管 LED ，显然，这个 LED 必须要和单片机的某个引脚相连， 否则单片机就没法控制它了，那么和哪个引脚相连呢？单片机上除了刚才用掉的5 个引脚，还有 35 个，我们将这个 LED 和 1 脚相连。（见图 1，其中 R1 是限流电阻） 酽锕极額閉镇桧猪訣锥顧荭。按照这个图的接法，当 1 脚是高电平时， LED 不亮，只有 1 脚是低电平时， LED 才发亮。因此要 1 脚我们要能 够控制，也就是说，我们要能够让 1 引脚按要求变为高或低电平。即然我们要控制 1 脚，就得给它起个名字，总 不能就叫它一脚吧？叫它什么名字呢？设计 51芯片的INTEL公司已经起好了，就叫它 P1.0,这是规定，不可以 由我们来更改。 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑诒尔。个人资料整理，仅供个人学习使用I NTSI NT 1T0T12470*81201234S67 IX IX IX- IX IX FPPPPPPP8631P0038373635343332212223242F；27281?1 01 1P97R0Hr0 0 _0 0 0 0 p p p p p P0123456722222222PPPPPPPP名字有了，我们又怎样让它变高或变低呢？叫人做事，说一声就可以，这叫发布命令，要计算机做事，也得要向计算机发命令，计算机能听得懂的命令称之为计算机的指令。让一个引脚输出高电平的指令是SETB，让一个引脚输出低电平的指令是CLR。因此，我们要 P1.0输出高电平，只要写 SETB P1.0，要P1.0输出低电平，只要写CLR P1.0就可以了。 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔點鉍。现在我们已经有办法让计算机去将P10输出高或低电平了，但是我们怎样才能计算机执行这条指令呢？总不能也对计算机也说一声了事吧。要解决这个问题，还得有几步要走。第一，计算机看不懂SETB CLR之类的指令，我们得把指令翻译成计算机能懂的方式，再让计算机去读。计算机能懂什么呢？它只懂一样东西一一数字。因此我们得把SETB P1.0变为（D2H,90H ），把CLR P1.0变为 （C2H,90H ），至于为什么是这两个数字，这也是由 51芯片的设计者-INTEL规定的，我们不去研究。 第二步，在得到这两个数字后，怎样让这两个数字进入单片机 的内部呢？这要借助于一个硬件工具编程器”。厦礴恳蹒骈時盡继價骚卺癩。我们将编程器与电脑连好，运行编程器的软件，然后在编缉区内写入（D2H,90H ）见图2，写入好，拿下片子，把片子插入做好的电路板，接通电源什么？灯不亮？这就对了，因为我们写进去的指令就是让HEXASCII00000000D290 FFFFFFFF0000001 0FFFFFFFFFFFF90090020FFFFFFFFFFFF90800030FFFFFFFFFFFFADDRESSFF FF-FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF-FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF-FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF-FF FF FF FF FF FF FF FF图2茕桢广鳓鯡选块网羈泪镀齐。P1.0输出高电平，灯当然不亮，要是亮就错了。现在我们再拨下这块芯片，重新放回到编程器上，将编缉区的内 容改为（C2H,90H ）,也就是CLR P1.0，写片，拿下片子，把片子插进电路板，接电，好，灯亮了。因为我们写 入的（）就是让 P1.0输出低电平的指令。这样我们看到，硬件电路的连线没有做任何改变，只要改变写入单片 机中的内容，就可以改变电路的输出效果。鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴縈诘。三、单片机内部结构分析我们来思考一个问题，当我们在编程器中把一条指令写进单片要内部，然后取下单片机，单片机就可以执行这条指令，那么这条指令一定保存在单片机的某个地方，并且这个地方在单片机掉电后依然可以保持这条指令不会丢失，这是个什么地方呢？这个地方就是单片机内部的只读存储器即ROM （ READONLY MEMORY ）。为什么称它为只读存储器呢？刚才我们不是明明把两个数字写进去了吗？原来在89C51中的ROM是一种电可擦除的 ROM ,称为FLASH ROM ,刚才我们是用的编程器， 在特殊的条件下由外部设备对ROM个人资料整理，仅供个人学习使用进行写的操作，在单片机正常工作条件下，只能从那面读，不能把数据写进去， 所以我们还是把它称为 ROM。籟丛妈羥为贍债蛏练淨槠挞。单片机教程第三课：几个基本概念数的本质和物理现象。我们知道，计算机可以进行数学运算，这可令我们非常的难以理解，计算机吗，我们虽不了解它的组成，但它总只是一些电子元器件，怎么可以进行数学运算呢？我们做数学题如37+45是这样做的，先在纸上写37,然后在下面写45，然后大脑运算，最后写出结果，运算的原材料：37、45和结果：82都是写在纸上的，计算机中又是放在什么地方呢？为了解决这个问题，先让我们做一个实验：这里有一盏灯，我们知道灯要么亮，要么不亮，就 有两种状态，我们可以用 （和来代替这两种状态，规定亮为，不亮为0现在放上两盏灯，一共有几种状态呢？我们列表来看一下：預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴買闥。状态OOO*O表达0 00 11 01 1请大家自已写上 3盏灯的情况 000 001 010 011 100 101 110 111我们来看，这个 000, 001 , 101不就是我们学过的的二进制数吗？本来，灯的亮和灭只是一种物理现象，可当我们把它们按一按的顺序排更好后，灯的亮和灭就代表了数字了。让我们再抽象一步， 灯为什么会亮呢？看电路1,是因为输出电路输出高电平，给灯通了电。因此，灯亮和灭就可以用电路的输出是高电平还是低电平来替代了。这样，数字就和电平的高、低联系上了。（请想一下，我们还看到过什么样的类似的例子呢？（海军之）灯语、旗语，电报，甚至红、绿灯）渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦鋇絨。位的含义：通过上面的实验我们已经知道：一盏灯亮或者说一根线的电平的高低，可以代表两种状态：0和1。实际上这就是一个二进制位，因此我们就把一根线称之为一位”用BIT表示。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡缝勵。字节的含义：一根线可以表于 0和1,两根线可以表达 00, 01, 10, 11四种状态，也就是可以表于0到3,而三根可以表达0-7，计算机中通常用 8根线放在一起，同时计数，就可以表过到0-255 共256种状态。这8根线或者8位就称之为一个字节（BYTE ）。不要问我为什么是 8根而不是其它数，因为我也不知道。（计算机世界是一个人造的世界，不是自然界，很多事情你无法问为什么，只能说：它是一种规定，大家在以后的学习过程中也要注意这个 问题）擁締凤袜备訊顎轮烂蔷報赢。存储器的工作原理：1、存储器构造存储器就是用来存放数据的地方。它是利用电平的高低来存放数据的，也就是说，它存放的实际上是电平的高、 低，而不是我们所习惯认为的1234这样的数字，这样，我们的一个谜团就解开了，计算机也没什么神秘的吗。贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷鯛汉。个人资料整理，仅供个人学习使用让我们看图 2。这是一个存储器的示意图：一个存储器就象一个个的小抽屉，一个小抽屉里有八个小格子，每个 小格子就是用来存放 “电荷 ”的，电荷通过与它相连的电线传进来或释放掉，至于电荷在小格子里是怎样存的，就 不用我们操心了，你可以把电线想象成水管，小格子里的电荷就象是水，那就好理解了。存储器中的每个小抽屉 就是一个放数据的地方，我们称之为一个 “单元 ”。坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚跻馱。有了这么一个构造，我们就可以开始存放数据了，想要放进一个数据12，也就是 00001100，我们只要把第二号和第三号小格子里存满电荷，而其它小格子里的电荷给放掉就行了（看图3）。可是问题出来了，看图 2，一个存储器有好多单元，线是并联的，在放入电荷的时候，会将电荷放入所有的单元中，而释放电荷的时候，会把每个 单元中的电荷都放掉，这样的话，不管存储器有多少个单元，都只能放同一个数，这当然不是我们所希望的，因 此，要在结构上稍作变化，看图 2，在每个单元上有个控制线，我想要把数据放进哪个单元，就给一个信号这个 单元的控制线，这个控制线就把开关打开，这样电荷就可以自由流动了，而其它单元控制线上没有信号，所以开 关不打开，不会受到影响，这样，只要控制不同单元的控制线，就可以向各单元写入不同的数据了，同样，如果 要某个单元中取数据，也只要打开相应的控制开关就行了。 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘籜葦。2、存储器译码那么， 我们怎样来控制各个单元的控制线呢？这个还不简单，把每个单元元的控制线都引到集成电路的外面不就行了吗？事情可没那么简单，一片 27512存储器中有 65536 个单元，把每根线都引出来，这个集成电路就得有 6 万多个脚？不行，怎么办？要想法减少线的数量。我们有一种方法称这为译码，简单介绍一下：一根线可以代表2 种状态， 2 根线可以代表 4 种状态， 3 根线可以代表几种， 256 种状态又需要几根线代表？ 8 种， 8 根线，所以 65536 种状态我们只需要 16 根线就可以代表了。 買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄届嬌。3、存储器的选片及总线的概念至此， 译码的问题解决了， 让我们再来关注另外一个问题。 送入每个单元的八根线是用从什么地方来的呢？它就 是从计算机上接过来的，一般地，这八根线除了接一个存储器之外，还要接其它的器件，如图4 所示。这样问题就出来了，这八根线既然不是存储器和计算机之间专用的，如果总是将某个单元接在这八根线上，就不好了，比 如这个存储器单元中的数值是 0FFH 另一个存储器的单元是 00H ，那么这根线到底是处于高电平，还是低电平？ 岂非要打架看谁历害了？所以我们要让它们分离。 办法当然很简单， 当外面的线接到集成电路的引脚进来后， 不 直接接到各单元去，中间再加一组开关（参考图4）就行了。平时我们让开关打开着，如果确实是要向这个存储器中写入数据，或要从存储器中读出数据，再让开关接通就行了。这组开关由三根引线选择：读控制端、写控制 端和片选端。要将数据写入片中，先选中该片，然后发出写信号，开关就合上了，并将传过来的数据（电荷）写 入片中。如果要读，先选中该片，然后发出读信号，开关合上，数据就被送出去了。注意图 4，读和写信号同时 还接入到另一个存储器，但是由于片选端不同，所以虽有读或写信号，但没有片选信号，所以另一个存储器不会 “误会”而开门，造成冲突。 那么会不同时选中两片芯片呢？只要是设计好的系统就不会，因为它是由计算控制的，而不是我们人来控制的， 如果真的出现同时出现选中两片的情况， 那就是电路出了故障了， 这不在我们的讨论之 列。 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴飙钪。从上面的介绍中我们已经看到， 用来传递数据的八根线并不是专用的， 而是很多器件大家共用的， 所以我们称之 为数据总线，总线英文名为BUS ，总即公交车道，谁者可以走。而十六根地址线也是连在一起的，称之为地址总线。 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦諑琼。半导体存储器的分类 按功能可以分为只读和随机存取存储器两大类。所谓只读，从字面上理解就是只可以从里面读，不能写进去，它 类似于我们的书本，发到我们手回之后，我们只能读里面的内容，不可以随意更改书本上的内容。只读存储器的 英文缩写为 ROM （ READ ONL Y MEMORY ）猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑献鵬。所谓随机存取存储器， 即随时可以改写， 也可以读出里面的数据， 它类似于我们的黑板， 我可以随时写东西上去， 也可以用黑板擦擦掉重写。随机存储器的英文缩写为RAM （READ RANDOM MEMORY ）这两种存储器的英文缩写一定要记牢。 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔嗚訝。注意： 所谓的只读和随机存取都是指在正常工作情况下而言，也就是在使用这块存储器的时候， 而不是指制造这块芯片的时候。 否则， 只读存储器中的数据是怎么来的呢？其实这个道理也很好理解，书本拿到我们手里是不能改了，可以当它还是原材料 白纸的时候，当然可以由印刷厂印上去了。 構氽頑黉碩饨荠龈话骛門戲。 顺便解释一下其它几个常见的概念。